VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	3
1 РАЗРАБОТКА ХУДОЖЕСТВЕННОГО ОБРАЗА	4
2 ВЫБОР МАТЕРИАЛА	7
3 ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕДАЛЬОНА	12
3.1 Получение заготовки литьём	12
3.1.1 Изготовление восковой модели изделия	13
3.1.2 Сборка восковых моделей в ёлочку, снятие формы и выплавка воска из формы	15
3.1.3 Заливка литейной формы и очистка отливки от формовочной массы	16
3.1.4 Проектирование отливки и расчет необходимой массы металла	17
3.1.5 Основные преимущества и недостатки литья по выплавляемым моделям	18
3.1.6 Инструменты и оборудование, применяемые при центробежном литье по выплавляемым моделям	18
3.2 Листовая штамповка	21
3.2.1 Раскрой листа на карты	22
3.2.2 Вырубка и пробивка	26
3.2.3 Чеканка	28
3.2.4 Гибка	29
3.3 Выбор технологии производства изделия	32
4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА	34
4. 1 Листовая штамповка	34
4.1.1 Раскрой листа на карты и расчет необходимой массы металла	34
4.1.2 Вырубка контура деталей	37
4.1.3 Пробивка отверстий в детали	39
4.1.4 Чеканка рисунка	40
4.1.5 Гибка	42
4.2 Полирование	43
4.3 Пайка	46
4.4 Сборка	48
4.5 Контроль	49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	53
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ	54

ВВЕДЕНИЕ

Темой курсовой работы является «Разработка технологии изготовления медальона».

Медальон – это носимое на цепочке нашейное украшение, представляющее собой маленький, обычно овальный футлярчик, с чем-нибудь вложенным внутрь на память. Медальоны были популярны во все времена. Обычно внутрь помещали портреты, монограммы, записки и даже локоны волос.

Медальоны интересны тем, что помимо эстетического значения, имеют функциональное назначение. Они не менее красивы, чем подвески и кулоны, но имеют более сложную и интересную конструкцию. Механизм застёжки медальона может быть настолько «хитрым», что узнать, какой секрет, хранит украшение, сможет только создатель или владелец.

Цели курсовой работы:

1. изучить краткую историю медальонов с глубокой древности до наших дней и разработать художественный образ изделия в соответствии с сегодняшними тенденциями, а также определить его функциональное назначение и указать потенциальных потребителей;

2. рассмотреть материалы, пригодные для изготовления медальона с точки зрения эстетических, механических, технологических и эксплуатационных свойств, а также с точки зрения соответствия их художественному образу изделия и выбрать наиболее подходящий по свойствам материал;

3. рассмотреть различные технологии, пригодные для производства данного изделия и выбрать наиболее подходящую из них;

4. разработать технологический процесс изготовления изделия по выбранной технологии.

1 РАЗРАБОТКА ХУДОЖЕСТВЕННОГО ОБРАЗА

Медальон (фр. médaillon, итал. medaglione, увеличительное от medaglia – медаль) – украшение круглой или овальной формы.

Своему происхождению медальон обязан Древнему Риму, так там называли круглый диск, который вручали военачальнику во время триумфа. Он был похож на большую золотую монету, но крепился на цепочку и был богато разукрашен (рисунок 1).

Рисунок 1. Медальон с Эросом, 3 век до н. э.

Медальон делается в виде круглой или овальной плоской коробочки с цепочкой или на шнурке. Отличие медальона (рисунок 2, а) от любой подвески или кулона, (рисунок 2, б) заключается в том, что он состоит из двух частей на шарнирном соединении и защелкивается на маленький замочек. Внутри иногда помещается миниатюрный портрет или реликвия. Носят медальон, как правило, на шее [1].

Рисунок 2. Отличие медальона от кулона: а – медальон; б – кулон

Медальоны были особо популярны в XVIII и первой половине XIX веков. Их украшали миниатюрами, драгоценными камнями, гравированным и черневым рисунком, сканью, зернью. Медальоны носили на цветной и черной ленте, вставляли в браслеты.

На сегодняшний день большой популярностью пользуется изделия в стиле «анималистика». Именно в таком стиле выполнен медальон «Рыбья душа» (рисунок 3). За основу образа взята простая форма, в которую закомпанован стилизованный образ рыбы. Цвет медальона – красно-оранжевый навеян цветом песка и морского заката.

Рисунок 3. Эскиз медальона «Рыбья душа»

Данный медальон может быть использован, как сувенирное изделие (при этом внутрь может быть помещён песок с морского побережья или другая памятная вещь), либо, как медальон для повседневного использования (изделие имеет простую форму, лаконичное, не кричащее, подходит к одежде в стиле кэжуал).

Сквозь отверстия в крышке медальона можно видеть, что находится у него внутри, как будто бы видишь душу рыбы. Медальон будет прекрасным подарком для любой молодой современной модницы.

2 ВЫБОР МАТЕРИАЛА

В качестве материала для изготовления данного изделия могут быть использованы:

1) пластилин,

2) гипс,

3) дерево,

4) керамика,

5) металлы и их сплавы.

Пластилин лёгок в обработке (мягок, пластичен), обеспечивает точное воспроизведение формы, но в силу низких эксплуатационных свойств (легко деформируется при механическом воздействии, пластичен, обладает низкой износостойкостью, размягчается под воздействием повышенных температур, оставляет следы на тканях) непригоден для изготовления данного изделия.

Гипс также прост в обработке. Литые детали из гипса обеспечивают достаточно точное повторение тонкого рельефа модели. Но гипс не пригоден для изготовления медальона, т. к. детали изделия имеют малую толщину и относительно большую площадь, а также тонкий сквозной рельеф (тонкие перемычки), и изготовленное из гипса оно будет очень хрупким, а также будет велика вероятность коробления деталей при сушке. Кроме того будет трудно обеспечить соединение деталей между собой. Так, при шарнирном соединении, предусмотренном конструкцией данного изделия, в местах контакта деталей гипс ввиду низкой износостойкости будет истираться. Низкая твёрдость гипса также является нежелательной при эксплуатации изделия. И наконец, гипс не обеспечивает требуемых эстетических свойств.

Древесина обладает способностью к гнутью и хорошей обрабатываемостью резанием. Т.к. толщина деталей изделия 1,2 мм, древесину можно будет легко согнуть, но при этом оно будет обладать низкой прочностью. Резные элементы можно выполнить прорезной резьбой вручную, либо лазерной резкой. Изготовленное из древесины изделие получится лёгким, но из-за малой толщины и относительно большой площади деталей, при изготовлении и эксплуатации они могут покоробиться. Кроме того древесина не обеспечивает требуемых эстетических свойств (цвет, блеск).

Керамика обеспечивает точное воспроизведение формы и рельефа, но ввиду малой толщины и относительно большой площади деталей, очень велика вероятность их коробления и растрескивания при сушке и обжиге.

Общим недостатком рассмотренных материалов является низкая прочность при эксплуатации, что может привести к быстрой поломке изделия.

Металл обладает хорошими механическими (прочность, твёрдость, пластичность и т.д.), технологическими (обрабатываемость резанием, давлением, литейные свойства, паяемость и т.д.), эксплуатационными (износостойкость и т.д.) и эстетическими (цвет, блеск и т.д.) свойствами.

Т.к. данный медальон является украшением, рассмотрим некоторые сплавы, применяемые для изготовления подобных изделий: красное золото 585 пробы и деформируемая бронза БрОЦС4–4–2,5. Выбор именно этих сплавов обусловлен их цветом, имеющим красноватый оттенок, необходимым для воссоздания художественного образа изделия.

Красное золото 585 пробы – материал для изготовления массовых изделий, широко применяемый в ювелирной промышленности. Сплав 585 пробы необходимого нам цвета содержит 58,5 % Au, 9,0 % Ag, и 32,5 % Cu и имеет марку марки ЗлСрМ 585-80. Температура плавления сплава Т = 850 – 890 ^оC, ρ = 13,24 г/см³, твёрдость HB = 1140 МПа, σ_в = 510 МПа, δ = 44 %.

Деформируемая оловянистая бронза БрОЦС4- 4-2,5 содержит 89,5 % Cu, 4 % Sn, 4 % Zn, 2,5 % Pb. Температура плавления сплава Т_пл = 1018 ^оC, ρ = 9,02 г/см³, сплав твёрдый, твёрдость HB = 160 – 180 МПа, σ_в = 550-560МПа, δ₅ = 2 – 4% [2].

Рассмотренные физические свойства обоих сплавов приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Сравнение физических свойств красного золота 585 пробы и оловянистой бронзы БрОЦС4-4-2,5

Физические свойства	Сплавы
	Красное золото 585 пробы	БрОЦС 4–4–2,5
ρ, г/см3	13,24	9,02
Тпл, оC	850 – 890	1018
HB, МПа	1140	160 – 180
σв, МПа	510	550 – 560
δ, %	44	2 – 4

Конструкция данного изделия предполагает применение двух технологических процессов изготовления: литья и обработки давлением.

При изготовлении изделия литьём большое значение следующие технологические свойства: жидкотекучесть, интервал кристаллизации, усадка, паяемость, обрабатываемость резанием сплава и т.д.

При изготовлении изделия обработкой давлением большое значение имеют следующие технологические свойства: ковкость, паяемость, обрабатываемость резанием и т.д.

Рассмотрим технологические свойства выбранных сплавов.

Красное золото 585 пробы обладает хорошими литейными свойствами, обладают хорошей паяемостью. Интервал кристаллизации всех сплавов золота 585 пробы остаётся сравнительно узким и не превышает 50 ^оC. Цена одного грамма золота 585 пробы в новых ювелирных изделиях составляет в среднем 1500…2000 рублей (за 1 г металла – 800…900 рублей) [3].

Бронза БрОЦС4–4–2,5 хорошо обрабатывается резанием, обрабатывается давлением лишь в холодном состоянии. Максимально допустимая деформация в холодном состоянии – 30 %. Обрабатываемость резанием (по сравнению с латунью ЛС63 – 3) 90 %. Температура отжига – 600 ^оC, начала рекристаллизации – 400 ^°C. Коэффициент линейного расширения 18,210^-6. Верхняя критическая точка 1018 ^оC, нижняя критическая точка 887 ^оC, интервал кристаллизации 131 ^оC. Температура литья 1200 – 1300 ^оC, Литейная усадка – 1,46…1,59 (при литье в кокиль). Жидкотекучесть – 20 см. Предел текучести 10 – 13 кг/мм³.Стоимость бронзовой лкнты от 440 рублей за 1 кг [2].

Сравнение свойств красного золота 585 пробы и оловянистой бронзы БрОЦС4–4–2,5, необходимых для изготовления изделия способом литья, приведено в таблице 2.

Таблица 2 – Сравнение литейных свойств красного золота 585 пробы и оловянистой бронзы БрОЦС4-4-2,5

Свойства	Сплавы
	ЗлСрМ585– 80	БрОЦС4–4–2,5
Верхняя критическая точка, оC	1178(905)	1018
Нижняя критическая точка, оC	1151(878)	887
Интервал кристаллизации, оC	50	131
Температура литья, оC	990 – 1030	1200 – 1300
Литейная усадка, %	-	1,46 – 1,59
Жидкотекучесть, см	-	20

Сравнение свойств красного золота 585 пробы и оловянистой бронзы БрОЦС4-4-2,5, которые важны при изготовлении изделия способом обработки давлением, приведено в таблице 3.

Таблица 3 – Свойства, важные при холодной деформации сплавов

Свойства	Сплавы
	ЗлСрМ585–80	БрОЦС4–4–2,5
Максимально допустимая деформация в холодном состоянии, %	–	30
Температура отжига, оC	650	600
Температура начала рекристаллизации, оC	–	400

Сравнив свойства обоих сплавов, можно увидеть, что различия по основным пунктам незначительные. При этом плотность бронзы меньше плотности красного золота 585 пробы, и изделие, изготовленное из неё, будет иметь меньшую массу, что при изготовлении достаточно объёмного украшения имеет большое значение. Цена бронзы также намного меньше цены золотого сплава, и так как медальон предназначен для повседневной носки или для использования в качестве сувенирной продукции, то его цена должна быть доступной для приобретения.

Для изготовления медальона выбираем бронзу марки БрОЦС4–4–2,5, так как она является более подходящим материалом для изготовления медальона “Рыбья душа”.

1. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕДАЛЬОНА

Для получения медальона подходят два метода изготовления: метод литья и метод обработки давлением.

Схема технологического процесса получения изделия с использованием литья:

1. Литьё.

2. Полирование.

3. Пайка.

4. Сборка

5. Контроль.

Схема технологического процесса получения изделия с использованием обработки давлением:

1. Листовая штамповка.

2. Полировка.

3. Пайка.

4. Сборка.

5. Контроль.

Так как технологические процессы отличаются только первой технологической операцией, то, для того чтобы понять, какой способ получения изделия выгоднее, рассмотрим эти операции подробно.

3.1 Получение заготовки литьём

При изготовлении заготовки литьём используем метод литья по выплавляемым моделям.

Метод литья по выплавляемым моделям широко применяется в ювелирном производстве. Этот метод позволяет серийно изготовлять изделия сложной конфигурации, обеспечивая при этом требуемую точность, а также получать тонкостенные отливки с отклонением от заданного размера не более 0,5 % и чистотой поверхности 5 – 6 класса, точностью размеров до 12 квалитета и шероховатостью поверхности до R_z = 20 мкм, R_a = 1,25 мкм.

Это дает возможность использовать их как готовые элементы ювелирных изделий без дополнительной механической обработки. Чаще литье по выплавляемым моделям производится на центробежных установках, откуда и сам метод литья получил название – центробежное литье.

Основными этапами изготовления элементов ювелирных изделий по выплавляемым моделям являются изготовление образца-эталона, изготовление пресс-формы, изготовление восковой модели, подготовка литейной формы, отливка элементов ювелирных изделий, очистка отливок.

3.1.1 Изготовление восковой модели изделия

Так как в данном случае производство единичное, то можно сразу перейти к изготовлению восковой модели (рисунок 4).

Рисунок 4. Общая схема технологического процесса литья по выплавляемым моделям:

1 – заполненная формовочной смесью опока; 2 – литейная форма, помещённая в муфельную печь; 3 – заполнение литниковой формы на центробежной машине;

4 – извлечённая из опоки отливка

Главные компоненты воска – парафины, натуральный и синтетический церезин, стеарин, буроугольный или горный (монтановый) и торфяной воски (битумы), сложные эфиры высших кислот, в отдельных случаях (в настоящее время редко, преимущественно в зарубежной практике) – натуральные воски; пчелиный, кандилльский, карнаубский.

Для изготовления модели мы используем воск для резьбы марки Ferris. Воски этой марки являются фактическим стандартом для восковых модельеров во всем мире. Они выпускается в трех различных модификациях, которые имеют различные цвета: зеленый, фиолетовый и синий. По форме они бывают в виде блоков, брусков различного профиля, пластин, заготовок для колец и т.п. (рисунок 5).

Рисунок 5. Воски для резьбы

Мы используем воск зелёного цвета. Это самый твердый воск, на нем возможна прорезка наиболее тонких деталей и сложных дизайнов. Может полироваться до зеркального блеска. Толщина изделий из воска может достигать менее 0,2 мм – абсолютного минимума толщины, при которой вообще возможна качественная отливка изделий. При этом восковка остается прочной и не подвержена деформации. Воск исключительной твердости, содержащий минимум пластических добавок, чтобы гарантировать, что модель не сломается в руках во время работы. Предельные параметры для использования данного воска – плоские изделия толщиной менее 1 мм и диаметром 38 мм, что перекрывает практически весь диапазон ювелирных изделий. Воск плавится при 105 ºС, практически сразу превращаясь в легко подвижную жидкость, минуя вязкую стадию [10]. Стоимость такого воска размером 9015037 мм составляет 766 рублей.

Для создания восковой модели применяется гравировально-фрезерная машина фирмы Roland, модель – JEWELA JWX-10.

3.1.2 Сборка восковых моделей в ёлочку, снятие формы и выплавка воска из формы

Готовые восковые модели в соответствии с вместимостью опоки набирают по форме елочки, припаивая литники моделей к единому стержню, также изготовленному из воска методом литья и установленному в резиновый башмак (основание). Припаивание осуществляют с помощью бытового электропаяльника марки ЭПСН. При сборке елочкой модели нельзя располагать близко друг к другу, так как при вакуумировании они могут соединиться, тогда отливки будут бракованными.

Набранную восковую елочку обезжиривают, окуная в спирт или четыреххлористый углерод, и сушат в естественных условиях. После сушки на восковую елочку надевают опоку так, что она входит в цилиндрический паз резинового основания, и заливают в опоку предварительно приготовленную, провакуумированную формовочную смесь.

В качестве формовочной смеси применяем импортную формовочную массу "Суперкаст". Готовят формовочную смесь, добавляя в формовочную массу дистиллированную воду и тщательно перемешивая ее. Расчетное количество формовочной массы и дистиллированной воды составляет 0,32-0,42 л воды на 1 кг смеси.

Затем заполненную опоку 1 (см. рисунок 4) вакуумируют и уплотняют на вибровакуумной установке до остаточного давления 0,9810⁴...1,9610⁴ Па (0,1…0,2 кгс/см²) в течение 2 – 3 мин, после чего формовочная смесь затвердевает. По окончании вакуумирования опоки ставят на отстой (примерно 1 ч), а затем снимают с них резиновые основания и подрезают формовочную смесь на нижнем торце опоки.

Следующей операцией подготовки литейной формы является выплавка воска. Эту операцию осуществляют в муфельной печи при поддержании температуры 120 – 140 °С в течение 1 ч, после чего температуру повышают до 200 °С и опоки выдерживают при этой температуре в течение 1 ч, а затем температуру плавно повышают до 700 – 750 °С и прокаливают литейную форму в течение 3 ч. После этого можно считать, что литейная форма 2 (см. рисунок 4) подготовлена для заливки.

3.1.3 Заливка литейной формы и очистка отливки от формовочной массы

Для заливки литейной формы на настольной центрифуге сплав металла в виде слитка полусферической формы, предварительно отлитый в специальную изложницу, подогревают в муфельной печи до требуемой температуры. Затем подогретую литейную форму с помощью специальных щипцов устанавливают в тарелку литником вверх, а на верхнюю часть опоки накладывают подогретый сплав. На другую тарелку устанавливают соответствующий противовес. За это время температура сплава понижается в среднем на 200 °С. Сплав доводят до температуры плавления и состояния текучести на открытом пламени горелки, которое должно быть сильным и шумящим. При достижении состояния текучести запускают центрифугу. Под действием центробежной силы сплав заполняет литейную форму 3 (рисунок 4). Затем после остановки центрифуги заполненную литейную форму с помощью тех же специальных щипцов снимают с тарелки и охлаждают в естественных условиях или опускают ее в воду. После охлаждения литейной формы выбивают отливки.

Очистка отливок от формовочной массы происходит в 20 – 40 % растворе плавиковой кислоты после выбивки блока отливок из опоки (рисунок 4). Затем отливку промывают в проточной воде и отбеливают в 15 % растворе серной кислоты. Температура раствора должна быть не ниже 60 – 70 °С. Время отбеливания длится не более 5 мин.

После отбеливания отливки просушивают в сушильном шкафу при температуре 100 – 120°С или в естественных условиях.

3.1.4 Проектирование отливки и расчет необходимой массы металла

Толщина готового изделия составляет 1,2 мм. При литье по выплавляемым моделям мы получаем отливку с точностью размеров, соответствующей 12 квалитету, исходя из того, что размеры отливки находятся в интервале 50 – 80 мм, то допуск на отклонение размеров детали составляет 0,3 мм. Припуски на обработку резанием для отливок размером до 50 мм составляют около 1,4 мм, а размером до 500 мм – около 3,5 мм. В нашем случае припуск будет составлять 1,5 мм, т. к. максимальный размер отливки 75 мм. Минимальная толщина отливки из бронзы при её наибольшем размере 50 – 100 мм при литье по выплавляемым моделям составляет 2,2 мм, использование при изготовлении данного изделия центробежной установки, позволяет уменьшить эту толщину, за счет центробежных сил и благодаря этому сократить время на обработку (снятие лишнего слоя металла) [5].

Масса готового изделия составляет 42,57 г, а масса металла необходимого, для получения литых деталей составляет 44, 4 г с учётом припусков. Масса металла литниковой системы составляет 50% от массы отливки и равна 22,2г. Таким образом, для производства изделия методом литья по выплавляемым моделям потребуется 66,6 г оловянистой бронзы БрОЦС4–4–2,5. С учётом того, что 1 кг бронзы, используемой марки стоит 440 рублей, стоимость затраченного на отливку сплава составит 30 рублей.

3.1.5 Основные преимущества и недостатки литья по выплавляемым моделям

К преимуществам литья по выплавляемым моделям относятся:

1) возможность изготовления сверхсложных, тонкостенных отливок с

толщиной стенки до 0,75 мм и литыми отверстиями до 0,1 мм;

2) изготовление отливок высокого качества и высокой точности;

3) Снижение до минимума припуска на механическую обработку

отливок (КИМ заготовок около 90 – 95 %).

К недостаткам литья по выплавляемым моделям относятся:

1. высокая стоимость изготовления отливок;

2. ограничение по массе и габаритам изготавливаемых отливок (по массе до 150 кг, по габаритам до 1000 мм);

3. cложный процесс очистки отливок (выщелачивание и тому

4. подобное);

5. литьё по выплавляемым моделям является наиболее длительным

6. и трудоёмким технологическим процессом изготовления

отливок [6].

3.1.6 Инструменты и оборудование, применяемые при центробежном литье по выплавляемым моделям

Установка для вибровакуумирования VG–1/63 (рисунок 6) применяется для уплотнения огнеупорной формовочной массы и удаления пузырьков воздуха при формовке.

В зависимости от объемов производства применяются печи различных видов. При мелкосерийном производстве наибольшее применение имеют сушильный электрический лабораторный шкаф СНОЛ-2,5-2,5-2,5/2М и электропечи сопротивления СНОЛ-1,62,51/9-М2У42, СНОЛ-1,62,51/11- М1У42. В этих печах предусмотрена автоматическая регулировка заданного режима нагрева внутренней шахты печи. Нагреватель выполнен из проволоки высокого омического сопротивления, Контроль и регулировка температуры осуществляются милливольтметром. Нагреватель включается с помощью магнитного пускателя. В нашем случае используется сушильный электрический лабораторный шкаф СНОЛ-2,5-2,5-2,5/2М.

Рисунок 6. Общий вид ротационного газобалластного вакуумного насоса: 1 – корпус масляной камеры; 2 – уравнительный клапан давления ЭУ/ЭДЗ; 3 – (входной) патрубок подсоединения вакуумного шланга; 4 – крышка корпуса насоса; 5 – газобалластный вентиль; 6 – пробка маслозаливного отверстия; 7 – штуцер выпуска воздуха; 8 – пробка для спуска масла под давлением; 9 – клиноременный шкив; 10 – пробка для спуска масла под давлением (в насосе модели ЭД-40); 11 – крепёжный винт; 12 – трубка для спуска масла самотёком (отсутствует в модели ЭД-40); 13 – пробка для спуска масла самотёком (в насосе модели ЭД-40)

Плавильно-заливочная установка предназначена для плавления металла и заливки его центробежным способом. Установка состоит из плавильной печи, сопротивления, механизма опрокидывания печи с противовесом и центробежного устройства, приводящего печь во вращение. В нижней части корпуса установки размещены трансформатор тока, приводной агрегат, а также распределительное устройство. На панели корпуса расположены ступенчатый переключатель для регулирования силы тока печи, амперметр, сигнальная лампа, а также две кнопки включения и выключения плавильного устройства (включено – зеленый цвет, выключено – красный). На крышке корпуса установлен механизм для опрокидывания плавильного устройства при соответствующей частоте его вращения. Состоит он из расцепляющегося устройства и гидравлических тормозов, препятствующих резкому опрокидыванию тигля и возможному вытеканию жидкого металла.

Для небольших цехов и мастерских, выполняющих литье изделий мелкими партиями, наиболее приемлемым оборудованием для литья является простейшая настольная центрифуга (рисунок 7). На конце вертикально расположенной стойки, ось которой находится в специальных подвижных опорах, крепится коромысло, на концы которого подвешиваются специальные подвески (тарелки). Плечи коромысла должны быть равные. На одну тарелку устанавливается литейная форма, а на другую – соответствующий противовес. Центрифуга ограждается специальным цилиндрическим кожухом для обеспечения безопасности при падении литейной формы или противовеса, а также разливе металла в период запуска и вращения. Центрифугу можно запускать сразу после расплавления металла и заливки его в форму с помощью натянутого шнура или электропровода.

Рисунок 7. Настольная центрифуга: 1 - стойка, 2 - коромысло, 3 - подвеска, 4 - опора,

1. - ось, 6 - шнур для запуска центрифуги

Установка для электрохимического полирования предназначена для полирования отлитых заготовок. Ванна для электрохимического процесса должна быть герметичной, чтобы не было течи электролитов, содержащих частицы драгоценного металла. В качестве катодов используется листовой титан марок ВТ-1 толщиной 0,8 – 1,2 мм. Катоды крепят титановой проволокой и помещают в чехлы из хлориновой ткани. В качестве анодов используют специальные подвески, на которые подвешивают изделия. Подвески изготовляются из проволоки тех же титановых сплавов, что и катод. Рекомендуется применять подвески, имеющие жесткий контакт с изделием (заготовкой). Для предотвращения растворения образовавшегося на катоде осадка катоды после окончания работы необходимо вынуть из ванны, тщательно промыть и высушить, а катодный осадок собрать для последующей регенерации драгоценных металлов [4].

1.  

   1. Листовая штамповка

Первая операция второго технологического процесса – листовая штамповка – процесс изготовления деталей в штампе из листа, полосы или рулонного материала. Толщина деталей не превышает 10 мм. Листовая штамповка – это наиболее прогрессивный метод обработки давлением, позволяющий получить детали, не требующие в большинстве случаев дальнейшей обработки резанием и отличающийся высокой производительностью.

Штамповочные способы в большинстве случаев обеспечивают достижение необходимых показателей качества деталей (точности линейных размеров, взаимного расположения поверхностей, шероховатости поверхности), высокую производительность и низкую себестоимость (часто стоимость труда составляет около 5 % и менее от общей себестоимости детали). Эти показатели возможны благодаря тому, что ряд операций листовой штамповки обеспечивает:

1. удовлетворительную точность линейных размеров и формы;

2. шероховотость поверхность до R_a 1,25…0,32 мкм;

3. легкость выполнения механизации и автоматизации процессов штамповки;

4. экономическую эффективность и при мелкосерийном, и при единичном производстве.

Основные процессы листовой штамповки обеспечивают точность в пределах 12 – 14 квалитетов.

Штампы подразделяются на вырубные – для вырубки отверстий, гибочные, отрезные и вытяжные – для вытяжки цилиндров.

Этапы изготовления изделия методом листовой штамповки могут быть различными в зависимости от его конструкции, в данном случае это раскрой листа на карты, вырубка контура деталей, пробивка отверстий, чеканка и гибка. В связи с этим используются вырубные и гибочные штампы.

Рассмотрим подробнее основные этапы изготовления деталей методом листовой штамповки.

3.2.1 Раскрой листа на карты

Раскрой листа на карты – рациональное расположение деталей на листе, которое характеризуется коэффициентом использования материала. Коэффициент использования материала рассчитывается по формуле:

η = (F_д/F_з)100%, (3.1)

где η – коэффициент использования материала, в %;

F_д – площадь штампуемой детали, в мм²;

F_з – площадь заготовки, идущей на изготовление штампуемой детали, в мм².

Площадь заготовки, которая требуется для изготовления штампуемой детали (F_з) определяется по формуле:

F_з =, (3.2)

где Т – шаг между деталями, в мм;

В – ширина полосы, мм;

n – число рядов деталей на полосе.

Прямоугольные детали необходимо располагать вдоль полосы меньшей стороной с тем, чтобы по длине полосы поместилось как можно больше деталей (рисунок 8). Кроме экономии материала этим достигается повышение производительности труда.

Рисунок 8. Расположение прямоугольных деталей в полосе

Круглые и многоугольные детали с точки зрения экономии материала выгоднее всего располагать в несколько рядов в шахматном порядке. Однако стоимость многорядных штампов выше, чем однорядных, поэтому для малых партий изделий они экономически не выгодны.

Выбор экономичного расположения деталей сложного (фигурного) профиля производится графическим путём. Для этого из бумаги вырезают 2-3 шаблона штампуемой детали с припуском по контуру на величину перемычки и несколькими переустановками находят самое выгодное расположение деталей на полосе, при котором коэффициент использования материала был бы наибольшим.

В тех случаях, когда экономичность раскроя одинакова при различных вариантах расположения деталей на полосе, необходимо принимать вариант с более широкой полосой и меньшим шагом, т. к. этим достигается экономия при разрезке листов на полосы и уменьшается время на штамповку.

При вырубке деталей, подвергающихся в дальнейшем гибке с малым радиусом закругления в двух направлениях, линии гиба следует располагать под углом 45^о к направлению волокон материала (полосы) независимо от экономичности такого раскроя (рисунок 9).

Рисунок 9. Раскрой полосы для деталей, подвергающихся гибке в двух направлениях

Исключения из указанного правила допускаются при гибке деталей из мягких материалов (отожжённые латуни, алюминий, медь).

При вырубке деталей, подлежащих в дальнейшем гибке в одном направлении, располагать детали следует так, чтобы минимальный угол между линией гиба и направлением волокон составлял 30^о (рисунок 10).

Рисунок 10. Раскрой полосы для деталей, подвергающихся гибке в одном направлении

При выборе ширины полосы необходимо учитывать существующие размеры листов и лент по ГОСТ. Располагать детали следует так, чтобы ширина полосы была кратной размерам листов или лент по ГОСТ.

Ширина перемычек между вырубаемыми деталями и по краям полосы зависит от толщины материала, формы и размеров детали. Рекомендуемые значения приведены в таблице 4 и 5.

Таблица 4 – Ширина перемычек при вырубке прямоугольных деталей

Толщина материала, мм	Ширина перемычек, мм, при размере L прямоугольных деталей
	Обозначение	До 50	50 - 100	100 - 200	Св. 200
До 0,5	δ	1,8	2,0	2,2	2,4
	δ1	1,5	1,7	1,9	2,1
0,5 – 1,0	δ	1,5	1,7	1,9	2,1
	δ1	1,0	1,2	1,4	1,6
1,0 – 1,5	δ	1,9	2,1	2,3	2,5
	δ1	1,4	1,6	1,8	2,0
1,5 – 2, 0	δ	2,2	2,4	2,6	2,8
	δ1	1,7	1,9	2,1	2,3
2,0 – 2,5	δ	2,6	2,8	3,0	3,2
	δ1	2,2	2,4	2,6	2,8
2,5 – 3,0	δ	3,0	3,2	3,4	3,6
	δ1	2,5	2,7	2,9	3,1

δ₁ – ширина перемычек между вырубаемыми деталями, δ – ширина перемычек по краям полосы при однорядной вырубке.

Таблица 5 – Ширина перемычек при вырубке круглых и овальных деталей

Толщина материала, мм	Ширина перемычек, мм, при размере L круглых и овальных деталей
	Обозначение	До 50	50 - 100	100 - 200	Св. 200
До 0,5	а	1,5	1,7	1,9	2,2
	а1	1,2	1,4	1,6	1,8
0,5 – 1,0	а	1,2	1,4	1,6	1,8
	а1	0,8	1,0	1,2	1,4
1,0 – 1,5	а	1,5	1,7	1,9	2,1
	а1	1,1	1,3	1,5	1,7
1,5 – 2, 0	а	1,9	2,1	2,3	2,5
	а1	1,5	1,7	1,9	2,1
2,0 – 2,5	а	2,3	2,5	2,7	3,0
	а1	1,8	2,0	2,2	2,5
2,5 – 3,0	а	2,6	2,8	3,0	3,2
	а1	2,1	2,3	2,5	3,7

а₁– ширина перемычек между вырубаемыми деталями, а – ширина перемычек по краям полосы при однорядной вырубке.

Ширина полосы металла определяется по формуле:

В = L + 2a + Δ_п, (3.3)

где В – ширина полосы (округляется до 1 мм в большую сторону), в мм;

L – размер вырубаемой детали поперёк полосы, в мм;

а – величина боковой перемычки, в мм;

Δ_п – минусовый допуск на ширину полосы или ленты, принимаемый при резке на ножницах по таблице 6, в мм.

Таблица 6 – Допуски на ширину полос (при резке на гильотинных ножницах), мм

Ширина полосы	Толщина материала
	До 1	1 – 2	2 – 3	3 – 5
До 50	0,4	0,5	0,7	0,9
50 – 100	0,5	0,6	0,8	1,0
100 – 150	0,6	0,7	0,9	1,1
150 – 220	0,7	0,8	1,0	1,2
220 – 330	0,8	0,9	1,1	1,3
Примечание: припуск на ширину полос принимают со знаком минус.

3.2.2 Вырубка и пробивка

Вырубка – операция по получению заготовки замкнутого контура.

Вырубка может производиться в штампах с прямыми или скошенными кромками.

Усилие вырубки определяется по формуле:

Р = Ltτ_ср, (3.4)

где Р – усилие вырубки, в кг;

L – периметр контура штампуемой детали, в мм;

t – толщина материала, в мм;

τ_ср – сопротивление срезу, в кг/мм² (табл. 13).

Требуемое усилие пресса принимается равным

Р_д= Р_{д факт.}, (3.5)

где Р_д – усилие пресса, в тоннах;

Р – усилие вырубки, в кг;

Р_{д факт} – фактический тоннаж пресса, в тоннах.

Усилие для снятия штампуемой детали с пуансона P_cн определяется по формуле:

P_cн = РК_сн, (3.6)

где Р – усилие вырубки, в кг;

К_сн – коэффициент, зависящий от штампуемого материала (таблица 7).

Усилие для проталкивания детали или отхода через матрицу определяется по формуле:

P_пр = РК_пр, (3.7)

где Р – усилие вырубки, в кг;

К_пр – коэффициент, зависящий от штампуемого материала (таблица 7).

Таблица 7 – Средние значения коэффициентов К_сн и К_пр

Материал	Ксн	Кпр
Сталь	0,01 – 0,05	0,02 – 0,06
Латунь	0,01 0 0,04	0,02 – 0,05
Медь	0,015 – 0,03	0,03 – 0,07
Алюминий	0,025 – 0,05	0,03 – 0,06
Дуралюмины и магниевые сплавы	0,02 – 0,05	0,02 – 0,06
Примечание: при сложной конфигурации деталей значение коэффициентов Ксн и Кпр принимают ближе к верхнему пределу.

Пробивка – получение отверстий в детали нужной формы.

3.2.3 Чеканка

Чеканка – штамповочная операция выполняемая с целью получения выпуклого или вогнутого рельефа, а также частичного изменения формы детали путём обжатия.

Чеканка производится на специальных чеканочных прессах, а также на фрикционных и двухстоечных кривошипных прессах. Заготовки, имеющие наклёп должны перед чеканкой отжигаться. Усилие при чеканке определяется по формуле:

P_ч= Fq_ч, (3.8)

где F – площадь поверхности чеканки, в мм²;

q_ч – удельное давление по таблице 8, в кг/мм².

Таблица 8 – Удельное давление при чеканке

Операция	Материал	qч, кг/мм2
1	2	3
Чеканка на плоских деталях без ограничения их контура	Латунь t= 0,7 мм	20 – 50
Чеканка выпукло-вогнутого рисунка	Латунь t 1,8 мм	80 – 90

Окончание таблицы 8

1	2	3
Чеканка букв и рисунка	Сталь 20 – 25	200 – 250
Чеканка рисунка	Сталь нержавеющая	200 – 300 и выше
Чеканка одностороннего рисунка	Латунь t = 0,4 – 3,0	250 – 300 и выше

3.2.4 Гибка

Усилие гибки определяется по формуле:

Р = 1,25KBtσB, (3.9)

где К – коэффициент, определяемый по таблице 9;

В – суммарная длина изгиба, в мм, равная b+b₁;

t – толщина материала в мм;

1,25 – коэффициент запаса, учитывающий колебания в толщине материала, трение между скользящими плоскостями детали и рабочими частями штампа, а также упрочнение в результате наклёпа;

σB– временное сопротивление разрыву, кг/мм².

Таблица 9 – Значение коэффициента К

	0,1	0,25	0,5	1	1,5	2	3	4	5	10
К	0,55	0,48	0,40	0,30	0,25	0,20	0,16	0,12	0,10	0,06
r – внутренний радиус гибки в мм, t – толщина материала в мм

Волокна металла, расположенные у внутренней поверхности изгибаемой детали (со стороны пуансона), испытывают сжатие, а волокна, расположенные у внешней поверхности (со стороны матрицы) испытывают растяжение. Между растянутыми и сжатыми волокнами находится нейтральный слой, не изменяющийся по длине (рисунок 11) [7].

Рисунок 11. Волокна металла при гибке

Основные характеристики оловянистой бронзы БрОЦС4-4-2,5 при штамповке приведены в таблице 10.

Таблица 10 – Основные характеристики штампуемых материалов (оловянистая бронза БрОЦС4-4-2,5)

Наименование и марка металла и сплава	№ ГОСТ или ТУ на химический состав	Состояние металла	Механические свойства
			σB,кг/мм2	τср, кг/мм2	δ, %
			Не менее
Бронза оловянно-свинцово-цинковая БрОЦС4-4-2,5	5017 – 49	Мягкая	30	24	35
		Полутвёрдая	40 – 50	32 – 40	5 – 10

Технические условия и сортамент для бронзы оловянно-свинцово-цинковой БрОЦС4-4-2,5: ЦМТУ 512-41ленты и полосы t= 0,5 – 2 мм.

Основным технологическим оборудованием и инструментами для изготовления изделий методом листовой штамповки являются штампы, вибрационные ножницы, кривошипные (рисунок 12) и гидравлические прессы.

Рисунок 12. Кривошипный пресс для холодной штамповки ГОСТ 9408-89Е: 1 – стойка; 2 – электродвигатель; 3 – цилиндр уравновешивания ползуна; 4 – зубчатое колесо; 5 – направляющие; 6 – ползун; 7 – стол

Вибрационные ножницы (рисунок 13) представляют собой станок с короткими ножами. Верхний нож 5 получает колебательные движения от электродвигателя 1 через эксцентриковый механизм. Листовой металл устанавливают на столе 7 и подвигают между верхним 5 и нижним 6 ножами до упора 3, который может передвигаться и закрепляться в скобе станины, 2.

Рисунок 13. Вибрационные ножницы: 1 – электродвигатель; 2 – скоба станины;

1. – упор; 4 – головка; 5 – верхний нож; 6 – нижний нож; 7 – стол; 8 – стойка станины

3.3 Выбор технологии производства изделия

При сравнении двух разных технологических процесса получения изделия: с помощью литья и с помощью обработки давлением, - были выявлены и рассмотрены сильные и слабые стороны каждого из методов.

К преимуществам литья по выплавляемым моделям относятся возможность изготовления сверхсложных, тонкостенных отливок с толщиной стенки до 0,75 мм и литыми отверстиями до 0,1 мм, а также возможность изготовления отливок высокого качества и высокой точности (отклонение от заданного размера не более 0,5 %, чистота поверхности 5 – 6 класса, точность размеров до 12 квалитета, шероховатость поверхности R_z = 20 мкм, R_a =1,25мкм). При использовании этого метода для производства изделия снижается до минимума припуск на механическую обработку отливок (КИМ заготовок около 90 – 95 %).

К недостаткам литья по выплавляемым моделям относятся высокая стоимость изготовления отливок. При литье по выплавляемым моделям масса изготавливаемых отливок ограничена до 150 кг, а габариты до 1000 мм. После литья следует cложный процесс очистки отливок (выщелачивание и тому подобное). В результате медленного остывания металла образуется крупнозернистая структура. Литьё по выплавляемым моделям является наиболее длительным и трудоёмким технологическим процессом изготовления отливок.

Преимуществами листовой штамповки является то, что основные процессы листовой штамповки обеспечивают точность в пределах 12 – 14 квалитетов. При данном методе обработки не возникает необходимости в нагреве исходных материалов и инструментов. В результате холодной объемной штамповки поверхность заготовки не окисляется, благодаря чему полученные детали отличаются большей прочностью и точностью размеров, меньшей шероховатостью поверхности (до R_a 1,25…0,32 мкм) [5]. Результатом подобной обработки становятся качественные изделия с высокими и стабильными механическими свойствами. Отсутствие термообработки при холодной листовой штамповке означает и отсутствие окалины, которая образуется на поверхности деталей при нагреве. Кроме того ещё одним важным преимуществом листовой штамповки является лёгкость выполнения механизации и автоматизации процессов штамповки и экономическая эффективность и при мелкосерийном, и при единичном производстве.

Недостатком же этого метода можно назвать то, что он требует значительных усилий, а также относительно высокую стоимость штампов (однако в серийном производстве эти затраты быстро окупаются).

Оба метода позволяют получить изделие высокого качества и высокой точности. Но для производства медальона «Рыбья душа» был выбран технологический процесс изготовления с использованием листовой штамповки, так как неоспоримыми преимуществами листовой штамповки перед литьём по выплавляемым моделям является легкость выполнения механизации и автоматизации процессов штамповки и экономическая эффективность и при мелкосерийном, и при единичном производстве.

4РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Технологический процесс получения изделия при помощи обработки давлением включает в себя следующие основные операции:

1. Листовая штамповка.

1.1 Раскрой листа на карты.

1.2 Вырубка контура деталей.

1.3 Пробивка отверстий в детали.

1.4 Чеканка рисунка.

1.5 Гибка.

2. Полирование.

3. Пайка.

4. Сборка.

5. Контроль.

4. 1 Листовая штамповка

Технологическая операция листовой штамповки подразделяется на несколько операций: раскрой листа на карты, вырубка контура заготовок, пробивка отверстий в заготовке, чеканка рисунка и гибка.

4.1.1 Раскрой листа на карты и расчёт необходимой массы металла

Определяем площадь заготовки F_з, которая требуется для изготовления штампуемой детали:

F_з =, (4.2)

где Т – шаг между деталями, в мм;

В – ширина полосы, мм;

n – число рядов деталей на полосе.

F_з = = 83,33 мм

Ширина полосы металла определяется по формуле:

В = L + 2a + Δ_п , (4.3)

где В – ширина полосы (округляется до 1 мм в большую сторону), в мм;

L – размер вырубаемой детали поперёк полосы, в мм;

а – величина боковой перемычки, в мм;

Δ_п – минусовый допуск на ширину полосы или ленты, принимаемый при резке на ножницах по таблице 6, в мм.

Ширина перемычек а₁ между вырубаемыми деталями и ширина перемычек а по краям полосы при однорядной вырубке определяются по таблице 5, в этом случае они составляют 1,3 мм и 1,7 мм соответственно.

В = L + 2a + Δ_п = 61,3 + 21,7 - 0,6 = 64,1 мм

Т. к. детали, в дальнейшем подлежат гибке в одном направлении, располагать их следует так, чтобы минимальный угол между линией гиба и направлением волокон составлял 30^о (рисунок 14).

Объём полосы V определяем по формуле:

V = аbс, (4.4)

где а – ширина полосы, в мм;

b – длина полосы, в мм;

с – высота полосы, в мм.

V = 64,1216,11,2 = 16622,412 мм³

Рисунок 14. Раскрой листа на карты для вырубки деталей медальона

Массу полосы m определяем по формуле:

m = Vρ, (4.5)

где V – объём полосы, в мм³;

ρ – плотность бронзы, в г/см³ (см. таблицу 1).

m = 16, 629,02 = 149,9 г

С учётом того, что 1 кг бронзы, используемой марки стоит 440 рублей, стоимость затраченного для производства штампованных деталей материала составит 66 рублей.

Для раскроя листа на карты используем ножницы высечные модели НК4516, предназначенные для прямой и фасонной резки листового металла (рисунок 15); категория размещения 4 по ГОСТ 15150-69 [9]. Основные характеристики ножниц высечных модели НК4516 представлены в таблице 11.

Таблица 11 – Основные характеристики ножниц высечных модели НК4516

Модель	НК4516
Наибольшая толщина листа, мм	4
Мощность двигателя главного движения, кВт	2,2
Габариты станка (длиннаширинавысота), мм	228011001850
Масса, кг	1300

Рисунок 15. Ножницы высечные модели НК4516: 1 – электродвигатель; 2 – шкив;

3 – кривошипный вал приводной головки; 4 – шток, на котором установлен верхний нож; 5 – шатун; 6 – подшипники

4.1.2 Вырубка контура деталей

Эскизы вырубаемых деталей изображены на рисунке 16. Усилие вырубки определяется по формуле:

Р = Ltτ_ср, (4.6)

где Р – усилие вырубки, в кг;

L – периметр контура штампуемой детали, в мм;

t – толщина материала, в мм;

τ_ср – сопротивление срезу, в кг/мм² (таблица 10).

Р =2091,232 = 8025,6 кг

Требуемое усилие пресса принимается равным

Р_д = Р_{д факт.}, (4.7)

где Р_д – усилие пресса, в тоннах;

Р – усилие вырубки, в кг;

Р_{д факт} – фактический тоннаж пресса, в тоннах.

Р_д == = 10,032 т

Усилие для снятия штампуемой детали с пуансона P_cн определяется по формуле:

P_cн = РК_сн, (4.8)

где Р – усилие вырубки, в кг;

К_сн – коэффициент, зависящий от штампуемого материала (таблица 7).

P_cн = 8025,60,04 = 321,024 кг

Рисунок 16. Эскизы вырубаемых деталей

Усилие для проталкивания детали или отхода через матрицу P_пр определяется по формуле:

P_пр = РК_пр, (4.9)

где Р – усилие вырубки, в кг;

К_пр – коэффициент, зависящий от штампуемого материала (таблица 7).

P_пр = 8025,60,05 = 401,28 кг

4.1.3 Пробивка отверстий в детали

Пробивка отверстий в заготовке осуществляется аналогично вырубке контура заготовок, но с использованием штампов другой конфигурации. На рисунке 17 изображены сквозные отверстия, прорубаемые в детали.

Рисунок 17. Эскиз прорубаемых в детали отверстий

4.1.4 Чеканка рисунка

Рельеф, который чеканится на детали, выделен жирными линия ми на рисунке 18.

Усилие при чеканке определяется по формуле:

P_ч = Fq_ч, (4.10)

где F – площадь поверхности чеканки, в мм²;

q_ч – удельное давление по таблице 8, в кг/мм².

P_ч = 2512,5300 = 753750 кг

Рисунок 18. Эскиз рисунка, который чеканится на детали (выделен жирными линиями)

Для выполнения выше описанных операций подходит пресс однокривошипный открытый наклоняемый прямого действия с номинальным усилием 16 т (ГОСТ 4382-48) (рисунок 19).

Рисунок 19. Пресс однокривошипный открытый наклоняемый прямого действия

4.1.5 Гибка

Усилие гибки определяется по формуле:

Р = 1,25KBtσB, (4.11)

где К – коэффициент, определяемый по таблице 9;

В – суммарная длина изгиба, в мм, равная b+b₁;

t – толщина материала в мм;

1,25 – коэффициент запаса, учитывающий колебания в толщине материала, трение между скользящими плоскостями детали и рабочими частями штампа, а также упрочнение в результате наклёпа;

σB– временное сопротивление разрыву по таблице 10, кг/мм².

Р = 1,250,06851,245 = 344, 25 кг

Для гибки деталей выбираем гибочный пресс ERMAKSAN серии Micro-Bend (рисунок 20). В таблице 12 указаны основные характеристики гибочный пресс ERMAKSAN серии Micro-Bend.

Таблица 12 - Основные характеристики гибочного пресса ERMAKSAN серии Micro-Bend

Модель	MICRO-BEND1040
Длина гиба	1000 мм
Давление	0 – 40 т
Скорость гибки	11 м/c
Глубина горловины (E)	250 мм
Высота стола (F)	800 мм
Ширина стола (G)	90 мм
Просвет (D)	308 мм
Мощность мотора	4 кВ

Рисунок 20. Гибочный пресс ERMAKSAN модели Micro-Bend1040

4.2 Полирование

После листовой штамповки минимальная шероховатость поверхности заготовки по R_a = 0,32. Так как шероховатость поверхности изделия по R_a в результате должна составлять 0,01 мкм, то после листовой штамповке оно должно быть подвергнуто полированию. Полирование – один из отделочных процессов обработки изделий. Сущность процесса полирования заклю­чается в удалении с поверхности металла микронеровностей, чем достигается высо­кий класс чистоты и зеркальность поверх­ности. Так как изделия после сборки сложно будет отполировать целиком, то эта операция следует до пайки и сборки.

В основном в производстве ювелирных украшений применяются два вида полировании: механические и электрохимическое. Механическим называют поштучное полирование изделий с абразивом и без него. Электрохимическое полирование – это анодное травление изделий в среде электролитов под действием электрического тока, т. е. процесс, обратный золочению и серебрению.

Механическое полирование делится на абразивное и безабразивное. Механическое абразивное полирование проводят на полировальных станках с помощью эластичных кругов и щеток с абразивными пастами, а безабразивное – вручную специальными полировками.

Для абразивного полирования применяют двухшииндельные станки, ювелирные бормашины с разными насадками. Инструментом для механического полирования служат эластичные круги, щетки и полировники.

Для механического полирования данного изделия используются эластичные круги для полирования: фетровый, матерчатый, нитяной (пушок). Два последних круга используются совместно с пастой ГОИ разной зернистости.

Основу пасты ГОИ составляет окись хрома. Различают грубую, среднюю и тонкую пасты. Грубой пастой удаляют мельчайшие царапины, оставшиеся на поверхности после обработки его абразивными материалами (после шлифования). Средней добиваются ровного блеска полируемой поверхности. После полировки тонкой пастой, например, металл приобретает интенсивный зеркальный блеск.

Грубая паста ГОИ содержит 81 часть окиси хрома, 10 – стеарина, 5 – жира, 2 – силикагеля, 2 – керосина. В состав средней пасты ГОИ входит 76 частей окиси хрома, 10 – стеарина, 10 – жира, 2 – силикагеля и 2 – керосина. Тонкую пасту ГОИ готовят с таким расчетом, чтобы в нее вместилось 74 части окиси хрома, 10 – стеарина, 1,8 – силикагеля, 2 – керосина, 0,2 – соды двууглекислой (питьевой соды). Силикагель – пористая белая масса, двуокись кремния, обладающая адсорбционной (поглощающей) способностью. Она широко используется в промышленности для очистки различных веществ. Совместно с матерчатым кругом при механическом шлифовании используются грубая № 4 и средняя № 3 пасты, с нитяным кругом – тонкая № 1, № 2. Таким образом, механическая обработка изделия делится на черновую, чистовую, получистовую и тонкую.

В качестве оборудования для механического полирования деталей изделия выбираем подвесную бормашину компании BALKAN MOTOR. Технические характеристики данной бормашины представлены в таблице 13.

Таблица 13 - Технические характеристики бормашины компании BALKAN MOTOR

Длина, мм	220
Ширина, мм	200
Высота, мм	120
Электропитание	220 В, 50 Гц, однофазное
Максимальная скорость вращения вала, об/мин	18000
Мощность двигателя, Вт	400
Габариты двигателей, мм	100х100х200
Вес, кг	4

После завершающего этапа полирования – тонкого полирования нитяными кругами с использованием пасты ГОИ №1, – изделие подвергается очистке в ультразвуковом чистящем аппарате [7]. Для этих целей выбираем мойка ультразвуковую ELMASONIC X-Tra (рисунок 21), технические характеристики которой представлены в таблице 14.

Рисунок 21. Мойка ультразвуковую ELMASONIC X-Tra

Таблица 14 – технические характеристики мойки ультразвуковой ELMASONIC X-Tra

Длина, мм	205
Ширина, мм	360
Высота, мм	300
Объем, л	4,5
Нагрев	есть
Частота ультразвука, кГц	35
Электропитание, В	200-240
Мощность нагревателя, Вт	400
Внешние габаритные размеры (ШхГхВ), мм	360х205х300
Внутренние габариты емкости (ШхГхВ), мм	240х130х150
Вес, кг	8,3

В качестве чистящего раствора для ультразвуковой мойки используем раствор Ultra-Clean.

4.3 Пайка

Для соединения различных деталей между собой в ювелирном деле широко применяется пайка. Пайка – это процесс соединения деталей без их расплавления посредством припоя – сплава, который смачивает поверхность деталей и затвердевая смачивает их.

Перед процессом соединения, идёт подготовка деталей к пайке.Для этого паяемые поверхности тщательно зачищаем, сначала механическим способом (полировка), затем – химическим (травление тринатрийфосфатом – 150 г тринатрийфосфата заливают 1000 мл теплой воды и помешивают до полного растворения).

После отчистки максимально тщательно и плотно подгоняем поверхности спаиваемых частей друг к другу. Это можно делать при помощи мелкозернистой наждачной бумаги, надфилей, полировальных кругов. Для этой цели мы используем фетровый полировальный круг. Зазор между стыками должен быть минимальным, только чтобы оставалось место для припоя, обычно в пределах от 0,025 до 0,1 мм, иначе не будет обеспечена прочность спая.

Для того чтобы снять внутренние напряжения в соединяемых деталях, оставшиеся после предшествовавшей обработки, соединяемые части подвергаем предварительному отжигупри температуре 600 ^оС с использованием бензиновой горелки с регулируемым фоном ГБ-1.

Затем производим сборку узлов под пайку. Сборка должна обеспечивать фиксацию взаимного положения деталей с требуемым зазором и поступление припоя в зазор.

В медальоне “Рыбья душа” пайкой изготавливается основание изделия, а также припаиваются детали шарнирного соединения.

Оловянистые бронзы паяются свинцовооловянными, меднофосфорными, серебряными и медноцинковыми припоями; при большом содержании олова в бронзе пайка последним припоем становится нежелательной из-за его высокой температуры плавления. Пайка оловянистых бронз может производиться любым процессом, при этом нагрев изделия следует производить постепенно, так как при быстром нагреве основной металл склонен к образованию трещин при высоких температурах (красноломкость).

Для пайки данного изделия используем оловянно-свинцовый припой ПОС61. Этот припой обладает лучшими технологическими свойствами температура его плавления (183 ^оС) намного ниже температуры плавления оловянистой бронзы БрОЦС4-4-2,5, из которой изготавливаем изделие (см. таблицу 1). В качестве флюса при пайке применяем борную кислоту и буру в различных сочетаниях (стандартные соотношения 1:1, 1:2, 2:1). Пайка производится при помощи бензиновой горелки с регулируемым фоном ГБ-1. Технические характеристики горелки указаны в таблице 15.

Таблица 15 – технические характеристики бензиновой горелки ГБ-1

Длина, мм	300
Ширина, мм	70
Высота, мм	22
Вес (Брутто)	0.300 кг
Температура пламени, °С.	до 1300
Диаметр сопла, мм.	16
Длина, мм	200
Входное отверстие под шланг, мм.	11

После пайки и отжига изделия необходимо подвергнуть травлению, чтобы очистить их поверхность от оксидной пленки и расплавленного флюса. В ювелирном производстве процесс травления – удаления с изделий остатков флюса и оксидов – называется отбеливанием.

Отбеливание выполняют с применением кислотостойких ванночек (стеклянных, фарфоровых) и специальных кислотных растворов. Ванночки с отбеливающими растворами устанавливают на нагревательные приборы, которые затем помещают в вытяжной шкаф серии ШВМ (шкаф вытяжной модульный) модели 900 ШВМк. При этом изделия погружают в отбел и извлекают обратно на кислотостойком сетчатом ковше или медными пинцетами. Отбеливающие растворы можно содержать также и в бытовых стеклянных банках, а отбеливание изделий производить в специальной с удлиненной ручкой медной ложке, подогревая набранный в ложку отбел на пламени горелки. Для проведения процесса отбеливания необходимы также промывочный (с проточной водой) бак и сушильный шкаф для промывки и сушки изделий или деталей. В нашем случае выбираем шкаф сушильный низкотемпературный SNOL модели SNOL 24/200. Размер рабочей камеры данного сушильного шкафа 300380200. Нельзя допускать попадания в отбеливающие растворы любых загрязняющих веществ и инородных металлов – в противном случае отбел становится непригодным к использованию; нельзя также завышать температуру отбела, чтобы не произошел рост зерна в металле и, как результат, изменение его механических свойств.

Для отбеливания изделия используем 15 % раствор серной кислоты, который является одним из самых применяемые на предприятиях ювелирной промышленности для очистки цветных сплавов. Рабочая температура отбела 60 – 70 °С. Изделие должно находиться в отбеле в течение 3 – 5 минут.

1.  

   1. Сборка

Медальон состоит из двух разъёмных частей: крышки и основания. Эти детали соединяются между собой посредством шарнирного соединения. Сборочный блок приобретается заранее. Он представляет собой трубку со штифтом. От сборочного блока при помощи лобзика отпиливается часть длиной 6 мм. Длина штифта должна быть немного больше длины трубки, чтобы потом его можно было расклепать. Внешний диаметр трубки равен 2 мм, а толщина её стенки – 0,5 мм. Приготовленную трубку распиливают на 3 равные части. И припаивают две крайние части трубки к основанию, а среднюю – к крышке. От того же сборочного блока отпиливаем ещё одну трубку длиной 8 мм и распиливаем её вдоль по всей длине. Она необходима для создания застёжки на верхней части медальона. Эту трубку припаиваем к крышке. Для этого применяют бензиновую горелку с регулируемым фоном ГБ-1. После пайки изделие отбеливают и зачищают места пайки от припоя. Торцы трубок полируются. После чего крышка и основание медальона совмещаются, и приготовленный штифт вставляют в трубки. Концы штифта расклёпываются при помощи металлической киянки на металлической подложке.

4.5 Контроль

Сборка является последней операцией изготовления медальона, но не последней операцией технологического процесса, который завершается контролем качества изделия. На данном заключительном этапе проверяется соответствие заявленным на чертеже размерам, шероховатость поверхности, масса изделия, качество паяного и исправность шарнирного соединений и т. д. Контроль проводится как внешним осмотром, так и с использованием специализированных инструментов.

При внешнем осмотре изделие осматривают невооруженным глазом на светлой поверхности при дневном свете или освещении лампы дневного света. При этом на поверхности изделия не должно быть вмятин, царапин, пятен, потертостей, ухудшающих внешний вид изделия.

В качестве специализированных измерительных инструментов и оборудования используют штангенциркуль, микрометр, микроскоп, профилометр, профилограф и др.

Маршрутная карта технологического процесса создания медальона «Рыбья душа» представлена в таблице 16.

Таблица 16 - Маршрутная карта технологического процесса создания медальона “Рыбья душа”

Наименование операции	Содержание операции	Оборудование	Инструменты и материалы
1	2	3	4
1. Раскрой листа на карты	Раскрой листа с учётом рационального расположение деталей на листе (ширина перемычек между вырубаемыми деталями – 1,3 мм, ширина перемычек по краям полосы – 1,7 мм)	Ножницы высечные модели НК4516, категория размещения 4 по ГОСТ 15150-69	Стальной угольник
2. Вырубка контура заготовки	Получение заготовки замкнутого контура требуемой конфигурации	Пресс однокривошипный открытый наклоняемый прямого действия с номинальным усилием 16 т (ГОСТ 4382-48)	Отрезной штамп
3. Пробивкаотверстий	Получение отверстий в детали нужной формы		Вырубной штамп
4. Чеканка	Получение одностороннего рельефного рисунка		Чеканный штамп
5. Гибка	Придание заготовке изогнутой формы	Гибочный пресс ERMAKSAN серии Micro-Bend1040	Гибочный штамп
6. Полирование	Удаление с поверхности металла микронеровностей, получение высо­кого класса чистоты и зеркальности поверх­ности (Ra = 0,01)	Подвесная бормашина компании BALKAN MOTOR	Круги для полирования (фетровый, матерчатый, нитяной), паста ГОИ (грубая № 4, средняя № 3, тонкая № 2, № 1)
7. Подготовка деталей к пайке:
7.1 Химическая очистка перед пайкой	Обработка раствором тринатрийфосфата		Раствор тринатрийфасфата(150 г тринатрийфосфата на 1000 мл) воды, химически стойкая посуда

Продолжение таблцы16

1	2	3	4
7.2 Подгонка поверхностей паяемых деталей друг к другу	Подгонка поверхностей заготовок, зазор – 0,025…0,1 мм	Подвесная бормашина компании BALKAN MOTOR	Фетровый полировальный круг
7.3 Предварительный отжиг	Температура нагрева – 600оС	Бензиновая горелка с регулируемым фоном ГБ-1, паяльный стол	Пинцет
7. 4 Отбеливание после отжига	Обработка 15 % раствором серной кислоты, температура – 60…70 °С, время – 3…5 мин, сушка при температуре 100…120 °С	Бензиновая горелка с регулируемым фоном ГБ-1, вытяжной шкаф серии ШВМ (шкаф вытяжной модульный) модели 900 ШВМк, шкаф сушильный низкотемпературный SNOL модели SNOL 24/200	Медный пинцет, кислотостойкая фарфоровая ванночка, промывочный бак с водой, 15 % раствор серной кислоты
7.5 Сборка узлов под пайку	Фиксация взаимного положения деталей с требуемым зазором (0,025…0,1 мм)		Пинцет
7. Пайка	Соединение боковых стенок и дна медальона без их расплавления посредством припоя при 183 оС	Бензиновая горелка с регулируемым фоном ГБ-1, стол для пайки	Оловянно-свинцовый припой ПОС61, флюс (1 часть борной кислоты к 2 частям буры), пинцет, емкость для флюса, бокорезы с победитовыми напайками (L-125 мм),
8. Очистка деталей после пайки	Обработка 15 % раствором серной кислоты, температура – 60…70 °С, время – 3…5 мин, сушка при температуре 100…120 °С	Бензиновая горелка с регулируемым фоном ГБ-1, вытяжной шкаф серии ШВМ (шкаф вытяжной модульный) модели 900 ШВМк, шкаф сушильный низкотемпературный SNOL модели SNOL 24/200	Медный пинцет, кислотостойкая фарфоровая ванночка, промывочный бак с водой, 15 % раствор серной кислоты

Окончание таблицы 16

1	2	3	4
9. Сборка:
9. 1 Распиловка сборочного блока на части	Получение трёх трубок, длиной 2 мм, одной – длиной 8 мм, распиливание последней вдоль по всей длине, получение штифта длиной 7,2 мм		Лобзик ювелирный, Лобзиковые пилки VALLORBE Glardon 3/0
9.2 Припаивание деталей соединения к изделию	Две крайние трубки паяются к нижней части основания, средняя – к крышке, распиленная трубка длиной 8 мм припаивается к верхней части основания	Бензиновая горелка с регулируемым фоном ГБ-1, стол для пайки	Оловянно-свинцовый припой ПОС61, флюс (1 часть борной кислоты к 2 частям буры), пинцет, емкость для флюса, кусачки по металлу,
9.3 Очистка деталей после пайки	Обработка 15 % раствором серной кислоты, температура – 60…70 °С, время – 3…5 мин, сушка при температуре 100…120 °С	Бензиновая горелка с регулируемым фоном ГБ-1, вытяжной шкаф серии ШВМ (шкаф вытяжной модульный) модели 900 ШВМк, шкаф сушильный низкотемпературный SNOL модели SNOL 24/200	Медный пинцет, кислотостойкая фарфоровая ванночка, промывочный бак с водой, 15 % раствор серной кислоты
9. Фиксация соединения	Вставка и расклёпка штифта		Металлической киянки, металлическая подложка
10. Контроль качества изделия	Проверяем соответствие формы, размера, веса, шероховатости поверхности, заявленным на чертеже, качество сварного и паяного соединений и т. д.	Микроскоп	Линейка, штангенциркуль, лекала, шаблоны, , микрометр, профилометр, металлические образцы шероховатости поверхности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовой работе был выполнен ряд задач. Изучена краткая история украшений, медальонов. Разработан художественный образ изделия. Рассмотрена возможность изготовления медальона из различных материалов. Исходя из сравнения физических, механических, технологических и эстетических свойств этих материалов был выбран наиболее подходящий вариант. Рассмотрено несколько технологий изготовления медальона. При выборе технологии производства был рассмотрен способ получения изделия литьём и способ обработки давлением. Исходя из конфигурации изделия, для этих способов были выбраны соответствующие методы производства, позволяющие получить заготовки нужной формы и размера при минимальном количестве затрачиваемого материала и требующие меньше времени на последующую обработку. Для литья – это литьё под давлением, для обработки давлением – листовая штамповка.

Для каждого метода был разработан технологический процесс, описаны все технологические операции, выбран инструмент и оборудование, необходимые для выполнения каждой отдельной операции. Указаны все недостатки и достоинства методов. Произведён экономический расчёт каждого технологического процесса. И на основе всех рассмотренных данных сделан окончательный выбор в пользу одного из них.

В завершении проекта составлена технологическая карта для производства медальона.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Медальон [Электронный ресурс] : [Википедия. Свободная энциклопедия] / Медальон. – Электрон. дан. – Режим доступа: URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%E5%E4%E0%EB%FC%EE%ED (12.04.2014)

2. Смирягин, А. П. Промышленные цветные металлы и сплавы: справочник /А. П. Смирягин, Н. А. Смирягина, А. В. Белова. – 3-е изд. – М.: Металлургия, 1974. – 488 с.

3. Мутылина, И. Н. Художественное материаловедение. Ювелирные сплавы: учебное пособие / И. Н. Мутылина. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2005. – 236 с.

4. Телесов, М. С. Изготовление и ремонт ювелирных изделий / М. С. Телесов, А. В. Ветров. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – 192 с.: ил.

5. Моргунов В. Н. Основы конструирования отливок. Параметры точности и припуски на механическую обработку: учеб. пособие / В. Н. Моргунов. – Пенза: Изд-во Пенз. Гос. ун-та, 2004. – 164 с.

6. Теплухин, Г. Н. Специальные виды литья: методические указания к лабораторной работе по материаловедению / Г. Н. Теплухин, В. Г. Теплухин, Н. Н. Ситов. – СПб: ГТУРП, 2012. – 15 с.

7. Проектирование штампов для холодной штамповки: руководящий технический материал. – Научно-исследовательский институт технологии и организации производства НИАТ, 1960. –298 с.

8. Марченков, В. И. Ювелирное дело: учеб. пособие / В. И. Марченков. – 2-е изд. – М.: Высш. Шк.,1984. – 192 с.

9. Высечные ножницы [Электронный ресурс] : [Официальный сайт компании ОАО Кувандыкский завод кузнечно-прессового оборудования] / Высечные ножницы. – Электрон. дан. – Режим доступа: URL: Ao-dolina.com/nojnitsi_visechnie_dlya_rezki_listovogo_metalla_model_nk4516.htm

10. Виды воска. Изготовление восковых моделей. [Электронный ресурс] : [Ювелирные технологии] / Виды воска. Изготовление восковых моделей. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://jtech.com.ua/article/view/id/341 URL (19.04.2014)

 

56

 

Код для цитирования: Скопировать