Дизайн поверхности литых изделий малой пластики тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 17.00.06, кандидат технических наук Горельцев, Александр Александрович

• Горельцев, Александр Александрович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат 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 диссертации (часть автореферата) на тему «Дизайн поверхности литых изделий малой пластики»

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.

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 (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.

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 1мм 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.;

- 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 диссертации по теме «Техническая эстетика и дизайн», Горельцев, Александр Александрович

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-модельвосковая 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 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.

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.

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.

97

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Горельцев, Александр Александрович, 2003 год

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.