1-Механич_способы (Каменихин А.Т. - Нанесение декоративных рисунков на стеклоизделия)

1. Механические способы нанесения рисунка на стекло

Механические способы нанесения рисунка на стекло известны с древнейших времён. Мастера тех лет широко использовали твёрдые, в основном из бронзы, инструменты. С их помощью проводилось декорирование стеклянных изделий (художественные сосуды, бокалы, кубки и т.п.), создавались витражи с узорами и орнаментами. Современные инструменты и оборудование позволяют создавать на стекле рисунки любой сложности в серийном или массовом масштабе.

Все механические способы нанесения рисунков на стекло получили название гравирование. От французского глагола graver – вырезать на поверхности чего-либо.

Гравированием на поверхности стекла «вырезают» различные изображения: орнаменты, гравюры, надписи. Для этого применяют гравировальные круги с абразивным покрытием (например, алмазной крошкой) или острый твердый инструмент для царапанья стекла. Используют лазер, ультразвук, электрический ток и другие электронные технологии, например, электронно-ионное гравирование.

Р ис.1.1. Стекло с гравировкой и фацетом.

Гравирование – это один из самых сложных и трудоемких способов декорирования стекла. Первоначально гравированию подвергали драгоценные камни, затем теми же приёмами стали украшать плоские пластинки из горного хрусталя и позднее – изделия из стекла в частности сосуды. Вначале изделия из стекла гравировали неглубоко, гравюра представляла собой рисунок, состоящий лишь из коротких прямых прорезов и штрихов. Позже начали применять прорезы изогнутой формы, из которых составлялись орнаменты, рисунки цветов, портреты людей. Затем неглубокий штриховой рисунок уступил место рельефной гравюре, заглубленной в изделие.

Хотя алмазная грань появилась как способ декора бесцветного хрусталя, в России этот способ гранения активно использовали и для цветного стекла, в частности – для двух- и трехслойного, когда с помощью глубокой резьбы в нужных для узора местах обнажался нижний слой, имеющий иной цвет, чем верхний, создавая тем самым цветовую игру. Этот способ подобен давно известной технологии галлé (от E.Galle - французский художник, 1846-1904). Изображение на изделии из непрозрачного многослойного стекла выполняется резьбой с удалением нескольких слоев стекла вокруг силуэтного узора.

На стекло может быть нанесен узор из тонких пересекающихся линий. Способ этот называется гильошированием. Обычно глубина штрихов рисунка колеблется в пределах 0,5 - 3 мм.

1.1. Гравирование кругами. Металлические гравировальные круги обычно изготавливают из листовой меди, несмотря на её сравнительно малую твердость. Благодаря упругости меди такой круг хорошо сохраняет форму при гравировании рисунков свободным абразивом. При гравировании кругами из более твердых металлов, например, стали, на стекле образуются грубые царапины. Мягкие малоупругие материалы, например, олово не обеспечивает нужной скорости гравирования, и круги из таких металлов быстро изнашиваются. Толщина гравировальных кругов 0,5-5 мм, диаметр 1-100 мм.

Гравировальные круги сами не наносят рисунка (рис.1.1), они лишь являются опорой для абразивного материала. В качестве абразивного материала применяют порошки карбида кремния, корунда. Обычно используют порошки зернистостью около 100 мкм.

В процессе гравирования применяют абразивный материал 3 - 4 фракций: в начале обработки – наиболее грубый, при обработке и отделке гравюры в целом – более тонкий, для наиболее тонких деталей – самый тонкий. При гравировании стекла грубым и твердым абразивом поверхность становится белой и матовой. Гравирование тонкозернистыми и мягкими порошками поверхность будет матовой, но менее ярко выраженного белого цвета (иногда полупрозрачной), поскольку в этом случае бороздки от абразивного материала не так глубоки. Для узких прямых прорезов используют наиболее тонкую фракцию, чтобы режущая кромка круга далее не затуплялась.

Крупные рисунки гравируют в два этапа: предварительное гравирование, при котором формируется основной контур рисунка, и тонкое гравирование, т.е. доводка рисунка и нанесение мелких деталей. Предварительное гравирование выполняют карборундовыми кругами диаметром 10-200 мм, толщиной 3-20 мм, зернистостью 10-25 или кругами из синтетических алмазов. При тонком гравировании используют электрокорундовые круги диаметром 10-200 мм, толщиной 3-20 мм, зернистостью 120-400. Для гравирования используют круги 4-х профилей.

Рис.1.2. Профили гравировальных кругов: а) прямоугольный: б) клинообразный; в) закругленный; г) с косой кромкой.

Кругами с прямоугольным профилем снимают значительные участки на поверхности изделия (подготовка основания под гравюру), кромкой такого круга проводят прямые тонкие линии. Кругами с клинообразным профилем проводят тонкие извилистые линии, детали изогнутой формы, а также элементы, напоминающие алмазную резьбу, но значительно меньших размеров. Круги с закругленной кромкой используют для формирования ямок и углублений. Кругами с косой кромкой, заточенной в одну сторону, прорезают тонкие штрихи неодинаковой глубины.

В качестве смачивающих жидкостей используют машинное масло, керосин или их смеси в различных соотношениях. Смачивающая жидкость образует с абразивным материалом шлам, который покрывает тонкой пленкой круг и стекло в зоне обработки. Толщина пленки зависит от природы жидкости и изменяется в зависимости от ее вязкости. Жидкость с более высокой вязкостью дает с одним и тем же абразивом более тонкозернистую поверхность, так как пленка, образованная более вязким маслом, имеет такую же или даже большую толщину, чем величина зерен абразивного материала. Зерна как бы плывут в пленке, и нужно значительно повысить давление изделия на круг, чтобы толщина пленки уменьшилась. В результате зерна абразива могут лишь незначительно стирать поверхность стекла. В противоположность этому маловязкий керосин образует самую тонкую пленку шлама, так что зерна абразива, даже самые мелкие, касаются гравировального круга и стекла и производят резание. Таким образом, абразив, состоящий из зерен большой величины, необходимо смешивать с вязким машинным маслом, тогда как тонкозернистый абразив лучше работает в смеси с керосином. В качестве охлаждающей жидкости используется вода.

Выбор способа обработки зависит от вида гравирования. При ручном пластическом гравировании стекла сначала кругами большого диаметра создают контур гравюры. Затем кругами меньшего диаметра наносят более мелкие детали. Объемность изображения достигается удалением стекла с его поверхности.

При гравировании мастер подводит изделие к кругу снизу так, чтобы можно было видеть весь рисунок. Работа ведётся с короткими шагами: мастер прижимает изделие к кромке круга, делает небольшой надрез и отнимает изделие. Затем операцию повторяет снова.

Гравированный рисунок часто полируют. Для этого используют деревянные, войлочные, свинцово-оловянные круги; размеры их выбирают в зависимости от размеров полируемого рисунка. В качестве полирующих материалов используют пемзу, трепел, полирит, крокус, оксид титана (студентам предлагается самостоятельно провести поиск состава и особенностей применения названных полирующих материалов).

Рис.1.3. Станок для ручного гравирования

1 – основание, 2 – подшипники, 3 – шпиндель, 4 – шкив, 5 – металлическая полоса, 6 – приспособление для подачи абразивного материала. 7 – медный круг. 8 – наконечник, 9 – отверстие для выталкивания наконечника.

На рисунке 1.3 представлен станок для ручного гравирования. Он состоит из основания 1 с подшипниками скольжения 2, в которых вращается шпиндель 3 станка. Шпиндель снабжен ступенчатым шкивом 4 для ременной передачи от электродвигателя. Сверху к корпусам подшипников прикреплена изогнутая металлическая полоса 5, а к ней приспособление 6 для подачи абразива. Шпиндель 3 выполняют пустотелым или его рабочий конец снабжают выточкой, в которую вставляют наконечник 7 с кругом 8. С учетом длины вставляемого наконечника 7 в шпинделе станка сделано сквозное отверстие 9, через которое при смене кругов выталкивают наконечник 7. Приспособление 6 представляет собой либо деревянную планку с заостренным концом, либо сосуд с отверстием, в который заливают абразивную суспензию. В первом случае абразивную суспензию наносят на медный круг вручную, а деревянная планка задерживает ее на кромке круга, одновременно регулируя подачу суспензии в зону обработки. Во втором случае абразивная смесь непрерывно стекает из отверстия сосуда на медный круг, при этом подача суспензии регулируется стержнем внутри сосуда.

11 10

Рис.1.4. Варианты крепления медного круга: 10 – фиксатор, 11 – фиксирующая риска

Наконечник с абразивным кругом закрепляют в шпинделе станка, заливая в выточку шпинделя свинец или оловянно-свинцовый сплав, крепить можно также с помощью конической свинцовой насадки с фиксатором 10 и фиксирующей риской 11 (рис.1.4) или при помощи резьбового крепления.

Современные станки для ручного гравирования изображены на рис.1.5. Вращение гравировального круга осуществляется от электродвигателя, закрытого кожухом 1, через коробку передач 2. Это позволяет изменять скорости вращения вала 3 инструмента в широких пределах. Вращающийся круг 6 закрыт кожухом 5, передвижение которого осуществляется специальным устройством 7. Станок оборудован панелями и средствами управления. Станки имеют удобный рабочий стол 8, шкафы и приспособления для хранения и использования инструмента при работе. В стол станка для гравирования абразивными кругами вделана небольшая ванна для стока воды и промывания изделий. Стул 9 для гравера сделан регулируемым по высоте.

Рис.1.5. Станки для гравирования рисунков:

а) медными кругами, б) абразивными кругами; 1 – кожух электродвигателя, 2 – коробка передач, 3 – вал, 4 – шланг для подачи воды, 5 – ограждение абразивного круга, 6 – абразивный круг, 7 – устройство передвижения кожуха, 8 – стол, 9 – стул.

Для обработки крупных изделий применяют также, абразивный или металлический круг, закрепленный на гибком валу (рис. 1.6). Гибкий вал 2, присоединенный к многоскоростному электродвигателю 1, заканчивается жестким наконечником, на котором крепится круг 4, прикрытый корпусом 3. Круг удерживается с помощью рабочих рукояток 5, в которых размещаются подшипники наконечника.

Рис.1.6. Крепление гравировального круга на гибком валу:

1 – электродвигатель, 2 – гибкий вал, 3 – корпус, 4 – круг, 5 – рабочие рукоятки.

.

Рис. 1.7. Бормашина БЭС-03:

1 — пускорегулирующее устройство; 2 — основание, 3 — стойка, 4 — гибкий рукав, 5 — электродвигатель, 6 — корпус, 7 — вилка

Бормашина БЭС-03 (рис. 1.7) состоит из основания 2, стойки 3 с укрепленным на ней электродвигателем 5, гибкого рукава 4 с наконечником, пускорегулирующего

устройства 1 и вилки 7 с заземляющим контактом для подключения к электросети. Электродвигатель вмонтирован в корпус 6, который соединён со стойкой шарнирно и может поворачиваться относительно вертикальной оси стойки на 90 °. К электродвигателю 5 с помощью накидной гайки крепится гибкий рукав 4 с наконечником. Рукав изолирован от корпуса электродвигателя с помощью изолирующих втулок, одна из которых установлена на валу электродвигателя, а вторая — на переднем щите электродвигателя. Пускорегулирующее устройство 1 служит для включения бормашины в работу и ступенчатого регулирования частоты вращения инструмента. Бормашина может работать в двух режимах — с фиксацией клавиш и без фиксации. Режим работы — повторно-кратковременный. Габаритные размеры машины, мм: высота — 1285, ширина по основанию — 360, длина по основанию — 415.

Наконечники бормашин могут иметь различную конфигурацию рис.1.8. Угловой наконечник (рис.1.8, а), соединенный с гибким валом, удобно использовать для работ во внутренних полостях и под выступающими частями изделия. Кроме бормашин с гибким валом могут использоваться бормашины, электромотор которых совмещен с электродвигателем в единое целое (рис.1.8, б). При этом работу мастера не ограничивает гибкий вал.

Рис. 1.8. Наконечники гравировальных бормашин:

а — угловой с гибким валом, б — совмещенный с электродвигателем

Для серийного производства стеклоизделий, а также для выполнения индивидуальных заказов большой сложности в настоящее время нашли применение высокопроизводительные автоматические гравировальные установки. На рисунке 1.9 представлен центр для автоматического нанесения гравировки на стекло алмазным и полировальным инструментом. Максимальная ширина грани 40 мм. Размер рабочей поверхности 3000х1520 мм. В установке предусмотрена возможность оценки износа инструмента. При изменении его диаметра система автоматического управления вносит коррективы в величины вертикального и горизонтального перемещения инструмента.