CC BY
85
УДК 621.74
ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОХУДОЖЕСТВЕННЫХ ЮВЕЛИРНЫХ ИЗДЕЛИЙ Батышев Константин Александрович, д.т.н., профессор (e-mail: [email protected]) Московский политехнический университет, г.Москва, Россия Драгунова Светлана Александровна, преподаватель, (e-mail: [email protected]) Московский колледж им. Карла Фаберже, г.Москва, Россия Семенов Константин Геннадьевич, к.т.н., доцент, (e-mail: [email protected]) Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, г. Москва, Россия Панкратов Сергей Николаевич, ст. преподаватель, (e-mail: [email protected]) Московский политехнический университет, г.Москва, Россия
В работе рассмотрены особенности производства классических ювелирных изделий, которые требуют высококачественных дизайнерских эскизов и высокой культуры литья. В настоящее время для этих целей широко используется компьютерные средства трехмерного моделирования, но для производства эксклюзивных ювелирных изделий по-прежнему используются эскизы выполненные в ручную, что позволяет получать уникальные художественные изделия.
Ключевые слова: эскизы, ювелирные изделия, дизайн-модель, модельный блок, литейные формы, латунь, художественные отливки.
Первым шагом при создании любого ювелирного изделия является его эскиз выполненный дизайнером. В течение долгих лет, вплоть до конца двадцатого века техника и технология создания моделей ювелирных изделий не изменялись. Ювелирные модели и прототипы создавались при помощи графических средств в виде быстрого эскиза, или проработанной иллюстрации, а затем отправлялись на разработку ювелирному технологу, который создавал чертежи и технологические процессы для моделируемого изделия. В наши дни эскизные разработки знаменитых ювелирных марок уже сами по себе считаются произведениями искусства и хранятся старейшими ювелирными домами Европы как реликвии, или продаются на аукционах как раритет.
С наступлением эры технологий изменился и подход к ювелирному дизайну. Несмотря на то, что и в настоящее время многие солидные ювелирные марки предпочитают эскиз, изготовленный от руки. К разработкам украшений стали предъявляться новые требования в связи с изменением технологии производства на этапе эскиз - мастер-модель. Сейчас трехмерное прототипирование изделий почти полностью заменило технологию ручного изготовления мастер-модели из воска, а значит и эскиз изделия должен
быть приемлем для дальнейшего моделирования изделия в 3Б программе. Современные эскизы изделий все чаще исполняются в программах растровой и векторной графики, что позволяет импортировать их при необходимости в программу 3Б моделирования.
Комплексное внедрение компьютерных средств трехмерного моделирования в ювелирном дизайне - это новая страница в культуре создания ювелирных украшений. Таким образом была решена основная проблема ювелирного производства - универсализация ювелирного дизайна, восприятия его пластических решений. В цепочке производства ювелирных украшений много звеньев, начиная от художника дизайнера, заканчивая ювелиром, непосредственно создающим изделие. И на каждом этапе производства каждый специалист имеет свое представление о дизайне украшения. Поэтому нередко эскиз изделия на бумаге и его реальное воплощение -разные по сути украшения, отличающиеся по форме, динамике и композиции. Компьютерное моделирование - однозначное решение этой проблемы. Исключаются недопустимые отклонения или вариации в исполнении изделия, поскольку существует механизированный процесс производства.
Рисунок 1 - Эскиз ветки и листьев и общий план
Несмотря на технологичность и удобство система трехмерного прото-типирования так и не прижилась в производстве эксклюзивных ювелирных изделий европейских элитных ювелирных марок. Их владельцы утвер-
ждают, что за технологичностью пропадает индивидуальность и по прежнему ничто не ценят так дорого, как выполненный от руки эскиз, и созданное руками украшение, обладающее личными качествами.
Большую популярность моделирование обрело в области воплощения изделий средней стоимости, и там, где производится крупное тиражирование. Оно позволяет максимально удешевить и ускорить процесс производства.
В основу композиции декоративной подставки яйцо лег растительный мотив, повторяющийся из веток и листьев (рис.1), которые обвиваются друг с другом.
Представлена технология изготовления изделия «Декоративной подставки Яйцо» [1]. Форма изделия достаточна технологична. Корпус подставки предназначен для украшения интерьера, он должен отвечать высоким требованиям по качеству поверхности, пористости в поверхностном слое, шероховатости. Исходной мастер-моделью является спроектированная дизайнером модель.
Мастер-модель изготовлена, (т.е. вырезанную модель залили и доработали) то необходимо снять с неё форму для получения требуемого количества выплавляемых моделей
К модели предъявляют высокие требования по точности размеров и шероховатости поверхности, поэтому форма изготавливалась из резины фирмы Costaldo, которая обладает минимальной усадкой.
Для изготовления формы необходимо выбрать линию разъема так, чтобы можно было извлечь выплавляемую модель без разрушения или коробления. В обечайку устанавливают модель (рис. 2), затем снизу (на нижней части резины находятся центрирующие элементы) и сверху модели накладывают резиновый пласт, помещают в термопресс на 2 часа, выставляется температуру 180 °С. Готовая форма охлаждается и разрезается по разъему.
Рисунок 2 - Обечайка с моделью
Изготовление выплавляемых моделей и сборка модельного блока [2] Для изготовления выплавляемых моделей был использован специальный модельный состав «Красный» с температурой плавления 63 °С и температурой запрессовки 71 °С. Перед запрессовкой модельного состава полость формы смазывается разделительным составом, это уменьшает прилипае-мость модельного состава к форме. Заполнение формы производится с по-
мощью инжектора под давлением 0,2-0,3 МПа, при этом плавно обеспечивая выход воздуха из полости формы (для этого в эластичной форме делаются надрезы). Модель извлекается из формы, когда температура снижается до 30-40 °С, так как при извлечении с более высокой температурой возможно получить повышенную шероховатость поверхности модели и искажение её геометрии. Извлеченную модель проверяют на наличие дефектов (недолив, крапана, пузыри и т. д.), если дефектов слишком много, то модель переплавляется, если мало или нет дефектов, модель откладывается до следующего этапа.
Стояк закрепляется в резиновом поддоне, в котором формируется профиль литниковой чаши. Поддон и опока имеют округлую форму. Что позволяет уменьшить расход выплавляемого состава и повысить производительность процесса.
а б в д е
ж
Рисунок 3 (а, б, в. д, е, ж) - последовательность сборки модели
Для сборки модельного блока используют электрический паяльник с жалами различной формы. Нагретое жало паяльника помещают между двумя сопрягаемыми поверхностями (стояком и питателем), затем одновременно оплавляют обе поверхности, соединяют их и выдерживают до охлаждения места пайки. Модели напаиваются сверху вниз, чтобы не ис-
портить нижние модели при пайке. Таким образом, чтобы расстояние от литника до литниковой чаши было не менее 10-15 мм, а от модели до «дна» опоки - не менее 20 мм.
Следующей технологической операцией является изготовление литейной формы. Сплавом для отливки изделия была выбрана латунь для литья ОТТОЯ (Си 84%,7К 13%,Б1 3%). ОТТОЯ - светло-желтая латунь для литья по выплавляемым моделям, содержащая 13% цинка. Она обладает хорошей стойкостью к окислению, высокой твердостью, высокой текучестью и устойчивостью к потемнению. ОТТОЯ может использоваться для всех типов литья по выплавляемым моделям. Особая формула позволяет использовать данную латунь для литья как крупных, так и ажурных изделий.
Рассмотрим технические характеристики латуни в зависимости от толщины изделия. Данные характеристики дает фирма производитель ЬЕООЯ (табл. 1).
Таблица 1 - Техническая характеристика сплава для изготовления изделия
Толщина изделий (мм) Температура металла при литье (°С) Температура форм (°С)
0,2-0,5 1070-1040 660-720
0,5-1,2 1040-1020 580-650
>1,2 1020-1000 460-600
Толщина подставки в местах растительного узора, не превышает толщину более 1...2 мм. Что соответствует диапазону температуры литья 10401020 *С.
Для литья изделий из цветных сплавов с температурой заливки 900 -1100 С широкое распространение получили смеси с гипсом в качестве связующего. В данном случае выбираем формовочную массу КеегсаБ1;, которая специально разработана для литья драгоценных сплавов на основе золота, серебра. КЕЕЯСЛБТ - это экономичная формовочная масса для широкого диапазона литейных работ. Она обладает следующими преимуществами:
- хорошей устойчивостью к трещинообразованию во время цикла обжига и при литье.
- имеет большую технологическую гибкость, позволяющую изменять параметры литья.
- дает гладкую поверхность, что уменьшает трудозатраты на шлифовку и полировку.
- включает все смачивающие и пеногасящие материалы, которые необходимо добавлять перед перемешиванием в некоторые формовочные массы.
- дает мягкую кремообразную консистенцию во время перемешивания и разлива.
Технические характеристики формомассы:
Содержание кристобалита: ~ 40% (Великобритания и США).
Состав EasyQuench™ позволяет легко отделять литейную форму в холодной воде
- Отливки без заусенцев и заливов.
- Отсутствие водяных пятен.
- Минимальная тепловая нагрузка.
- Образует блестящую финишную отделку поверхности.
- Простота ручной обработки и перемешивания.
- Кремообразная и однородная консистенция.
- Получение высокопрочных и одновременно проницаемых литейных форм.
- Быстрое прокаливание, менее чем за 6 часов.
- Обеспечивает получение ровных и плотных отливок.
- Содержит увлажнители для устранения шаровидных выделений и поверхностной активности.
- Время обработки: 9-10 минут при температуре воды 22°С.
- Время затвердевания в опоке 11-12 минут.
- Позволяет производить разливку металла при температуре ниже 1093°С.
- Проницаемость: до 113 л/мин.
- Оптимальна для ажурных и филигранных изделий из золота 375-585 пробы, серебра и цветных металлов.
Процесс приготовления литейной гипсодинасовой формы заключается в следующем. Стояк с обезжиренными в спирте или ацетоне моделями и опоку закрепляют в резиновом поддоне. Опоку наращивают, закрепляя на ней с помощью резиновых жгутов тонкий листовой полистирол или полиэтилен, свернутый в виде трубки. Зная объем опоки (в него не входят объемы стояка и восковых моделей) и плотность суспензии (ориентировочно 1,77 г/см3), рассчитывают количество формовочной массы и воды. При смешивании массу добавляют в воду (не наоборот!). После перемешивания (1 - 2 мин) суспензию необходимо подвергнуть вакуумированию в течение 2 - 3 мин при остаточном давлении 2 - 5 КПа, далее залить суспензию в опоку, не допуская замешивания воздуха. После этого форму вакуумируют с вибрацией по двум-трем направлениям при остаточном давлении 10 кПа в течение 3-5 мин. Уровень суспензии при вакуумировании поднимается (под действием выделяющихся газов) и удерживается от выливания наро-щенной частью опоки. Если во время заливки суспензии вакуумирование идет через боковые отверстия опоки, то пластиковая пленка предохраняет суспензию от вытекания через вентиляционные отверстия.
Далее выравнивают поверхность формы, чтобы опока устанавливалась равномерно на стол в установке. После этого приступают к выплавлению модельного состава из формы. Выдержав ее при температуре 80ПС в тече-
ние 1 часа литниковой чашей вниз. Расплавленная модельная масса частично впитывается в поры гипсодинасовой смеси (до 60-70% общего количества модельной массы) частично стекает в поддон под опокой. Далее опоки продолжают прокаливать в той же печи, предварительно удалив поддон для сбора модельной массы.
В процессе прокаливания в печи необходимо поддерживать окислительную атмосферу, чтобы продукты деструкции модельного состава полностью газифицировались и, в том числе, произошло полное окисление образующегося пироуглерода во внутренних частях формы. Иначе рабочая поверхность формы окажется шероховатой, а качество отливок невысоким. Это связано с тем, что пироуглерод может смываться потоком расплава и замешиваться в металл, повышая количество неметаллических включений.
Во время прокаливания формы, необходимо приступить к плавке металла, стремясь, чтобы прокаливание и плавление закончились одновременно (рис. 4).
Рисунок 4 - Режим прокаливания формы.
I. Нагрев и выплавка модельного состава,
II. Нагрев и прокалка формы,
III. Подготовка формы под заливку
Для плавки металла используется индукционная печь. Различают плавку на исходных чистых компонентах, кондиционных и некондиционных материалах. Различают также окислительную и восстановительную плавки. Металлическую часть шихты необходимо загружать в предварительно нагретый до температуры плавления металла тигель. В
начальный период плавки металл активно насыщается газами, включая кислород, в случае использования исходных чистых компонентов и кондиционных материалов окислительный период плавки необходимо сократить, развивая при этом восстановительный период. Для этого перед плавкой графитовый тигель в горячем состоянии обрабатывают бурой или борной кислотой.
Заливку производят на машине 1пёи1егш. Эта машина однопозиционная. Сверху находится плавильный тигель, снизу опока. Плавку ведут в среде инертного газа, а заливку в вакууме, для уменьшения насыщения металла кислородом.
Расплав нагревают до температуры заливки равной 1035 0С и заливают в форму, при этом сверху подается давление, а снизу вакуум. После заливки форму охлаждают на воздухе до температуры 723 К, а затем вымывают в баке с водой. Гипс, постепенно растворяясь, освобождает стояк с отливками. Далее отливки отделяют от стояка и очищают от гипсо-динасовой смеси.
После сушки залитого модельного блока (рис. 5) отливки обрезают от стояка по питателю (1-2 мм от стояка), а затем на обрезном прессе удаляют остальную часть питателя (рис. 6).
Рисунок 5 - Залитый блок
Отливки обрабатывают с помощью ювелирного инструмента: штихелями, борами, дисками и др., после чего отливки полируют.
Рисунок 6 - Отрезанные отливки
Рисунок 7 - Готовые изделия - пасхальные яйца
При обработке полированием поверхность металла приобретает свойства зеркала. Для полирования отливок используются войлочные круги, на которые наносят абразивные зерна (корунд, наждак), при этом число оборотов шлифовального круга составляет 3000 об/мин. После грубой полировки производят тонкую полировку с помощью фетровых кругов и пасты ГОИ мелкой зернистости. Список литературы
1. Драгунова С. А. Продолжая традиции Фаберже // Библиотечка литейщика, 2016, № 8, С. 18-27.
2. Драгунова С.А., Ершов М.Ю., Батышев К.А. К вопросу о применении литейных технологий при изготовлении флористических ювелирных изделий / Труды У111 Международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии», Москва, НИТУ МИСиС, 16-20 ноября 2015 г., С. 364-372.
Batyshev Konstantin Aleksandrovich, PhD, professor
(E-mail: [email protected])
Moscow Polytechnic University, Moscow, Russia
Dragunova Svetlana Alekcandrovna, teacher,
(E-mail: [email protected])
Moscow College. Carl Faberge, Moscow, Russia
Semenov Konstantin Gennadievich, PhD., associate professor,
(e-mail: [email protected])
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia
Pankratov Sergey Nikolaevich, Art. teacher,
(E-mail: [email protected])
Moscow Polytechnic University, Moscow, Russia
GETTING HIGHLY JEWELRY
Abstract. The paper discusses the features of the production of classic jewelry that require high quality and high design sketches casting culture. At the present time for these purposes it is widely used three-dimensional computer modeling tools, but for the production of exclusive jewelry is still used sketches made by hand, which allows to obtain a unique art works.
Keywords: sketches, jewelry, design, model, model unit, molds, brass, art castings.
УДК 629.423.31
МИКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ ОБРАЗЦОВ МЕДНЫХ ПЛАСТИН КОЛЛЕКТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
МАШИНЫ
Белан Дмитрий Юрьевич, к.т.н., доцент; доцент (e-mail: [email protected]) Муравьев Дмитрий Валерьевич, к.т.н., доцент, доцент Гелетюк Юлия Николаевна, студент Хасеинова Сания Барлыбаевна, студент Чекалина Екатерина Константиновна, студент Омский государственный университет путей сообщения Белан Д.Ю., к.т.н., доцент; доцент (e-mail: [email protected])
В данной статье рассматриваются вопросы науглероживания медных пластин коллектора тягового электродвигателя и приготовления микрошлифов для последующего анализа структуры их поверхностного слоя и улучшения физико-механических свойств материалов деталей подвижного состава.
Ключевые слова: тяговый электродвигатель, коллектор, шлифы, электрод.
Ремонтное производство является неотъемлемой частью железнодорожной отрасли. Восстановлению при ремонте подвергается более 80% всех деталей и узлов тягового и нетягового подвижного состава. Это обусловлено жесткими условиями эксплуатации, при которых рабочие поверхности деталей подвергаются интенсивному изнашиванию в процессе трения и накоплению повреждений. Проблема повышения физико-механических и эксплуатационных свойств деталей машин подвижного состава, инструментов, приборов методами поверхностного легирования и упрочнения приобретает все большую актуальность. В настоящее время науке и технике известно более 100 методов поверхностного упрочнения и легирования, каждый из которых имеет свои оптимальные области применения. Все известные на сегодняшний день методы упрочнения поверхностей можно разбить на пять основных групп в зависимости от технологического приема изменения поверхностных или объемных свойств материала: 1 - образование тонких пленок на поверхности; 2 - высокоэнергетические методы,
