Development of a souvenir bell with use of modeling

Full Text

Основными направлениями развития современной технологии обработки материалов являются направления, связанные с решением проблем повышения производительности, ка- чества и эффективности труда, снижением расходов материалов и энергии. Решение этих проблем невозможно без применения прогрессивных способов обработки металлов давлени- ем. Колокольный звон служит не только для церковных целей, но и является выражением радости, грусти и торжества народа. Отсюда и появились различные виды колокольного зво- на. История колокольного звона представлена историей колоколов различных стран. Су- ществует огромное разнообразие церковных, пастушьих, ямщицких, кабинетных, дверных, пожарных, сувенирных колоколов и колокольчиков. Например, ямщицкий колокольчик был сигнальным инструментом, определявшим безопасность передвижения, а также музыкальным инструментом, сопровождавшим пение ямщика. Он предопределял ритм движения лошадей, то подгоняя их, то давая им возможность в мерном шаге отдохнуть. Колокольчик заблаговременно оповещал о приближении экипажа к станции и исполнял еще множество тех функций, без которых было бы невозможным нормальное существование путешественника в условиях русской дороги. На валдайских колокольчиках ставили столь по- любившиеся надписи: «Кого люблю, того и дарю», «Купи не скупись, езди веселись», «С далеча весточку собою подавай», «Кто колокол купит, тот счастлив будет», «Звени, утешай, ехать по- спешай», «Нет барыша, зато слава хороша»... Колокола и колокольчики должны быть самые красивые и звучные! Колокольный звон при этом самым чистым и гармоничным. Звон колокольчика - это такой же отдел нашего ис- кусства, как и наши народные песни и, особенно, наши старинные знаменные напевы. Наша "музыка будущего" имеет источники своей мощи именно здесь, в своих началах, в своей до- роге, в своих идеалах, давно обдуманных для нас простыми певцами, дьячками и звонарями. Для создания колокольчика с заданными акустическими характеристиками необходимо найти его оптимальный внешний и внутренний профиль, обеспечивающий выполнение за- данных параметров. Геометрическая форма колокола и колокольчика влияет на тональность звука, музыкальное сочетание и высокое качество звучания. На основании анализа геометрических форм колоколов была разработана форма суве- нирного колокольчика, соответствующая музыкальному сочетанию и высокому качеству звучания (рисунок 1). Существовала технология изготовления колокольчиков методом раскатки по шаблону на токарно-револьверном станке. Основная отбраковка была связана с неудовлетворительным качеством наружной поверхности детали. На наружной поверхности изделия образуют- ся дефекты, известные как «продольная волна» и «поперечная волна», вызванные нестабиль- ностью при давильных работах на токарных станках, а также задиры и следы от резца. Рисунок 1. Сувенирный колокольчик Рисунок 2. Чертеж колокольчика Основными требованиями к процессу изготовления колокольчика являются возмож- ность получения деталей без разрушения с обеспечением требуемого качества поверхности и приемлемые нагрузки на штамп. Основное внимание обращено на правильный выбор радиу- сов сопряжения дна, стенок и фланцев, соотношение размеров, характеризующих попереч- ное сечение и высоту вытягиваемой детали или при сложной форме детали - ее контура. Значения минимально допустимых радиусов сопряжения, не вызывающих удлинения технологического процесса, приводятся различными авторами в широком диапазоне величин [1, 3]. Установить единую величину зазоров при различных случаях вытяжки невозможно, так как вытянутые детали сильно различаются по габаритам, степени точности и техниче- ским условиям, а также по способу вытяжки (с прижимом, без прижима, с выворачиванием). Листовая штамповка вытяжкой деталей типа стакан хорошо освоена и давно применя- ется для изготовления соответствующих изделий в промышленности. Основные требования, предъявляемые к технологии получения таких деталей вытяжкой - устойчивость, деформа- ция без образования складок и разрывов. Как правило, эти задачи решаются при помощи вы- тяжки с прижимом фланца. Иное дело - штамповка детали колокольчика, получаемой после- довательными операциями: вытяжкой с прижимом фланца, последующей протяжкой фланца и получением сложной геометрической формы. При этом наиболее сложным элементом тех- нологии изготовления является получение предварительного конуса в детали с исключением неодинаковой толщины стенки вдоль образующей. Разработка и проектирование технологического процесса штамповки колокольчика (рисунок 2) и определение формоизменения при последовательной штамповке изделия явля- ется целью настоящей работы. При моделировании закладываем характеристики материала латунь. Большинство ла- туней имеет красивый золотисто-желтый цвет. Художественные латунные изделия, покры- тые специальными бесцветными или слабо окрашенными спиртовыми лаками или нитрола- ками, приобретают и надолго сохраняют вид и блеск золота. Латуни применяют для изготов- ления уникальных декоративных предметов, а также для галантерейных и дешевых ювелир- ных изделий с последующим серебрением или золочением. Большинство латуней хорошо прокатывается, штампуется и чеканится. Латунь легко и прочно покрывается различными гальваническими покрытиями: никелем, серебром и золотом; хорошо принимает химические оксидировки и может быть тонирована в любые цвета. Температура плавления латуни 980 - 1000 °С. По сравнению с чистой медью латуни более прочны и тверды, а некоторые из них, например латуни, содержащие около 30 % цинка (Л68), не уступают чистой меди и в отно- шении пластичности. Кроме того, латуни значительно дешевле меди (так как цинк дешевле, чем медь) и значительно красивее по цвету, чем красная медь. Латуни с малым содержанием цинка (3 - 20 %, марки Л96, Л90 и Л85) называются том- паками; они отличаются красновато-желтым цветом и применяются для изготовления худо- жественной посуды, а также в художественной эмальерной промышленности для изготовле- ния нагрудных спортивных и юбилейных значков, дешевых ювелирных изделий. При разработке и проектировании технологического процесса был исследован процесс вытяжки численным методом (AutoFORM), позволяющим оценивать физико-механическое состояние деформируемого металла в каждой точке очага деформации. Задача сводится к определению формообразования и энергосиловых параметров при вытяжке детали с формой полости в виде цилиндра и конуса, чтобы обеспечить равномерное утонение стенки без волнообразного вида поверхности. На рисунке 4 представлены расчет- ные поля изменения толщины стенки вдоль образующей, для случая вытяжки конусной по- лости. По результатам численных расчетов можно оценить характер изменения силовых па- раметров процесса вытяжки, а также величины утонения вдоль образующей в зависимости от геометрии инструмента (рисунок 2). Как следует из представленных на рисунке 3 диа- грамм, оптимальные формообразующие и энергосиловые параметры деформирования будут в случае вытяжки конусной полости по технологии, представленной на рисунке 4. Рисунок 3. Расчетные поля изменения толщины стенки вдоль образующей для случая вытяжки полости На основании расчетов был спроектирован технологический процесс. Рисунок 4. Технологический процесс штамповки детали колокольчик Из ленты шириной 0,1 1040,1 мм вырубается заготовка 0,1 990,1 мм ; на первой, второй и третьей операциях осуществляется вытяжка заготовки под конус, после второй и третьей вы- тяжки производится отжиг латунных заготовок и в конце окончательная операция калибров- ки по заданным геометрическим размерам колокольчика. Образцы были получены при вытяжке в специальной штамповой оснастке на гидравли- ческом прессе силой 1000 кН (П474А). Результаты замеров изменения толщины при штам- повке колокольчика по переходам показаны на рисунке 5. Рисунок 5а. Изменение толщины по переходам при вытяжке Рисунок 5б. Экспериментально полученные значения утонения Выводы Разработан эффективный технологический процесс производства сувенирного колокольчика из латуни Л 68 методом листовой штамповки с оценкой качества получаемой дета- ли. Моделирование позволило сократить расходы при разработке технологического процесса изготовления колокольчика.

About the authors

Y. K Filippov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mami.ru
+7 495 223-05-23

E. V Krutina

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mami.ru
+7 495 223-05-23

K. Y Filippov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mami.ru
+7 495 223-05-23

References

Supplementary files