UA146989U

UA146989U - METHOD OF MANUFACTURE OF BELLS AND SOUND ELEMENTS OF PERFORMANCE MUSICAL INSTRUMENTS

Info

Publication number: UA146989U
Application number: UAU202007313U
Authority: UA
Inventors: Костянтин Іванович Узлов; Сергій Іванович Реп'ях; Володимир Федорович Мазорчук; Аліна Валентинівна Дзюбіна; Тетяна Володимирівна Кімстач
Original assignee: Національна Металургійна Академія України
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2020-11-16
Publication date: 2021-03-31

Abstract

Спосіб виготовлення дзвонів та звукових елементів музичних інструментів ударного типу включає виконання внутрішньої і зовнішньої частин ливарної форми, складання ливарної форми, плавлення сплаву, заливку його в ливарну форму, наступне охолодження, витяг відлитого виробу з ливарної форми і очищення його від формувальної суміші. Попередньо проводять підготовку відповідних шихтових матеріалів та здійснюють плавлення сплаву, що містить мідь, олово та кремній у кількостях (мас. %): олово - 2-5, кремній - 4,5-5,5, мідь - решта та неминучі домішки, при масовому співвідношенні .A method of manufacturing bells and sound elements of percussion musical instruments includes performing the inner and outer parts of the mold, assembling the mold, melting the alloy, pouring it into the mold, then cooling, removing the cast product from the mold and cleaning it from the molding mixture. Preliminary preparation of the appropriate charge materials and carry out the melting of the alloy containing copper, tin and silicon in quantities (wt.%): Tin - 2-5, silicon - 4,5-5,5, copper - the rest and the inevitable impurities, mass ratio.

Description

Корисна модель належить до металургії, зокрема, до ливарного виробництва, а саме до технології, яку використовують для виготовлення дзвонів та звукових елементів музичних інструментів ударного типу.The useful model belongs to metallurgy, in particular, to foundry, namely to the technology used to make bells and sound elements of percussion-type musical instruments.

Досвід виготовлення дзвонів має багатовікову історію, що склалася на церковних заводах.The experience of making bells has a centuries-old history, developed in church factories.

Технологія описана в багатьох публікаціях минулого сторіччя Н.Н. Рубцов. Очерки по развитию литейного производства. Литейное дело. 1936, Мо 12, с. 26; А.В. Лапшин. Некоторьй опьіт литья колоколов. Литейное производство. 1996, Мо б, с. 30-31), та в теперішній час не зазнала істотних змін. У всіх публікаціях висвітлено один і той же технологічний процес, який в узагальненому підсумковому вигляді представлений в (|Ю.В. Пухначев. Литье колоколов на русских колокольньїх заводах. Колокола. История и современность. - М.: Наука, 1993, с. 155-195, де вказано, що для виготовлення дзвонів використовується сплав олова та міді у співвідношенні компонентів, близьким до 1:4.The technology is described in many publications of the last century by N.N. Rubtsov Essays on the development of foundry production. Foundry. 1936, Mo. 12, p. 26; A.V. Noodles Some experience of casting bells. Foundry production. 1996, Mo b, p. 30-31), but has not undergone significant changes in the present time. All publications highlight the same technological process, which is presented in a generalized summary form in (Y.V. Pukhnachev. Casting bells in Russian bell factories. Bells. History and modernity. - M.: Nauka, 1993, p. 155 -195, where it is indicated that an alloy of tin and copper is used for the manufacture of bells in a ratio of components close to 1:4.

Відомо про спосіб виготовлення дзвонів (Пат. ВО Мо 2097165. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯIt is known about the method of manufacturing bells (Pat. VO Mo 2097165. MANUFACTURING METHOD

КОЛОКОЛА. В220 25/00, В22С 9/02, В220 21/00. Опубл. 27.11.1997), який здійснюють шляхом виготовлення спеціальної форми та заливку її сплавом міді і олова, при цьому кількість олова вибирають в межах від 16 до 22 95. Недоліком цього способу є значна кількість олова в сплаві, що збільшує вартість виробів.BELL. B220 25/00, B22C 9/02, B220 21/00. Publ. 27.11.1997), which is carried out by making a special mold and pouring it with an alloy of copper and tin, while the amount of tin is chosen in the range from 16 to 22 95. The disadvantage of this method is a significant amount of tin in the alloy, which increases the cost of the products.

Найближчим аналогом пропонованої корисної моделі є спосіб виготовлення дзвонів, що включає виконання внутрішньої і зовнішньої частин ливарної форми, закріплення на цих частинах технологічних рельєфних пластин, що оформляють написи і орнамент, складання ливарної форми, плавлення сплаву, заливку його в ливарну форму через литникову чашу з подальшим охолодженням, витяг відлитого дзвону з ливарної форми та очищення його від формувальної суміші. При цьому виготовляють сплав, на думку автора оптимального складу (мас.) - олова 20 95 та міді 80 95 (А.В. Лапшин. Некоторьій опьіт литья колоколов. Литейное производство. 1996, Мо 6, с. 30-31). Недоліком цього способу є значна крихкість готових виливків і низька міцність, обмеженість тембрового звучання, а також значна кількість олова, що збільшує вартість виробів.The closest analogue of the proposed useful model is the method of manufacturing bells, which includes the execution of the inner and outer parts of the casting mold, fixing on these parts technological relief plates that decorate inscriptions and ornaments, assembling the casting mold, melting the alloy, pouring it into the casting mold through a sprue bowl with further cooling, removing the cast bell from the mold and cleaning it from the molding mixture. At the same time, an alloy is made, according to the author of the optimal composition (mass) - tin 20 95 and copper 80 95 (A.V. Lapshin. Nekotoriiy opyit lytia kolokolov. Lyteynoe proizvodstvo. 1996, Mo 6, p. 30-31). The disadvantage of this method is the significant fragility of finished castings and low strength, limited timbre sound, as well as a significant amount of tin, which increases the cost of the products.

Задача пропонованої корисної моделі є удосконалення технології виготовлення дзвонів та звукових елементів музичних інструментів ударного типу за рахунок створення економногоThe task of the proposed useful model is to improve the technology of manufacturing bells and sound elements of percussion-type musical instruments by creating an economical

Зо сплаву (зменшення в ньому кількості олова), що забезпечує виробам якість звучання та розширення тембрового діапазону, а також гарантує певний рівень міцності при зменшенні вартості виробів.From an alloy (reducing the amount of tin in it), which provides the products with sound quality and expansion of the timbre range, and also guarantees a certain level of strength while reducing the cost of the products.

Поставлена задача вирішується тим, що в пропонованому способі виготовлення дзвонів та звукових елементів музичних інструментів ударного типу, який включає виконання внутрішньої і зовнішньої частин ливарної форми, складання ливарної форми, плавлення сплаву, заливку його в ливарну форму, наступне охолодження, витяг відлитого виробу з ливарної форми і очищення його від формувальної суміші, коли попередньо проводять підготовку відповідних шихтових матеріалів та здійснюють плавлення сплаву, що містить мідь, олово та кремній у кількостях (мас): олово - аг Фо, кремній - 4,5-5,5 96, мідь - решта та неминучі домішки, при - 21 масовому співвідношенні УЛ...The task is solved by the fact that in the proposed method of manufacturing bells and sound elements of musical instruments of the percussion type, which includes the execution of the inner and outer parts of the foundry mold, assembly of the foundry mold, melting of the alloy, pouring it into the foundry mold, subsequent cooling, removal of the cast product from the foundry molds and cleaning it from the molding mixture, when the appropriate charge materials are pre-prepared and an alloy containing copper, tin and silicon is melted in quantities (by weight): tin - ag Fo, silicon - 4.5-5.5 96, copper - the rest and unavoidable impurities, with - 21 mass ratio UL...

Відмінними ознаками корисної моделі є те, що для виготовлення виробів проводять підготовку відповідних шихтових матеріалів та здійснюють плавлення сплаву, що містить мідь, олово та кремній у кількостях (мас): олово - 2-5 Фо, кремній - 4,5-5,5 9о, мідь - решта та неминучі - 21 домішки, при масовому співвідношенні зп .Distinctive features of a useful model are that for the manufacture of products, the preparation of appropriate charge materials is carried out and the alloy containing copper, tin and silicon is melted in quantities (by mass): tin - 2-5 Fo, silicon - 4.5-5.5 9o, copper - the rest and inevitable - 21 impurities, with a mass ratio of

Технічним результатом пропонованої корисної моделі є здешевлення виробів за рахунок зниження вмісту олова, підвищення міцнісних властивостей, а також акустичних властивостей дзвонів та звукових елементів музичних інструментів ударного типу за рахунок збільшення тривалості їх звучання.The technical result of the proposed useful model is a reduction in the price of products due to a decrease in the tin content, an increase in strength properties, as well as acoustic properties of bells and sound elements of percussion-type musical instruments due to an increase in the duration of their sound.

Досягнення технічного результату забезпечується тим, що для виготовлення виробів використовують сплав іншого складу - здійснюють плавлення сплаву, що містить мідь, олово та кремній у кількостях (мас): олово - 2-5 905, кремній - 4,5-5,5 95, мідь - решта та неминучі домішки, - 21 при масовому співвідношенні Зп,Achieving a technical result is ensured by the fact that an alloy of a different composition is used for the manufacture of products - an alloy containing copper, tin and silicon is melted in quantities (masses): tin - 2-5 905, silicon - 4.5-5.5 95, copper - the rest and unavoidable impurities, - 21 at the mass ratio Zp,

Всі відмітні ознаки корисної моделі взаємопов'язані і сприяють досягненню поставленої задачі. Зокрема встановлено, що вплив олова та кремнію на тривалість звучання виробів з такого сплаву має екстремальний характер. При вмісті олова менше 295 і більше 595 знижується тривалість звучання виробів. При вмісті кремнію менше 4,5 95 знижується звучання виробів, а при вмісті більше 5,5 95 не тільки знижується тривалість звучання виробів, але і різко підвищується їх крихкість. Зі зменшенням масового співвідношення кремнію до олова (при -- зп ) у дзвонів і звукових елементів музичних інструментів ударного типу з такого сплаву стрімко знижується рівень акустичних характеристик (тривалість і благозвучність звучання,All distinctive features of a useful model are interconnected and contribute to the achievement of the set task. In particular, it was established that the influence of tin and silicon on the duration of the sound of products made of this alloy is extreme. If the tin content is less than 295 and more than 595, the duration of the sound of the products decreases. With a silicon content of less than 4.5 95, the sound of products decreases, and with a content of more than 5.5 95, not only does the duration of the sound of products decrease, but their fragility also increases sharply. With a decrease in the mass ratio of silicon to tin (at - zp ) in bells and sound elements of percussion-type musical instruments made of this alloy, the level of acoustic characteristics (duration and melodiousness of sound,

Б число обертонів).B number of overtones).

Порівняльний аналіз пропонованої корисної моделі з найближчим аналогом дозволяє зробити висновок, що всі заявлені ознаки є відмінними.A comparative analysis of the proposed useful model with the closest analogue allows us to conclude that all the declared features are excellent.

Аналіз патентної і науково-технічної інформації не виявив рішень, що мають аналогічну сукупність ознак, за якими досягався б подібний ефект - зменшення кількості олова в сплаві, підвищення його міцності і пластичності при високій якості звучання і розширенні тембрового діапазону.The analysis of patent and scientific and technical information did not reveal solutions with a similar set of features that would achieve a similar effect - reducing the amount of tin in the alloy, increasing its strength and plasticity with high sound quality and expanding the timbre range.

Приклад випробування запропонованого способу.An example of testing the proposed method.

Виготовляли звукові елементи музичного інструменту ударного типу у вигляді литих нетермооброблених тарілок з зовнішнім діаметром 12020,2 мм та товщиною 350,1 мм, з якими проводили іспити для визначення акустичних (абсолютна та відносна тривалість звучання) та експлуатаційних (міцність, ударостійкість) властивостей.Sound elements of a percussion-type musical instrument were produced in the form of cast non-heat-treated plates with an outer diameter of 12020.2 mm and a thickness of 350.1 mm, with which tests were conducted to determine the acoustic (absolute and relative duration of sound) and operational (strength, impact resistance) properties.

Для виплавляння сплаву використовували мідь марки МІ (ГОСТ 859-78), олово марки 02 (ГОСТ 860-75), кремній марки Кр3 (ГОСТ 2169-69). Вміст 5і та 5п у шихті змінювали таким чином, щоб з урахуванням угару у складі сплаву знаходилося від 0 до 6 95 51 та від 0 до 9 95 Зп при масовому співвідношенні 5і/5п від 0,2 до 5. Плавку сплаву проводили у графітовому тиглі індукційної печі під шаром деревного вугілля, яке до початку плавки насипали на дно тигля шаром товщиною 1-2 см. Включали піч і нагрівали тигель до 400-500 "С. Після цього у тигель завантажували навішування міді, розплавляли його, нагрівали розплав до 1200-1270 70 та розкислювали фосфористою міддю із розрахунку 0,15 95 (за масою) фосфористої міді від маси міді в печі. Після розкислення в розплав вводили навішування кремнію, а після його засвоєння - навішування олова. Температуру розплаву у печі знижували до 1180-1220 "С, перемішували його березовою палицею, скочували шлак із дзеркала розплаву і проводили заливання підготовлених ливарних форм. Як форму використовували керамічні оболонкові форми, які виготовляли за витоплюваними моделями з кварцового піску та натрієвого рідкого скла.Copper grade MI (GOST 859-78), tin grade 02 (GOST 860-75), silicon grade Kr3 (GOST 2169-69) were used to melt the alloy. The content of 5i and 5p in the charge was changed in such a way that, taking into account the heat, the composition of the alloy was from 0 to 6 95 51 and from 0 to 9 95 Zp with a mass ratio of 5i/5p from 0.2 to 5. The melting of the alloy was carried out in a graphite crucible of an induction furnace under a layer of charcoal, which was poured onto the bottom of the crucible with a layer of 1-2 cm thick before the start of melting. The furnace was turned on and the crucible was heated to 400-500 "С. 1270 70 and deoxidized with phosphorous copper at the rate of 0.15 95 (by mass) of phosphorous copper from the mass of copper in the furnace. After deoxidization, silicon overhang was introduced into the melt, and after its assimilation - tin overhang. The temperature of the melt in the furnace was lowered to 1180-1220 " C, they stirred it with a birch stick, rolled the slag from the melt mirror and filled the prepared casting molds. As a mold, ceramic shell molds were used, which were made according to fused models from quartz sand and sodium liquid glass.

Зо Заливання форм проводили на повітрі безпосередньо з графітового тиглю. Після охолодження тарілки витягували з ливарної форми, очищували від формувальної суміші та віддавали іспитам.Molds were poured in air directly from a graphite crucible. After cooling, the plates were taken out of the casting mold, cleaned of the molding mixture and submitted for testing.

Абсолютну тривалість звучання тарілок (Тер, с) визначали після удару по них дерев'яною барабанною паличкою за результатами обробки аудіозапису затухання їх звучання у вигляді графічного відображення коливань на персональному комп'ютері. Аудіозапис здійснювали через мікрофон чутливістю від 20 до 14000 Гц. Максимальний рівень гучності звучання всіх досліджених тарілок у цих іспитах знаходився у межах від 40 до 45 дБб. Відносну тривалість звучання тарілок з бронзи (Тв) визначали за результатами розрахунку за формулою:The absolute duration of the sound of cymbals (Ter, s) was determined after hitting them with a wooden drumstick based on the results of processing the audio recording of the attenuation of their sound in the form of a graphic display of oscillations on a personal computer. Audio recording was carried out through a microphone with a sensitivity of 20 to 14,000 Hz. The maximum sound level of all the tested dishes in these tests was between 40 and 45 dB. The relative duration of the sound of bronze cymbals (Tv) was determined based on the results of the calculation using the formula:

ТвеТе/Гм, (1) де Тм - тривалість звучання тарілок з міді, с.TveTe/Hm, (1) where Tm is the duration of sounding of copper cymbals, p.

Ударостійкість сплаву (цілісність та тріщиностійкість тарілок) оцінювали за результатами візуального огляду тарілок після 10 ударів по них дерев'яною барабанною паличкою із забезпеченням максимального рівня гучності звучання тарілки 60-70 дБ.The impact resistance of the alloy (integrity and crack resistance of the cymbals) was evaluated based on the results of a visual inspection of the cymbals after 10 blows on them with a wooden drum stick, ensuring the maximum cymbal sound level of 60-70 dB.

Механічні властивості сплаву визначали відповідно до ГОСТ 1497-84 (Металльі. Методь!і испьітаний на растяжениє) та ГОСТ 9454-78 (Металль. Метод испьітания на ударньй изгиб при пониженньх, комнатной и повьішенньх температурах) з використанням литих зразків.The mechanical properties of the alloy were determined in accordance with GOST 1497-84 (Metals. Method of tensile testing) and GOST 9454-78 (Metals. Method of testing for impact bending at low, room, and elevated temperatures) using cast samples.

Для порівняння акустичних, механічних властивостей та ударостійкості аналогічні тарілки та зразки для механічних іспитів також виготовляли із сплаву за найближчим аналогом (олова 2095 та міді 80 95). Усереднені значення механічних властивостей досліджених сплавів (за найближчим аналогом та заявленою корисною моделлю) наведено в таблиці.To compare the acoustic, mechanical properties and impact resistance, similar plates and samples for mechanical tests were also made from the closest analog alloy (tin 2095 and copper 80 95). The average values of the mechanical properties of the studied alloys (according to the closest analog and the declared useful model) are given in the table.

ТаблицяTable

Механічні та акустичні властивості сплавів снайближчийаналог | 260-290 | 69 | 31-34 | -././ 6078 щЩ щMechanical and acoustic properties of the closest analog alloys 260-290 | 69 | 31-34 | -././ 6078 shsh sh

З аналізу отриманих даних (див. табл.) випливає, що при однакових акустичних властивостях за показниками міцності при розтягуванні та ударної в'язкості значення заявленого сплаву перевищує аналогічні показники найближчого аналогу у « 1,5-2,5 разу. Це свідчить про те, що по відношенню до найближчого аналогу литі вироби із сплаву заявленого хімічного складу характеризуються більшою надійністю та довговічністю при експлуатації у межах вказаної області її застосування.From the analysis of the obtained data (see table), it follows that with the same acoustic properties, according to the indicators of tensile strength and impact toughness, the value of the declared alloy exceeds the similar indicators of the closest analogue by "1.5-2.5 times. This indicates that, in relation to the closest analogue, cast products made of an alloy of the stated chemical composition are characterized by greater reliability and durability during operation within the specified area of its application.

На підставі вищевикладеного, можна зробити висновок, що спосіб виготовлення дзвонів та звукових елементів музичних інструментів ударного типу із сплаву запропонованого складу забезпечує більшу надійністю та довговічністю виробів, має вміст олова у 3,6-10 разів менший, ніж в сплаві за найближчим аналогом, а також збільшену тривалість звучання, що забезпечує конкурентоспроможність виробів.On the basis of the above, it can be concluded that the method of manufacturing bells and sound elements of percussion-type musical instruments from the alloy of the proposed composition ensures greater reliability and durability of the products, has a tin content 3.6-10 times lower than in the alloy of the closest analogue, and as well as increased duration of sound, which ensures the competitiveness of products.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA The method of manufacturing bells and sound elements of percussion musical instruments, which includes the execution of the inner and outer parts of the casting mold, assembling the casting mold, melting the alloy, pouring it into the casting mold, subsequent cooling, removing the cast product from the casting mold and cleaning it from molding mixture, which is distinguished by the fact that the corresponding charge materials are pre-prepared and an alloy containing copper, tin and silicon is melted in quantities (wt. 9o5b tin - 2-5, silicon - 4.5-5.5, copper - the rest and unavoidable impurities, with a mass ratio of Zp.