Курсовая работа: Разработка проекта и проведение исследования прочности стекла на прогиб

Курсовая работа: Разработка проекта и проведение исследования прочности стекла на прогиб

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшее профессиональное образование

Бирская государственная социально-педагогическая академия

Кафедра теории и методики профессионального образования

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Разработка проекта и проведение исследования прочности стекла на прогиб

Выполнил студент IV курса

Факультета ТиП

Сальников А.И.

Руководитель ст. преподаватель:

Баланюк Н.А.

Бирск 2008

Введение.

Глава 1: Стекло, его производство и свойства.

1.1. История возникновения стеклоделия.

1.2. Различные технологии изготовления стекла.

1.3. Виды стекла.

1.4. Различные свойства и характеристики стекол.

Глава 2: Разработка и изготовление установки для проверки стекла на прогиб.

2.1. Описание установки для проверки стекла на прогиб.

2.2. Исследование различных видов стекла на прогиб.

2.3. Выводы по исследованиям.

Заключение.

Список литературы.

Введение

Естественное стекло известно человеку с древнейших времён - это наконечники стрел, ножи и т. п., изготовленные первобытным человеком из природного вулканического стекла (обсидиана).

Возникновение стеклоделия связано, по-видимому, с развитием гончарного производства. Получение стекла сперва было, вероятно, случайным. Примером такой возможности является образование стекла в результате расплавления золы при пожаре зернохранилищ.

При некоторых достижениях древнего стеклоделия техника его была примитивна и переживала период застоя. Высоких температур получать не умели, плавку стекла вели в небольших глиняных тигельках, стекло получалось не проваренным, часто непрозрачным и в очень малых количествах.

Изготовление стекла считалось прежде большим искусством. Дошел рассказ, что во времена римского императора Тиберия (42 г. до н. э.) некто открыл небьющееся стекло. Тиберий приказал казнить этого человека, чтобы его открытие не привело к обесцениванию стекла. Сегодня изобретатели, работающие в области стеклянной индустрии, могут не опасаться подобной участи. Напротив, все усилия сводятся к тому, чтобы сделать стекло насколько возможно дешевле.

Главная составляющая стекол — диоксид кремния, или кремнезем, —SiO2. В наиболее чистом виде он представлен в природе белым кварцевым песком. Диоксид кремния кристаллизуется при переходе от расплава к твердому состоянию сравнительно постепенно. Кварцевый расплав можно охладить ниже его температуры затвердения, и он при этом не станет твердым. Существует немало и других жидкостей и растворов, которые также можно переохладить. Но только кварц поддается переохлаждению настолько, что теряет способность к образованию кристаллов. Диоксид кремния остается тогда «свободным от кристаллов», то есть «жидкообразным».

Актуальность данной темы заключается в возможности применения обычного четырех миллиметрового стекла при производстве полок для корпусной мебели в домашних условиях.

Объектом работы является изучение стекольной промышленности с использованием учебно-методической и научной литературы.

Предметом работы является проектирование установки, с помощью которой будет измерен прогиб стекла.

Целью работы является изготовление установки статической нагрузки стекла. Основной целью технологического образования является формирование технологической культуры, предполагающей овладение системой методов и средств преобразовательной деятельности по созданию материальных и духовных ценностей. Она предусматривает планирование и организацию трудового процесса и его грамотного оснащения; овладение основами творческой деятельности, выполнения проектов. В этом процессе немаловажную роль играют наглядные пособия.

Задачами данной работы являются:

1.  изучить историю развития стеклоделия в России и мире.

2.  изучить разновидности стекла.

3.  изучить технологии изготовления различных видов стекла.

4.  изучить различные свойства и характеристики стекла.

5.  разработать и изготовить установку проверки прочности стекла на прогиб.

Методы работы  для выполнения поставленных задач:

1.  анализ научно-методической литературы по стеклоделию, химии, сопротивления материалов.

2.  применение логических приемов сравнения, анализа, синтеза, абстрагирования и обобщения для построения дедуктивных и индуктивных умозаключений, представленных в изложении данной работы.

Гипотеза данной работы: возможность применения четырех миллиметрового стекла при изготовлении полок для корпусной мебели в домашних условиях.

Новизна данной темы заключается в том, что она освещает возможности применения оконного стекла не только по прямому назначению, но и в домашних условиях при изготовлении корпусной мебели.

Глава 1: Стекло, его производство и свойства.

1.1. История возникновения стеклоделия.

Производство стекла в Древнем Египте началось около 3000 лет до н. э. Из стекла делались различные украшения, амулеты. Цилиндр из светло-голубого стекла прекрасного качества, найденный в Тель-Асмаре, близ Багдада, сделан в середине 3-го тысячелетия до н. э.

Во времена Птолемеев (4—1 вв. до н. э.) в Египте существовало относительно развитое стекольное производство. Египет оставался центром стеклоделия вплоть до нашей эры; его стеклянные изделия вывозились во многие другие страны. Стеклоделие было развито также в странах Ближнего Востока, в частности в Сирии и Финикии, а также в Причерноморье. Кроме рядовой продукции, здесь изготовлялись богатые уникальные изделия, украшенные эмалью и золотом. С древних времён стекло было известно в Китае (5—3 вв. до н. э.). В источниках 5 в. говорится об умении китайцев изготовлять стекло пяти цветов.

Примерно за 1200 лет до н. э. уже была известна техника прессования стекла в открытых формах. Этим способом изготовлялись вазы, чаши, блюда, кубки, цветные мозаичные украшения.

Переворот в технологии стеклоделия был вызван на рубеже нашей эры изобретением метода выдувания полых стеклянных изделий. Тогда стали уверенно получать прозрачное стекло, выплавлять его сразу в значительных количествах.

Открытие способа выдувания стекла положило начало второму большому периоду развития стеклоделия, продолжавшемуся до конца 19—начала 20 вв. и характеризующемуся на всём своём протяжении единством технологических приёмов, не претерпевших за это время принципиальных изменений.

Первыми овладели методом выдувания стеклянных изделий мастера Древнего Рима. В римское время стекло было впервые использовано в качестве оконного материала. После падения Западной Римской империи (конец 5 в.) центр стеклоделия перемещается в Византию, где, в частности, быстро развивается особый вид художественного производства — выплавка цветного непрозрачного стекла (смальты) для смальтовой мозаики, сменившей в раннем средневековье античную каменную мозаику.

На Руси стеклоделие было значительно развито в домонгольский период. В Киеве, в слоях 11—13 вв., раскопками вскрыты большие стекольные мастерские. Такая мастерская была обнаружена и при раскопках в Костроме. С 11 в. на Руси развилось производство смальты для монументальных мозаик. Монголо-татарское нашествие прервало стекольное производство на Руси, которое возобновилось только в 17 в. В средние века мозаика из смальты создавалась в ряде центров Грузии.

В странах Западной Европы в средние века развивается искусство витража — картин или орнаментальных композиций из цветного стекла. Фигурно вырезанные стекла скреплялись свинцовыми перемычками и вставлялись в оконные проёмы зданий.

Ведущая роль Византии в развитии стеклоделия сохраняется до 13 в., когда главным центром производства стекла в Европе становится Венеция. Художественное стеклоделие получает здесь интенсивное развитие и достигает подъёма в 15—16 вв. Венецианские мастера изготовляют разнообразнейшие по форме и технике декоративные сосуды из топкого или окрашенного стекла, туалетные зеркала, ставшие тогда удивительной новостью, бисер, бусы и другие художественные стеклянные изделия, пользовавшиеся широчайшей известностью.

В 16 в., после открытия Америки, широко развивается промышленность в странах Западной Европы. Здесь строятся стекольные предприятия, ведущую роль в которых составляют беглые венецианские мастера, соблазнившие огромными заработками. 1612 во Флоренции была издана книга А. Пери, которую можно считать первым научным трудом в области стеклоделия. В ней даны сведения об использовании окисей свинца и бора, а также окиси мышьяка как осветляющего стекло реагента, составы цветных стекол и прочее. Книга эта сделалась надолго руководством по технологии получения стекла.

В 1615 в Англии предлагается способ использования угля в качестве топлива для стекловаренных печей. Это даёт возможность получать при высоких температурах тугоплавкое и термостойкое стекла. В 70-х годах 17 века в Англии был предложен состав стекла с окисью свинца, что повысило показатель светопреломления. Это стекло, отличающееся блеском и радужной игрой, получило распространение и в других странах. Со второй половины 17 в. первенство по производству художественного стекла в Европе переходит к Чехии, где начали изготовлять толстостенные сосуды из стекла со значительным содержанием кальция. По своей бесцветности и чистоте это стекло напоминало горный хрусталь. Большая толщина стенок изделий позволяла производить особенно глубокую огранку, и в таком виде это стекло, известное под названием богемского хрусталя, получило широчайшую известность.

Стекло в России

Что же касается истории стеклоделия, то можно отметить, что Россия занимает в этом деле далеко не последние позиции. Стекло здесь стали изготавливать в 9-10 вв., то есть намного раньше, чем в Америке и ведущих странах Европы. Одна из причин этого - промышленный подъем во время царствования Петра 1. Одновременно наблюдается и повышение спроса на продукцию из стекла. Причем уже существовавшие в то время стекольные заводы (а это Духанский, Измайловский, Черноголовский - довольно-таки мощные по тем меркам заводы) не могли удовлетворить этот спрос, а импорт стекла был достаточно дорогим и, соответственно, нецелесообразным с экономической точки зрения. Ведущий экономист того времени писал по данному поводу: "Да привозят к нам стеклянную посуду, чтоб нам, купив, разбить и бросить. И нам если заводов пять-шесть построить, то мы все их государства стеклянной посудою наполнить можем и "стеклянную посуду можно нам к ним возить, а не им к нам". Таким образом, тема стекольного производства была актуальна уже 250 лет назад. Причем ассортимент был достаточно широким. Взять, к примеру, Ямбургский завод. Даже в 1722 году там производили не только посуду бытового назначения, но и чернильницы, лампады, карманные фляги... На современном этапе развития производства, стеклоделие не потеряло своей актуальности и практической значимости. современное оборудование позволяет производить продукцию более высокого качества, различной конфигурации, с минимальными издержками. Ассортимент стеклянных изделий теперь и не перечислить! Заводы-стеклоизготовители получают сверхприбыли, реализуя свою продукцию. Наиболее известны в нашей стране ЗАО КЦ "Элвис", охватывающий 4 завода: Иванищевский, Тасинский, Золотковский и им. Воровского, Производственное предприятие "Интер-АРТ XXI" г. Тверь, ООО "Опытный стекольный завод" Гусь-Хрустальный. Они достойно конкурируют с такими гигантами-производителями стекла, как стекольные заводы "KAVALIER" Чехии, Итальянская фирма "Carlo Giannini".

На Руси новый этап развития стеклоделия начинается с 17 в., когда близ Можайска был построен в 1635г. шведом Елисеем Коэтом первый в России стекольный завод. Важнейшую роль в дальнейшем развитии стеклоделия в России сыграл государственный стекольный завод, заложенный Петром I в первые годы 18 века на Воробьевых горах под Москвой и к середине 18 в. переведённый в Петербург. Завод этот стал образцом для всех других стекольных предприятий страны, подлинной школой для русских мастеров стекольного дела и лабораторией освоения новой техники.

Среди твердых веществ неорганического происхождения (камень, металл) стекло занимает особое место. Строго говоря, отдельные свойства стекла сближают его с жидкостью. Большинство веществ в твердом и жидком состоянии ведут себя по-разному. Проще всего понаблюдать за водой и льдом. Вода находится в капельно-жидком виде. Ровно при 0°С чистая вода начинает кристаллизоваться. Температура затвердения сохраняется нулевой, пока вся вода не превратится в лед. Даже в Заполярье при морозе — 50° С вода подо льдом сохраняет температуру 0°С. Только когда исчезнет вся вода, лед можно охлаждать дальше. Лед как твердое тело имеет кристаллическую структуру. Внутри его маленьких участков, кристаллов, мы обнаруживаем отчетливую симметрию. Эта симметрия распознается на рентгеновских снимках (рентгенограммах).   Другое дело стекло. В нем не найти кристаллов. Не существует в нем и резкого перехода при какой-то определенной температуре от жидкого состояния к твердому (или обратно). Расплавленное стекло (стекломасса) в большом интервале температур остается твердым. Если мы примем вязкость воды за 1, то вязкость расплавленного стекла при 1400°С составляет 13 500. Если охладить стекло до 1000°С, оно станет тягучим и в 2 млн. раз более вязким, чем вода. (Например, нагруженная стеклянная трубка или лист со временем прогибаются.) При еще более низкой температуре стекло превращается в жидкость с бесконечно высокой вязкостью.

Главная составляющая стекол — диоксид кремния, или кремнезем, —SiO2. В наиболее чистом виде он представлен в природе белым кварцевым песком. Диоксид кремния кристаллизуется при переходе от расплава к твердому состоянию сравнительно постепенно. Кварцевый расплав можно охладить ниже его температуры затвердения, и он при этом не станет твердым. Существует немало и других жидкостей и растворов, которые также можно переохладить. Но только кварц поддается переохлаждению настолько, что теряет способность к образованию кристаллов. Диоксид кремния остается тогда «свободным от кристаллов», то есть «жидкообразным».

Перерабатывать чистый кварц было бы слишком дорого, прежде всего из-за его сравнительно высокой температуры плавления. Поэтому технические стекла содержат лишь от 50 до 80% диоксида кремния. Для понижения точки плавления в состав таких стекол вводятся добавки оксида натрия, глинозема и извести. Получения определенных свойств достигают добавками еще некоторых химических веществ. Знаменитое свинцовое стекло, которое тщательно шлифуется при изготовлении чаш или ваз, обязано своим блеском присутствию в нем около 18% свинца.

Стекло для зеркал содержит преимущественно дешевые компоненты, снижающие температуру плавления. В больших ваннах (как называют их стекловары), вмещающих более 1000 т стекла, сначала расплавляют легкоплавкие вещества. Расплавленная сода и другие химические вещества растворяют кварц (как вода поваренную соль). Таким простым средством удается перевести диоксид кремния в жидкое состояние уже при температуре около 1000°С (хотя в чистом виде он начинает плавиться лишь при гораздо более высоких температурах). К большой досаде стекловаров из стекломассы выделяются газы. При 1000°С расплав еще слишком вязок для свободного выхода газовых пузырьков. Для дегазации его следует довести до температуры 1400—1600°С. Столь высоких температур достигают в так называемых регенеративных стекловаренных печах, изобретенных в 1856 г. Фридрихом Сименсом. В них отработанные газы подогревают камеры предварительного нагрева, облицованные огнеупорными материалами. Как только эти камеры достаточно раскалятся, в них подают горючие газы и необходимый для их сгорания воздух. Возникающие при горении газы равномерно перемешивают расплавленное стекло, иначе перемешать тысячу тонн вязкого расплава было бы далеко не просто.

Современная стекловаренная печь — это печь непрерывного действия. С одной стороны в нее подаются исходные вещества, которые благодаря легкому наклону пода движутся, постепенно превращаясь в расплавленное стекло, к противоположной стороне (расстояние между стенками печи около 50 м). Там точно отмеренная порция готового стекла поступает на охлаждаемые валки. На всю длину сто­метрового участка охлаждения тянется стеклянная лента шириной в несколько метров. В конце этого участка машины режут ее на листы нужного формата и размера для зеркал или оконного стекла.

Сегодня листовое стекло движется по конвейеру, где на его поверхность последовательно наносится из пульверизаторов раствор соли серебра и восстановитель, который осаждает из раствора чистое серебро в тонко­дисперсной (коллоидальной) форме; после этого на тонкий слой серебра наносится слой меди, защищающий пленку серебра, и в заключение оба металла покрываются лаком. Конвейерная лента движется со скоростью около 2,5 м/мин. Месячная продукция такого агрегата около 40 000 м2 зеркала.

Справочные значения расчетного сопротивления стекла на растяжение при изгибе: листового – 120 МПа, узорчатого – 90 МПа.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5