Применение лазерной резки для изготовления корпуса хомуса (варган) из листовой стали

Научная библиотека Комментариев к записи Применение лазерной резки для изготовления корпуса хомуса (варган) из листовой стали нет

М.П. Лебедев, С.Н. Махарова, С.П. Яковлева, А.Р. , Александров, Институт физико-технических проблем Севера СО РАН, г. Якутск и Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск // НАУКА И  ОБРАЗОВАНИЕ, Издательство: Государственное учреждение Академия наук Республики Саха (Якутия) (Якутск), ISSN: 2073-8129, Номер: 1 (77) Год: 2015 Страницы: 70-74, УДК: 621.785:621.947.2

АННОТАЦИЯ:

Представлен запланированный цикл статей, посвященных материаловедческим исследованиям металлических изделий современной национальной культуры, а также орудий труда, предметов вооружения и быта, изготовленных в прошлом местными кузнецами. Эти исследования проводятся в порядке оказания технической помощи народным мастерам, краеведам, исследователям металлургической культуры якутов. Якутские хомусы пользуются особой популярностью, и возникает необходимость серийного выпуска качественных «певучих» хомусов с использованием современных технологий металлообработки. В связи с этим в данной работе рассмотрены металловедческие аспекты применения лазерной резки для ускорения процесса изготовления заготовки корпуса хомуса. Исследовано влияние лазерной резки на структуру металла корпуса хомуса. Проведен сравнительный анализ изменения микроструктуры и микротвердости у поверхности реза металла корпуса хомуса после лазерной и механической резки. Определена толщина зоны лазерного воздействия. Установлено, что для резки заготовок корпуса хомусов можно использовать лазерную резку, обеспечивающую высокую производительность процесса в сочетании с высоким качеством поверхностей реза.

Описание на английском:
The present work opens a planned series of articles devoted to materials research of metal products of modern national culture, instruments of work, weapons and household items made in the past by local blacksmiths. These studies are conducted in order to provide technical assistance to national masters, local historians, researchers of a metallurgical culture of the Yakuts. Yakut khomuses are very popular and there is a need of serial production of quality «melodious» khomuses using modern technologies of metal processing. In this context, this paper discusses metallography aspects of the application of laser cutting to accelerate a process of manufacturing a workpiece of khomus body. Influence of laser cutting on metal structure of khomus body was investigated. A comparative analysis of changes in the microstructure and microhardness of a cut surface of metallic khomus body after laser and mechanical cutting is conducted. The thickness of a laser affected zone is defined. It is established that for cutting workpieces of khomus body it is possible to use a laser cutting, which provides high efficiency of the process in combination with high quality of cut surfaces.

В настоящее время наблюдается повышенный интерес к якутской хомусной музыке, по мнению знатоков варганного искусства, лучшими в мире считаются якутские хомусы. В связи с этим якутские хомусы пользуются особой популярностью, и остро стоит вопрос об увеличении количества качественных «певучих» инструментов, т.е. речь идёт о необходимости серийного выпуска хомусов с использованием современных технологий металлообработки.
В данный момент продолжаются работы по усовершенствованию технологических процессов изготовления хомуса, в частности, по ускорению процесса изготовления заготовки корпуса хомуса с помощью лазерной резки. Однако внедрение этой технологии в процессе изготовления хомуса требует проведения предварительного комплекса исследования влияния воздействия лазерного луча на структуру материала, подвергаемого лазерной резке. В связи с этим целью данной работы явилось исследование влияния лазерной резки на структуру металла корпуса хомуса в зоне реза.

Материал и методы исследования.

Объект исследования – заготовка корпуса хомуса (варгана), изготовленная народным мастером И.Н. Готовцевым по разработанной им станочной технологии с применением лазерной резки. Лазерная резка заготовок корпуса хомуса проведена на автоматизированном лазерном технологическом комплексе Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН.
На рис. 2 показана заготовка корпуса хомуса, изготовленная лазерной резкой, штриховыми линиями отмечены области вырезки образцов для металлографических исследований. Стрелкой показано место механического реза пилойножовкой, выполненного для проведения сравнительного анализа изменений структуры металла в результате воздействия лазера и традиционного способа подготовки корпусов хомусов.
Для исследования микроструктуры были изготовлены поперечные шлифы – образцы разрезали перпендикулярно поверхности реза. При подготовке поперечных шлифов во избежание «заваливания» наружной и внутренней кромок
образцов при шлифовании и полировании, все они были установлены в полые цилиндрические «державки» и залиты сплавом Вуда. Далее шлифование проводили на наждачной бумаге в порядке убывания зернистости, полирование – алмазной пастой Составляющие структуры выявляли травлением в 4%-ном спиртовом растворе азотной кислоты.
Для определения химического состава листового металла использован спектрометр «Foundry-master».
Среднее значение содержания химических элементов получено по результатам трех измерений.

Изучение микроструктуры проведено методами оптической микроскопии с помощью металлографических микроскопов «Neophot-32» и «Axio Observer D1». Значения микротвердости замерены на приборе «ПМТ-3М» при нагрузке на индентор 0,5 Н и времени выдержки 10 с.

Результаты и обсуждение. Химический состав металла. В таблице представлены результаты спектрального анализа металла хомуса, представляющего собой углеродистую сталь обыкновенного качества марки Ст3сп (также приведен состав этой стали по ГОСТ 380-94). Рис. 2. Схема вырезки образцов: пунктирной линией отмечены места вырезки образцов для исследований; стрелкой – место механического реза (ножовочным полотном) Сталь углеродистая обыкновенного качества выпускается в виде проката (прутки, балки, листы, трубы и т.п.). Сталь марки Ст3сп широко применяется в строительстве для изготовления металлоконструкций.
Микроструктура и глубина зоны воздействия лазера. Основная структура корпуса хомуса имеет обычное для стали Ст3 ферритно-перлитное строение, размер зерна соответствует 7–8 баллам, микротвердость ~1510 МПа.

При лазерной резке поверхностный слой металла практически мгновенно нагревается и столь же мгновенно охлаждается, что приводит к возникновению в приповерхностной зоне закалочных структур повышенной твердости (до 3570 МПа); далее располагается мелкозернистая зона, переходящая в зону основной структуры металла корпуса (рис. 3, а). Глубина зоны воздействия лазера ~ 0,5 мм.

Микроструктура металла хомуса при механическом способе резки не претерпевает существенных изменений (рис. 3,б), что подтверждается значениями микротвердости, которая у поверхности реза и по глубине образца сохраняется неизменной и составляет ~1510 МПа.

Поверхности реза.
Поверхность лазерного реза корпуса хомуса имеет обычную для этого вида металлообработки чётко выраженную и относительно равномерную бороздчатую структуру (рис. 4), что свойственно лазерной резке 
на невысокой скорости (менее 2,5 м/мин). При увеличении скорости лазера линия реза получается более гладкой и ровной.

Как уже отмечалось выше, лазерная резка позволяет получать достаточно чистые кромки реза, т.е. не требуется дополнительная обработка его поверхности. В результате общий цикл изготовления корпуса хомуса значительно сокращается.

Выводы
Исследованный корпус хомуса, при изготовлении которого применена контурная лазерная резка, выполнен из углеродистой стали марки Ст3сп. Размер зерна стали соответствует 7–8 баллам, микротвердость ≈ 1510 МПа.
При механической резке ножовочным полотном заметных структурных изменений металла заготовок корпуса хомуса не выявлено, что подтверждается значениями микротвердости: микротвердость у поверхности реза и по глубине образца сохраняется неизменной, составляя 1510 МПа.

В отличие от механического способа изготовления корпуса хомуса, при использовании лазерной технологии у поверхности лазерного реза образуются закалочные структуры повышенной твердости: микротвердость этих участков более чем в 2 раза выше исходной (3570 МПа против 1510 МПа). При использованном режиме лазерной резки заготовок корпуса хомусов глубина зоны воздействия лазера составила ~ 0,5 мм.

Таким образом, предложенная народным мастером И.Н. Готовцевым станочная технология изготовления корпусов хомусов с применением контурной лазерной резки обеспечила получение поверхностей реза достаточного качества в сочетании с высокой производительностью технологического процесса. Вопрос оценки акустических качеств – влияет ли упрочнение контура корпуса при лазерной резке на звучание хомуса? – остается открытым для обсуждения самими мастерами-изготовителями и исполнителями -импровизаторами.

Полное содержание статьи: http://no.ysn.ru/attachments/article/1412/12_%D0%9B%D0%B5%D0%B1%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%B2%2070-74.pdf

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top