2. Средневековая технология металлообработки

К IX веку новой эры из металла изготавливалось множество изделий, в том числе оружие, лемехи для плугов, бороны, заступы, элементы конской сбруи, подковы, гвозди, расширился ассортимент посуды и ювелирных изделий (рис. 7). Но самое замечательное заключалось в том, что началось изготовление прочного, работоспособного стабильного инструмента для металлообработки - молотов, наковален, пробойников, зубил, клещей, ножниц. Все эти инструменты вполне мог изготовить кузнец.

Рис. 7. Серп и коса горбуша

Событием этого века следует считать изготовление первых трех- и четырехгранных стальных напильников и начало обработки ими металлов. Возникла обработка металлов резанием. Так или иначе, но появилось понятие припуска под обработку, появилось интуитивное понятие шероховатости поверхности обработки.

Напильники производились как в Западной Европе, так и на Руси. Технология их изготовления мало, чем отли-

чалась от современной. Режущая часть напильника получалась насечкой с использованием зубила и молотка.

Обработка резанием (опиловка напильником) существенно расширило возможности металлообработки, повысило точность изготовления изделий. Появились новые изделия, которые невозможно было изготовить только ковкой, например дверные замки. Появился слесарный метод.

В IX - XI веке в Западной Европе и на Руси началось изготовление и использование в работе различных сверл. Даже с позиций современности технология их изготовления достойна уважения. Форму сверлу придавали ковкой, затем сверло закаливали, затем затачивали. Производились сверла следующих видов: спиральные (типа бурав и свирель) и перовые. Это были праворежущие сверла, диаметром от 6 до 21 мм и длиной до 370 мм. В это время мастерам инструментальщикам уже была известна конструкция и технология изготовления многослойных сверл (рис. 8).

Такие сверла обладали способностью самозаточки. Сверло было трехслойным: твердая тонкая сердцевина, сваренная с мягкими стальными обкладками. В процессе работы мягкие обкладки стирались (изнашивались) и постоянно оголяли тонкий слой твердой стали, т.е. в процессе работы всегда сохранялся острый клин на лезвии сверла. Для изготовления таких многослойных сверл применялась кузнечная сварка.

В XII веке появились напильники с перекрестной насечкой, дававшие более качественную обработку.

В это же время западноевропейские и русские мастера достаточно широко применяли сверлильные и токарные устройства с ручным и ножным приводами. Подобные устройства использовались для обработки дерева, кости, металла. В токарных устройствах резец удерживался и перемещался руками. Уже в то время существовали различные типы резцов, напоминавшие современные проходные, от-

резные и, отчасти, фасонные. В токарных устройствах вращение придавалось заготовке, а в сверлильных устройствах - сверлу.

Сердцевина из твердой стали

Слой мягкой стали

Рис. 8. Многослойная конструкция

режущей части сверла

Развитию технологии обработки металлов способствовали два фундаментальных изобретения человечества: колесо и порох. Колесо получило распространение не только как важнейший элемент наземных транспортных средств, но и как важнейший элемент преобразования энергии движущейся воды в энергию вращающегося водяного колеса. После изобретения водяного колеса уже ничто не мешало создать водяную мельницу с приводом от него. Это дало источник дешевой энергии, позволившей применять энергию воды для различных видов обработки.

В XV веке токарные и сверлильные устройства были оснащены таким приводом. С этих пор можно говорить о рождении токарных и сверлильных станков.

Изобретение пороха вызвало к жизни огнестрельное

оружие, в первую очередь пушки (рис. 9). Первые металлические пушки выполнялись из меди, бронзы, чугуна и стали. Вначале выполнялась отливка пушки, как правило, в землю по деревянной модели (рис. 10), а затем сверление канала ствола и запального отверстия (рис. 11).

Рис. 9. Царь-пушка в Московском кремле

При всех своих достоинствах водяное колесо могло работать только при достаточном напоре воды, т. е. на реке, требовался каскад плотин для подъема уровня воды. К тому же техника того времени позволяла построить плотину далеко не на каждой реке. Поэтому в дополнение к водяным колесам появился конный привод сверлильных станков (рис. 11). Сверло зажималось воротком, а к рычагам припрягались кони, ходившие по кругу, обеспечивая процесс сверления. По аналогичной технологии производилось и ручное стрелковое оружие - пищали, мушкеты, ружья, которые вместе с пушками с точки зрения технологии имели одну общую особенность. Канал ствола представлял собой весьма глубокое отверстие сравнительно малого диаметра. В связи с этим были созданы сверла для глубокого сверления, впоследствии получившие название пушечных и ружейных. Конный привод стал также применяться в токарной обработке.

В XV - XVI веках началось изготовление метчиков трех- и четырехгранных. Существует интересная версия происхождения слова "метчик" как термина, обозначающего резьбонарезной инструмент. Идея винтовой нарезки на сопрягаемых деталях для их соединения существовала значительно ранее XV века. (т. е. идее резьбового соединения уже более 500 лет). Нарезка наружной части резьбы на токарном устройстве принципиальных затруднений не вызывала, а вот нарезка резьбы внутри отверстия вызывала трудности. Чаще всего брали кусок тонкой выделанной кожи с длиной одной стороны, равной длине окружности обрабатываемого отверстия (рис. 12).

Литейная форма

Рис. 10. Схема отливки пушки

В кожаном куске прорезали узкую щель - одну или несколько. Затем кожу сворачивали в трубку и помещали в отверстие детали. После этого кожаная трубка закручивалась и линейная прорезь превращалась в винтовую. По этой

винтовой прорези, как по копиру, вручную нарезалась резьба в отверстии. В зависимости от количества прорезей резьба могла быть одно- и многозаходной.

Рис. 11. Схема сверления ствола пушки

Рис. 12. Деталь и приспособление для нарезания

внутренней резьбы

Таким образом, нарезание резьбы происходило по "наметке" (по разметке). Отсюда термин "метчик". Заметим, что метчиками занимался еще Леонардо да Винчи. Кроме того, великим мастером был сконструирован и построен станок для насечки напильников (рис. 13). Следует так же отметить, что этот великий мастер эпохи Возрождения впервые занимался проблемами эргономики. Для его машин и механизмов характерно полное слияние формы и содержания, эстетического и функционального, и красота формы его машин заложена в самой их конструкции и соразмерности всех частей.

Рис. 13. Станок конструкции Леонардо да Винчи

В целом к концу XVI века человечеством были освоены основные методы выплавки металлов, литья, холодной и горячей ковки, чеканки. Заложены основы обработки резанием, в том числе гравировки по металлу, опиловки напильниками, сверления, нарезания резьбы, шлифования и токарной обработки. Созданы работающие образцы сверлильных станков. Созданы вполне работающие инструменты - сверла, резцы, напильники, метчики. В качестве абразивного инструмента применялись природные обработанные камни, обладавшие шлифовальными свойствами.

К XVI веку сверлильные и токарные станки достигли универсальных механизмов, с помощью которых производились различные изделия, в том числе стволов огнестрельного оружия, цилиндров насосов и воздуходувок. К сверлению добавилась операция рассверливания.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные орудия обработки в средние века

2. Какими устройствами и механизмами пользовались для обработки материалов в средние века.