Разработка дизайна и проектирование новых видов ювелирных изделий из кристаллов алмаза природной формы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 17.00.06, кандидат технических наук Гладченков, Евгений Вадимович

• Гладченков, Евгений Вадимович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гладченков, Евгений Вадимович

Содержание

Стр.

Введение

Глава 1 Алмаз и его свойства

1.1. Общая характеристика материала

1.2. Структура кристаллов алмаза

1.3. Физико-механические свойства

1.4. Теплофизические свойства

1.5. Оптические свойства

1.6. Электронные свойства

1.7. Физическая классификация природных алмазов

1.8. Мировые тенденции стиля и моды ювелирных изделий

с применением алмазного сырья природной формы

Выводы

Глава 2 Технологии обработки алмазов

2.1. Технологические методы, применяемые в обработке кристаллов алмаза

2.2. Абразивный механический метод обработки алмаза

2.3. Термохимический метод обработки алмаза

2.4. Волновой метод обработки алмаза

2.5. Чистота обрабатываемой поверхности при волновом методе обработки 58 Выводы

Глава 3 Критерии отбора алмазного сырья, пригодного

для волновой обработки с применением нового дизайна

3.1. Дизайн алмаза обработанного при помощи

волновых процессов

3.2. Основные категории алмазного сырья

и их классификационные признаки

3.3. Критерии пригодности к обработке волновым методом

с учетом формы кристалла

3.4. Критерии пригодности к обработке волновым методом

с учетом классификационных групп и дефектности

3.5. Анализ декоративной ценности кристаллов с повышенным содержанием дефектов

3.6. Оптический эффект «Радуга» 92 Выводы

Глава 4 Технологическое проектирование изделий нового типа на примере алмазного сырья с повышенным

содержанием дефектов

4.1. Этапы технологического проектирования изготовления

изделий нового типа

4.2. Основные элементы дизайна на поверхности алмаза и технологические особенности их формирования волновым методом

4.3. Программное обеспечение, применяемое при проектировании

и реализации технологического процесса волновой обработки 112 Выводы

Глава 5 Разработка дизайна ювелирных изделий

5.1. Компьютерное моделирование изделий из природного алмаза

с учетом технологических особенностей

5.2. Этапы компьютерного моделирования ювелирных украшений

с применением алмазов, обработанных волновым методом

5.3. Программное обеспечение, применяемое в процессе моделирования ювелирных изделий нового типа 125 Выводы 136 Заключение 137 Библиография 138 Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка дизайна и проектирование новых видов ювелирных изделий из кристаллов алмаза природной формы»

Введение

Актуальность исследования. Ювелирные дизайнеры ищут новые формы и новые решения для выпуска современной, интересной и востребованной рынком продукции. Все сложнее создавать новые оригинальные украшения с использованием бриллиантов, приходится все больше учитывать необычность форм исполнения конечного изделия при создании шедевров ювелирного мастерства. Для создания свежих форм изделий из алмазов нужны новые технологические методы обработки и нетрадиционный подход к исходному материалу.

Этим требованиям может отвечать проектирование новых форм изделий из природных алмазов с применением волнового метода обработки и максимальным сохранением естественной формы кристалла. На сегодняшний день такой нетрадиционный подход является актуальным решением этой проблемы. Он может быть реализован за счет использования совокупности естественных форм кристалла с учетом его природной кристаллографии и ярких оптических эффектов, создаваемых в процессе его обработки волновым методом, как на поверхности, так и в объеме кристалла.

Известно, что всего 20% алмазов от общей массы добытого сырья относятся к кристаллам ювелирного качества и успешно используются для огранки в бриллианты. Остальные 80% относятся к неликвидному сырью и в основном применяются в различных отраслях промышленности. Волновая технология позволяет эффективно использовать значительную часть из этого сырья, несмотря на то, что эти кристаллы содержат повышенное количество дефектов. Уникальные природные разновидности форм алмазов могут иметь большую ценность при использовании нового подхода к обработке нетрадиционного алмазного сырья. Природные кристаллы алмаза,

обладающие многообразием и неповторимостью своих природных форм, удовлетворяют творческим изысканиям ювелиров. Введение новых дизайнерских решений, художественных приемов и технологических способов в процесс обработки кристаллов алмаза будет способствовать расширению и дополнению существующей продукции, предназначенной для ювелирной отрасли.

В процессе традиционной огранки алмаза в бриллиант безвозвратно теряется от 40 до 70% этого уникального и драгоценного материала. Применение волновой технологии обработки алмаза по его природным граням позволяет снизить потери до минимума.

Создание новых ювелирных изделий на основе многообразия природных форм алмазного сырья ставит задачу разработки приемов и способов проектирования этих изделий. Новый дизайн подчеркивает индивидуальность и интеллектуальное восприятие, вносит новые критерии в оценку эстетической красоты естественного кристалла.

Таким образом, решение этой задачи позволит создать новые направления в дизайне украшений из алмаза и существенно дополнить ассортимент существующего рынка украшений с применением этого материала.

Подобный подход к проблемному сырью с повышенным содержанием внутренних напряжений и дефектов при создании нового дизайна ювелирных изделий позволяет в утвердительной форме говорить о новом направлении в ювелирном деле. На сегодняшний день оно имеет право называться прогрессивным и весьма актуальным.

Цель работы: практическое использование современных технологий для создания новых концепций в дизайне ювелирных изделий с применением кристаллов алмаза оригинальных природных форм.

Согласно поставленной цели работы были сформулированы задачи исследования:

1) Установить взаимосвязь дизайна и технологического процесса получения новых форм поверхности алмаза, описываемых уравнениями второго порядка.

2) Определить методы, приемы и способы проектирования изделий из алмазного сырья оригинальных природных форм.

3) Разработать дизайн изделия с учетом естественных граней кристалла, его внутренней структуры, возможностей нового метода и спроектировать технологический процесс волновой обработки поверхности алмаза.

4) Сформулировать критерии для отбора кристаллов, пригодных для обработки с помощью волновой технологии, учитывая основные классификационные признаки: размерность, форму и степень искажения формы, характер поверхности граней, дефектность (качество), цвет.

5) Разработать варианты дизайна ювелирных украшений, изготовленных с применением алмазов обработанных волновым методом.

6) Провести анализ рынка и определить тенденции стиля и направления моды существующей ювелирной продукции с использованием алмазов природной формы.

Научная новизна

1. Установлены закономерности автоматизированной волновой обработки поверхностного слоя алмаза с получением поверхностных форм, описываемых уравнениями второго порядка, что позволяет формировать объемные элементы дизайна в процессе обработки кристаллов природной формы.

2. Сформулированы критерии отбора категорий алмазного сырья, пригодного для волновой обработки с анализом их декоративной ценности, а также дальнейшего применения в ювелирных украшениях.

3. Впервые разработано обоснование практического использования обработанных по волновой технологии кристаллов алмаза с повышенным содержанием дефектов для проектирования дизайна новых видов ювелирных изделий.

4. Разработаны процесс и методы производства малоотходных и экологических изделий из природных алмазов.

Практическая значимость

1) Результаты работы внедрены в производственный процесс выпуска продукции из алмазного сырья НПП «Микроприбор» и позволили впервые реализовать автоматизированный процесс обработки сложнопрофильных поверхностей и изделий из природных алмазов с получением высокой чистоты обработанной поверхности.

2) Разработаны специализированная программа и реализуемый при работе станка с ЧПУ алгоритм компьютерного управления для выбора режимов технологического процесса обработки алмазов с формированием поверхностей второго порядка.

3) В результате применения разработанной методики проектирования и технологической последовательности процесса обработки по естественным граням получены изделия из природных кристаллов алмаза, не имеющие

мировых аналогов.

4) Проведенные первые исследования обосновывают актуальность использования изделий из алмазного сырья с повышенным содержанием дефектов в качестве элементов ювелирных украшений.

5) Расширена практическая область применения нетрадиционных категорий алмазного сырья в ювелирной промышленности и разработаны

критерии для отбора кристаллов.

6) Результаты исследований используются в реальном учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных занятий со студентами старших курсов по дисциплине «Технология гранильного

производства» кафедры «ТХОМ» в Московском государственном горном университете.

Апробация работы

По результатам диссертации сделаны доклады:

-на конференции «Перспективы и риски использования наноматериалов в технических и природных системах» (г. Москва,2009г.), Московский институт стали и сплавов;

-на международной научно-практической конференции «Инженерные системы-2011» (г. Москва, 5-8 апреля 2011г.), Российский университет дружбы народов;

-на 1-м заседании в Клубе Инноваторов Москвы, доклад был признан лучшим и занял 1-е место в блоке проектов «Новые материалы и защитные покрытия» (г. Москва, 10 марта 2011г.);

- на научных симпозиумах «Неделя горняка», МГГУ, (г. Москва, 20082012гг.);

-на 15-ой Международной экологической конференции студентов и молодых ученых Торное дело и окружающая среда. Инновационные и высокие технологии XXI века", МГГУ, (г. Москва 12-15 апреля, 2011г.);

-на научных семинарах кафедры «Технология художественной обработки материалов» МГГУ.

Публикации

По теме диссертации опубликовано десять работ, в которых отражено основное содержание диссертации, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных журналах по перечню ВАК РФ.

Благодарность. Автор работы выражает глубокую благодарность заместителю руководителя, заведующему лабораторией экспериментальных технологий научно-производственного предприятия «МИКРОПРИБОР» Карасёву Владимиру Юрьевичу за помощь в проведении экспериментов.

Михаилу Олеговичу Щербакову за оказание консультативной помощи в вопросах экспертной и геммологической оценки алмазного сырья. Алтухову Андрею Александровичу, Тепловой Татьяне Борисовне за оказание помощи в вопросах написания диссертации. Чертову Леониду Михайловичу, Соколовой Марине Леонидовне за плодотворные дискуссии. А так же студентам кафедры ТХОМ: Илье Мельнику, Ирине Антоновой и Ольге Бундиной за помощь в решении вопросов художественного и компьютерного проектирования дизайна ювелирных украшений с применением алмазов.

Особую благодарность: Мельникову Евгению Павловичу, Ножкиной Алле Викторовне за научное руководство.

Заключение диссертации по теме «Техническая эстетика и дизайн», Гладченков, Евгений Вадимович

Выводы. Таким образом, рассмотренный пример показывает основные этапы компьютерного моделирования, значительно облегчающего процесс создания ювелирных изделий нового типа с применением алмазов природной формы, обработанных с помощью волновой технологии. Компьютерное моделирование при обработке алмазов природной формы необходимо производить с целью выбора оптимальной формы изделия. При обработке алмазов наиболее подходящими являются программные системы для создания и редактирования трёхмерной графики, такие как 3d max, Rhinoceros. Программная среда для создания объёмных рельефов Matrix так же может быть использована для создания ювелирных изделий и прототипирования восковой модели с высокой точностью.

Заключение

В данной работе был подробно рассмотрен новый подход к дизайну изделий нового типа из алмазного сырья. Сохранение оригинальной природной формы кристалла и формирование в процессе обработки на поверхности объемных элементов является особенностью данного подхода. Дальнейшее развитие и применение новых технологических методов обработки алмаза и подобный подход к сложному и напряжённому сырью, позволяет говорить о новом направлении в ювелирном деле. Это направление открывает широкие возможности в создании новых, оригинальных изделий и позволяет успешно использовать те типы алмазного сырья, которые пока не нашли должного применения в творческом процессе ювелирного дизайна.

138

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гладченков, Евгений Вадимович, 2012 год

Библиография

1. Ветхий завет, кн. «Исход», гл.39, c.l 1

2. Ветхий завет, кн. «Книга пророка Иеремии», гл.17

3. [Электронный ресурс]. URL: http://www.gold-discounts.ru/articles/gemmologiya-almazov «Геммология алмазов» (дата обращения: 30.06.2011).

4. Famous Diamonds.: I. Balfour. London. 1987. 224c.

5. Огранка алмазов в бриллианты. - К.: Выща шк. Головное изд-во,1988.-200с.,155ил.,7табл.

6. Алмазное сырье. Учебно-справочное пособие. -М.:Наукака2007.-304с.

7. [Электронный ресурс]. URL: http://st-vak.narod.ru/index 1 -4-2.html Петрова H.H., Шиц Е.Ю. «Абразивный инструмент на основе полимеров и технических алмазных порошков природного происхождения»

(дата обращения: 03.04.2012).

8. Алмаз в электронной технике: Сб.ст. / Отв. ред. В.Б. Квасков. М.: Энергоатомиздат. 1990. 248 с.

9. Белянин А.Ф., Самойлович М.И. Пленки алмаза и алмазоподобных материалов: формирование, строение и применение в электронике. // Высокие технологии в промышленности России - М.: ЦНИТИ "Техномаш", 2003, с. 19.

10. P.W. May, "Diamond Thin Films: A 21st Century Material" Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, 358 (2000) 473-495c.

11. Miln W.I. Electronic devices from diamond-like carbon. - Semicond. Sei. Technol., 2003, v.18, P.S81-S85.

12. A. Daubree, "Etudes synthétiques de geologie experimentale" (II, П., 1879); 280c.

13. [Электронный ресурс]. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/%C0%EB%EC%E0%E7 «Алмаз» (дата обращения: 03.07.2011).

14. [Электронный ресурс]. URL:

http://www.bernoth.com/vtorava gruppa gipotez «Три группы кимберлитов»; Минералогия, (дата обращения: 24.02.2011).

15. В.И.Епифанов, А.Я. Песина, Л.В.Зыков «Технология обработки алмазов в бриллианты»,, учебное пособие, издательство «Бичик», 2001г., Якутск.

16. [Электронный ресурс]. URL:

http://www.s'wimcincinnati.com/almaz/almaz79.htm «Минералогия алмаза: химический состав алмазов», ОБЩАЯ МИНЕРАЛОГИЯ (дата обращения: 13.09.2010).

17. Клюев Ю.А., Непша В.И., Дуденков Ю.А. О физической классификации алмазов // Физико-химические свойства алмазов. — М.: ВНИИалмаз, 1974. -с. 3-15.

18. Рожков И. С., Моров А. П., Алмазы на службе человека, М., 1967.

19. Орлов Ю.Л. Минералогия алмаза. — М.: Наука, 1984.

20. [Электронный ресурс]. URL: http://www.swimcincinnati.com/almaz/almaz279.htm «Минералогия алмаза: Теплофизические свойства алмаза», МИНЕРАЛОГИЯ

(дата обращения: 13.09.2010).

21. Аргунов К.П. Оптические свойства и морфология алмазов Якутии // Дис. канд. геол.-минер, наук. - Мирный, 1987.

22. Paul W. May, «CVD Diamond - a new Technology for the Future», Endeavour Magazine 19(3), (1995) ppl01-106.

23. Т.Н.Фурсова. Природные формо- и структурообразования: (Анализ закономерностей и возможности их освоения в художественном конструировании). Автореф. диссер. канд. искусств.- М., 1987.

24. [Электронный ресурс]. URL: http://www.debeers.со.uk/design-collections/talisman-collection/ « Talisman Collection » официальный сайт компании De Beers, (дата обращения: 08.04.2012).

25. [Электронный ресурс]. URL: http://wuw.diamondsnews.com/rough diamonds iewelrv.htm «Rough diamonds jewelry", Diamonds news, (дата обращения: 08.04.2012)

26. [Электронный ресурс]. URL: http://www.diamondintherough.com/

«Fine Jewelry Diamond in the Rough», официальный сайт ювелирного дома Diamond in the Rough, (дата обращения: 14.01.2012).

27. [Электронный ресурс]. URL: http://www.toddreed.com «Todd Reed», официальный сайт ювелирного дизайнера, (дата обращения: 28.03.2012).

28. Электронный ресурс]. URL: http://www.nikikavakonisdesigns.com/ «Nikki Kavakonis» официальный сайт ювелирного дизайнера,

(дата обращения: 18.03.2012).

29. Соболев Е.В., Юрьева О.П. Системы голубого свечения в алмазе // Сверхтвердые материалы, 1990. -№2.-C.3-13.

30. [Электронный ресурс]. URL: http://www.auroragems.com «Aurora Butterfly of Peace», » официальный сайт компании, (дата обращения: 11.12.2011).

31. Соболев Е.В., Самсоненко Н.Д., Ильин В. Е. и др. О преимущественном состоянии азота в природном алмазе //ЖСХ, 1969 -№ 10. - с. 552-553.

32. [Электронный ресурс]. URL: http://www.abrasive.ru/lib/teachfull.php7binn rubrik pi catelems7=132 ООО "Санкт-Петербургский Центр Абразивов", Алмаз,

(дата обращения: 21.08.2011).

33. [Электронный ресурс]. URL: http://www.atelierzobel.com/ «Michael Zobel» официальный сайт ювелирного дома Diamond in the Rough,

(дата обращения: 14.01.2012)

34. A.A. Иванов, В.Г. Луконин, JI.C. Смесова Ювелирные изделия Востока. Коллекция Особой кладовой отдела Востока Государственного Эрмитажа. Древний, средневековый периоды.//М.: Искусство. 1984. 216 стр.

35. А.П. Дубинина. Исследование параметров процесса пластического шлифования алмазов при групповой обработке на станках с ЧПУ. Москва.2006г. 147стр.

36. [Электронный ресурс]. URL: http://www.intech-diamond.com/debid/p4.htm «Монокристаллы», официальный сайт ООО «Техно Деамант»,

(дата обращения: 11.02.2012).

37. [Электронный ресурс]. URL: http://mlmdiamondsprestige.com/almazi-izrailva/ogranka-i-obrabotka-almazov/ «Технология огранки бриллиантов, обработка алмазов в бриллианты», (дата обращения: 14.05.2011).

38. A proposed diamond polishing process Jeynes С. II Philosophical Magazine A. 1983. V.48. №2. P. 169-197.

39. Гладченков E.B. Исследование чистоты поверхности алмаза при термохимическом методе обработки [текст] //Материалы форума «Перспективы и риски использования наноматериалов в технических и природных системах»/ -М.: МИСиС, 2009. -172 с. -с. 31-39.

40. П. П. Шамаев, А. С. Григорьева, В. В. Ботвин. О термохимических методах обработки алмазов с новых позиций. // "Наука и техника в Якутии" № 1, 2002, стр. 27-29.

41. Гладченков Е.В. Термохимическая обработка алмаза и перспективы её применения в современной промышленности [текст] // Сборник статей XIII Всероссийской научно-практической конференции и смотра-конкурса работ студентов и аспирантов (с международным участием) по специальности «Технология художественной обработки материалов» IIIS октября 2010г. -М.: МГГУ. -с. 132-140.

42. С. М. Пинтус, В. Ю. Карасёв, Е. В. Гладченков. Роль волновых явлений в процессе обработки кристаллов алмаза [текст] // Микроэлектроника /, том 40, №6.-М.: 2011.-480с. -с. 430^40.

43. ГОСТ Р 51519.1-99 «Алмазы природные необработанные. Классификация. Основные признаки».

44. ГОСТ Р 51519.2-99 «Алмазы природные необработанные. Сортировка алмазов. Основные положения».

45. Хохлов А. Н. Опыт бурения алмазными долотами. М., изд-во «Недра», 1967.

46. Справочник по алмазному бурению геологоразведочных скважин, Л., 1975; Марамзин А. В., Блинов Г. А., Гелиопа А. А., Технические средства для алмазного бурения, JI., 1982.

47. Применение алмазного инструмента в промышленности (материалы семинара). МДНТП, 1969.

48. [Электронный ресурс]. URL: http: //www. b i t е 1. k g/m i n е г а 1 у- i -

mineralogiia/kamni/638-priznanie-chernogo-almaza-v-Yuvelirnyh-b-ugah.html

«Признание черного алмаза в ювелирных кругах», (дата обращения: 24.05.2011).

49. Шафрановский И.И. Алмазы // Изд-во АН СССР, 1953.154 стр.

50. Ферсман А.Е. Кристаллография алмаза // Изд-во АН СССР, 1955.566 стр.

51. Ширяев A.A., Израэли Е.С., Хаури Э.Г., Захарченко О.Д., Навон О. Химические, оптические и изотопные особенности волокнистых алмазов из Бразилии //Геология и геофизика. 2005. Том 46(12). С. 1207-1222.

52. Гомон Г.О. Алмазы. - М., 1966.

53. Скузоватов С.Ю., Зедгенизов Д.А. Щелочной карбонатно-силикатный флюид как среда образования оболочек алмазов из трубки Сытыканская (Якутия) // Институт геологии и минералогии им. B.C. Соболева СО РАН, Новосибирск 2010.

54. [Электронный ресурс]. URL: http://www.uraldiamond.ru/index.asp?ID=43 «Разновидности алмазов», (дата обращения: 14.12.2011).

55. Киселева Н.П. Технические алмазы. - М., 1964, - 213 с.

56. Степанов A.B. Основы практической прочности кристаллов М.: Наука, 1974.

57. Келли А., Гровс Г. Кристаллография и дефекты в кристаллах - М: Мир. 1974.

58. [Электронный ресурс]. URL: http://www.catalogmineralov.ru/article/238.html «Поликристаллические агрегаты алмаза», (дата обращения: 04.12.2011).

59. В.Ю.Карасёв, С.М. Пинтус, Е.В. Гладченков, O.A. Безпалов. Проект Талисман. - Информационно-аналитический журнал «Ювелирная Россия». С-Пб :2011.-№3 (33).-111с.

60. [Электронный ресурс]. URL:

http://dliamashinostroitelia.info/2010/09/etapv proektirovaniva texnologichesk hd «Машиностроение» Этапы проектирования технологических процессов» (дата обращения: 05.02.2012).

61. Севастьянов А.В.и др. Объемно-пространственная композиция: Учеб.для вузов-М.Издательство «Ладья», 2000.-256с.

62. Байкалова В.Н., Колокатов A.M., Малинина И.Д. Расчет режимов резания при точении: Методические рекомендации по курсу "Технология конструкционных материалов и материаловедение". - М.:

МГАУ им. В.П. Горячкина, 2000. - 37 стр.

63. Автоматизированная система регистрации и обработки видеоинформации / А.П.Бык, С.М.Завгороднев, В.Г.Кваченок В.Г. и др. // Приборы и техника эксперимента. - 1987. - № 1. - С. 225.

64. [Электронный ресурс]. URL: http://marshteha.info/tehnologia mashinostroenia/klasifikazi tehprozisi/ «ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ образовательный сайт» (дата обращения: 15.11.2011).

65. [Электронный ресурс]. URL: http://turner.narod.ru/dirl/baza.htm Сведения о технологическом процессе обработки деталей

(заготовок).Технологические базы, (дата обращения: 22.11.2011)

66. Рыбаков A.B. Обзор существующихСАБ/САЕ/САМ - систем для решения задач компьютерной подготовки производства. -Информационные технологии №3, 1997.

67. [Электронный ресурс]. URL: http://stanki-cnc.m/etapY-tehnologicheskogo-proektirovaniva-stankov «Этапы технологического проектирования для станков с ЧПУ» (дата обращения: 23.11.2011).

68. Иттен И. Искусство формы. М., 2001, 136 стр.

69. В. А. Яблонский.Рисунок и основы композицииМ, изд. ВШ, 1989г., 76 стр.

70. JI. М. Холмянский, А. С. Щипанов. Дзайн: Книга для учащихся.— М.: Просвещение, 1985.

71. Фриск В. В. Основы теории цепей. Расчеты и моделирование с помощью пакета компьютерной математики Mathcad . COJIOH-Пресс, 2006, 85стр.

72. Ловыгин A.A., Васильев A.B., Кривцов С.Ю. Современный станок с ЧПУ и CAD_CAM.2006.- 286 стр.

73. В. А. Милашев, Алмаз. Легенды и действительность.М.:ЛКИ 112с.

74. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике. БХВ-Петербург; 2005 г. 558-стр.

75. Эл.Оливер. Искусство ювелирного дизайна. От идеи до воплощения. Изд-во Дедал-Пресс. 2008г. 172стр.

76. P. CeMaK.3ds Мах 2008 для дизайна интерьеров.Изд-во Питер, 2009г. 256стр.