Гравирование полихромных изображений на стали с применением лазерных технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 17.00.06, кандидат технических наук Матюшина, Анна Эдуардовна

• Матюшина, Анна Эдуардовна
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Матюшина, Анна Эдуардовна

Основные термины и определения.

Введение.

Глава 1. Охотничье стрелковое оружие. Традиции и современные технологии декорирования охотничьих ружей.^

1.1. Классификация охотничьего оружия.:.

1.2. Исторически сложившиеся школы и направления художественной отделки оружия.

1.2.1. Особенности традиционного декорирования оружия на Тульском оружейном заводе.

1.2.2. Особенности традиционного декорирования оружия на Ижевских заводах.

1.2.3. Особенности традиционного декорирования оружия на Златоу сто веком заводе.

1.2.4. Зарубежные школы декоративной отделки оружия.

1.3. Особенности и области применения различных технологий отделки охотничьих ружей.

1.3.1. Ручное гравирование.

1.3.2. Механическое гравирование.

1.3.3. Пластическая обработка.

1.3.4. Термическая обработка.

1.3.5. Химическая обработка.

1.3.6. Электроэрозионная обработка.

1.3.7. Лазерные технологии.

1.4. Выводы.

Глава 2, Украшенное охотничье оружие. Классы и орнаменты

2.1. Украшенное охотничье оружие. Классы.

2.2. Классификация изображений и виды орнаментов для украшенного оружия. Взаимосвязь дизайна формы оружия с наносимым на его поверхность изображением.

2.3. Выводы.

Глава 3. Технология лазерного гравирования по покрытиям с последующим оксидированием фона. ^

3.1. Сущность процессов лазерного гравирования по покрытиям с последующим оксидированием фона.^

3.1.1. Гравирование по однослойному покрытию.

3.1.2. Гравирование по двухслойному покрытию в один переход

3.1.3. Гравирование по двухслойному покрытию в два перехода.

3.2. Эстетические показатели и особенности дизайна изображений при лазерном гравировании по покрытиям.

3.2.1. Орнаменты для технологии ЛГП.

3.2.2. Художественные композиции и фотографии' для технологии ЛГП.

3.2.3. Некоторые технологические особенности процесса ЛГП, влияющие на выбор изображений.

3.2.4. Рекомендации по выбору орнаментов.

3.3. Сравнительные характеристики технологии ЛГП и технологий-аналогов.

3.4. Компьютерная обработка изображений для лазерного гравирования по покрытиям.

3.4.1. Выбор и подготовка изображения.

3.4.2. Алгоритм подготовки одноцветного локального изображения.

3.4.3. Алгоритм подготовки одноцветной тоновой композиции на черном фоне.

3.4.4. Алгоритм подготовки двухцветной локальной композиции.

3.4.5. Алгоритм подготовки многоцветной тоновой композиции

3.5. Выводы. IOS

Глава 4. Исследование процесса лазерного гравирования по покрытиям с последующим оксидированием фона.

4.1. Методика исследования.

4.1.1 Исследование влияния режима лазерной обработки на формирование изображения. Ю

4.1.2. Исследование влияния лазерного воздействия на подложку.

4.1.3. Исследование коррозионной стойкости оксидных пленок

4.2. Влияние режима обработки на формирование изображения.

4.3. Структура и химический состав обрабатываемой поверхности.

4.3.1. Исследование микроструктуры образцов после ЛГП.

4.3.2. Исследование химического состава образцов после ЛГП

4.4. Свойства оксидных пленок на обработанной лазером поверхности.

4.4.1. Коррозионная стойкость оксидных пленок.

4.4.2. Эстетические свойства оксидных пленок.

4.5. Выводы.,.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гравирование полихромных изображений на стали с применением лазерных технологий»

Оружие является непременным спутником жизни человека на протяжение всей истории. Желание защититься от врагов, а также необходимость обеспечивать себя и близких пропитанием за счет охоты привели к тому, что оружие перестало быть просто предметом утилитарного назначения. Оно стало, своего рода, символом благополучия и независимости владельца. Не даром было принято у богатых и знатных семей украшать стены домов военными трофеями, передавать из поколения в поколение именные шпаги и дуэльные пистолеты, с гордостью показывать гостям коллекции старинных сабель и ружей. Почтительное отношение к оружию отражено и мировой литературе, где некоторым предметам из амуниции персонажей даны даже собственные имена: это и древнерусский Меч-Кладенец, и Эскалибур короля Артура, и Нарсил — меч наследников Элендила.

Изготовление и украшение оружия издавна считается одним из самых сложных и уважаемых занятий. Несмотря на грозное предназначение, множество предметов вооружения числятся среди самых выдающихся произведений искусства. В музеях всего мира хранятся великолепнее образцы как холодного, так и огнестрельного оружия, созданные великими мастерами -оружейниками прошлого.

Сегодня, когда производство оружия поставлено на поток и крупными оборонными предприятиями, выпускаются тысячные партии ружей и пистолетов, традиции их любовного украшения не утрачены. Тонкие линии гравированных узоров, яркие золотые и матовые серебряные нити всечки, насечные охотничьи сюжеты и орнаменты и по сей день ложатся на стальные детали охотничьих ружей и пистолетов. Сочетание их с ажурной резьбой на деревянных прикладах и рукоятках позволяет мастерам создавать изделия, достойные занять место среди мировых шедевров.

Актуальность работы: Перспективы совершенствования эстетических свойств и вцелом дизайна изделий показаны в работах Сомова Ю.С, Михайлова С.М., Кулеевой Л.М., Васина С.А., Талащука А.Ю. и дгс. Научные разработки и исследования Куманина В.И, Соколовой М.Л., Крашенинникова А.И., Галанина С.И., Пирайнена В.Ю., Жуковой Л.Т., Лобацкой И.М., Зимина Ю.А., Гамова Е.С., Юдиной Т.Ф., Земцова М.И., и др. выделились в последние годы в направление, увязывающее дизайн, материалы и технологии обработки. Предложенные новые технологии, покрытия и выявленные свойства материалов позволяют существенно расширить возможности дизайна. В отмеченном направлении важное место занимает улучшение эстетических свойств гражданского оружия в связи с растущей его востребованностью на рынке. В последние годы дизайну оружия были посвящены работы Хузиахметова С.Х., Ломаевой Л.Г., Драгунова М.Е., Матюшина В.В. и др.

Украшенное стрелковое оружие - одно из немногих направлений оружейной промышленности, не подверженное влиянию современных модных тенденций. Новейшие материалы, формы и технологии, активно используемые в других отраслях оружейного производства, применительно к этому сегменту встречают серьезное сопротивление со стороны веками сложившихся традиций. Эти стереотипы настолько устойчивы, что на сегодняшний день практически отсутствуют технологии, способные реально конкурировать с ручной отделкой оружия. В результате, процент ежегодного выпуска украшенного оружия по отношению к выпуску массового неуклонно падает. В то время, как спрос потребителей на украшенное оружие не только не снижается, но и постоянно возрастает.

Таким образом, в настоящее время на рынке украшенного оружья существует острая проблема увеличения объема выпуска изделий без значительного повышения затрат на производство.

Помочь разрешить ситуацию могут инновационные технологии оформления стрелкового оружия, позволяющие создавать на изделиях привычные глазу потребителя орнаменты, но при этом не требующие кгк серьезных расходов на традиционные дорогостоящие материалы, так и высокого профессионального мастерства исполнителей.

Проблемой замены методов ручной отделки менее затратными промышленными технологиями применительно к стрелковому оружию до сих пор на научной основе занимались лишь несколько специалистов-оружейников, совместно ,с художниками-граверами: Васев JIM., Лекомцев A.A., Передвиган A.A. и другие. Научные разработки по создание промышленных технологий гравирования цветных изображений отсутствуют.

В качестве такой технологии предлагается технология лазерного гравирования по покрытиям с последующим оксидированием (ЛГП).

Цель: Совершенствование дизайна изделий из металла, декорированных гравированием, повышение эффективности производства

Задачи:

- Изучение технологий гравирования по металлу и определение области применения ЛГП;

- Выявление закономерностей процесса протекания ЛГП;

- Установление взаимосвязей между технологией ЛГП и дизайном изображений;

- Исследование процессов, протекающих в материале заготовки при ЛГП и их влияние на эксплуатационные свойства изделия;

- Разработка методики компьютерной обработки изображений и практических рекомендаций по проектированию технологических процессов ЛГП; г Практическое апробирование технологии ЛГП в промышленных условиях. Научная новизна работы:

1. Установлены объемы, виды орнаментальной обработки и применяемые материалы для различных ценовых классов украшенных охотничьих ружей. Показана потребность в создании на основе технологии ЛГИ класса ружей, отличающегося повышенной декоративностью и меньшими затратами на оформление.

2. Выявлены и классифицированы основные критерии эстетической оценки гравированных изображений на украшенных охотничьих ружьях как товаре, на основании критериев определены и установлены типовые схемы декора для характерных классов исполнения украшенных охотничьих ружей.

3. Эстетически приемлемая шероховатость подложки после лазерной обработки составляет до 20 мкм (Ктах) и достигается при скорости движения луча лазера свыше 10 мм/с.

4. Скорость движения луча лазера до 40 мм/с, при частоте модуляции в диапазоне от 2 до 6 кГц и силе тока не менее 32 А обеспечивает полное удаление никелевого покрытия толщиной до 8 мкм, а также двойного покрытия никель-нитрид титана (толщина последнего не более 1 мкм), и достижение черного насыщенного цвета фона изображения при последующем оксидировании.

5. Полное удаление слоя нитрида титана толщиной порядка 1 мкм и открытие никелевого подслоя обеспечивается при скорости движения лазерного луча 200 мм/с, частоте модуляции 2-6 кГц и силе тока лампы накачки 29 А.

6. Четкость линий воспроизводимого рисунка достигается при диаметре луча лазера не более 0,03-0,05 мм.

Практическая полезность:

- Технология ЛГП обеспечивает повышенный уровень дизайна, позволяют автоматизировать технологический процесс гравировки, имитирующий всечку драгоценных металлов, снизить трудоемкость и расход драгметаллов и, тем самым, создают предпосылки для выделения нового ценового класса ружей, полнее удовлетворяющего запросы потребителей.

- Установленные зависимости и рекомендации позволяют управлять технологическим процессом лазерной гравировки по покрытиям.

- Обеспечиваются повышенные эксплуатационные показатели -коррозионная стойкость оксидного покрытия, надежность соединения изображения с подложкой.

- Предложенная методика подготовки и компьютерной обработки орнаментов и сюжетных композиций для переноса в материал посредством технологии ЛГП позволяет сократить сроки производства;

- Технологии, опробованные на украшенном оружии, применимы и к другим видам художественно-промышленных изделий: сувенирам, ювелирным изделиям, предметам быта и др.

Публикации и апробация работы:

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в которых отражено основное содержание работы, в том числе 3 статьи в рецензируемых научных журналах по перечню ВАК РФ.

Результаты работы докладывались на Всероссийской конференции «Первые Бушуевские чтения» (Златоуст, 2002г), (Ижевск, 2002 г.), IX Всероссийской научной конференции по направлению 261000 (Ижевск, 2006 г.), научных семинарах кафедры ТПиХОМ ИжГТУ.

Структура и объем диссетации:

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, приложений и библиографии из 99 наименований. Объем работы составляет 173 страницы машинописного текста, включая 101 иллюстрацию, 9 таблиц и 21 страницу приложений.