автореферат диссертации по искусствоведению, специальность ВАК РФ 17.00.06
диссертация на тему: Дизайн изделий из стекла в технологии фьюзинга

Полный текст автореферата диссертации по теме "Дизайн изделий из стекла в технологии фьюзинга"

На правах рукописи

Дайнеко Виктория Владимировна

ДИЗАИН ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛА В ТЕХНОЛОГИИ ФЬЮЗИНГА

Специальность 17.00.06 - Техническая эстетика и дизайн

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 МАР 2015

005559820

Иркутск - 2015

005559820

Работа выполнена на кафедре «Архитектурное проектирование» ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет»

Научный руководитель: Калихман Аркадий Давидович, доктор физико-

математических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет»

Официальные оппоненты: Галанин Сергей Ильич, доктор технических наук,

профессор кафедры «Технологии художественной обработки материалов, художественного проектирования, искусств и технического сервиса» ФГБОУ ВПО «Костромской государственный технологический университет»

Сурнина Наталья Александровна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологии промышленной и художественной обработки материалов» ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский

государственный университет технологий и управления»

Защита состоится «24» марта 2015 года в 12.30 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.119.04 при ФГБОУ ВПО «Московский Государственный университет приборостроения и информатики», институт технической эстетики МИРЭА МГУПИ по адресу: 107996, г. Москва, ул. Хованская, д.119 с 312, ауд. 309

Текст автореферата размещен на сайтах: http://www.istu.edu, http://www.mgupi.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский Государственный университет приборостроения и информатики», Автореферат разослан «20» февраля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

А.Э . Дрюкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Возросший интерес к использованию художественного стекла в дизайне и декорировании интерьера связано с особыми выразительными характеристиками этого материала и подразумевает совершенствование технологий изготовления стеклянных изделий. Одной из распространенных технологий является технология фьюзинга или спекания стекла при температурах в пределах 740-850 °С. Такая технология позволяет выполнять уникальные работы в единичных экземплярах на сравнительно простом оборудовании, проводить эффективный поиск новых решений для создания художественных изделий из стекла. Использование этой технологии позволяет спекать стекла, сохранив четкие очертания форм, рельеф и фактуру поверхностей, цветовые характеристики тон и насыщенность. Появляется возможность внедрения между слоями стекла различных материалов, таких как фольга, кусочки металла или металлическая проволока. Разнообразие спекаемых материалов дает простор для экспериментов, а художникам и дизайнерам по стеклу создавать творческие работы в большом диапазоне сочетаний материалов, пластики цвета и фактуры.

Проблемы технологии художественной обработки стекла рассматривались в работах многих исследователей. В их числе Алексеенко М. П., Бессмертный В. С., Галимов Э. Р., Гулоян Ю. А., Дворникова О. К., Ермоленко Н. Н., Зимин В. С., Зубехин А. П., Казакова Л. В., Клиндт Л. В., Кудряков О.В., Лазарева Е.А., Литвиненко С. В, Легошин А. Я., Матосян Л. С., Мотовилова М. В., Панкова Н. А., Рашин Г. А., Саркисов П. Д., Сергеев Ю. П., Солинов В. Ф., Солнцев С. С., Морозов Е. М., Соловьев С. П., Сильвестровича С. И. Существенный вклад в исследования обработки листового стекла методом спекания и остаточного напряжения внесли работы Сурниной Н. А., Цумпе К. А., Шелби Дж., Шпачека Я., Шульца М. М. Энтелиса Ф. С.

До настоящего времени не было проведено системного исследования, устанавливающего связь между режимами термической обработки стекла и точностью передачи цветовых соотношений. Мало информации о важном для хрупких изделий из стекла вопросе их фиксации и крепления для демонстрации с сохранением эстетических качеств изделий в условиях их интерьерного использования. Недостаточно изучены и возможности получения заданных форм фактуры и рельефа поверхности изделий, цветовых характеристик тона и насыщенности, включения в тело изделия металлических деталей.

Перечисленные проблемные вопросы позволяют определить актуальность проведения работ по различным аспектам создания художественных изделий из стекла в технологии фьюзинга с выделением следующих направлений: получение обоснованных рекомендаций по точности передачи цветовых соотношений в процессе спекания листового стекла и других составляющих элементов композиции; выявление результатов влияния режимов термической обработки и ряда других факторов на эстетические свойства изделий; решение проблемы надежности крепления в виде технологических отверстий в стекле и петлевых подвесов из металла, внедряемых в стекло. Именно эти направления определили выбор темы, постановку цели и задач исследования.

Цель работы - совершенствование дизайна изделий из стекла выполняемых в технологии фьюзинга на основе оптимизации конструкции и прочностных характеристик креплений типа петлеобразных подвесов и сквозных отверстий, использования системы натуральных цветов для формирования колористических характеристик изделий.

Задачи

1. Изучение типологии художественных изделий из стекла в технологии фьюзинга и их классификация по видам и формам.

2. Анализ режимов спекания и условий появления дефектов прозрачности и деформаций формы изделий при внедрении креплений.

3. Разработка конструктивных решений петлевых металлических подвесов и экспериментальная проверка надежности креплений подвесов художественных изделий из стекла, сохранение при спекании положения исходных технологических отверстий для крепления изделий.

4. Разработка методики подбора цветного стекла для создания декоративной композиции с применением современных цветовых систем и технологий поиска гармонических сочетаний.

Научная новизна работы

1. Дана типология художественных изделий из стекла в технологии фьюзинга в зависимости от средовых факторов.

2. Определены условия совместимости спекаемого стекла для различных образцов и причины появления дефектов прозрачности и формы при внедрении креплений.

3. По результатам испытаний на образцах с различными длинами подвесов из металла в стеклянном теле и вне стекла получены оптимальные параметры конструкции креплений, условия перехода металла от упругой к пластической деформации. Определены условия сохранения при спекании положения технологических отверстий для крепления изделий.

4. Определены условия сохранения цветовых характеристик стекла после спекания в различных цветовых системах, дано обоснование метода подбора цветного стекла для создания декоративной композиции.

Практическая значимость работы

1. Даны рекомендации по использованию цветовых систем при подборе цветного стекла для создания художественных изделий.

2. Практические рекомендации по предупреждению и выявлению дефектов при спекании даны в виде таблиц с основными технологическими показателями, важными для контроля процесса изготовления.

Материалы исследования используются на кафедре архитектурного проектирования ИрГТУ при чтении лекций и проведении практических занятий по дисциплинам «Основы дизайнерского проектирования и композиционного моделирования», «Предметное наполнение архитектурной среды».

Положения, выносимые на защиту:

1. Типология художественных изделий из стекла в технологии фьюзинга и их классификация по видам и формам.

2. Условия совместимости спекаемого стекла для различных образцов и причины появления дефектов прозрачности и формы при внедрении креплений.

3. Результаты испытания креплений на образцах с различными длинами подвесов из металла в стеклянном теле и вне стекла и определение оптимальных параметров конструкций крепления, условия перехода металла от упругой к пластической деформации, условия сохранения при спекании положения технологических отверстий для крепления изделий.

4. Обоснование метода подбора цветного стекла для создания декоративной композиции и условий сохранения цветовых характеристик стекла до и после спекания с применением современных цветовых систем и технологий поиска гармонических сочетаний.

Достоверность результатов обеспечивается использованием в качестве теоретической и методологической базы диссертационного исследования фундаментальных трудов, стандартов, энциклопедической и справочной литературы по исследуемой проблеме, пакетов прикладных программ Adobe Photoshop, Corel Draw, Microsoft Office.

Апробация работы. Материалы разделов диссертации были включены в доклады ежегодных научно-практических конференций ИрГТУ, семинаров кафедры архитектурного проектирования и кафедры геммологии, международных научно-практических конференций; результаты диссертационного исследования также обсуждались на международных научно-практических конференциях: III Международной научно-практической конференции «Научные перспективы XXI века. Достижения и перспективы нового столетия», (г. Новосибирск, 2014 г); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы технических наук» (г. Уфа, 2014 г.); Международной научно-практической конференции «Технические науки в мире: от теории к практике» (г. Ростов-на-Дону, 2014 г.); VII Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы развития инновационной деятельности в новом тысячелетии», а также опубликованы в международном научно-популярном вестнике «Европа-Азия» (г. Москва, 2014 г.).

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки РФ, 8 - в научных журналах, сборниках трудов научно-практических конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников из 105 наименований. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 70 рисунков и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность и показана степень разработанности темы, поставлены цели и задачи исследования, отражена научная новизна диссертационного исследования, практическая полезность, определены методология и методы исследования, указаны положения, выносимые на защиту, рассмотрена степень достоверности результатов и проведена их апробация.

В первой главе «Изготовление декоративных изделий из стекла в технологии фьюзинга» приведены используемые данные о стекле, его классификации, рассмотрены морфологические и символические описания, содержание которых определяется функциональными и эстетическими свойствами стекла. Дано общее представление о вариантах обработки стекла. Рассмотрены особенности изделий из стекла, приведена их классификация по функциональным и эстетическим характеристикам, в которых художественное понимание стеклянных изделий представляется как совокупность характеристик формы, цвета, фактуры, рельефа, рисунка или текстуры. Представлены виды обработки стекла.

Технология работы со стеклом в горячем состоянии сводится к созданию формы стекла при остывании после нагрева свыше 1000 °С; технология обработки стекла в теплом состоянии происходит при температурах от 600 до 900 °С; технология обработки стекла в холодном состоянии включает механическую или химическую обработку при комнатной температуре (рисунок 1).

Технология обработки стекла Технология обработки стекла Технология обработки стекла

в горячем состоянии

Технология обработки стекла давлением_________

Прессование Прокатка

i теплом состоянии

Фьюзинг (спекание)

в холодном состоянии

Механическая обработка поверхности стекла Обработка скалыванием, резан

Технология обработки стекла растяжением

Вытягивание

Технология "лэмпворк"

ж

Технология обработки свободного течения стекла jlHtbe скульптур

Технология обработки стекломассы, стеклянной крошки. ? фритты

Patte de yerre

Технология обработки листового стекла

Моллировани'е (провисание)

¡У»

Технология обрабогки поверхности стекла Огневое пЬлир9ванне

Электрическая обработка поверхности стекла

Электродное гравирование

Химическая обработка поверхности стекла

Химической матирование

ш

Физическая обработка поверхности стекла Гравирование лазером

а) б) (в)

Рисунок 1 - Технология обработки стекла в горячем (а), теплом (б) и холодном (в)

состояниях

Реализация проектных разработок предваряется испытаниями совместимости планируемых к использованию стекол, которая подразумевает их равенство или близость по степени расширения/сжатия при нагреве/охлаждении. Основным параметром является температурный коэффициент линейного расширения (TKJIP) - относительное удлинение образца стекла при нагреве на один градус с учетом диапазона температур, в котором он измеряется. TKJIP практически единственный технологический показатель, указываемый производителем стекла, по которому определяется совместимость разных стекол. Различия TKJIP (даже незначительные) могут приводить к возникновению внутренних напряжений в спекаемых образцах, риску образования трещин или полному разрушению изделия после охлаждения. Диапазон изменений показателя ТКЛР находится в большинстве случаев в интервале от 10"6 до 50-10"6 К"1. В технологиях обработки стекла принято использовать множитель 10"7 К"', который обычно опускается в маркировке стекла, и сохраняются только значимые цифры перед множителем.

Необходимо учитывать эти особенности материала при обработке его в технике фьюзинга. Изготовление изделия в технологии фьюзинга состоит из нескольких этапов с разными температурно-временными параметрами.

Фаза нагрева стекла. Стекло нагревается до температуры, при которой протекают процессы фьюзинга. Нагрев ведется от комнатной температуры до 650920 °С в зависимости от типа процедуры. На этом этапе стекло переходит из твердого состояния в мягкое, приобретает ярко-красный цвет. Края контактных стекол начинают прилипать друг к другу. Полный фьюзинг, то есть слияние двух стекол в одно, происходит, когда температура достигает 800 °С. В этой фазе выделяется два вида спекания: приметочное, при котором происходит процесс отекания, и полное спекание, при котором все детали сливаются в одно. С увеличением толщины спекаемых объектов необходимо уменьшать скорость нагрева, а продолжительность выдержки увеличивать.

Фаза томления стекла. Во время томильной стадии (или стадии выдержки) температура поддерживается на заданном уровне. Начинается при достижении максимальной температуры в фазе нагрева (от 850 °С до 650 °С). Выдержка при максимальной температуре необходима для быстрого формирования изделия, поскольку с повышением температуры вязкость стекломассы снижается, а скорость деформации растет, появляется возможность сокращения времени термообработки и исключения кристаллизации стекла. Фаза томления длится от нескольких минут до нескольких часов.

Фаза быстрого отжига стекла. Стадия отжига - этап снятия напряжения в стекле. Когда стекло остывает до температуры 580 °С, оно постепенно приобретает свой цвет, и начинается фаза отжига. В этой фазе можно выделить верхнюю точку отжига, на которой стекло начинает переходить в твердое состояние и его вязкость составляет 1013 Пуаз (единица системы сантиметр-грамм-секунда для измерения динамической вязкости) и нижнюю точку отжига, на которой его вязкость составляет 1015 Пуаз. Каждый сорт стекла имеет свою зону отжига. Определить ее можно только экспериментально.

Фаза охлаждения стекла. На стадии охлаждения до комнатной температуры стекло постепенно остывает до температуры воздуха в помещении.

Во второй главе «Типология художественных изделий из стекла в технологии фьюзинга и дефекты спекания» сделана попытка структурирования существующих технологий декоративной обработки стекла, что видно из представленной на рисунке 2 схемы. Изделия из стекла можно классифицировать по технологическому признаку: а) на получаемые в технологии фьюзинга; б) на комбинированные, получаемые сочетанием с другими технологиями обработки стекла (теплой, холодной, тепло-холодной).

Часто с технологией фьюзинга сочетают моллирование, при этом можно получать объемные изделия: посуду, вазы, бижутерию, светильники, подсвечники, панно, скульптуру, раковины умывальники, витражи.

Технология обработки стекл! в холодном состояний

Механическая обр;

поверхности стекла

.V

ск^ыванием.. ; резанием : Пескоструйная обработка резкг Шлифование СверАейие

Полирование Гранёное

Физическая \

поверхности стекла^

1 Xравйровка уШржшушм;. . Гравировка лрером

Химическая \

шверхности стекла

Химическое ; .Химическое":

.Травление..........полированием

Матирование Фотопечать

г Электрическая

поверхности стекла/

/

, Элекгрощбе гравирование '; [Обработка поверхности стекла].

Живопись На1!есенис ап1и1икаций. Наоеива1ше дешр^ ■

Технология обработки стекла в теплом состоянии

-»(.Фьюзинг (спекание))

Основа на рисунке : . Основа под уиминф 1 '■. рисунком Без ОСНОВЫ «шкЫтйижй

Технология обработки стекломассы, стеклянной крошки, ___ фритты

Райе (1е у'сггё Стекольная отливка'

Технология обработки! листового стекла

т

Моллирование (провисание); .Отекание-

Технология обработки..

поверхности стекла

Ог невое полирован

Наклеивание декоративных? элементов, нанесшие рисунка, красками

| Комбинированная технология у обработки стекла

. Технология обработки стекля в горячем состоянии ]

-»(Технология обработки)._

ч стекла давлением ) ;Прссойанйё: Ьрокатка:

Технология ооработк?1>.^ . стекла растяжением Г

Вытягивание:

Труб;'Вблб'кна-Листового:

{

Ручное выдувание

Ручное свободное выдувание с гладкой поверхностью

. Ручное формовое выдувание с рифленой поверхностью

Выдувание сжатым воздухом

Выдувание с применением вакуума

ехнология обработки свободного^ течения стекла

•'.'Литье скульптур; Центробежное формование'.

Технология "лзмиворк"

Рисунок 2 - Схема типологий существующих технологий декоративной обработки

стекла

В главе раскрыты особенности совместимости стекла в процессе фьюзинга и описаны возможные дефекты изделия. Экспериментальное исследование дефектов художественных изделий из стекла в технологии фьюзинга проводится на образцах, моделирующих формирование будущего изделия. Процесс спекания сопровождается рядом деформаций комплекта сопрягаемых элементов из стекла, называемых подложкой (основой) и накладкой (в случае использования пластин, либо верхней и нижней пластиной). Материалом накладки может быть также стеклянная крошка, другие декоративные объемные формы стекла.

В разделе 2.1 приведены примеры изделий, выполненных в технологии фьюзинга для интерьеров помещений различного назначения в г. Иркутске. На рисунке 3 представлена типология авторских изделий в технологии фьюзинга.

Типология изделий, получаемых методом фьюзинга

Изделия

Изделия имеющие основу

Изделия не имеющие основу

Изделия

Стекло подложка

„,„,., Стекло

11.1>1........

. ■ У наклалю

Стекло? накладка

щш

Стекло / накладка

0

Стекле../ накладка

Стекло подложка на рисунке

Стекло рядом друг с другом

Изделия

Изделия имеющие инкрустацию красками

Технология обработки стекломас < стеклянной крошки, фритты

Изделия

Рисунок

Стекло накладка

Стекло подложка на рисунке

Стеклянная крошка НИШИ

I ш

Изделия

Моллирование

Прочесывание

Изделия

Стеклоформа

Стекло

Стекло подложка

Рисунок 3 - Типология изделий из стекла, получаемых методом фьюзинга

В разделе 2.5 приведены результаты экспериментального исследования дефектов художественных изделий из стекла в технологии фьюзинга на образцах, моделирующих формирование будущего изделия. Деформация изделия и его

спекание начинаются на стадии нагрева, поскольку температура стекла сначала поднимается до температуры текучести (700-750 °С), при которой исчезают признаки твердого состояния стекломассы, а затем превышает ее. Так, при нагреве до 700 °С поверхность спекания деталей уже настолько велика, что сдвинуть их, не разрушая, не представляется возможным, но деформация, видимая невооруженным глазом, отсутствует. Из-за высокой вязкости стекломассы спекание происходит только в точках контакта выпуклостей поверхности стекла. При повышении температуры до 740 °С поверхность спекания увеличивается, изделие деформируется, а оплавляющиеся острые кромки скругляются под действием сил поверхностного натяжения. Нагрев изделия до 780 °С ведет к спеканию почти по всей поверхности контакта деталей, а видимая деформация увеличивается.

В диссертационной работе Сурниной Н. А. было показано, что на начальной стадии спекания размеры в плане нижней пластины уменьшаются на 0,1-12 %, а на последующих стадиях они увеличиваются на 0,1-3,4 %; размеры в плане верхней пластины увеличиваются на 0,2-27 %. Неравномерность деформации размеров нижней пластины достигает 5,5 %, верхней - 4 %. Эти данные не выходят за пределы известных представлений о геометрических трансформациях исходных параметров спекаемого комплекта стекол в технологии фьюзинга. Хотя численные оценки деформаций можно считать сравнительно небольшими, они требуют учета в создании художественных изделий из стекла с использованием других материалов, в частности, внедряемого в стекло металла для крепления.

Эти результаты стали основой экспериментального исследования статистики появления дефектов в области закрепления подвеса петлеобразной формы из медной проволоки при спекании. Использование крепления в виде петлеобразного металлического подвеса для изделия из стекла в технологии фьюзинга позволяет закреплять изделие непосредственно на стене или вертикальной части предметного наполнения интерьера, а также подвешивать к потолку или к горизонтальной части предметного наполнения. Технологии спаивания металла со стеклом учитывают, в первую очередь, напряжения, обусловленные различием коэффициентов термического расширения для предупреждения разрушений спая. Спаи стекла с металлом принято называть согласованными, когда коэффициенты линейных расширений материалов близки во всем интервале рабочих температур (платинит, платина, ковар, вольфрам), и несогласованными для материалов с заметно отличающимся линейным расширением (медь, никель, сталь). Из практики следует, что одним из лучших металлов для несогласованного спая со стеклом является медь. Медь обладает высокой пластичностью, хорошей адгезией окисной пленки в месте спая со стеклом, высоким значениям электро- и теплопроводности.

Для анализа использовались три вида образцов изделия с креплением из медной проволоки с одинаковой пластиной стекла подложки и накладки в виде стеклянной крошки, пластины из стекла меньшего, чем подложка размера и декоративного стекла. Испытывались 50 одинаковых по структуре комплектации образцов для каждого из трех вариантов проектируемого изделия.

На рисунке 4 приведен общий вид трех типов спекаемых комплектов По результатам спекания проводился анализ образца и его осмотр с 5-кратным увеличением для обнаружения дефектов типа помутнений и трещиноватостей в области сочленения с металлом и по всей зоне спекания подложки и накладки.

Медный подвес Медный подвес

а) б) в)

Рисунок 4 - Образец с петлеобразным подвесом из медной проволоки между пластиной подложки и накладкой: а - из стеклянной крошки; б — меньше размера подложки; в - из декоративного стекла

Для всех рассматриваемых образцов со стеклянной крошкой не выявлено помутнений и трещиноватого слоя. Отсутствие исследуемых дефектов во всех образцах является существенным показателем для качественных оценок художественных характеристик.

Для рассматриваемых образцов с накладкой меньшего размера не выявлено помутнений и трещиноватого слоя стекла по всему объему в 44 случаях. В 6 образцах обнаружены участки трещиноватого слоя в области внедрения медного подвеса при отсутствии участков с помутнениями. Таким образом, статистика дает 12 % образцов с визуально обнаруживаемыми дефектами типа трещиноватостей.

Для рассматриваемых образцов с декоративным стеклом не выявлено помутнений и трещиноватого слоя стекла по объему в 43 случаях. В 7 образцах обнаружены участки трещиноватого слоя в области внедрения медного подвеса, а в 2 образцах из них произошло небольшое смещение накладки вместе с внедряемой проволокой подвеса. Участки с помутнениями отсутствуют во всех образцах. Таким образом, статистика дает 14 % образцов с визуально обнаруживаемыми дефектами типа трещиноватостей и 4 % образцов еще и со смещением, что свидетельствует о необходимости строгого контроля при использовании подобной технологии крепления в изготовлении художественных изделий.

В третьей главе «Конструкции крепления изделий из стекла и определение надежности петлеобразных подвесов» дана классификация, и описание систем крепления изделий из стекла. Даны принципы выбора систем крепления для различных художественных изделий. Именно медь использовалась для исследования надежности крепления петлеобразных металлических подвесов стеклянных изделий, появления дефектов стекла в местах спая в силу ее широкого применения в практике, приемлемых декоративных качеств и доступности. Испытания проводились на наборе образцов с использованием универсальной

электромеханической испытательной машины ШБТЯСШ 5989. На рисунке 5 приведен схематический вид образца для испытаний.

стекло основа

стекло основа

стекло наклалка

Рисунок 5 - Схема образца для проведения испытаний

По экранным формам фиксировались результаты испытаний для шести пар образцов с различными длинами и нитями подвесов. Визуально фиксировались изменения на участке спая стекла с металлом, связанные со снижением прозрачности и помутнением стекла в окрестности подвеса, растрескиванием стекла. Следует отметить, что приведенные выше характеристики используемого стекла и медной проволоки, технология изготовления образцов исключали разрывы проволоки в месте спая или ее удаления из тела стекла. На рисунке 6 показаны типичные образцы экранных форм в экспериментах.

Перемещение {тт]

"еремечлние Стт]

■тт/тй; 6,000-:»

МАКСИМУ* (Нагрузил 20

а) б)

Рисунок 6 - Результатов испытаний с подвесами вне стекла и в стекле: а - 50 мм и 20 мм; б - 92,5 мм и 30 мм

Видно, что для первого образца максимальная нагрузка составила 166 Н с растяжением проволоки на 7,5 мм, за которым произошел разрыв проволоки вне спая. Для второго образца максимальная нагрузка составила 687 Н с растяжением на 7,9 мм (экранная форма с другим масштабом).

Результаты экспериментов показали, что для всех образцов наблюдается достаточная прочность крепления подвеса в стекле в сравнении с весовой нагрузкой (обычно не более 50 Н, масса изделий из стекла до 5 кг). На прочность крепления влияет длина подвеса в стеклянном теле изделия, но практически не

заметно влияние длины подвеса вне стекла. Для образцов с длинами подвесов вне стекла 50 мм и в стекле 20 мм и 40 мм различие в максимальной нагрузке составляет около 70 Н.

Увеличение прочности крепления отмечается в случае использования подвеса из скрученных спиралью четырех нитей медной проволоки диаметром 0,44 мм в сравнении с подвесом из одинарной нити диаметром 1 мм. Максимальные нагрузки увеличиваются почти в два раза, достигая в одном из образцов с длиной подвеса вне стекла и в стекле 92,5 мм и 30 мм величины 687 Н.

В проведенных экспериментах на нагрузку разрушение стекла в образце не происходит. Переход нагрузки на подвес от упругой к пластической деформации не сопровождается снижением прозрачности стекла и его растрескиванием. Такой вывод может быть важен с точки зрения сохранения эстетических качеств декоративных изделий из стекла в технологии фьюзинга с петлеобразными металлическими подвесами.

В разделе 3.4 анализируются результаты применения методики создания (в зависимости от дизайна изделия) технологических отверстий для крепления изделий в элементе основы, на которой располагается рисунок. При изготовлении изделий был использован способ механического просверливания отверстия в основе изделия до его обработки в печи, а затем определялось влияние разных температур при спекании изделий из стекла на расстояние между заранее выполненными технологическими отверстиями и их диаметром. Специально созданные светильники с отверстиями для их крепления к опоре имели следующие параметры: расстояния между отверстиями в стеклянной заготовке - 17 см и диаметр самих отверстий - 3 мм и 5 мм с учетом имеющегося металлического основания. Общая схема устройства светильников для экспериментов показана на рисунке 7.

2 стеклянная у f / / - | часи. светильники

.........2».«?. 4 ШЛ I

. »ЯЙ» .1____________ИОни_1 'у*'// : г Лила............

.^.¿jt Л <ЬЧ11Ч(ДШ>................... • | мм

I f ~ Ii ,

'^llüf -.....jy ¥'//}. i •Фсплениясветильника

«рйрачио»« ■ .Основа ншжшю ту-'А /Л ' ÜT

I псшЬ-4«м прозрачною

«огясронями • " Г ..............cicKJia Ь-4мм / • / ,1 II

170 мм _ 170 ми с ошерстяямн.

f—---г- 7 *r |

а) б) в)

Рисунок 7 - Схема образцов светильника:

а - 1 стеклянная часть светильника; 6-2 стеклянная часть светильника; в) — схема светильника (вид сбоку)

Для эксперимента были выполнены образцы изделий при разной температуре спекания в диапазоне от 550 °С до 800 °С в печи для фьюзинга и моллирования KFM-800E. Результаты измерений получены для режимов спекания с шагом 50 °С для температур 550, 600, 650, 700, 750, 800 °С и изменения размеров технологических отверстий в стекле-подложке с диаметром отверстия 5 мм и толщиной стекла-подложки 4 мм и с диаметром отверстия 3 мм и толщиной стекла-подложки 4 мм.

На рисунке 8 даны более наглядные графические представления характера изменений размеров исходных отверстий диаметром 5 мм при различных температурах. Для всех шести групп образцов изменения диаметров отверстий в сторону их уменьшения с ростом температуры для выбранного диапазона температур спекания с шагом 50 °С имеют вид явной линейной зависимости. Некоторые отклонения в пределах не более 0,2 мм могут объясняться различиями технологических параметров используемых материалов. Отсутствует какая-либо существенная зависимость изменения диаметров отверстий от образца к образцу. Отклонения для образцов составляют не более 0,4 мм, что вполне объясняется возможными технологическими отличиями, возникшими еще на стадии изготовления образцов.

f 'v-

э

— 5

550 600 6SO 700 750 800 1 2 3 4 £ S

Температур», град Номер образцов

Рисунок 8 - Графики изменения размеров отверстий диаметром 5 мм шести групп образцов в зависимости от температуры спекания

На рисунке 9 даны более наглядные графические представления характера изменений размеров исходных отверстий диаметром 3 мм при различных температурах. Наблюдается линейная зависимость изменения диаметров отверстий в сторону их уменьшения с ростом температуры для выбранного диапазона температур. Отмечается некоторое увеличение относительного отклонения величины изменений, что также можно связать с различиями технологических параметров используемых материалов. Отклонения для образцов по каждой из шести температур составляют не более 0,4 мм.

2.9 2. Si

2.85

6 2.8 i" 2, ■■нвнв^

<5 2.75 2 3 =f Ш^^ШШШШШяшяш^^^Шв' IlllU-^" -550=

2.7 • ir; : ■ iiiiiiÉl "'* 600г 6S0-

2.65 6 750-800'

Температура, фвд Номер образцов

Рисунок 9 - Графики изменения размеров отверстий диаметром 3 мм шести групп образцов в зависимости от температуры спекания

Таким образом, проведенные эксперименты на двух группах образцов позволяют сделать выводы о том, что изменение размеров технологических отверстий для крепления изделий является регулярным и соответствующим линейной зависимости от температуры спекания и известным результатам по анализу деформаций при спекании. Использование специально изготовленных групп образцов свидетельствует о высокой предсказуемости трансформаций размеров технологических отверстий, выполняемых в основе изделия до процесса спекания, а также в перспективности подобной технологии устройства крепления изделий. Таким образом, вполне допустимо выполнение отверстий в изделиях до спекания, а не после него, что значительно улучшает качество изделия и не ведет к его разрушению при сверлении уже после спекания.

С использованием результатов экспериментов были изготовлены художественные изделия в виде светильников, которые нашли свое применение в интерьерах ресторана «Неаполь» в г. Иркутске, рисунок 10.

Рисунок 10 - Светильники «Рыбы» и размещение в ресторане «Неаполь»

В четвертой главе «Цветное стекло. Методика подбора цветного стекла для создания декоративной композиции» отражены вопросы проектных решений, такие как определение средств поиска в технологии подбора цветного стекла для изготовления изделия. Существует множество компьютерных программ для построения визуализации декоративных изделий, таких как Adobe Photoshop, Adobe Illustrator и многие другие. Одной из программ для выполнения эскизов декоративных изделий из стекла является GlassEye 2000 производства DragonflySoftware (http// www.dfly.com). В настоящее время в процессе работы с различным программным обеспечением выделяются графические программы, наиболее удобные для создания эскиза изделия. Одной из таких программ является CorelDRAW, позволяющая создавать не только эскиз, рассчитать размеры шаблона, но и спроектировать будущее изделие, выбрать из палитры цвета и фактуру стекол.

На рисунке 11 дана палитра NCS Digital pallets, используемая в программном обеспечении NCS Navigator и разработках Adobe Kuler, Color Helper для определения координат цвета. Приведены примеры процесса изготовления эскиза изделия и нахождения координат цвета, используемых материалов, описывающие методику определения цветовых предпочтений в проектной практике на примере

использования разных образцов, анализируется возможность применения разных технологических решений.

шшвнншншшшш

щжщття

мвювмм ям

ЩШШШ 1 1 ' i®:.....i':

вшишяв

■■¡■Ни

Рисунок 11 - Используемые при аналие цветовых характеристик изделий таблицы системы натуральных цветов NCS

На рисунке 12 показано, как распознается цвет по цветовому кругу и оттенки по цветовому треугольнику в рабочем поле системы NCS Navigator. В растровом изображении пространственного поля NCS вводятся образцы стекла, программа автоматически ведет распознавание и определяет название цвета.

, шил я iлтш .

■■а ■■ ■■■■■■■

V-<:"1

lNTISE^S

с

Ж1

i\

Рисунок 12 - Построение цветовой типологии образцов стекла в системе NCS

С применением цифровых программ определения цвета полученные данные можно преобразовывать в различные цветовые модели, удобные для использования в современных графических пакетах. При подборе стекла ориентироваться только на доминирующий цвет не достаточно: в стекле могут присутствовать и другие дополнительные оттенки. Предлагается уточнять эти особенности посредством таких приложений, как Color Helper (http://www.color-helper.com/index.php). Принципом работы программы Color Helper является обнаружение и фиксация цветов любых предметов и их распознавание. После фиксации изделия на камеру

программа распознает и фиксирует любую цветовую точку, и можно увидеть название этого цвета и обозначение в цветовых координатах RGB, по желанию в программе можно создать свою цветовую палитру по выполненным фотоснимкам объектов. На рисунке 13 представлены образцы цвета и название в цветовых координатах RGB, технологии фиксации цвета на участках изделий. Для создания образцов исследования стекла прошли обработку в программе Color Helper. После этого в программах, о которых говорилось выше, были зафиксированы значения цветов и созданы эскизы изделий.

Для определения цвета, его характеристик существуют другие приложения -Adobe Kuler, SpectrumLite. В этих приложениях также удобно формировать типологию цвета стекол при создании эскиза и уже готовых изделий.

ф 11 ...... ■ ¿rgj о

1; :/■ ■} Г—-*

|у§ • Ф62Л342 Щ •

Рисунок 13 - Образцы цвета и его название в цветовых координатах RGB, зафиксированные в программе Color Helper

В исследовании выбирались конкретные цвета стекла для фьюзинга. Изделия, созданные в процессе работы, предназначались для конкретных интерьеров. Нами была проведена последовательная работа по изучению цвета в конкретном помещении и сочетанию цветного стекла в интерьере. Был проведен анализ не только стекла, но и стен, пола, потолка интерьера. В процессе исследования были выявлены возможности определения цвета посредством нового высокотехнологичного оборудования, что позволило облегчить работу над эскизом и подбором цветного стекла для него. Создавать стеклянное произведение в цвете -значит расположить рядом несколько цветов таким образом, чтобы их сочетание было предельно выразительным. Для общего решения цветовой композиции имеет значение выбор цветов, их отношение друг к другу, их место и направление в пределах данной композиции, конфигурация форм, размеры цветовых площадей и контрастные отношения в целом.

Для удобства создания цветовой композиции эскиза или изделия, можно воспользоваться цветовым кругом, основными сочетаниями цветов, которые дают бесконечное множество оттенков. В процессе работы были выполнены изделия из цветного стекла. Приведены цветовые характеристики стекла, выявленные по

приведенным выше системам, удобным для использования при создании эскиза в компьютерной графике или вручную.

В заключении работы приведены основные результаты и выводы.

Дизайн изделий из стекла в технологии фьюзинга, которому посвящено настоящее исследование, а также достижение поставленной в работе цели совершенствования дизайна изделий из стекла, выполняемых в технологии фьюзинга, рассматривается в рамках решения следующих проблемных вопросов:

- формирование основы для изучения типологии художественных изделий из стекла в технологии фьюзинга и классификации их по видам и формам;

- изучение оптимальных режимов спекания и условий появления дефектов прозрачности и деформаций формы изделий при внедрении креплений;

- проектирование конструктивных решений петлевых металлических подвесов и экспериментальная проверка надежности креплений подвесов художественных изделий из стекла;

- обоснование технологии сохранения при спекании положения исходных технологических отверстий для крепления изделий;

- поиск наиболее приемлемых и разработка новых методик подбора цветного стекла для создания декоративной композиции с применением современных цветовых систем и технологий поиска гармонических сочетаний.

К числу результатов проведенного исследования, частично являющихся оригинальными или новыми, можно отнести определение условий совместимости спекаемого стекла для различных образцов и предложение конструкций креплений художественных изделий из стекла.

Результаты проведенных исследований дизайна изделий из стекла в технологии фьюзинга позволяют сделать следующие выводы:

1. Предложена типология художественных изделий из стекла, допускающая классификацию изделий по технологическим характеристикам, конструктивным особенностям, структуре используемых в процессе фьюзинга стекол.

2. Определены условия совместимости спекаемого стекла для различных образцов и причины появления дефектов прозрачности и формы при внедрении креплений.

3. Предложены конструктивные решения петлевых металлических подвесов художественных изделий из стекла и проведена экспериментальная проверка надежности креплений, свидетельствующая об отсутствии разрушений в области подвеса, приводящих к изменению внешнего вида образца, определены условия сохранения при спекании положения технологических отверстий для крепления изделий.

4. Данные испытаний показывают, что для всех образцов наблюдается достаточная прочность крепления подвеса в стекле в сравнении с весовой нагрузкой, обычно не более 50 Н (масса изделий из стекла - до 5 кг). На прочности крепления сказывается длина подвеса в стеклянном теле изделия, но практически не заметно влияние длины подвеса вне стекла. Для образцов с длинами подвесов 50 мм вне стекла и 20 и 40 мм в стекле различие в максимальной нагрузке составляет около 70 Н.

5. Определены условия сохранения цветовых характеристик стекла до и после спекания с применением современных цветовых систем, дано обоснование метода подбора цветного стекла для создания декоративной композиции и технологий поиска гармонических сочетаний.

Основные научные результаты диссертации изложены в следующих статьях:

Статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки РФ

1. Дайнеко В.В. Способы подбора цвета стекла с использованием разных систем // Вестник Иркутского государственного технического университета. -2014. № 10 (93). - С. 147-152

2. Дайнеко В.В., Калихман А.Д. Надежность крепления металлических подвесов художественных изделий из стекла // Дизайн. Теория и практика. - 2014. - Вып. 17 - С. 52-60. [Электронный ресурс]. - URL: http://enidtp.mgupi.ru.

3. Дайнеко В.В., Калихман А.Д. Типология используемых технологий декоративной обработки стекла // Дизайн. Материалы. Технология. - 2014. - № 4 (34). - С. 55-57

Другие издания

4. Дайнеко В.В., Калихман А.Д. Художественные изделия из стекла в технологии спекания для декоративного оформления интерьеров // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. - 2013. - № 2 (5). - С. 144-151.

5. Дайнеко В.В. Изделия из стекла в технологии фьюзинга и дефекты изготовления // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. -2014. №3(8).-С. 96-104.

6. Дайнеко В.В. Стеклянные изделия, выполненные в технологии фьюзинга: // Актуальные проблемы технических наук: материалы Международной науч.-практ. конф. - (Уфа, июль 2014). - С. 10-12.

7. Дайнеко В.В. Декоративные изделия из стекла в технологии фьюзинга: // Технические науки в мире: от теории к практике: материалы Международной науч.- практ. конф. - (Ростов-на-Дону, август 2014). - С. 55-57.

8. Дайнеко В.В. Виды художественной обработки стекла // Актуальные проблемы технических наук: материалы Международной науч.-практ. конф. -(Уфа, сентябрь 2014).-С. 15-17.

9. Дайнеко В.В. Область применения декоративных изделий из стекла: // Современные научные исследования: инновации и опыт: материалы III Международной науч.-практ. конф. - (Екатеринбург, сентябрь 2014). - С. 17-19.

10. Дайнеко В.В. Дефекты декоративных изделий из стекла в технологии фьюзинга // Современные концепции научных исследований : материалы IV Международной науч.-практ. конф - Москва, июль 2014. — С. 48-52.

11. Дайнеко В.В. Способы крепления изделий из стекла в технологии фьюзинга // Научные перспективы XXI века. Достижения и перспективы нового столетия : материалы III Международной научно-практической конференции -Новосибирск, июль 2014. - С. 36-38.

Подписано в печать 12.02.2015. Формат 60 х 90 / 16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Зак. 8к.

Лицензия ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83