5. Абразивно-воздушное декорирование стекла

Абразивно-воздушному декорированию посвящён наибольший объём учебного пособия. Связано это с тем, что студенты, проходящие подготовку по научному направлению «электронные технологии в производстве стеклоизделий», образцы своих изделий выполняют с использование абразивно-воздушного декорирования.

Процесс декорирования художественных изделий при помощи абразивно-воздушной обработки основан на разрушении гладкой (полированной) поверхности стекла. Песчинки, ударяясь о стенки изделия, выбивают частички стекла, в результате чего поверхность его приобретает матовый вид.

Этим методом обработки возможно получение следующих видов декорирования: матированный рисунок по трафарету или без него; матированный рельефный рисунок; гладкий рисунок на матированном фоне; двустороннее изображение; сквозная обработка стекла; вырезка декоративных элементов сложной формы.

Рис.5.1. Рисунок, созданный на зеркале методом абразивно-воздушной обработки через трафарет

В зависимости от применения абразивных материалов, скорости истечения струи, времени её действия обработанная поверхность изделия может варьироваться от бархатистой до грубозернистой.

Декорирование стеклоизделий пескоструйным аппаратом является дешевым и эффективным средством повышения их художественного качества.

Пескоструйное декорирование можно применять в сочетании с химической обработкой. В этом случае может быть достигнута тонкая полупрозрачная фактура, так как плавиковая кислота сглаживает острые края трещин и выступов. Полупрозрачная фактура может быть также получена при нагревании поверхности до температуры, близкой к температуре размягчения стекла (около 550° С). В этом случае шероховатости несколько сглаживаются за счет частичного расплавления стекла и действия сил поверхностного натяжения. Пескоструйную обработку применяют также в сочетании с росписью красками, алмазной резьбой, другими видами гравирования.

В настоящее время в производстве художественных изделий применяют аппараты с воздушным потоком (пневматические), вакуумные и с потоком воды под давлением (гидравлические).

5.1. Пневматические пескоструйные аппараты. Пневматические установки бывают двух типов: с избыточным давлением и инжекционные. Инжекционный пескоструйный аппарат (рис.5.2) имеет две магистрали, прикреплённые к распылительной насадке, каждая магистраль имеет заслонку или ножную педаль. По одной магистрали поступает воздух от компрессора, а по другой абразивный материал из негерметизированного бункера, выполненного из листового железа или пластика. Принцип действия установки заключается в том, что сжатый воздух с большой скоростью и под давлением попадает в пространство над магистралью с абразивом, происходит засасывание частичек абразивного материала и затем распыление через насадку. Для инжекционных пескоструйных аппаратов необходимы дорогие компрессоры.

Рис.5.2. Инжекционный пескоструйный аппарат

Установка с избыточным давлением (рис. 5.3.) состоит из герметизированного бункера, регулятора давления, фильтра, отделителя влаги и масла, магистрали с абразивом, распыляющей насадки. Принцип работы заключается в том, что воздух, подаваемый установкой или компрессором по трубопроводу, попадает в фильтр-отделитель масла и влаги, после чего, проходя через бункер с песком, захватывает его и доставляет дальше к соплу. Причем основная магистраль воздуховода имеет ответвление, идущее в верхнюю часть бункера, назначение которого создать в последнем избыточное давление. Такой метод перемешивания абразивного материала с воздухом более эффективный. Для пескоструйных аппаратов с избыточным давлением не нужны дорогие компрессоры, так как они требуют намного меньший воздушный поток, чем инжекционный пескоструйный аппарат. Ещё одно преимущество пескоструйных аппаратов с избыточным давлением в том, что для лучшего контроля и для получения разнообразных эффектов, давление и поток абразива можно регулировать независимо друг от друга. В инжекционных пескоструйных аппаратах увеличение давления воздуха означает увеличение потока абразива и наоборот.

Рис.5.3. Пескоструйный аппарат с избыточным давлением

5.2. Миниатюрные пескоструйные аппараты. Они снабжены насадкой с малым выходным отверстием и могут использоваться для получения очень мелких рисунков на небольших стеклах. Миниатюрные пескоструйные аппараты с избыточным давлением быстрее и мощнее миниатюрных инжекционных пескоструйных аппаратов. При помощи миниатюрных установок можно писать или рисовать на стекле, не используя при этом трафарет.

Рис.5.4. Пескоструйный аппарат с избыточным давлением в виде карандаша

Таблица 5.1. Сравнение инжекционных пескоструйных аппаратов и пескоструйных аппаратов с избыточным давлением.

PSI* - сокр.от pound per square inch фунт на квадратный дюйм.

CFM** - сокр.от cubic feet per minute кубический фут в минуту.

5.3. Компрессоры. Воздушные компрессоры состоят из трёх частей: мотор запускает воздушный насос, насос сжимает воздух, в воздушном баке (ресивере) накапливается сжатый воздух.

Рис.5.5. Поршневой компрессор 100-LB30. Внешний вид

Обычно при травлении стекла используется электрический компрессор с мотором в 1,2 или 3,0 кВт, который работает от сети 220 (380) В. Насос может создавать давление от 4 до 10 бар. Воздушный бак может иметь ёмкость от 50 до 500 литров.

Меньшие по размеру и менее дорогие компрессоры обычно монтируются на колёсах и могут легко перемещаться. Более дорогие компрессоры имеют большие воздушные баки и не являются передвижными.

Компрессоры обычно подбираются по расходу воздуха. Объём воздуха, потребляемый пескоструйным аппаратом, зависит от диаметра отверстия в насадке. Даже небольшое увеличение этого размера, например при длительном использовании, может привести к увеличению расхода воздуха.

5.4. Пескоструйные камеры. Последняя компонента в пескоструйных системах – это рабочая камера или комната. Камера удерживает абразив и пыль, которые образуются во время обработки.

Пескоструйная камера создает изолированное, огороженное пространство с доступом к стеклу по средствам защитных рукавов, с окном для наблюдения за работой, с соответствующим освещением и с вакуумным выводом пыли из системы.

Рис.5.6. Пескоструйная установка с проходной камерой.

При матировании стекла, превышающего по размерам камеру, в камере выполняют узкие прорези, через которые перемещают стекло в зону обработки.

Хорошее освещение – решающий фактор для получения хороших результатов. Флуоресцентный свет не самый лучший для матирования стекол. Он слишком слабый для большинства камер и дает отсвечивание. Лучше использовать постоянный прожектор или электрическую лампочку накаливания. Так как некоторые изделия слишком большие для перемещения по камере, желательно при обработке сложных рисунков иметь переносной источник света.

Рис.5.7. Настольная пескоструйная камера с пескоструйным аппаратом избыточного давления

5.5. Насадки и сопла. Важную роль в получении требуемого эффекта декорирования играют сопла и насадки, через которые на изделие подается абразивно-воздушная смесь. Сопла и насадки выполняют обычно из твёрдых чугунов, но они довольно быстро изнашиваются. Поэтому сопла и насадки рекомендуется снабжать вкладышами из более твердых материалов, например, победита или полированной керамики. В этом случае повышенная стоимость такого вкладыша вполне окупается меньшим расходом воздуха, электроэнергии, стабильным хорошим качеством изделия. Производительность обработки также увеличивается, так как не приходится делать частых перерывов для смены насадок.

Для обычных видов работ (матирования и рельефной обработки по трафарету) используют сопла с круглым отверстием диаметром 6-8 мм, реже диаметром до 5 мм, дающие струю, направленную на малый участок.

Для сплошного матирования листового стекла удобно применять пескоструйные установки с щелевидным соплом (рис.5.8). Лист 1 стекла с помощью роликов 3 движется по настилу 2 ( скорость движения 0,5 м/мин). Над отверстием сопла 4 находятся пружины и уплотнители 5 для герметизации рабочего пространства. Абразив подается питателем 7. Зёрна абразива увлекаются потоком воздуха, который подаётся по магистрали 9, и через щелевидное сопло попадает на поверхность стекла. Отработанный материал отсасывается боковыми отсосами 6 и поступает в сепаратор, а затем снова на обработку. Для регулирования подачи воздуха служит вентиль 8. Установка работает непрерывно.

Рис.5.8. Схема пескоструйной установки с щелевидным соплом

1 – лист стекла, 2 – настил, 3 – ролики, 4 – сопло, 5 – уплотнители, 6 – отсосы, 7 – питатель, 8 – вентиль, 9 - магистраль

5.6. Абразивные материалы. Пескоструйная обработка необязательно подразумевает использование песка. Частички песка быстро притупляются, и его нельзя использовать большое число раз. Кроме того, песок опасен в применении, так как длительное воздействие свободного кремнезёма при обработке без специальных средств защиты может вызвать заболевание лёгких – силикоз.

Большинство опытных мастеров в качестве абразива применяют карбид кремния и оксид алюминия. Карбид кремния, самый дорогой абразив, может использоваться многократно и является самым твердым и острым абразивом. Его частицы сохраняют остроту кромки независимо от своего размера. Оксид алюминия, менее дорогой материал, немного мягче и многократное его использование существенно снижают его эффективность. Кроме того, оксидная пыль прочно прилипает к поверхности стекла, и её трудно очистить.

Существуют и другие абразивы. Например, гранат, стеклянные шарики, скорлупа грецкого ореха, шлаковые материалы. Только гранат желателен для качественной обработки стекла. Он может использоваться вместо песка.