Предварительно Моторин отлил небольшую (весом 12 пудов) модель колокола. Чертежи, смета и модель, а также две модели механизма подъёма колокола были отправлены в Петербург для утверждения.
В связи с тем что вся подготовка, включая утверждение проекта, заняла около двух лет, непосредственная работа по изготовлению формы колокола, постройке печей и др. была начата лишь в январе 1733 г.
Для изготовления формы колокола были сделаны по чертежам, составленным русскими мастерами, два шаблона, один из них для внутреннего профиля, второй — наружного.
Формовку Царь-колокола производили на Ивановской площади, чуть восточнее колокольни Ивана Великого. Для этой цели была вырыта яма десятиметровой глубины, боковые стороны которой укрепили дубовыми брусьями с металлическими креплениями и обложили кирпичом. У основания ямы вбили дубовые сваи, на которых установили железную решётку для более прочного основания так называемой постели. Затем приступили к выкладке цоколя болвана. Диаметр этого фундамента был больше диаметра будущего колокола. В центре фундамента, высота которого была 35 см, было оставлено отверстие для выхода газов.
На фундамент наложили второе кольцо из кирпича, но уже на глиняной массе. На это кольцо установили шаблон. Затем, руководствуясь шаблоном, из кирпича сделали форму болвана. Всю стопу кладки для прочности укрепили проволокой, потайными полосами и обручами.
После этого на болван слоями наложили глиняную формовочную массу. Выровненная шаблоном, она образовала нужную форму внутренней части колокола. Глиняный слой обмазки обмотали проволокой и прокололи в нескольких местах, чтобы проходили газы. После просушки глину промазали салом, чтобы создать изолирующий слой между формовочным материалом.
Затем приступили к изготовлению тела (рубашки) колокола. Для этого был установлен второй шаблон, с внешними очертаниями колокола, а на болван в несколько слоёв нанесли жирную формовочную глиняную массу. Чтобы при просушке она не потрескалась, в слои рубашки но всей окружности формы закладывали мягкие волокна. Закончив шаблонирование наружного слоя, фальшивое тело подсушили, нанесли слой особой литейной краски, ещё раз выгладили шаблоном и дали просохнуть. На поверхность тела колокола в соответствующих местах наложили восковые украшения — изображения фигур, орнамент в виде трав, надписи.
После того как тщательно выверили правильность размещения украшений, приступили к изготовлению кожуха — верхней формы колокола.
С большим искусством на фальшивое тело колокола был нанесён первый слой глиняной массы. При этом особое внимание обращалось на заполнение всех деталей украшения. После подсушки первого слоя кожуха сверху нанесли ещё несколько слоёв жидко разведённой формовочной смеси, пока не получили слой в 7 мм. После хорошей просушки нанесли более густой слой из той же формовочной смеси, которую также просушили.
Плавильная печь
Чтобы форма лучше просыхала, внутри болвана развели огонь, продолжая в то же время наносить следующие слои кожуха. Между отдельными слоями, как и прежде, прокладывали льняные волокна, проволоку и бечеву, чтобы предупредить растрескивание формы при просушке. Для прочности в тело кожуха вставили изогнутые железные полосы-ребра и обручи, скреплённое проволокой. В результате получился, по существу, каркас, заменивший опоку. На последний слой глиняной массы кожуха наложили более толстые ребра, верхние концы которых были загнуты в виде крючков (для подхватывания при подъёме), а нижние — подогнуты под нижнюю кромку кожуха. Поверх рёбер были поставлены обручи, стянутые болтами.
После того как кожух просох, форму подняли за крюки при помощи соответствующих приспособлений, чтобы осмотреть и окончательно отделать.
Кожух осмотрели, исправили отдельные места формы, покрыли её краской и подсушили. Мастер теперь окончательно убедился в правильности украшений, отпечаток которых получился с внутренней стороны кожуха.
Затем приступили к окончательной отделке болвана. Рубашку разрезали по частям и аккуратно удалили её с болвана. Выложили из кирпича свод болвана и заделали его глиняной формовочной массой. В своде укрепили железную петлю для языка. Все это подсушивалось огнём, разведённым внутри болвана. После отделки формы на неё вновь установили кожух, с таким расчётом, чтобы он точно встал на прежнее место.
На запрос сената о ходе работ по изготовлению болвана и кожуха инженер-капитан Андрей Рух и колокольный мастер Иван Моторин в ноябре 1732 г. дали такие сведения: болван начнут делать 29 июня, он будет изготовлен через два с половиной месяца, т. е. к 15 сентября, с 15 сентября начнут делать кожух, сделают его в два месяца — к 15 ноября. Окончательно форма будет готова к литью к 13 декабря. 14 ноября приставленный к литью «для смотра и понуждения в работе» артиллерийский капитан Глебов доложил:
«Сего де ноября 1-го дня (по ст. ст.— Н. 3.) означенный колокольный мастер Моторин объявляет, хотя де прежним его объявлениям и показательно, что изготовит все к литью колокола к вышеописанному предыдущему декабря к 15 числу сего года, но того де исправить невозможно за множественностью тяжёлою великою работаю. Понеже де надлежит все делать по размеру со опасным аккуратством, и в сушении оного болвана снаружи управиться не мог затем, что продолжение было немалое в сушке болвана, так же за конечною работою за большими скобами и потайными полосами и обручами, ибо и поныне потайные полосы в болван не прирезаны и обручи не положены. И оное хотя происходит не от малолюдства кузнечных и прочих к тому надлежащих мастеровых и работных людей, которым притом перелитии с довольством имеется, но паче означенной скобы и большие полосы и обручи требовали сделании не мало времени».
Последней операцией технологического процесса формовки мастер установил в специальное гнездо наверху кожуха приготовленную заранее по деревянным моделям форму ушей.
Одним из важных условий получения хорошей отливки является правильное устройство литниковой системы. Иван Моторин выбрал такую конструкцию, чтобы в форму при её заполнении жидким металлом не попадали шлак и другие загрязнения. Для этого был устроен особый резервуар, так называемая литниковая чаша, которая при литье была наполнена металлом почти до краёв. Чистый металл поступал из чаши в форму, а шлак как более лёгкий держался на поверхности литниковой чаши.
Чтобы кожух выдержал давление расплавленного металла во время литья, все пространство между формой колокола и стенами литейной ямы засыпали землёй, тщательно её утрамбовав.
25 января 1734 г. Сенатская комиссия по надзору за отливкой колокола доносила в Петербург следующее:
«Поданное доношение колокольного мастера Ивана Моторина, который объявляет: дело же Успенского большого колокола... к литью приходит. Сего де января с 28 числа как болван, так и кожух, обжигать надлежит, которого де времени того обжигания будет с оного числа месяца, а потом надлежит разлучать кожух от тела и поднять оной кожух кверху, и как он де поднимется, а тело выберется, то уже медлить литьём дальнего продолжения никак не можно, дабы какой сырости от того медления не возымелось. И требует Моторин оное сушение и разлучение кожуха от тела к литью того колокола чинить ли, послать в С.-Петербург и Правительствующий сенат при ведении... и требовать на оно... донесение... немедленной резолюции».
Царь-колокол в литейной яме (гравюра XVIII века)
Из этого доношения следовало, что наиболее трудоёмкие работы по изготовлению колокола были закончены. Дальнейшая работа заключалась в том, чтобы высушить верхнюю форму и болван, вытопить воск, «которого времени обжигания будет с месяц»,— говорил Моторин. Затем предстояло снять верхнюю форму, очистить её от скоксовавшегося воска, исправить возможные случайные повреждения, удалить глиняную рубашку (тело) колокола, «озолить» болван, засыпать пространство, где была топка, песком, а затем снова опустить верхнюю форму (кожух) на болван, скрепить форму с железными брусьями, положенными на фундамент под болваном, и укрепить на ней форму колокольных ушей, которые «сготовлены отдельно».
Согласно сообщению Моторина, на все эти работы требовалось около шести недель. Дальше следовало сложить каменную стенку вокруг всей формы, чтобы во время литья не было никаких неожиданностей, а затем высушить эту кирпичную кладку.
Плавка металла для колокола производилась в четырёх плавильных пламенных печах, установленных вокруг литейной ямы. Каждая печь вмещала до 50 т металла. Расплавленный металл поступал в литейную чашу формы по специальным кирпичным желобкам.
Важным был вопрос о металле для будущего колокола. Металла от прежнего Успенского колокола, предназначенного к переливке, было, естественно, недостаточно. Поэтому Моторин потребовал «прибавок к наличному на угар и на прибыль олова английского 300 пудов, чтобы при литье колокола недостачи не было».
