Дизайн поверхности литых изделий малой пластики

Горельцев, Александр Александрович

автореферат диссертации по искусствоведению, специальность ВАК РФ 17.00.06
диссертация на тему: Дизайн поверхности литых изделий малой пластики

Год: 2003
Автор научной работы: Горельцев, Александр Александрович
Ученая cтепень: кандидата технических наук
Место защиты диссертации: Москва
Код cпециальности ВАК: 17.00.06

Диссертация по искусствоведению на тему 'Дизайн поверхности литых изделий малой пластики'

Полный текст автореферата диссертации по теме "Дизайн поверхности литых изделий малой пластики"

На правах рукописи

ГОРЕЛЬЦЕВ Александр Александрович

ДИЗАЙН ПОВЕРХНОСТИ ЛИТЫХ ИЗДЕЛИЙ МАЛОЙ ПЛАСТИКИ

I -

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

; Москва 2003

)

Работа выполнена на кафедре Технологии художественной обработки материалов в Московской Государственной Академии Приборостроения и Информатики

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Куманин Владимир Игоревич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Чурсин Виктор Макарович

кандидат технических наук Колотилов Владимир Иванович

Ведущая организация: ООО «БРИЛЛИАНТОВЫЙ МИР 2000»

Защита состоится 26 июня 2003 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.119.04 в Московской Государственной Академии Приборостроения и Информатики по адресу: 107846, г. Москва, ул. Стромынка, д. 20, ауд. 429.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГАПИ,

Автореферат разослан » мая 2003 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Соколова Марина Леонидовна

\o\Jf

/ Актуальность работы. В течение многих веков медь и медные сплавы широко использовались для изготовления литых художественных изделий, предметов домашнего обихода, а также для военных целей. Алюминиевые сплавы, в частности силумины, начали использовать значительно позже, но благодаря своим высоким технологическим литейным свойствам получили широкое распространение в художественной промышленности и в машиностроении.

Одним из принципиальных вопросов художественного проектирования является возможность воспроизводить художественные изделия малой пластики методом литья. При этом основное внимание должно уделяться проблемам сохранения рельефа поверхности и ее качества.

Проблема воспроизводства уже изготовленных изделий весьма актуальна как для реставрации старинных и уникальных объектов малой и средней пластики, а также ювелирных изделий (различная церковная и бытовая утварь, старинное оружие, курительные принадлежности и т.д.) так и для создания и тиражирования современных изделий. При реставрации художественных объектов или их элементов проблема воспроизведения изделия из металлического сплава с заранее фиксированной поверхностью также имеет большую актуальность. При разработке дизайна нового изделия весьма важно, чтобы рельеф и качество поверхности предполагаемой дизайнером максимально наследовалась при выпуске изделия массовым способом.

Из вышесказанного, очевидно, что наследование дизайна поверхности литых металлических сплавов представляется весьма актуальной проблематикой, так как определяет эстетику окружающих нас изделий.

Цель работы. Установление закономерностей формирования рельефа на литой металлической поверхности.

Основные задачи исследования.

• Разработка и создание четырех различных рельефов на поверхности мастер-модели и анализ их воспроизводимости на двух металлических сплавах.

• Анализ наследования рельефа поверхности на каждом этапе его воспроизводства по схеме: мастер-модель —с восковая модель -» гипсовая форма —► готовое изделие.

• Сопоставление модальных значений (размерные характеристики элементов рельефа поверхности) на каждом из четырех этапов воспроизводства готового изделия.

• Установление общих тенденций наследования рельефа поверхности металлических сплавов, выполненных методом точного литья по выплавляемым моделям.

• Разработка корректировочной системы размеров мастер-модели при точном литье в гипсовые формы.

Научная новизна. Показано, что при использовании метода точного литья по выплавляемым моделям удается передать рельеф поверхности художественного изделия с сохранением геометрии и размеров отдельных элементов, формирующих особенности ее дизайна.

1. Установлены материалы и технологические режимы литья по выплавляемым моделям, воспроизводящие различные рельефы поверхности разной категории сложности, что позволяет воспроизвести декоративность и геометрию формы.

2. Показана возможность получения поверхности отливки высокой чистоты (по Ыа, Кг) из латуни и силумина при использовании метода литья по выплавляемым моделям.

3. Шероховатость поверхности, имеющей заданный рельеф, оказывается

ниже, чем шероховатость поверхности без рельефа, таким образом, >

дизайн рельефной поверхности более многообразен, чем гладкой.

4. Установлено что декоративность поверхности и особенность ее геометрии при использовании метода литья по выплавляемым моделям сохраняется при величине размерного параметра 1 мм и более.

5. Выявлено, что высокую воспроизводимость рельефа поверхности (линейное отклонение не превышает 2-3%) удается достичь, если линейные характеристики любого из его размерных параметров составляют 1 мм и более.

6. Рекомендован поправочный коэффициент размерных характеристик К' предусматривающий увеличение параметров рельефа эталона или мастер-модели на 2-3%, связанный с усадкой использованных при выплавке материалов: воска и металла.

Практическая ценность. Предложена схема метода литья по выплавляемым моделям позволяющая воспроизводить сложные изделия с элементами рельефа поверхности 1 мм и более.

Определены технологические параметры процесса, позволяющие получить отливку с декоративной поверхностью.

Установлены критические критерии воспроизводства рельефа поверхности методом литья по выплавляемым моделям в гипс.

Введен поправочный коэффициент К', предлагающий скорректировать линейные размеры параметров мастер-модели на 2-3% в сторону их увеличения, учитывая изменение размеров материалов (воск и металл) в процессе изготовления изделия.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на:

- V Всероссийской научно-методической конференции «Дизайн и технология художественной обработки материалов», С.Пб, СЗПИ, 2000г.:

- VI Всероссийской научно-методической конференции «Дизайн и технология художественной обработки материалов», Москва, МГАПИ, 2000г.;

- УП Всероссийской научно-методической конференции «Техническая эстетика, дизайн и технология художественной обработки материалов», Москва, МГАПИ, 2001г.;

- Ежегодном семинаре молодых ученых, Москва, МГАПИ, 2002г.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 9 печатных работах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы (69 наименований) и содержит 96 страниц машинописного текста с иллюстрациями.

Краткое содержание работы. Во введении отражены три основные позиции, которые определяют значимость работы и ее актуальность: воспроизводство уникальных и старинных изделий, реставрационная чистота воспроизводства рельефа и поверхности, тиражирование мастер-модели в массовом производстве.

В I главе проведен обзор литературы, в которой анализируется состояние поверхности литых изделий. Было установлено следующее:

1. Ряд оригинальных работ (статей, монографий и диссертаций) посвящен изучению состояния литых готовых поверхностей в области машиностроения.

2. Разработаны государственные и отраслевые стандарты (в том числе параметры 11а и Иг), характеризующие состояние металлических поверхностей в машиностроении, которые недостаточно используются при оценке чистоты поверхности формирующей дизайн художественных изделий.

3. Показано, что состояние металлической поверхности, образующейся в результате точного литья по выплавляемым моделям, зависит от следующих факторов:

• химического состава сплава

• его макро- и микроструктуры

• технологических литейных свойств, в частности жидкотекучести

• температуры перегрева и заливки сплава в форму

• состава и температуры формы

4. Из анализа рассмотренной литературы можно сделать вывод о том, что в имеющихся публикациях практически отсутствуют сведения о влиянии рельефа мастер-модели или эталонного изделия к конечному художественному изделию.

В связи с этим в настоящей работе изучалась трансформация рельефа при получении поверхности из сплавов латуни и силумина на всех технологических этапах.

Во 11 главе анализировались материалы, используемые в работе. Следует выделить четыре группы материалов, которые применялись на разных этапах получения конечного изделия:

• материал мастер-модели

• материал модели

• материал литейной формы

• материалы для исследования

Было проведено компьютерное моделирование 4 различных рельефов поверхности мастер-модели с использованием пакета трехмерного моделирования 3D Studio Мах 4.0.

Рельеф 1 и 2 представлял собой расположенную систему плоских выступов (квадратный параллелепипед) со сторонами: А, В и высотой Н. Рельеф 3 «рабица» представлял собой совокупность квадратов между линиями глубиной 0,3мм нанесенными на поверхность под углом 45° на расстоянии 2мм.

Модель с рельефом №1- цилиндр, максимальный диаметр (по выступам) <3&i=25mm, минимальный диаметр (по углублениям) фг=20мм и высотой 1i=50mm, имел сильно-выраженный рельеф, выступающие элементы на поверхности цилиндра были следующих размеров: 5x5x2,5мм.

Модель с рельефом №2- цилиндр, максимальный диаметр (по выступам) <5&i=25mm., минимальный диаметр (по углублениям) ф=23мм и высотой Ь=50мм, имел средне-выраженный рельеф, выступающие элементы двух модальностей на поверхности цилиндра были следующих размеров: 1,8x2x1мм и 2,1x2x1мм.

Модель с рельефом №3- цилиндр, максимальный диаметр (по выступам) $>i=25mm и высотой 1г=50мм, имел нанесённый геометрический орнамент в виде сетки «рабица», выступающие ячейки на поверхности цилиндра были следующих размеров: 2x2x0,Змм. В среднем угол ячейки равен 90°.

Модель с рельефом №4- цилиндр, максимальный диаметр (по выступам) ф\=25мм и высотой Ь=50мм, имел полированную гладкую поверхность без рельефа.

Мастер-модели изготавливали из ст45 механическим способом на токарном и фрезерном станках.

При изготовлении восковок использовали ювелирный модельный состав сополимер этилена с винилацетатом - парафин (табл.1).

Таблица 1

Модельный состав_

Винил ацетат-парафин, % Воск шеллачный, % Сополимер этилена, % Температура каплепадения, °С Температура затвердевания, °С Линейная усадка, %

65 20 15 67 60 2

При изготовлении литейной формы использовалась высокопрочная мелкодисперсная формовочная смесь «К-90» (табл.2).

Таблица 2

Состав формовочной смеси____

В>0], СаО, % РеаО), % ль<ь,% вО), %

0,83 9,50 74,31 0,03 0,01 13,5

В качестве материалов исследования были использованы латунь и силумин АЛ9 (табл.3 и 4).

Таблица 3

Химический состав Л63

Марка латуни Си Тл Примеси пе более %

РЬ Ре вь В1 Р

Л63 63,5 35,8 0 07 0 20 0.005 0 002 0 01

Таблица 4

Химический состав АЛ9

3 3 Содержание основных компонентов, % Содержание иримесей, % не более

II АЬ в! Mg Уе Мп Си 1л вн и Ве

АЛ9 89 8 0,3 1,0 0,5 0,2 0,3 0,01 0,15 0,1

Б Ш главе описаны методики изучения процессов наследования рельефов поверхности обоих сплавов, начиная с мастер-модели и заканчивая готовым изделием:

• методика получении изделия с заданной поверхностью методом литья по выплавляемым моделям в гипсовую форму (схема 1);

• методика определения модальных значений всех параметров рельефа;

• методика определения параметров Ra и Rz для обоих сплавов и описание состояния металлической поверхности. Каждое полученное значение определено как среднее арифметическое 250 замеров полученных на универсальном измерителе шероховатости Surtronic DUO (точность замеров 0,01мкм ±5%);

• методика анализа структуры получаемых металлических изделий на металлографическом микроскопе «Метаван» при увеличении хЮО;

• методика определения размерных параметров рельефа на инструментальном микроскопе, параметры А, В и Н (точность 0,1%);

схема 1

Этапы получения изделия с заданной поверхностью

В главе ГУ изучено наследование рельефов поверхности обоих сплавов, начиная с мастер-модели и заканчивая готовым изделием. Параметры рельефа (А, В и Н) определяли:

• на мастер-модели

• на охлажденной восковой модели

• на гипсовой форме

• на готовом изделии

Определение параметров рельефа на эластичной пресс-форме не представлялось возможным из-за ее деформации во время замера.

Основная интересующая нас характеристика - отклонение параметров в готовом изделии от мастер-модели (Ы) фиксировалась в абсолютных единицах и в процентах.

В таблицах 5 и 6 представлены результаты изменения параметров рельефа поверхности на разных этапах технологической подготовки.

Динамика наследования рельефа 1

Таблица 5

параметр Мастер модель, мм Воск, мм Гипс, мм Готовое изделие, мм Отклонение по параметру, мм Отклонение по параметру, %

Л63 Ал9 ЛбЗ Ал9 ЛбЗ Ал9

А 5,02 4,88 4,96 4,93 4,90 0,09 0,12 1,8±0,1 2,4±0,1

в 4,99 4,89 4,94 4,92 4,89 0,07 0,10 1,4±0,1 2,0±0,1

Н 2,50 2,46 2,49 2,47 2,45 0,04 0,06 ],6±0,1 2,4±0,1

Таблица 6

Л63 Ал9 Л63 Ал9 ЛбЗ Ал9

А ш 1,82 1,78 1,82 1,80 1,79 0,02 0,03 1,0±0,1 1,6±0,1

ы 2,11 2,06 2,10 2,08 2,05 0,03 0,06 1,4±0,1 2,8±0,1

П 2,01 1,98 2,02 1,99 1,97 0,04 0,06 1,910,1 2,910,1

Н 1,01 0,99 1,00 0,99 0,98 0,02 0,03 2,0±0,1 2,9±0,1

На рельефе 1 (сторона выступа 5мм, глубина 2,5мм), можно было отметить следующую закономерность: при переходе от мастер-модели к восковой модели наблюдалось снижение размеров основных параметров рельефа на 1-2%. Это явление связано с усадкой парафин-стеаринового состава (воска).

На втором этапе при переходе от воска к гипсу (негатив) размер полученных выступов приближался к размеру выступов мастер-модели. Возрастание размеров связано с процессом расширения гипса во время его затвердевания, что соответствует самовосстановлению формы.

При заливке исследуемых сплавов, размер параметров: А, В и Н снижался по сравнению с мастер-моделью на 1,4-2,4%, это связано с усадкой исследуемых сплавов в процессе кристаллизации. При этом суммарная усадка латуни не превышала 1,8%, а усадка силумина составила 2,0-2,4%.

Исследование рельефа 2 показало, что повторяемость этого рельефа подчиняется тем же закономерностям, а количественная величина усадки исследуемых сплавов изменяется в интервале 1-3%.

Вместе с тем следует отметить, что рельеф 2 имеет два модальных параметра А на одном и том же цилиндре. Модальные значения составили 1,8мм и 2,1мм, в количественном значении каждая группа выступов составила: -60% с модальными значениями 1,8мм., и ~40% с модальными значениями 2,1мм.

Создание такого рельефа было осуществлено для того, чтобы проверить наличие наследственности для 2-х мод на разных этапах технологического процесса.

Таким образом, было установлено, что при воспроизведении рельефа 1 и рельефа 2 на латуни и силумине методом литья по выплавляемым моделям сохраняются все нанесенные выступы и углубления. При модальном распределении выступов 1,8мм и 2,1мм, на рельефе 2 удается сохранить аналогичный характер распределения размеров выступов (рисунок 1).

Наряду со сказанным следует отметить, что параметры рельефа на вновь полученной поверхности могут отличаться от параметров мастер-модели на 1-3%, что приводит к необходимости введения поправочного коэффициента при определении размеров мастер-модели, связанного с усадкой воска и металла при затвердевании.

40 30 20 10 0

Модальное распределение параметра А выступа в рельефе 2 1.1. мастер-медаль

■ -

н,%

40 30 20 10 0

1,7 1,8 1,9 2,0 2,1

1.2. восковая медаль

2,2 *

V 19 23

11 ■14-

,. ■ • "т \ 2

И.% 40

30 20 10 0

1,70 1,80 1,90 2,00

1.3. гипсовая форма

2,10

2,20 А

27 ---34-----

9 7

2 > '

1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 & „с 1.4. латунь Л63

1й

13 11

з.....-

1,7 1,8 37 1,9 2,0 1.5. силумин АЛ9 2,1 2,2

30 20 10 0

14,%

30 20 10 0

• . .

18 -14- 17

' г 11

• 1- - <" -' < ■ 3 -

1,7

1,8

1.9 2,0

Рисунок 1.

2,1

2,2

В главе V изучено наследование поверхности рельефа 3 (тонкий рельеф «рабица»), При создании рельефа с выступами в форме квадратов 2x2мм и глубиной канавки 0,3мм, ситуация с повторяемостью рельефа изменяется. Эти изменения заключаются в том, что часть выступов на рельефе не воспроизводится. В таблице 7 представлены результаты определения количества выступов рельефа 3, на разных этапах технологической обработки.

Таблица 7

Качество воспроизводимости рельефа 3

объект исследования количество целых ячеек, ед. % составляющая отпечатка

Мастер-модель 240,0 100,00

Восковая модель 236,0 98,30

Исследуемый сплав Л63 198,0 82,50

Исследуемый сплав АЛ9 173,0 72,10

Из приведенной таблицы 7 можно заключить, что общее количество выступов (ячеек), нанесенных на мастер-модель составила 240 единиц. В технологическом процессе на каждом из его этапов, часть выступов не воспроизводилась. Так при переходе от мастер-модели к восковой модели не удалось воспроизвести 4 ячейки из 240. Из-за того, что гипсовая форма является негативом к восковой модели большая часть границ, максимальный размер которых 0,3мм., сливается, и отдельные ячейки выделить не удается. Поэтому подсчет ячеек на гипсовой форме не производился.

Из этого можно сделать вывод, что рельеф в виде сетки «рабица», разделенный на ячейки канавкой глубиной 0,3мм, методом литвя по выплавляемым моделям в гипс произвести затруднительно, так как количество не воспроизведенных ячеек составляет 20-30%, т.е. наблюдается существенное нарушение наследственности рельефа. Поэтому, что декоративный узор в виде «рабица» с предложенными геометрическими параметрами следует получать другим способом, например механическим.

В главе VI изучено изменение состояния поверхности гладких образцов латуни и силумина.

При рассмотрении вопроса о наследовании гладкой металлической поверхности весьма важной оказывается проблема состояния такой поверхности полированных образцов в процессе прохождения ими полного технологического цикла. Сопоставление проводилось с помощью принятых в ГОСТе характеристик поверхности Иа и Яг. Анализ состояния поверхности гладких образцов (рельеф 4), и образцов со средне-выраженным рельефом (рельеф 2) из латуни и силумина представлены в таблицах 8 и 9.

Таблица 8

Анализ состояния поверхности (рельеф ^ 0

Технологический этап \ параметр Мастер модель Восковая модель Гипсовая форма Сплав ЛбЗ Сплав АЛ9

Яа, мкм 0,11 1,27 1,50 3,72 5,56

Яг, мкм 0,42 1,34 9,03 19,25 27,31

Анализ состояния поверхности (рельеф 2' Таблица 9

Технологический этап \ параметр Мастер модель Восковая модель Гипсовая форма Сплав ЛбЗ Сплав АЛ9

Яа, мкм 0,88 0,73 1,65 1,05 1,46

Яг, мкм 4,83 4,14 8,85 6,10 7,77

Показано, что поверхность изделий при переходе от мастер-модели к , готовому изделию сопровождается резким изменением шероховатости

поверхности. При переходе от мастер-модели к готовому изделию ! характеристика Яа для латуни увеличивается в 30 раз, а характеристика Иг

более чем в 50 раз.

I В силумине соответствующие величины Ла и Иг возрастают примерно в 50 и

' 70 раз соответственно, то есть в результате точного литья по выплавляемым

, моделям чистота поверхности снижается на 6 классов. Это свидетельствует о

резком ухудшении дизайна поверхности и декоративных свойств.

Помимо ухудшения состояния поверхности следует обратить внимание на неоднородность выявленных дефектов. Так величина Яг в латуни изменялась с 4,1 до 40 мкм (при анализе 250 выявленных неровностей); в силумине эта величина колебалась от 3,7 до 87,5 мкм.

Полученные данные свидетельствуют о том, что методом точного литья по выплавляемым моделям не удается получить однородную поверхность с низкой шероховатостью на уровне полированной поверхности. Далее были проанализированы образцы обоих сплавов с рельефом 1 и 2 на всех этапах их изготовления: мастер-модель восковая модель гипсовая форма поверхность металлических сплавов.

В результате анализа образцов с рельефом было установлено, что характеристики 11а и Яг восковой модели ниже характеристик поверхности мастер-модели. Таким образом, воск снижает дефекты мастер-модели, делает поверхность более чистой, а среднюю величину выступов снижает =15%.

Последующий переход к гипсовой форме значительно увеличивает параметры 11а и Яг (приблизительно в 2 раза), это свидетельствует об

\ )

ограничении использования гипсовых форм при воспроизведении художественных изделий с очень мелкой фактурой.

Переход к готовым изделиям из цветных сплавов Л63 и АЛ9 незначительно понижает обе исследованных характеристики. Следует отметить, что для обеих готовых металлических поверхностей: из латуни и силумина, высота шероховатостей снижается по абсолютному значению, и уменьшается рассеивание высоты выступов рисунок 2 и 3.

Характеристики состояния поверхности (рельеф 4) Рельеф 4, Яа, мкм

—6)66.

0,11

1,27

1,5

3.72

Мастер Восковая Гипсовая Сплав Л63 Сплав АЛ9 модель модель форма

Рельеф 4, мкм

30 25 20 15 10 5 0

-2Т£т-

^ ; *ст

19,25

9,03

V '/Г ' к л ' V - 'ь ' - * > л <

0,42 1,34

Мастер Восковая Гипсовая Сплав Л63 Сплав АЛ9 модель модель форма

Рисунок 2.

1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

Характеристики состояния поверхности (рельеф 2) Рельеф 2, (%а, мкм

- 1.68

0,88

0,73

1,05

1,46

Мастер Восковая Гипсовая Сплав Л63 Сплав АЛ9 модель модель форма

Рельеф 2, Яг, мкм

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

8,85

7,77

' - - д,

в,"

4,83 Л 14

< .

Мастер Восковая Гипсовая Сплав Л63 Сплав АЛ9 модель модель форма

Рисунок 3.

Полученные данные свидетельствуют о том, что метод литья по выплавляемым моделям в гипсовые формы позволяет достаточно успешно воспроизвести рельеф 1 и рельеф 2, получая при этом относительно однородную шероховатость при размере выступа формирующего рельеф 1мм и более. Для получения рельефов менее 1мм следует использовать другие материалы формы или другие технологии точного литья. Таким образом, при воспроизведении различных рельефов поверхности следует учитывать: химический состав материалов, температуру заливки, скорость кристаллизации, и т.д.

В главе УП рассматриваются вопросы структурообразования в гладких образцах и в образцах с различным рельефом. Облегающее изделие гипсовая форма аккумулирует выделяющееся в результате кристаллизации тепло и служит «тепловой рубашкой» при затвердевании сплавов. Чем больше суммарная поверхность гипсового отпечатка (при постоянном диаметре ф\ 25мм и высоте Ъ 50мм), тем медленнее происходит охлаждение отливки.

Так при переходе от образца, с гладкой поверхностью (рельеф 4), к образцу с рельефом 2 общая площадь, контактируемая с металлом, возрастает на 70%. Это приводит к изменению структуры исследуемой латуни. С понижением скорости охлаждения, увеличивается размер дендритов и изменяется соотношение аир фаз.

Выводы:

1. Разработаны технологические режимы, позволяющие получить восстановление рельефа поверхности латуни и силумина методом литья по выплавляемым моделям.

2. Смоделированы и изготовлены четыре типа рельефа поверхности, соответствующие элементам разного масштаба готового изделия.

3. Показано, что использование метода литья по выплавляемым моделям при получении готового изделия по схеме мастер-модель-> восковая модель -^гипсовая форма готовое изделие максимально эффективно, если любой линейный параметр рельефа поверхности составляет 1мм., и более.

4. Получены закономерности воспроизведения наследственности каждого из рельефов, включая гладкую поверхность.

5. Установлено, что с повышением сложности рельефа, качество поверхности возрастает:

рельеф 4

латунь Яа =3,72мкм Яг =5,56мкм

силумин 11а=19,25мкм Яг =27,31мкм

рельеф 2

латунь 11а=1,05мкм Кг=1,46мкм

силумин 11а=6,10мкм 11г=7,77мкм

6. Установлена динамика изменения параметров рельефа на всех этапах (модель->форма-> изделие) получения готового изделия.

7. Определены материалы исследования, последовательность и способ их применения (сталь, воск, гипс, латунь, силумин).

8. Предложен поправочный коэффициент К' учитывающий усадку воска и металла. Каждый параметр рельефа в мастер-модели увеличивается на 2-3% с учетом этого коэффициента.

Публикации.

1. Лившиц В. Б., Горельцев A.A. Прессование художественных отливок при кристаллизации в комбинированных формах. // Сборник научно-методических трудов, Москва, МГАПИ, выпуск IV, 2000, с.38-39.

2. Лившиц В. Б., Горельцев A.A. Изготовление гипсовых моделей в неспециализированных лабораториях для художественного литья. // Сборник научно-методических трудов, Москва, МГАПИ, выпуск IV, 2000, с.49-50.

3. Горельцев A.A. Структурообразование и микронеоднородность металлов и сплавов художественных отливок, прессованных при кристаллизации. // Материалы научно-технической конференции, Москва, МГАПИ, 2001, с.166-168.

4. Горельцев A.A., Лившиц В.Б. Влияние размера сечения отливок на качество их поверхности и структуру. // Сборник научно-методических трудов, Москва, МГАПИ, выпуск VI, 2002, с.35-39.

5. Лившиц В. Б., Соколова М. Л., Савченко Е.Г., Горельцев A.A. Взаимосвязь внутренней структуры отливки с внешним дизайном. // Ижевск, ИЖГТУ, 2002, с.44-49.

6. Лившиц В. Б., Соколова М. Л., Горельцев A.A. Особенности литейных технологий, используемых для изготовления художественных изделий. // Литейное производство №3, Москва 2003, (принято к публикации).

7. Лившиц В. Б., Соколова М. Л., Горельцев A.A. Основы классификации художественного литья. // Литейное производство №3, Москва 2003, (принято к публикации).

8. Горельцев A.A., Соколова М.Л. Наследование рельефа и качество металлической поверхности при точном литье. // Сборник научно-методических трудов, Москва, МГАПИ, выпуск VIII, 2003, с.32-37.

9. Горельцев A.A., Дизайн поверхности металлических изделий полученных методом прецизионного литья по выплавляемым моделям. II Сборник научно-методических трудов, Москва, МГАПИ, выпуск VIII, 2003, с.27-29.

I (

(

Подписано в печать 23.05.2003 г. Формат 60 х 90/16. Объем 1.0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 18

Оттиражировано в ООО «САТУРН мпс» 111020, Москва, Авиамоторная ул., 11

2-ооЗг-А loi^p

Р101Н

Оглавление научной работы автор диссертации — кандидата технических наук Горельцев, Александр Александрович

Введение.

1. Особенности дизайна поверхности простых и сложных литых форм с использованием сравнительного анализа.

1.1. Визуальное восприятие объектов, как элемент создающий дизайн.

1.2. Исследование механизма воспроизведения литого изделия и его поверхности.

1.3. Критерии оценки поверхности литого изделия.

2. Сферы применения и возможность расширения дизайна литых художественных изделий.

2.1. Разработка мастер-моделей для экспериментальной части методом трехмерного моделирования.

2.2. Анализ материалов, используемых в работе.

2.3. Материалы исследования.

3. Технология получения поверхности готового изделия, методики исследования.

3.1. Методика получения изделия.

3.1.1. Изготовление и механическая подготовка мастер-модели.

3.1.2. Изготовление эластичной пресс-формы.

3.1.3. Изготовление восковой модели.

3.1.4. Изготовление литейной формы по эстрих процессу.

3.1.5. Сушка литейной формы и вытопка модельного состава.

3.1.6. Прокаливание литейной формы.

3.1.7. Плавка и заливка металла в форму.

3.1.8.Извлечение готового изделия и удаление литниковой системы.

3.2. Методика определения размерных параметров.

3.3. Методика определения шероховатости поверхности (Ra и Rz).

3.4. Методика анализа микроструктуры.

3.5. Методика определения модальных значений параметров рельефа.

4. Исследование возможности наследования сильно- и средневыраженного рельефа при литье по выплавляемым моделям.

5. Исследование возможности наследования слабовыраженного рельефа 3 при литье по выплавляемым моделям.

6. Исследование возможности наследования рельефа 4 при литье по выплавляемым моделям.

7. Анализ микроструктуры.

8. Обсуждение результатов исследования.

Выводы.

Введение диссертации2003 год, автореферат по искусствоведению, Горельцев, Александр Александрович

Актуальность темы. Трудно встретить такую область применения, где хоть косвенно не использовался бы дизайн или его направления. Стремление человека к прекрасному, удобному и функциональному порождает потребность окружить себя подобными предметами, создает движение моды вперед, определяет свои закономерности и требования.

Одним из принципиальных вопросов художественного проектирования является возможность воспроизводить художественные изделия малой пластики. При этом основное внимание должно уделяться проблемам сохранения рельефа поверхности и ее качества. При реставрации художественных объектов или их элементов, проблема воспроизведения изделия из металлического сплава с заранее фиксированной поверхностью также имеет большую актуальность. При разработке дизайна нового изделия весьма важно, чтобы рельеф и качество поверхности, предполагаемой дизайнером, максимально наследовалась при выпуске изделия массовым способом.

Проблема воспроизводства уже изготовленных изделий весьма актуальна как для реставрации старинных и уникальных объектов малой и средней пластики, а также ювелирных изделий (различная церковная и бытовая утварь, старинное оружие, курительные принадлежности и т.д.) так и для создания и тиражирования современных изделий. Цветные сплавы широко применяются для изготовления ювелирных украшений и в производстве товаров народного потребления широкого ассортимента (изделия малой и средней пластики, изделия посудной группы, фурнитура) благодаря своим механическим и эстетическим свойствам (ковкость, высокие литейные свойства, красивый внешний вид и пр.).

Особое внимание при изготовлении изделия уделяется его дизайну, позволяющему удовлетворить технологические и эстетические требования, предъявляемые к нему. Для придания изделию особого декоративного вида используют рельеф или сочетание его видов, т.е. глянцевую поверхность, а также поверхности с разной степенью выражения (размера) рельефа.

Одной из составляющих эстетического восприятия и качества полученного изделия, является состояние его поверхности. Восприятие поверхности можно условно разделить на две составляющие: это зрительная (матовая, блестящая) и осязательная (гладкая, шероховатая). Разная шероховатость или сочетание шероховатых поверхностей с гладкой, задает многогранность восприятия изделия. Например, шероховатая поверхность, может быть по-разному воспринята, в зависимости от освещения, при котором она рассматривается или быть в разной степени шероховатой (слабо-, средне-, сильно-шероховатая, грубая). Гладкая поверхность практически не имеет разнообразия восприятий.

В существующих методах литья по выплавляемым моделям при получении литого художественного изделия не рассматривается, на каком из этапов происходит снижение качества поверхности изделия и его размерной точности [1-46].

Получение различных поверхностей изделия методом литья может служить размерный анализ поверхности художественного изделия на всех этапах его изготовления через метод подобия [57], учитывающий коэффициенты подобия с принятыми во внимание факторами, дающими некоторую погрешность. Данный метод может получеть благодаря своим показателям достаточно широкое распространение во многих отраслях промышленности. Весьма перспективным для улучшения эстетических показателей поверхности изделия является использование метода моделирования процесса. Однако, несмотря на значительные потенциальные возможности разработанного метода, применение в условиях производства метода подобия, по целому ряду причин пока еще не достаточно. Одной из них является отсутствие научно-обоснованных рекомендаций по выбору тех или иных видов получения поверхности с различной чистотой изделия из конкретных металлов и сплавов. Отсюда становится очевидна необходимость проведения рабочих исследований процесса для получения заданной чистоты поверхности. Результаты исследований должны обеспечить назначение эстетических параметров поверхности в зависимости от разновидностей специальных видов литья, улучшающих эстетические показатели изделий, и позволяющих выявить пути расширения технологических возможностей с целью более широкого использования дизайна в художественном литье.

Из вышесказанного, очевидно, что наследование дизайна поверхности литых металлических сплавов представляется весьма актуальной проблематикой, так как является одним из элементов, определяющих эстетику окружающих нас изделий.

Цель работы. Установление закономерностей формирования рельефа на литой металлической поверхности.

Основные задачи исследования.

1. Разработка и создание четырех различных рельефов на поверхности мастер-модели и анализ их воспроизводимости на двух металлических сплавах.

2. Анализ наследования рельефа поверхности на каждом этапе его воспроизводства по схеме: мастер-модель —» восковая модель —► гипсовая форма —♦ готовое изделие.

3. Сопоставление модальных значений (размерные характеристики элементов рельефа поверхности) на каждом из четырех этапов воспроизводства готового изделия.

4. Установление общих тенденций наследования рельефа поверхности металлических сплавов, выполненных методом точного литья по выплавляемым моделям.

5. Разработка корректировочной системы размеров мастер-модели при точном литье в гипсовые формы.

2. Показана возможность получения поверхности отливки высокой чистоты по (Ra, Rz) из латуни и силумина при использовании метода литья по выплавляемым моделям.

3. Шероховатость поверхности, имеющей заданный рельеф, оказывается ниже, чем шероховатость поверхности без рельефа, таким образом, дизайн рельефной поверхности более многообразен, чем гладкой.

Определены технологические параметры процесса, позволяющие получить отливку с декоративной поверхностью.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на:

- VII Всероссийской научно - методической конференции «Техническая эстетика, дизайн и технология художественной обработки материалов», Москва, МГАПИ, 2001г.;

- Ежегодном семинаре молодых ученых, Москва, МГАПИ, 2002г.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 9 печатных работах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы (85 наименований) и содержит 96 страниц машинописного текста с иллюстрациями.

Заключение научной работыдиссертация на тему "Дизайн поверхности литых изделий малой пластики"

Выводы:

3. Показано, что использование метода литья по выплавляемым моделям при получении готового изделия по схеме мастер-модельвосковая модель ->гипсовая форма готовое изделие максимально эффективно, если любой линейный параметр рельефа поверхности составляет 1мм., и более.

5. Установлено, что с повышением сложности рельефа, качество поверхности возрастает: рельеф 4 латунь Ra =3,72мкм Rz =5,56мкм силумин Ra=19,25MKM Rz =27,31 мкм рельеф 2 латунь Ra=1,05мкм Rz=1,46mkm силумин Ra =6,10мкм Rz=7,77mkm

6. Установлена динамика изменения параметров рельефа на всех этапах (модель-^форма->изделие) получения готового изделия.

9. Отмечено, что получение поверхности с относительно большими значениями высоты микронеровностей является более простой задачей, чем получение гладкой поверхности.

10. Варьирование параметрами поверхности модели позволило регулировать качественный параметр отливки (точность размеров) приводя к полной повторяемости модели снижая тем самым применение механической обработки. Позволило повторяемостью впадин и выступов, в конечном итоге, изменять шероховатость полученной поверхности в необходимых пределах.

11. Обосновано существенное расширение возможностей дизайна поверхности литых изделий за счет декорирования их поверхности путем изменения высоты рельефа.

12. Изучены особенности формообразования различных поверхностей путем изменения высоты рельефа на мастер-модели и фактурой полученной поверхности изделия.

Список научной литературыГорельцев, Александр Александрович, диссертация по теме "Техническая эстетика и дизайн"

1. Муинов A.M. Совершенствование технологии получения художественного литья методом вакуумно-пленочной формовки: Автореферат. СПб, 1992. -32с.

2. Медведев А.И. Исследование процессов формирования качества поверхности зубьев цилиндрических зубчатых колес и закономерностей технологической наследственности при их изготовлении: Автореферат. Минск, 1993. -17с.

3. Лебедева М.В. Влияние рельефа поверхности упругого тела с приповерхностной трещиной на его несущую способность: Автореферат. СПб., 1993. -14с.

4. Березовский С.Б. Разработки методов повышения качества и технологии производства сложно-рельефных отливок, формируемых стержнями из легкоплавких материалов: Автореферат. М., 1998. -15с.

5. Емельянов В.О. Разработка технологии изготовления художественных отливок с повышенной точностью рельефа: Автореферат. СПб., 1999. -18с.

6. Ердаков И.Н. Процессы точного формообразования в художественном литье: Автореферат. Челябинск, 2001. -16с.

7. Синицын С.А. Теоретические основы точности формообразования и методы оптимизации исходных дшшых при моделировании технических поверхностей: Автореферат. Киев, 1991. -36с.

8. Брысин В.А. Геометрическая топология как основа моделирования поверхностей технических форм: Автореферат. Киев, 1992. -13с.

9. Яковлев Н.И. Графическое моделирование уровней соподчиненности элементов композиции в архитектурно-художественном формообразовании: Автореферат. Киев, 1992. -18с.

10. Иоффе М.А. Разработка теории и методов управления точностью отливок: Автореферат. СПб., 1993. -34с.

11. Урусова О.В. Разработка эффективных технологических процессовпроизводства фасонных профилей высокой точности с применением ТМО: Автореферат. М., 1994. -25с.

12. Черномас В.В. Технология получения керамических оболочковых форм по комбинированным моделям повышенной точности: Автореферат. Комсомольск-на-Амуре, 1995. -18с.

13. Насиба Сайд Исследование проблемы взаимосвязи функции и архитектурно-художественной формы: Автореферат. М., 1996. -20с.

14. Сурков О.С. Прогнозирование и обеспечение точности изделий сложной конструктивной формы: Автореферат. Самара, 1996. -17с.

15. Ли Цзянь Исследование влияния на точность обработки поверхностей пресс-форм погрешностей оборудования, инструмента и деформаций на основе интегрированной модели: Автореферат. СПб, 1997. -18с.

16. Комельков В.Н. Исследование размерно-геометрической точности пенополистироловых моделей и отливок, изготовленных на их основе:1. Автореферат. 1999. -16с.

17. Штицман А.Д. Разработка компьютерной базы знаний и методики ееиспользования по конструированию пресс-форм: Автореферат. М., 1997. -23с.

18. Сергеев A.M. Проблема "фирменного стиля": исторические, художественно-стилевые и организационные аспекты: Автореферат. М., 1991. -28с.

19. Сибирцев С.Н. Разработка технологического процесса и оборудования для повышения эффективности мелкосерийного многономенклатурного производства литья под давлением: Автореферат. СПб, 1992. -16с.

20. Становский A.JL Повышение качества проекгирования специальных способов литья: Автореферат. М., 1992. -32 с.

21. Сорочкин Б.М., Тепеибаум Ю.З., Курочкип А.П., Виноградов Ю.Д., Средства для линейных измерений. М., Машиностроение 1978.- 263с.

22. Чудов В.А., Цидулко. Ф.В., Фрейдгейм Н.И., Размерный контроль в машиностроении. М., Машиностроение 1982. -328с.

23. Галдин Н.М., Отливки в точном машиностроении. М., Машиностроение1983. -176с.

24. Есьман Р.И., Жмакин Н.П., Шуб Л.И., Расчеты процессов литья. Минск , «Вышейшая школа» 1977. -263с.

25. Иванов В.Н. Брак и дефекты в литье по выплавляемым моделям. М., Машгиз, 1959. -71с.

26. Браславский Д.А., Петров В.В., Точность измерительных устройств. М., Машиностроение 1976. -311с.

27. Высоцкий А.В., Куперман Б.М., Соболев М.П., Этингоф М.И., Активный контроль размеров деталей с прерывистыми поверхностями. М., Машиностроение 1969. -136с.

28. Григорьев И.А., Контрольно-измерительный инструмент и приборы в машиностроении. М., Оборонно 1941. -231с.

29. Кобзев В.В., Агеев В.И., Баленко Ю.К., Контрольно измерительные приборы. Справочник, М., Воениздат 1989. -471с.

30. Белкин И.М., Средства линейно-угловых измерений. Справочник, М., Машиностроение 1987. -367с.

31. Богуславский М.Г., Цейтлин Я.М., Приборы и методы точных измерений длины и углов. М., Издательство стандартов 1976. -248с.

32. Королев В.М., Степанов В.М., Фасонное литье по выплавляемым моделям. М., Оборонгиз 1962. -157с.

33. Ксенофонтов Б.М., Литье методом вакуумного всасывания. М.-Л., Машгиз 1962. -168с.

34. Иванов В.Н., Казенов С.А., Курчман Б.С. Литье по выплавляемым моделям. 3-е издание. М., Машиностроение 1984. -407с.

35. Ефимов В.А., Специальные виды литья. Справочник. М., Машиностроение 1991. -734с.

36. Чурсин В.М., Бидуля П.Н., Технология цветного литья. Учебное пособие. М., Металлургия 1967. -252с.

37. Виноградов В.Н., Литейные формы для цветных сплавов. М., Машиностроение 1981. -76с.

38. Жуковский С.С., Прочность литейной формы. М., Машиностроение 1989. -285с.

39. Галдин Н.М., Цветное литье. Справочник. М., Машиностроение 1989. -527с.

40. Воздвиженский В.М., Жуков А.А., Бастраков В.К., Точное литье цветных сплавов. М., Машиностроение 1990. -237с.

41. Куманин И.Б., Вопросы теории линейных процессов: формирование отливок в процессе затвердевания и охлаждения сплава. М., Машиностроение 1976. -216с.

42. Оболенцев Ф.Д., Качество литых поверхностей. M.-JI., Машгиз 1961. -183с.

43. Попов А.Д., Чистота поверхности отливок. Свердловск., Машгиз 1950. -98с.

44. Точность отливок. Труды 5-го совещания по теории литейных процессов. Под редакцией Тулясва Б.Б. М., Машгиз 1960. -207с.

45. Жуковский С.С., Формовочные материалы и технология литейной формы. Справочник. М., Машиностроение 1993. -431с.

46. Титов Н.Д., Степанов Ю.А. Технология литейного производства. М., Машиностроение 1974. -472с.

47. Липницкий A.M., Морозов И.В. Технология цветного литья. Л., Машгиз, 1986.- 224с.

48. Белоусов Н.Н. Плавка и разливка сплавов цветных металлов. Л., Машиностроение. 1981.- 80с.

49. Боженов П.И. Высокопрочный гипс. Л., Лениздат, 1945.-100с.

50. БергП.П. Формовочные материалы. Л., Машгиз, 1963.-408с.

51. Бех Н.И., Васильев В.А. Мир художественного литья: История технологии. М., Металлург, 1997. -с.260.

52. Бараданьянц В.К., Зубков Н.Н., Лапидовская Л.А. Гипсовые модели и оснастка. М., Машиностроение, 1978. -120с.

53. Иванов В.Н., Карпенко В.М. Художественное литьё. Мн.: Высшая школа,1999. -172с.

54. Новиков В.П. Современные художественные изделия из металла. М., Машиностроение, 1990.-231с.

55. Гутов JI.A., Никитин М.К. Медь и её сплавы. М., Политех, 1994.-185с.

56. Чурсин В.М. Плавка медных сплавов. М., Металлургия, 1982.-152с.

57. Чистяков В.В., Методы подобия и размерностей в литейной гидравлике. М., Машиностроение 1990, -223с.

58. Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Чурсин В.М. Литейное производство цветных и редких металлов. М., Металлургия 1972. -495с.

59. Флёров А.В. Материаловедение и технология художественной обработки

60. Бегенау 3. Г., Функция, форма, качество, пер. с нем., М., 1969;

61. Нельсон Дж., Проблемы дизайна, пер. с англ., М., 1971;

62. Тьялве Э. Краткий курс промышленного дизайна. М., Машиностроение 1984.-192с.

63. Воронов Н. В. Суть дизайна. 56 тезисов русской версии понимания дизайна. М., Дизайн, 2002.-24с.

64. Джонс Дж. Инженерное и художественное конструирование (современные методы проектного анализа). М.: Мир, 1986.-347с.

65. Михайлов С.М. История дизайна, т. 1.Учебное пособие для вузов. М., Союз дизайнеров России, 2000.

66. Куманин В.И. Влияние дизайна структуры на эстстичсскис и функциональные свойства материалов. М., МГАПИ, 2000, вып.З, стр.9-10.

67. Медведев Ю.Ю. Принципы и критерии эстетической оценки изделий произведений дизайна. Санкт-Петербург, издательство СПГУТД. -52с.

68. Воронов II.B. Российский дизайн. Очерки истории отечественного дизайна. Том 1-2, М., Союз дизайнеров России, 2001.

69. Литье по выплавляемым моделям. Под общ. ред. Я. И. Шкленника, В. А. Озерова М.: Машиностроение, 1984. -408с.

70. Средства дизайн программирования. М., ВНИИТЭ, 1987.

71. Нельсон Д. Проблемы дизайна. М., Искусство, 1971.

72. Арнхейм Р. Искусство и визуальное восприятие. М., 1974.

73. Маров М.Н. Энциклопедия 3ds max 4. СПб.: Питер, 2002, 1008 с.

74. Головач В. Что такое дизайн, http://www.lib.deda.ru ,2001.

75. Головач В. Воздействие цвета, http://www.lib.deda.ru, 2001.

76. Курдюмов А. В., Пикунов М. В., Бахтиаров Р. А. Плавка и затвердевание сплавов цветных металлов. М., Металлургия 1968.

77. Артюшин JI. Ф., Основы воспроизведения цвета в фотографии, кино и полиграфии, М., 1970.

78. Лоренц Н. Ф., Орнамент всех времен и стилей, в. 1-8, СПб, 1998-99.

79. Вопросы технической эстетики. Сб. ст., в. 1-2, М., 1968-70;

80. Основы технической эстетики. Расширенные тезисы, М., 1970;

81. Попов С.А., Малевский Н.П., Терещенко Л.М. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов. М., Машиностроение 1977. -263с.

82. Хан Г., Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах. Перевод с англ. Е.Г. Коваленко. Под ред. В.В. Налимова. М., Мир 1969, -395с.

83. Якушев А. И., Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения, 4 изд., М., 1975.

84. Егоров В. А., Оптические и щуповые приборы для измерения шероховатости поверхности, 2 изд., М., 1965.

85. WHlox G. The graphit mould casting process//Foundry Trade J. 1984. 156, N 3278. P. 76.

автореферат диссертации по искусствоведению, специальность ВАК РФ 17.00.06 диссертация на тему: Дизайн поверхности литых изделий малой пластики

Полный текст автореферата диссертации по теме "Дизайн поверхности литых изделий малой пластики"

Оглавление научной работы автор диссертации — кандидата технических наук Горельцев, Александр Александрович

Введение диссертации2003 год, автореферат по искусствоведению, Горельцев, Александр Александрович

Заключение научной работыдиссертация на тему "Дизайн поверхности литых изделий малой пластики"

Список научной литературыГорельцев, Александр Александрович, диссертация по теме "Техническая эстетика и дизайн"

Похожие темы диссертаций

автореферат диссертации по искусствоведению, специальность ВАК РФ 17.00.06
диссертация на тему: Дизайн поверхности литых изделий малой пластики