Аннотация
Представленные в работе варианты технологической последовательности изготовления Пальмы Мерцалова позволяют оценить уровень профессионального мастерства, проявленный при изготовлении данного шедевра кузнечного мастерства, получить предварительные данные для раскрытия секретов её создания и поставить задачу определения массогабаритных параметров с разбивкой по весу отдельных элементов, как основную при создании первой копии.
Ключевые слова: пальма Мерцалова; технологическая последовательность, изготовление.
Введение
Основанием для возникновения легенды о том, что Пальма Мерцалова была изготовлена из «цельного куска рельса» наиболее вероятно стало сообщение штейгера Д. Васильева с «Всероссийская промышленно-художественная выставка в Нижнем Новгороде 1896 г.» ‑ «Пальма сделана из одного рельса. Её ствол несет на себе десять листков и вверху заканчивается венчиком. Высота подлинно художественного изделия — 3 м 53 см. Молот и зубило ‑ вот единственные инструменты, которыми пользовались кузнецы» [1]. Из первого предложения однозначно следует – в конструкции Пальмы использован только материал рельса (стального с содержанием углерода ≈ 0,4%). Сборному варианту кузнечной сварки данное утверждение не противоречит.
В последующих публикациях, с лёгкой руки работников средств массовой информации у широкой аудитории укоренилась информация о том, что Пальма Мерцалова была «вытянута» из «цельного куска рельса», с помощью только «молотка и зубила». Однако, краеведы, предпочитающие опираться на документы и факты и «технари», значительно лучше представляющие способы металлообработки чем труженики пера, заметили некоторые изъяны в этой версии изготовления пальмы, которая пересказана во множестве публикаций.
Это не единственная загадка Пальмы, появление в конце XIX-го века столь сложного кузнечного объёмного изделия стало в дальнейшем отправной точкой нового этапа развития художественной ковки. Возможная аналогия – переход от барельефа к скульптуре, что можно проследить на основании учебников по кузнечному делу того времени [2, 3, 4, 5]. При этом любой вариант – изготовление Пальмы цельного рельса без сварного единого шва или кузнечная сварка в предложенной четырёхсторонней, трёхэтажной композиции связаны с решением высокого уровня технологических задач кузнечного дела.
Ковать в конце XIX-го, начале XX-го века умели, достаточно вспомнить кованные ограды московских особняков, построенных по проекту Ф. О. Шехтеля (рис. 1). И все же Пальма была замечена и отмечено её удивительное изящество, об этом свидетельствует и нахождение оригинала в Горном музее.
Рис. 1. Кованные ограды московских особняков Ф. О. Шехтеля
Цель исследования
С целью разобраться в вопросе техники изготовления предлагается рассмотреть примерную технологическую последовательность процесса изготовления пальмы как из цельного рельса, так и собранную с помощью горновой сварки из отдельно изготовленных элементов. Не вдаваясь в подробности килограммов и миллиметров, а также возможностей экспертиз, проследим порядок действий мастера в одном и в другом варианте. Постараемся изложить информацию таким образом, чтоб она воспринималась читателям с различным уровнем инженерно-технической подготовки или её отсутствия.
Общие сведения
Технологический процесс ковки – это сложный процесс, включающий последовательное сочетание нагрева и выполнения определённых операций: получение исходной заготовки, нагрев, ковка, отделочные операции, контроль [6]. Предварительно составляется чертёж поковки (эскиз у А. И. Мерцалова был ‑ по воспоминаниям Ф. Ф. Шкарина), проводится расчёт размеров и массы исходной заготовки и составляющих элементов (без пробных поковок отдельных элементов это сделать невозможно для листьев пальмы), определяется необходимый температурный режим нагрева (с учётом окислительного или восстановительного пламени) и выбирается последовательность технологических операций. Перечень данных операций остаётся неизменным, если принять во внимание учебники по кузнечному делу в обозримом историческом периоде с 1925 г. [7, 8, 9, 10]: вытягивание (вытяжка) ‑ увеличение длины заготовки за счёт уменьшения её поперечного сечения; осаживание (осадка) ‑ уменьшение высоты заготовки с одновременным увеличением её поперечного сечения; расплющивание – увеличение ширины части заготовки за счёт уменьшения её толщины; загибание (гнутие, гибка) ‑ придание заготовке изогнутой формы; закручивание ‑ поворот одной части заготовки по отношению к другой на заданный угол вокруг общей оси; отрезка и надрубка ‑ разделительные операции полные или неполные; пробивка отверстий; сварку – соединение отдельных элементов; отделка – придание изделию законченного вида. Из перечисленных операций исключаем: закручивание и пробивку отверстий.
Несколько замечаний, которые будем учитывать при разработке технологической последовательности [8, 11]: «В старину профессия кузнеца была очень популярной, ценной и универсальной… Кузнец не должен ни медлить, ни спешить, ни горячиться, ни быть равнодушным… Хороший инструмент для свободной ковки увеличивает мастерство кузнеца». А кроме всего прочего кузнец должен знать теорию процессов деформации, учитывать напряжённо-демпфированное состояние заготовки, определять необходимые силовые воздействия и др. Современные подходы позволяют выполнить математическое моделирование данных процессов [6]: учесть рост зерна при рекристаллизации поковки (рис. 2а); распределение интенсивности напряжений (рис. 2б) и деформаций (рис. 2в). Несоблюдение этих требований приводит к исправимым или неисправимым дефектам ковки (рис. 2г) [12]. Еще один аспект – разметка и точность исполнения формы веерных листьев. Запаса времени у А. И. Мерцалова не было, право на ошибку исключалось уровнем мастерства и подготовленностью операций.
Рис. 2. Рост зерна при рекристаллизации поковки (а); распределение интенсивности напряжений (б) и деформаций (в); виды дефектов при осадке (г).
Постановка задачи
Необходимо из стального рельса 21⅔ фунтов/фут (29,1 кг/м) с высотой 114 мм и шириной подошвы 95 мм, производства завода «Новороссийского Общества каменноугольного, железного и рельсового производства» окончания XIX-го или начала XX-го века изготовить копию Пальмы Мерцалова. При этом максимально учесть особенности технологии и выполняемые операции.
Основная часть
Найти в XXI-ом веке рельс производства завода «Новороссийского Общества каменноугольного, железного и рельсового производства» относительно просто. После увеличения грузоподъёмности поездов в 30-х годах прошлого столетия В СССР, устаревшие типоразмеры рельс были использованы в качестве опор для деревянных столбов телеграфных линий. Поэтому, необходимо поехать на железнодорожную станцию «Лосиноостровская», в город Королев или Нахичевань, на шахтный двор одной из донецких шахт и найти рельс производства искомого завода [13].
Следующий этап – определение массо-габаритных параметров будущего изделия с разбивкой по весу отдельных элементов, для чего необходим чертёж или эскиз, который был у А. И. Мерцалова. К сожалению такого чертежа, у нас пока нет, создание 3D изображения, наиболее популярного в настоящее время требует наличия соответствующих габаритов и возможностей сканера. Провести измерение каждого листа, ветвей с учётом отрицательных углов, различных плоскостей проекций – сложная задача, за решение которой возьмётся не каждый специалист. Предположим, что эти данные нам удалось узнать.
В классическом варианте разработка технологического процесса включает [8]:
- ознакомление с чертежом детали и техническими условиями;
- составление чертежа поковки и определение её веса;
- определение размера и веса заготовки;
- определение сущности, характера и последовательности основных и вспомогательных операций;
- выбор инструмента и приспособлений для каждой операции;
- определение машинного оборудования;
- определение режима нагрева, температурного режима ковки, режима охлаждения;
- выбор нагревательного оборудования;
- составление условий приемки и испытаний поковки.
Решаем вопрос о стратегии изготовления: вытягиваем пальму из одного рельса, изготавливаем отдельные элементы (ветви, веерные листья и др.) и соединяем при помощи кузнечной сварки. Использование приспособлений – обязательное условие, рельс необходимо фиксировать при обработке, менять его положение, формовать структуру ствола, листьев и др. Открытый горн – обязательное условие. Силовое воздействие – ручное или машинное, решающей роли не имеет, важно определить силу и направление удара.
Следует заметить, что горновая сварка известна очень давно. При этом операция не является простой. Именно сложность этого традиционного кузнечного метода соединения элементов и дала толчок к поиску других методов сварки, которых в наше время уже множество, однако в конце XIX века большинство из них еще не были найдены, а некоторые только осваивались и начинали путь внедрения в промышленность.
В месте соединения горновой сваркой не возникает характерного сварочного шва, который возникает при сваривании большинством других методов. Строго говоря, качественное соединение не видимо невооруженным глазом, а для «проявления» сварочного соединения, когда в этом есть необходимость, используют кислоты.
Вариант изготовления с использованием сварки должен включать следующую последовательность технологических операций.
1. Часть рельса, отведенную для основной части ствола, кузнечным способом равномерно отформовать в «кругляк», утончающийся к верхушке.
2. С помощью штампа или зубил придать стволу фактуру имитирующую кору пальмы.
3. Нарезать или нарубить заготовки для листьев с черенками.
4. Поочередно кузнечным способом произвести формовку и усадку фрагментов заготовок под будущие листья.
5. Поочередно кузнечным способом произвести оттяжку фрагментов заготовок под будущие черенки.
6. Поочередно кузнечным способом расклепать в плоскость будущие листья.
7. Поочередно надрубить плоскости листьев под будущие лучи.
8. Поочередно произвести окончательную формовку пальмовых листьев.
9. Поочередно методом горновой сварки закрепить листья на стволе пальмы.
10. Произвести зачистку и маскировку мест сварки, восстановить фактуру на участках ствола, там, где она была утрачена в процессе предыдущей операции.
11. Финишная обработка изделия.
Качество изготовления и стабильность полученного результата подсказывает, что была выполнена А. И. Мерцаловым большая подготовительная работа. Перед нами продуманность каждого действия в технологической последовательности операций. Возможные приспособления, использованные при изготовлении Пальмы показаны на рис. 3*.
Вариант изготовления из «цельного рельса»
Одна из самых серьезных проблем этого метода ‑ это габариты и масса изделия. При этом, если в начале работы речь идет о заготовке длиной порядка трех метров, то после возникновения листьев возникает еще полутораметровый габарит в поперечнике.
1. Часть рельса, отведенную для основной части ствола, кузнечным способом равномерно отформовать в «кругляк».
2. Кузнечным способом произвести усадку (утолщения заготовки) средней и верхней части ствола.
3. Произвести надрубывание от ствола фрагментов металла, необходимых для создания нижнего яруса листьев.
4. Произвести оттяжку средней части ствола (от нижнего яруса) листьев.
5. Произвести усадку заготовки для верхнего яруса листьев.
6. Произвести надрубывание от ствола фрагментов металла, необходимых для создания верхнего яруса листьев.
7. Произвести оттяжку верхней части ствола (от среднего яруса) листьев.
8. Произвести усадку заготовки для верхнего листка.
9. Поочередно произвести оттяжку надрубленных для листьев фрагментов.
10. Поочередно произвести усадку фрагментов заготовок под будущие листья.
11. Кузнечным способом поочередно отформовать черенки листьев.
12. Поочередно кузнечным способом расклепать в плоскость будущие листья.
13. Надрубить плоскости листьев под будущие лучи.
14. Поочередно кузнечным способом отформовать черенки листьев.
15. Поочередно произвести окончательную формовку пальмовых листьев.
16. С помощью зубил придать стволу фактуру имитирующую кору пальмы.
17. Финишная обработка изделия.
Так как у каждого кузнеца свой багаж собственных наработок и приемов, а также «парк» доступных технических средств и приспособлений, технология изготовления Пальмы Мерцалова у разных мастеров может отличаться, причем иногда кардинально.
Например, идея одной из альтернативных технологий заключается в том, чтобы не формовать рельс по всей длине в «кругляк», а сразу использовать составные части рельса (головку, шейку и подошву) отдельно под определенные составные элементы пальмы.
Недостатком данной технологии изготовления пальмы является необходимость предварительных весовых расчетов и множество пробных кузнечных работ. Технология изготовления при этом может выглядеть следующим образом:
1. Часть рельса, отведенная для нижней части пальмы кузнечным способом, равномерно отформовывают в «кругляк».
2. В месте, определенном предварительными расчетами и пробными работами, с помощью надрубываний, а затем рубкой, отделяют часть головки рельса, метал которой пойдет на формирование нескольких ветвей нижнего яруса пальмы. Остальная часть головки рельса будет использована под тело центрального ствола пальмы.
3. В месте, определенном предварительными расчетами и пробными работами, от головки рельса так же отделяют подошву рельса и шейку, из которых в дальнейшем сформируют оставшиеся ветви нижнего яруса пальмы.
4. Таким же способом формируют заготовку для стеблей и листьев верхнего яруса пальмы. Из оставшейся верхней части головки рельса раскаткой и уковкой формируют заготовку под верхний венчик пальмы.
5. Отделенные части под будущие стебли и листья сначала осаживают чтоб получить утолщение для формирования заготовок листьев с помощью раскаток, а затем оттягивают и формируют стебли листьев.
6. Полученные стебли закручивают и выгибают вокруг ствола пальмы для равномерного их распределения. После окончательной формовки и придания текстуры стволу витки на фоне ствола пальмы выделяться не будут.
7. Заготовки листьев расклепывают в плоскость и проводят их надрубку для получения лучей листа. Далее производят поочередную окончательную формовку листьев с выполнением на них текстурных прожилок а затем подгибают для придания естественной формы.
8. Тем же способом и приемами производят окончательную формовку верхней части ствола и венчика.
9. С помощью зубил или специально предварительно изготовленных штампов придают стволу текстуру коры.
Для реализации той версии необходимы пробные ковки, расчёт и другие моменты, которые на практике не так невинны, как это выглядит на бумаге.
Они, кстати, требуют времени!
Впрочем, никто не знает, когда появилась идея. Возможно, у Мерцалова «в столе» уже давно была наработка, основанная на выполнении отдельных элементов. И когда появилась необходимость, он уже отлично представлял технологию в целом и в частности.
Выводы
Исходя из примерных технологических карт, вариант изготовления из «цельного куска» получился с большим количеством шагов. Но это не главное. Куда больше внимания следует обратить внимания на этапы надрубывания фрагментов ствола и усадки заготовок.
Надрубывание или отделение фрагмента металла под будущий лист подразумевает очень точный расчет массы материала. Его должно хватить на черенок и лист определенного размера. Без пробных поковок эту задачу не решить.
Операция усадки сама по себе достаточно сложная даже с небольшой заготовкой, когда же усадку необходимо провести вертикально, на части изделия длинной более двух метров с массой не подъемной для одного человека, то становится очевидным, что без приспособлений операцию произвести практически невозможно.
Указанное, определяет необходимость использования в работе неких приспособлений, которых, на самом деле, даже в кузнице без механического оборудования существовало множество. Причем кроме традиционных прошивней, шпераков, «мальчиков», клещей различного размера и фасона, мастера часто изготавливают приспособления, необходимые для конкретного изделия или типовой операции. Было бы странно, если бы высококлассный мастер отказался от всего, что может облегчить его работу, и ограничил себя использованием только «молотка и зубила». Задача все-таки состояла в том, чтобы изготовить изящную пальму, а не попасть в «Книгу рекордов Гиннесса», которой, кстати сказать, еще и в помине не было. Сам «Гиннесс» уже был, а вот книги еще не было.
Заведующий экспозиционным отделом «Парк кованых фигур» Лавриненко Е. Ю., Заместитель главного механика по ремонтам ООО «Технологические инвестиции», Филиал №1 «Донецксталь» Стукалов Н. Н., доктор техн. наук, доцент, ФГБОУ ВО ДонНТУ, профессор кафедры МОЗЧМ Сидоров В. А. / УДК 621.73; 908
Список использованных источников
- Горнозаводской листок. № 13. 1896
- L’ architecture ferronnière. Husson, François. Paris, 1873. ETH-Bibliothek Zürich .Signatur: Rar 6668. Persistenter Link: http://dx.doi.org/10.3931/e-rara-28272
- https://vk.com/doc311254945_437229492?hash=1IKPdJ8W8YhbYobmvu7mDalIfzhxK9QNVUpYlMtzyBo 1888-Practical_Blacksmithing-ne.pdf
- Musterbuch von 1894 Schmied Schmiedeeisen Gitter Thore. Каталог кованых элементов и эскизы кузнечных изделий Фабрики Герм. Краузе из Берлина, 1894 год.
- GoodPracticeInOrnamentalIronWork.pdf. https://vk.com/doc311254945_437229506?hash=JEWUCJ7DRQWiDQTB7sgGyPpJNWOm8N8JbC1hZ9ZuZsz
- Каргин, В. Р. Теория и технология ковки: учебное пособие для обучающихся по основным образовательным программам высшего образования по направлениям подготовки 15.03.01 Машиностроение, 22.03.02 Металлургия / В. Р. Каргин, Б. В. Каргин, Е. В. Арышенский ; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева» (Самарский университет). — Самара : Изд-во Самарского ун-та, 2021. — 143 с. : ил., табл.; 21 см.; ISBN 978-5-7883-1594-2 : 50 экз.
- Бекон, Джон Лорд. Кузнечное дело : Пер. с англ. / Л. Бэкон. — Ленинград : Сев.-зап. промбюро В.С.Н.Х., 1925. — 70, [1] с. : табл., черт.; 27 см.
- Коньков, Аркадий Сергеевич. Мастерство кузнеца [Текст] / А. С. Коньков, В. Б. Райцес. — Москва ; Свердловск : Машгиз. [Урало-Сибирское отд-ние], 1959. — 352 с., 1 л. ил. : ил.; 23 см
- Шмаков, Владимир Геннадьевич. Кузница в современном хозяйстве / В. Г. Шмаков. — Москва: Машиностроение, 1990. — 287,[1] с.: ил.; 21 см.; ISBN 5-217-00854-7 (В пер.) : 1 р. 10 к…
- Кузнечное дело / Авт.-сост. С.В. Ухин. – М.: ООО «Издательство АСТ»; Донецк: «Сталкер», 2004. – 79, [1] с.: ил. – (Секреты мастера). и др.
- Справочник по кузнечному делу [Текст] / А. Пулатов, Т. Отаев, М. Масумов, А. Ашуров. — Душанбе : Таджикгосиздат, 1964. — 136 с., 2 л. табл. : ил.; 17 см.
- Струнников, С. Н. Кузнец. [Изоматериал]: [Фотография]. — [Москва], [1942]. — 1 л. : фотопечать; 13,7 × 8,8 см. — (Н-ский завод. Ноябрь 1942 г.).
- Рельсы Юза. https://dongeosociety.ru/hughes-rails/?ysclid=mbuknfxoy4115573498