RU2125503C1 - Method of bell casting from tin bronze - Google Patents
Method of bell casting from tin bronze Download PDFInfo
- Publication number
- RU2125503C1 RU2125503C1 RU97120200A RU97120200A RU2125503C1 RU 2125503 C1 RU2125503 C1 RU 2125503C1 RU 97120200 A RU97120200 A RU 97120200A RU 97120200 A RU97120200 A RU 97120200A RU 2125503 C1 RU2125503 C1 RU 2125503C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mold
- metal
- casting
- bells
- temperature
- Prior art date
Links
Landscapes
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к литейному производству колоколов. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the foundry of bells.
Известны старинные способы литья колоколов из бронзы в Китае, Японии, древней Греции и Руси, Германии и Англии /1; 2; 3/. Колокола сначала были бочкообразными, почти без украшений. Потом форма колоколов все более приближалась к стандартной конической и на них начинают появляться надписи и украшения. В соответствии с изменением формы изменялась и технология их изготовления. Старинные колокола назывались "Колокола Теофила". По Теофилу формовка колокола производилась следующим образом: при помощи шаблона готовили глиняный болван (стержень), нанося глину постепенно отдельными слоями. Затем на этот болван наносился слой из сала, смешанного с древесным углем такой толщины, которую должны были иметь стенки колокола, вырезали в этом слое надписи и украшения, которые выходили в отливке углубления. Затем наносили слоями глину, оплетали железными обручами и ставили в литейную яму для выплавления сала и сушки. В высушенную форму заливался расплавленный металл, последний заполнял полость между кожухом и стержнем, ранее занятую слоем сала. Known ancient methods of casting bells from bronze in China, Japan, ancient Greece and Russia, Germany and England / 1; 2; 3 /. The bells were initially barrel-shaped, with almost no decorations. Then the shape of the bells came closer and closer to the standard conical and inscriptions and decorations began to appear on them. In accordance with the change in shape, the technology of their manufacture also changed. The ancient bells were called Theophilus's Bells. According to Theophilus, the bell was shaped as follows: using a template, an clay block (rod) was prepared, applying clay gradually in separate layers. Then, a layer of fat mixed with charcoal of the thickness that the bell walls were supposed to have was applied to this blockhead, inscriptions and decorations that came out in the casting of the recess were cut out in this layer. Then clay was applied in layers, braided with iron hoops and put in a casting hole for melting lard and drying. Molten metal was poured into the dried form, the latter filling the cavity between the casing and the rod, previously occupied by a layer of fat.
Один из главных недостатков этого способа заключается в том, что кожух не снимался со стержня после просушки. При сушке формы небольшие частицы глины отваливались, искажая форму, вследствие чего внешняя форма колокола в большинстве случаев получалась весьма далекой от совершенства. One of the main disadvantages of this method is that the casing was not removed from the rod after drying. When drying the mold, small clay particles fell off, distorting the mold, as a result of which the external shape of the bell in most cases turned out to be very far from perfect.
Отливка колоколов относилась к производству сугубо индивидуальному. Форма готовилась только для одной отливки, так что колокола по своим размерам, форме и весу почти никогда не повторялись. The casting of bells was a purely individual production. The mold was prepared for only one casting, so the bells almost never repeated in size, shape and weight.
"Колоколам Теофила" свойственны следующие особенности: небольшой уклон стенок колокола, одно большое подвесное ухо колокола, наличие вдавленных надписей и украшений. Theophilus Bells has the following features: a slight slope of the bell walls, one large hanging ear of the bell, the presence of dented inscriptions and decorations.
В колоколах более позднего времени изготовления также наблюдается грубая неровная поверхность отливки, наличие нескольких треугольных углублений или точек на верхней части колокола - следов крепления кожуха колокола. Плавка по Теофину производилась в железном тигле, выложенном глиной снаружи и изнутри. Вокруг тигля возводился очаг, внутри которого разводился огонь, раздуваемый кузнечными мехами. После расплавления металла, тигель с расплавленным металлом вынимали из печи, переносили к форме и заливали ее. In bells of a later time of manufacture, there is also a rough uneven surface of the casting, the presence of several triangular recesses or dots on the top of the bell - traces of fastening of the bell casing. Theofin was smelted in an iron crucible lined with clay from the outside and from the inside. A hearth was erected around the crucible, inside of which a fire was inflated, fanned by blacksmith furs. After melting the metal, the crucible with molten metal was removed from the furnace, transferred to the mold and poured it.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому, взятым за прототип, является способ литья колоколов в земляные (глиняные) формы по Оловянишникову /1/. В качестве металла использовали оловянистую бронзу (олово 20-23%; медь - остальное), которую расплавляли в графитовом тигле или на поду печи с пламенным нагревом. Расплавленный металл периодически перемешивали с помощью деревянных жердей или металлическими прутьями для получения более однородного сплава. После расплавления металл сливали из тигля по желобу или каналу в земляную (глиняную) форму, где он кристаллизовался и остывал. The closest technical solution to the proposed, taken as a prototype, is a method of casting bells in earthen (clay) molds according to Olovyanishnikov / 1 /. The metal used was tin bronze (tin 20-23%; copper - the rest), which was melted in a graphite crucible or on the hearth of a furnace with flame heating. The molten metal was periodically mixed using wooden poles or metal rods to obtain a more uniform alloy. After melting, the metal was poured from the crucible through a gutter or channel into an earthen (clay) form, where it crystallized and cooled.
Недостатками известного способа литья колоколов в земляные формы являются: большой угар металла из-за окисления, т.к. плавка ведется на воздухе; неоднородностью сплава из-за плохого, периодического перемешивания расплава; плохое качество поверхности отливки - пористость и шероховатость; высокая разнотолщинность и включения в теле отливки из-за низкой прочности земляной формы. Кроме того, литейную форму можно использовать только на одну заливку, а плохое качество поверхности и разнотолщинность отливки требуют обязательной механической обработки колоколов с последующей их индивидуальной настройкой для получения необходимого тона колокола. The disadvantages of the known method of casting bells in earthen forms are: a large waste of metal due to oxidation, because smelting is carried out in air; heterogeneity of the alloy due to poor, periodic mixing of the melt; poor surface quality of the casting - porosity and roughness; high thickness variation and inclusions in the body of the casting due to the low strength of the earthen form. In addition, the casting mold can be used only for one filling, and the poor surface quality and the thickness of the casting require mandatory mechanical processing of the bells with their subsequent individual adjustment to obtain the required tone of the bell.
Предлагаемый способ позволяет получать высококачественное литье колокола без газовых пор, шлаковых включений, пустот, усадочных раковин, т.е. высокоплотную и прочную отливку с гладкой поверхностью, не требующей механической обработки, с красивым и чистым звуком; многократно повторяемые размеры, форму и вес колокола. The proposed method allows to obtain high-quality casting of the bell without gas pores, slag inclusions, voids, shrinkage shells, i.e. high-density and durable casting with a smooth surface that does not require machining, with a beautiful and clear sound; repeatedly repeated sizes, shape and weight of the bell.
Поставленная цель достигается тем, что весь процесс плавки металла, слив его в форму и кристаллизация отливки осуществляют в вакууме; в процессе плавки металла производится постоянное перемешивание его индукционными токами; слив расплавленного металла осуществляется с оптимальной скоростью в многоразовоиспользуемую графитовую форму, подогретую не ниже 400oC, при этом температура верха формы выше на 100±10oC ее низа, а после заполнения формы металлом продолжают подогрев ее верхней части до температуры 800-900oC и выдерживают в течение 1-2 минут на 10 кг веса отливки до полной кристаллизации отливки.The goal is achieved in that the entire process of melting the metal, pouring it into a mold and crystallization of the casting is carried out in vacuum; in the process of melting the metal is constantly mixing it with induction currents; the molten metal is drained at an optimal rate into a reusable graphite mold heated at least 400 o C, while the top temperature of the mold is 100 ± 10 o C lower, and after filling the mold with metal, its upper part is continued to be heated to a temperature of 800-900 o C and incubated for 1-2 minutes per 10 kg of weight of the casting until the casting crystallizes completely.
Отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что плавку, слив и кристаллизацию металла осуществляют в вакууме при остаточном давлении 1•10-1 - 1•10-2 мм рт.ст., перемешивание расплавленного металла-индукционными токами, слив металла осуществляют с оптимальной скоростью в многоразовоиспользуемую графитовую форму, подогретую до температуры не ниже 400oC, при этом нагрев осуществляют так, чтобы температура верха формы была выше на 100±10oC ее низа и после заполнения формы металлом продолжают подогрев ее верхней части до температуры 800-900oC с выдержкой в течение 1-2 минут на 10 кг веса отливки.The difference of the proposed method from the prototype is that the melting, discharge and crystallization of the metal is carried out in vacuum at a residual pressure of 1 • 10 -1 - 1 • 10 -2 mm Hg, mixing the molten metal by induction currents, the metal is drained with the optimal speed in a reusable graphite mold, heated to a temperature of at least 400 o C, while heating is carried out so that the temperature of the top of the mold is 100 ± 10 o C higher than its bottom and after filling the mold with metal, continue to heat its upper part to the temperature ur 800-900 o C with exposure for 1-2 minutes per 10 kg of weight of the casting.
Технический результат способа
Проведение процесса в вакууме обеспечило дегазацию металла, что исключает образование газовых пор и шлаковых включений в отливке; постоянное перемешивание расплавленного металла в процессе плавки, осуществляемое индукционными токами, позволило равномерно распределить олово в объеме меди и высокую гомогенность бронзы, а также снизить угар до 1%, слив металла с оптимальной скоростью позволили получать качественную поверхность отливки (отсутствие неслитин, утяжин, пор, трещин, пригаров); слив металла в многоразовоиспользуемую форму обеспечил повторяемость с высокой точностью воспроизводства колоколов по размерам, форме и весу; подогрев графитовой формы до температуры не ниже 400oC и условии, что температура верха формы выше на 100±10oC ее низа, обеспечил качественное заполнение всего объема формы без разрывов и неслитин; подогрев верха формы после заполнения ее металлом до температуры 800-900oC с выдержкой 1-2 минут на 10 кг веса отливки до полной кристаллизации отливки позволили проводить подпитку и направленную кристаллизацию отливки, что исключило усадочную раковину и поры в теле отливки за счет выведения их в прибыльную часть; скорость кристаллизации отливки в графитовой форме выше, чем в земляной (глиняной), что позволило получать мелкозернистую структуру и уменьшить ликвацию.The technical result of the method
Carrying out the process in a vacuum ensured the degassing of the metal, which eliminates the formation of gas pores and slag inclusions in the casting; the constant mixing of the molten metal during the smelting process, carried out by induction currents, made it possible to evenly distribute tin in the volume of copper and high homogeneity of bronze, as well as reduce carbon loss to 1%, discharge of metal at an optimal speed allowed us to obtain a high-quality surface of the casting (absence of neslin, slots, pores cracks, burns); the discharge of metal into a reusable form ensured repeatability with high accuracy of the reproduction of bells in size, shape and weight; heating the graphite form to a temperature of not lower than 400 o C and provided that the temperature of the top of the form is 100 ± 10 o C lower, provided high-quality filling of the entire volume of the form without gaps and neslitin; heating the top of the mold after filling it with metal to a temperature of 800-900 o C with holding for 1-2 minutes per 10 kg of casting weight until the casting crystallizes completely allowed the casting to be fed and directed to crystallize, which eliminated the shrink shell and pores in the casting body by removing them in the profitable part; the crystallization rate of the castings in graphite form is higher than in the earthen (clay), which allowed to obtain a fine-grained structure and reduce segregation.
В музыкальной акустике известны основные требования к "звучащему" материалу, а колокол - это музыкальный инструмент и один из наиболее сложных литейных изделий. Эти требования достижимы при наличии, в частности, высокой плотности материала (минимальной пористости), что обеспечен предлагаемым авторами способом литья колоколов. In musical acoustics, the basic requirements for “sounding” material are known, and a bell is a musical instrument and one of the most complex foundry products. These requirements are achievable in the presence, in particular, of a high density of the material (minimum porosity), which is ensured by the method of casting bells proposed by the authors.
Пример осуществления. An example implementation.
Работу проводили на индукционной вакуумной печи ДР-1. В тигель керамический или графитовый (толщиной ≈ 20 мм) загружали шихту: медь 80 мас.% и олово 20 мас.%. Под тиглем устанавливали графитовую форму, состоящую из корпуса, стержня и чаши для приема сливаемого металла. Печь вакуумировали и при остаточном давлении 1•10-1 - 1•10-2 мм рт.ст. включали электронагрев. Плавка металла весом 96 кг (шесть пудов) проводилась 2 часа 20 минут. В процессе плавки осуществлялось постоянное перемешивание расплавленного металла индукционными токами, проходящими через стенку тигля. Графитовая форма своей верхней частью устанавливалась в индуктор и поэтому одновременно с процессом плавки металла происходил нагрев формы, температура которой регулировалась величиной электрической мощности на индукторе (чем выше мощность, тем выше температура формы) и положением формы в индукторе (чем больше форма входит в индуктор по высоте, тем выше температура на ней при постоянной мощности).The work was carried out on a DR-1 induction vacuum furnace. A mixture was loaded into a ceramic or graphite crucible (≈20 mm thick): copper 80 wt.% And tin 20 wt.%. A graphite mold was installed under the crucible, consisting of a body, a rod, and a bowl for receiving the metal being drained. The furnace was evacuated and at a residual pressure of 1 • 10 -1 - 1 • 10 -2 mm Hg. included electric heating. Smelting of metal weighing 96 kg (six pounds) was carried out 2 hours 20 minutes. During the melting process, the molten metal was constantly mixed by induction currents passing through the crucible wall. The graphite form with its upper part was installed in the inductor and therefore simultaneously with the metal melting process the mold was heated, the temperature of which was regulated by the electric power at the inductor (the higher the power, the higher the mold temperature) and the position of the mold in the inductor (the more the mold enters the inductor by height, the higher the temperature on it at constant power).
При литье колокола массой 96 кг температура верха формы составляла 640±10oC, а низа - 530±10oC. Градиент температуры 110oC необходим для обеспечения направленной кристаллизации отливки снизу вверх. Расплавленный металл сливали через дно тигля в чашу графитовой формы со скоростью 6 кг в секунду. После заполнения формы металлом ее температура поднималась на 60oC. Нагрев верха формы продолжали, поднимая температуру до 900oC, и выдерживали в течение 15 минут, после чего снимали мощность с индуктора. Кристаллизация отливки и ее охлаждение осуществлялись в печи.When casting a bell weighing 96 kg, the temperature of the top of the mold was 640 ± 10 o C, and the bottom - 530 ± 10 o C. A temperature gradient of 110 o C is necessary to provide directional crystallization of the casting from the bottom up. The molten metal was poured through the bottom of the crucible into a graphite-shaped bowl with a speed of 6 kg per second. After filling the mold with metal, its temperature rose by 60 o C. Heating of the top of the mold was continued, raising the temperature to 900 o C, and held for 15 minutes, after which the power was removed from the inductor. Crystallization of the casting and its cooling were carried out in a furnace.
Предлагаемый способ литья колоколов из оловянистой бронзы в отличие от прототипа обеспечивает получение высококачественных отливок без газовой и усадочной пористости, неметаллических и шлаковых включений, с мелкозернистой структурой, что обеспечивает высокую плотность, а следовательно, продолжительность, красоту, чистоту и мелодичность звучания, благозвучность колоколов; получаемое качество поверхности не требует механической обработки. Графитовая форма используется многократно (10-15 раз), обеспечивая высокую повторяемость размеров, формы и веса колокола. The proposed method for casting tin bronze bells, in contrast to the prototype, provides high-quality castings without gas and shrinkage porosity, non-metallic and slag inclusions, with a fine-grained structure, which ensures high density, and therefore, duration, beauty, purity and melody of sounding, the sound of the bells; the resulting surface quality does not require machining. The graphite form is used repeatedly (10-15 times), providing high repeatability of the size, shape and weight of the bell.
По предлагаемому способу отлиты, прошли эксплуатационные и акустические испытания колокола массой, кг: 6, 8, 14, 20, 32, 50, 96, 160. According to the proposed method, cast, have passed operational and acoustic tests of the bell mass, kg: 6, 8, 14, 20, 32, 50, 96, 160.
Звонницы, состоящие из 6-8 колоколов этого ряда, украшают храмы и церкви г. Москвы, Подмосковья, других городов России и своим мелодичным звоном радуют души россиян. The belfries, consisting of 6-8 bells of this series, adorn the temples and churches of Moscow, the Moscow Region, other cities of Russia and delight the souls of Russians with their melodious ringing.
Источники информации
1. Оловянишников Н.И. История колоколов и колокололитейное искусство, М. , 1912, с. 393-400 (прототип).Sources of information
1. Olovyanishnikov N.I. History of bells and bell art, M., 1912, p. 393-400 (prototype).
2. Рубцов Н.Н. История литейного производства в СССР, М.: Машгиз, 1962, с. 102-119. 2. Rubtsov N.N. The history of foundry in the USSR, Moscow: Mashgiz, 1962, p. 102-119.
3. Журнал "Англия" N 4/1980 (76), стр. 2-12. 3. Journal of England N 4/1980 (76), pp. 2-12.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97120200A RU2125503C1 (en) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | Method of bell casting from tin bronze |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97120200A RU2125503C1 (en) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | Method of bell casting from tin bronze |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2125503C1 true RU2125503C1 (en) | 1999-01-27 |
| RU97120200A RU97120200A (en) | 1999-04-27 |
Family
ID=20199690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97120200A RU2125503C1 (en) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | Method of bell casting from tin bronze |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2125503C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2472599C1 (en) * | 2011-07-07 | 2013-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of making castings from leaded bronze |
| RU2816499C1 (en) * | 2023-09-26 | 2024-04-01 | Алексей Петрович Сайкин | Bell repair by hydrostatic remelting method |
-
1997
- 1997-11-25 RU RU97120200A patent/RU2125503C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Оловянишников Н.И. История колоколов и колокололитейное искусство. - М., 1912, с. 393 - 400. Рубцов Н.Н. История литейного производства в СССР. - М.: Машгиз, 1962, с. 102 - 119. Лапшин А.В. Некоторый опыт литья колоколов. - Литейное производство, 1996, N 6, с. 30 - 31. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2472599C1 (en) * | 2011-07-07 | 2013-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of making castings from leaded bronze |
| RU2816499C1 (en) * | 2023-09-26 | 2024-04-01 | Алексей Петрович Сайкин | Bell repair by hydrostatic remelting method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4222429A (en) | Foundry process including heat treating of produced castings in formation sand | |
| JPS60170554A (en) | High-accuracy molding method and mold used for said method | |
| RU2296034C2 (en) | Method for treating melt metals by means of moving electric arc | |
| RU2125503C1 (en) | Method of bell casting from tin bronze | |
| GB1309340A (en) | Production of fine grained ingots for the advanced superalloys | |
| CA1078132A (en) | Method of making ductile iron treating agents | |
| SU1660832A1 (en) | Mould | |
| US2737696A (en) | Method of producing sound ingots of fully killed steel in big-end-down molds | |
| JPS5641047A (en) | Production of casting | |
| JPS5521510A (en) | Manufacture of manganese or manganese-base alloy ingot | |
| US4667726A (en) | Method of and apparatus for immersion casting | |
| JP3149556B2 (en) | Method and apparatus for producing melting stock for precision casting | |
| UA147244U (en) | METHOD OF OBTAINING BRONZE CASTINGS | |
| RU1367286C (en) | Method of production of castings | |
| SU831322A1 (en) | Method of evaluating shrinkage of alloys hardened in mould | |
| JPS6483635A (en) | Production of composite alloy | |
| CN106282869A (en) | A kind of device and method of light-alloy melt magneto vibration solidification | |
| SU1085252A1 (en) | Casting method | |
| SU1323223A1 (en) | Method of producing steel ingots | |
| SU515568A1 (en) | Foundry two-layer form | |
| JPS57134235A (en) | Production of polycrystalline silicon semiconductor | |
| JPS6045974B2 (en) | Casting method for titanium products | |
| JPH0191947A (en) | Method for casting hollow billet | |
| JPS5561365A (en) | Production of molding of fe-a -si base alloy | |
| JPS62168659A (en) | Casting method using calcia casting mold |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161126 |