Монетна справа є важливим державним галуззю, а монетні двори є закритими підприємствами з суворим режимом секретності. Даний режим сприяє і охорони науково-технічних досягнень, що застосовуються в монетному виробництві. З цих причин, широкі верстви населення отримують разрознённую і спрощену інформацію про технології виготовлення монет.
Нумізматам, що вивчають різновиди монет, доводиться припускати причини їх «народження», виходячи з конкретних відмінностей між ними. І про виробничий брак доводиться судити за дефектними монетам, тобто, маючи результат, припускати його ймовірні причини. Для вивчення багатьох аспектів технології застосовуються непрямі методи досліджень, засновані і на окремих фактах, і на власному досвіді, і на гіпотезах інших дослідників.
В даному додаток мова піде не тільки про окремі особливості технології виготовлення монет, прихованих завісою секретності, а й про дефекти, які можуть бути пов'язані з «таємницями монетних дворів» прямо або побічно.
ТАЄМНИЦІ МОНЕТНОГО ДВОРУ - 1
Процес перенесення зображення з ескізу на монети
Яким чином плоске графічне зображення перетворюється в об'ємний рельєф на металевій монеті? Класична схема цього процесу: графічний ескіз - об'ємний макет - матковий штемпель з позитивним рельєфом - робочі штемпеля з негативним рельєфом - монети.
Етапи процесу популяризуються в ЗМІ різними пізнавальними матеріалами, з яких, крім загальної інформації, можна почерпнути і окремі цікаві деталі. Перш за все, можна зрозуміти, що на різних монетних дворах різних держав існують певні усталені традиції і офіційні регламенти, використовується різна термінологія. По-друге, на практиці цей процес може виявитися більш протяжним, ніж в теорії. По-третє, в даний час широко застосовуються комп'ютерні технології. Наприклад, на Санкт-Петербурзькому Монетному дворі перенесення зображення з ескізу на пам'ятні монети проводиться таким чином [1].
З графічного ескізу виготовляється об'ємний восковий зліпок збільшеного масштабу. Він завантажується в скануючий пристрій для гравіювання фрезерного верстата, сканується і перетворюється в комп'ютерний макет монети. З цього 3D-макету для гравіювання фрезерний верстат з програмним управлінням вирізає матковий штемпель (майстер-штамп). Після ручного доведення, з його допомогою пресуються робочі штемпеля (кліше). Процес перенесення зображення, в порівнянні з класичною схемою, подовжується тільки за рахунок 3D-макету. Інакше виглядає цей процес для пам'ятного канадського долара [2].
Хоча теж використовується комп'ютерний ескіз, але на верстаті з ПУ вирізують гіпсовий макет, який допрацьовують вручну. Далі йдуть послідовні операції виливки великомасштабних форм з різних матеріалів. Потім двічі застосовується пантографірованіе за допомогою верстатів-пантографів: при перенесенні рельєфу з епоксидної моделі на бронзову модель, а з неї - на матрицю (матковий штемпель). А при виготовленні бронзової моделі середнього масштабу і матриці обробляється негативний рельєф. Ймовірно, це пов'язано з раціональними міркуваннями. В цьому випадку обробці піддаються тільки рельєфні ділянки, а при використанні позитивних макетів і форм, повинна оброблятися вся площину штемпеля, крім рельєфу. Негативною матрицею пресують позитивний відбиток, а з його допомогою - робочі штемпеля (кліше).
В принципі, при сучасному рівні комп'ютеризації виробництва, взагалі відсутній технологічна необхідність у виготовленні великомасштабних об'ємних макетів. Вони можуть знадобитися для звітності і як еталони. Макети-еталони з м'яких матеріалів теж вирізаються на верстатах, а тільки допрацьовуються вручну, набуваючи художню виразність. А для маленького тиражу монет навіть не потрібно виготовляти матковий штемпель з позитивним рельєфом. За допомогою віртуального макета і «розумного» верстата можна відразу «нарізати» штемпель з негативним рельєфом, доопрацювати його вручну і карбувати їм монети.
Комп'ютеризація монетного виробництва дозволяє виключити з класичної схеми процесу перенесення зображення окремі проміжні етапи, але - теоретично. На монетних дворах великомасштабні макети і маткові штемпеля з позитивним рельєфом все одно зроблять - для звітності і як еталони.
Тиражування робочих штемпелів
При карбуванні невеликих серій монет робочі штемпеля для них пресуються безпосередньо матковими штемпелями. На тематичних сайтах наводиться різна інформація про проміжних етапах пресування штемпелів, які необхідні при масових тиражах монет. Це пов'язано з терміном служби маткових і проміжних штемпелів: кожен з них може бути використаний для виготовлення обмеженої кількості наступних штемпелів. Етапи тиражування штемпелів в різних джерелах іменуються по-різному: «виготовлення відбитків, передавлювання, пресування».
Всього два додаткових етапу пресування дозволяють збільшити кількість робочих штемпелів в сотні разів (на схемі - зліва). При карбуванні монет багатомільйонними тиражами штемпелів і проміжних етапів може знадобитися ще більше ( «піраміда» на схемі). У різних джерелах штемпеля всіх етапів теж іменуються по-різному: «матриці, маточники, обратнікі, негативи, кліше, зразкові або модельні штемпеля, майстер-штампи» і т.д. Ймовірно, по-своєму їх називають і співробітники різних монетних дворів. Щоб не заплутатися в термінології, можна умовно виділити три виробничих типу штемпеля: маткові - виготовлені з макета, робочі - застосовуються безпосередньо для карбування монет, проміжні - всі інші. Робочі штемпеля обов'язково мають негативний рельєф, маткові - позитивний, проміжні - негативний або позитивний. Як варіант, маткові штемпеля можуть мати і негативний рельєф (вгорі - праворуч), що не змінить подальшу структуру виробничої «піраміди». В якості робочих можуть застосовуватися будь-які штемпеля з негативним рельєфом, вилучені з більш «високих» етапів пресування. Ймовірно, так роблять в кінці кожного року, коли потрібно швидко «закрити» річний тираж, не витрачаючи час і кошти на виготовлення відсутніх робітників штемпелів. І навпаки: проміжні штемпеля з «нижніх поверхів», якщо вони не зношені, можуть застосовуватися замість маткових для тиражування нових партій штемпелів. Тоді до основної «піраміді» на різних її рівнях прилаштовуються нові «піраміди», з різною кількістю проміжних етапів. Для кожного конкретного типу монет, структура цих «споруд» може бути різною.
І невідомо: скількох «поверхів» можуть досягати виробничі «піраміди» на монетних дворах, і як вони можуть «перетинатися» в процесі виготовлення штемпелів для тих чи інших монет масового карбування? І скільки, взагалі, штемпелів потрібно виготовити для карбування конкретного кількості монет?
Наявність проміжних етапів в процесі виготовлення штемпелів подовжує і ускладнює виробничий цикл, що не тільки побічно сприяє формуванню дефектів на монетах, а й вельми підвищує їх собівартість. Тому на монетних дворах впроваджуються нові технології зміцнення робочих штемпелів, істотно підвищують термін їх служби. В результаті, виробничий цикл скорочується, прагнучи до найкоротшою схемою (ескізи - штемпеля - монети).
Різний масштаб зображення на монетах традиційно пов'язують або з повторним процесом пантографірованія, або з використанням іншого макета. Але деякі дослідники припускають взаємозв'язок змін масштабу з проміжними етапами пресування штемпелів. Передбачається, що при кожному проміжному етапі пресування розмір трохи збільшується, і чим більше етапів розділяє маткові і робочі штемпеля, тим крупніше виходить зображення.
Це може бути пов'язано з не цілком вивченими «нелінійними» явищами, до яких, зокрема, відносяться явища прямого і зворотного пружного післядії. детально розглянуті в підрозділах 5.4.6. Односторонній чекан і 5.5.1. Вторинна деформація рельєфу монети.
Уявімо: як може «працювати» явище прямого пружного післядії в процесі пресування проміжних штемпелів? На відміну від заготовки для монети, що є тонким диском, заготівля для штемпеля представляє з себе масивний товстий циліндр (на схемі - 1). Сам процес пресування більш тривалий у часі, ніж карбування монети.
При цьому деформується не тільки верхня площина, на якій видавлюється рельєф, а й все тіло заготовки (2). Після зняття навантаження деформація може тривати (3), внаслідок чого весь циліндр трохи збільшується в діаметрі, втрачаючи в висоті. Ця величина може вимірюватися мікронами, але при декількох проміжних етапах пресування, мікрони складаються в соті частки міліметра, а то і - в десяті.
Судячи з графіком, що відображає зміну деформації в часі, «нелінійні» явища можуть тривати невизначено довго після зняття навантаження. Тобто, пресований циліндр може продовжувати «Плющ», коли вже передається на наступні операції! Подібні явища відбуваються і в тілі давить загартованого штемпеля: теоретично, він теж може поступово збільшуватися в діаметрі, але в меншій мірі.
Примітка: заготовки штемпелів необов'язково повинні мати форму правильного циліндра. Пресована поверхню заготовки може бути конічної. Це покращує якість пресування, так як рельєф формується не відразу весь, а поступово - від центру до країв. А заготовки штемпелів для автоматичних пресів можуть бути східчастими, що пов'язано з пристроєм вузла кріплення штемпелів.
При цьому розподіл внутрішніх деформацій в процесі пресування дещо змінюється, але вплив нелінійних явищ зберігається.
Теоретично, в процесі пресування штемпелів може мати місце і явище зворотного пружного післядії. Тоді заготовка повинна «пружинити», а після зняття навантаження трохи збільшуватися й зменшуватися в діаметрі. Масштаб зображення в процесі проміжного пресування зменшувався б, однак це не відзначається на практиці. Мабуть, це пов'язано з пружними властивостями інструментальної сталі, яка застосовується для виготовлення штемпелів.
Якщо спиратися на схему виробничої «піраміди», то на прикладі радянської пам'ятної монети 1 рубль «Сто років з дня народження В. І. Леніна» можна уявити процес збільшення масштабу зображення в такий спосіб:
Перша партія монет карбується штемпелями з негативним рельєфом, які були пресовані маточним штемпелем (1). Деякі з цих штемпелів переводяться в розряд проміжних, «піраміда» надбудовується вниз на два «поверхи», і наступна партія монет карбується новою партією штемпелів (2). Частина цих штемпелів теж використовується в якості проміжних, «піраміда» знову підростає, і третя партія монет карбується «нижніми» штемпелями (3). Надалі, для карбування використовуються штемпеля з трьох різних рівнів. Можливий і протилежний варіант: до «нижнім» робочим штемпелем додаються штемпеля з «верхніх поверхів», коли зменшується потреба в тиражуванні штемпелів. Нарешті, можливо і довільне переміщення штемпелів між «поверхами»: в залежності від виробничої необхідності, штемпеля одного рівня або карбують монети, або пресують нові проміжні штемпеля. У підсумку, виходять три різновиди монет, у яких масштаб зображення на аверсі поступово збільшується. Потрібно відзначити, що у цих пам'ятних монет змінюється і масштаб реверсу. Природно, наведена спрощена схема, а різні за масштабом штемпеля повинні розділятися большѝм кількістю проміжних етапів.
Це узгоджується з практичними дослідженнями, обґрунтовується і іншими теоретичними викладками, але це не означає, що не можуть бути інші причини зміни масштабу. На розмір зображення можуть впливати і способи загартування, і доробка готових штемпелів, і організаційні причини. Якщо згадати, що тираж пам'ятних монет «Сто років з дня народження В. І. Леніна» становив близько 100 мільйонів екземплярів, то не можна забувати і «пантографіческіе» причини зміни масштабу. При потребі у великій кількості робочих штемпелів, процес пантографірованія міг проводитися не один раз, і маткові штемпеля отримували трохи різний масштаб зображення.
Можна зробити висновок: не слід пояснювати зміна масштабу зображення на монетах якої-небудь однієї причиною, якщо судити тільки по готовій продукції. Не маючи достовірних даних про нюанси виготовлення штемпелів для монет конкретного типу, правильніше виходити з того, що мав місце комплекс причин.