Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ПРЕДИСЛОВИЕ
Тысячи лет назад люди открыли металлургию, создали разнообразные способы обработки металлов и сплавов, воплощая их в жизненно необходимые им орудия труда, оружие, предметы домашнего обихода и высокохудожественные произведения прикладного искусства.
Металлические орудия труда ускорили социальный прогресс человеческого общества. Именно в эпоху раннего металла возникают на рубеже IV—III тыс. до. н.э. древневосточные государства, ускорившие процесс распространения металлургии. Металл становится важнейшим фактором технического и культурного развития древних цивилизаций. Появившиеся вначале медные и бронзовые орудия труда, с которых собственно и начался процесс замены каменных орудий труда металлическими, однако еще не могли оказать большого влияния на хозяйственную сторону жизни первобьпного общества. Лишь с освоением на рубеже П-1 тыс. до н.э. способов выплавки железа из руд и появлением железных орудий труда и оружия происходят коренные изменения в технике, средствах труда обеспечивших господство рабовладельческого способа производства во всемирно-историческом масштабе.
История становления и развития металлургии неразрывно связана со способами и процессами обработки металлов давлением, зарождение которых относится к появлению первых металлических изделий на земле. Наиболее ранним и важнейшим способом была ковка, появление которой совпало с периодом перехода человечества от каменного века к бронзовому. Ковка была первым процессом, которым люди начали пользоваться для обработки самородной меди до того, как была освоена выплавка ее из руды. Этот вид обработки служил первобытным металлургам единственным и надежным средством повышения твердости меди путем ее нагартовки ковкой, что оказало большое влияние на повышение механической прочности и твердости орудий труда и оружия.
К числу древнейших способов обработки металлов давлением относятся также штамповка и волочение металлов, получивших широкое распространение еще в период рабовладельческого способа производства.
Эти первые способы обработки металлов давлением непрерывно совершенствовались. На их основе создавались ковочные молоты, чеканочные и штамповочные машины, волочильные станы, все более широко распространявшиеся в различных областях материального производства. С накоплением технических знаний и производственного опыта, изобретательная мысль неустанно работала над созданием новых способов и процессов
обработки металлов давлением. В результате, в период мануфактуры появился высокоэффективный процесс прокатки металлов, ставший в условиях машинно-фабричного производства одним из основных в металлургической и металлообрабатывающей технологии. Крупным техническим новшеством явилось изобретение способа прессования металлов, получившего широкое распространение в обработке металлов со второй половины XIX в.
Необходимо подчеркнуть, что все названные выше способы обработки металлов давлением, в том числе древнейшие из них не потеряли своего практического значения до сих пор. Более того, по мере развития науки и техники они непрерывно совершенствуются и воплощаются в новейших технических средствах, мощных машинах и оборудовании, оснащенных, как правило, системами комплексной механизации и автоматизации, находящихся на вооружении в металлургической и машиностроительной промышленности.
В настоящее время большая часть выплавляемых черных и цветных металлов и их сплавов используется в народном хозяйстве в виде полуфабрикатов и изделий, изготовляемых с помощью способов обработки металлов давлением. Основными из них являются прокатка, ковка, штамповка, волочение, прессование и чеканка, занявшие важное место, в истории материальной культуры и современном производстве. Обработка металлов давлением - комплекс технологических процессов, основанных на пластических свойствах металлов и их сплавов, под которыми понимается способность твердого тела необратимо изменять свою форму и размеры без разрушения.
Значение обработки металлов давлением в современной технике и промышленности видно на примере прокатного производства, перерабатывающего в различные виды полуфабрикатов и изделий более 4/5 всей производимой в развитых странах стали. Напомним, что мировое производство стали составило в 1988 году около 720 млн. т. По мере наращивания мощностей, дальнейшего развития техники прокатного производства доля катаной стали будет непрерывно возрастать. Прокаткой изготовляется широкая номенклатура изделий - горяче- и холоднокатаный лист, сортовой прокат, катаные трубы, толстые сорта проволоки, разнообразные детали для машин и механизмов - колеса, шары, кольца, профили переменного сечения. Стальной лист широко применяется в автомобилестроении, вагоностроении, аппаратостроении, кораблестроении, станкостроении, строительной индустрии.
Катаные листы, прессованные и волоченые профили и трубы из алюминиевых, магниевых, титановых и бериллиевых сплавов являются основой конструкций летательных аппаратов, специальных видов машин и сооружений. Волоченые изделия широко применяются в машиностроении, приборостроении, электротехнике, электронике и химической промышленности. Чеканка - широкораспространенный способ обработки металлов, на котором основывается монетное производство. Сейчас даже трудно назвать область материального производства, в которой не применялись бы катаные, кованые, штампованные, пресованные и волоченые пол - фабрикаты и изделия из черных и цветных металлов.
Широкое распространение процессов обработки металлов давлением
обусловлено их высокой производительностью, экономичностью, возможностью получать изделия, отличающиеся точностью заданных геометрических форм и размеров. При обработке давлением, в процессе пластической деформации улучшается структура литого металла, повышаются прочностные свойства изделий, что имеет большое значение для создания более надежных и долговечных машин, механизмов и оборудования и других технических средств. Обработка металлов давлением имеет неоспоримые преимущества перед обработкой металлов резанием, так как в процессе пластической деформации изделие приобретает форму и размеры, близкие к искомому продукту. В результате отпадает необходимость в дальнейшей обработке резанием, сопровождаемой потерей большого количества металла на стружку.
”В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года” подчеркнута необходимость всемерного развития новой техники и технологии в металлургии и машиностроении, обеспечения глубоких качественных изменений в отраслях, производящих прогрессивные конструкционные материалы, увеличения выпуска продукции машиностроения и металлообработки. В целях технического перевооружения машиностроения предусматриваются: значительное увеличение выпуска новых видов эффективного прокатного, кузнечно-прессового оборудования и других машин, определяющих производство уникальных станков и прессов, гибких производственных систем металлообработки, в том числе оборудования для листовой и объемной штамповки, оснащенных системами числового программного управления 1.
Современные металлообрабатывающие цехи и заводы представляют высокоразвитые с научно-технической точки зрения предприятия, оснащенные механизированными и автоматизированными производствами, наличием высокопроизводительного оборудования и непрерывными технологическими линиями. Передовая научно-техническая и изобретательная мысль находится в постоянном поступательном движении и поисках, связанных с разработкой новых технологических процессов, прогрессивных конструкций машин и оборудования, совершенствованием и обновлением производства. Многовековая история металлургии и обработки металлов давлением — неоценимое сокровище, кладезь научно-технических идей, изобретений конструкторских разработок и технологических решений, принадлежащих нашим талантливым и трудолюбивым предшественникам, народам разных стран и эпох. Изучение научно-технического наследия имеет не только историческую, но и большую практическую значимость, давая возможность на основе тщательного и глубокого историко-технического анализа выявить главные закономерности и тенденции развития техники. В историческом арсенале металлургии и обработки металлов давлением, как и в ДРугих древнейших областях техники, можно отыскать множество нереализованных технических предложений и даже гениальных предвидений, опередивших свое время. Выявление таких нереализованных идей и решений, в том числе отраженных в патентах, привилегиях, авторских свиде-
Основные направления экономического и социального развития СССР иа 1986- 1"90гг. и на период до 2000г. М.: Политиздат, 1986. С 32—33.
тельствах и архивных. документах, представляет определенную ценность для решения целого ряда современных научно-технических проблем в области обработки металлов давлением.
В книге воссоздана общая картина технического прогресса в обработке металлов давлением с древнейших времен до наших дней, показаны пути и особенности формирования и развития отдельных технических средств и процессов на определенных исторических этапах развития общественного производства.
Развитие техники обработки металлов давлением рассматривается в рамках четырех основных периодов. В основу периодизации положены качественные сдвиги в развитии техники обработки металлов давлением. Каждому историческому этапу посвящена соответствующая глава книги.
Глава I, характеризующая ранний этап развития техники обработки металлов давлением, охватывает период с древнейших времен до XV в. Показано становление древней металлургии и металлообработки, в развитии которой важнейшая роль принадлежала процессу ковки. Рассматриваются также проблемы формирования техники чеканки и волочения, широко применяемые в различных отраслях производства. Техника обработки основывалась в этот период исключительно на использовании ручного труда.
В главе II рассматривается развитие техники обработки металлов давлением в условиях становления мануфактурного производства до первой промышленной революции (XV в. — конец XVIII в.). В этот период происходят значительные качественные изменения в развитии техники ковки, штамповки, волочения и чеканки металлов, обусловленные как совершенствованием самих способов и техники обработки металлов, так и широким использованием для привода оборудования вододействующих двигателей. Крупнейшим техническим новшеством в области обработки металлов давлением в этот период было изобретение принципиального нового способа обработки металла — прокатки.
Глава III посвящена развитию техники обработки металлов давлением с конца XVIII в. до последней трети XIX в. Этот период, характеризующийся становлением капиталистического машинно-фабричного производства, отличается большими качественными сдвигами в металлургии и обработке металлов давлением. Под влиянием прогресса машиностроения, паровой энергетики техника обработки металлов давлением получила в этот период широкие возможности для дальнейшего совершенствования. Период характеризуется строительством крупных промышленных предприятий, созданием мощного технологического оборудования, совершенствованием технологии. Период примечателен также изобретением нового способа обработки металлов давлением — прессования, развитие которого внесло крупные изменения в структуру кузнечно-штамповочного производства и подняло технологию на качественно новый уровень.
Глава IV характеризует основные технические преобразования в обработке металлов давлением в период с 70-х годов XIX в. до наших дней. Раскрыты крупные технические сдвиги в металлургии и обработке металлов давлением под влиянием современной научно-технической революции. Показаны, в частности, основные направления преобразований в области обработки металлов давлением в результате создания высокопроизводи-
тельных прокатных станов, кузнечно-прессовых и волочильных машин, проанализированы основные тенденции развития прогрессивных технологий, в частности, непрерывных и высокоскоростных процессов. Отражен вклад отечественных и зарубежных ученых, специалистов и изобретателей в развитие техники и технологии обработки металлов давлением.
При подготовке книги использован широкий круг источников и литературы: труды классиков марксизма-ленинизма; работы отечественных и зарубежных археологов и историков техники; отечественная и иностранная научная монографическая литература по истории металлургии и обработке металлов, а также периодические издания, обобщающие труды по истории техники, изданные в СССР и за рубежом, работы видных ученых — металлургов и специалистов. Проведены исследования фондов ряда центральных и ведомственных архивов. Впервые вовлечены в научный оборот новые архивные документы, освещающие вклад отдельных ученых, научно-исследовательских институтов и промышленных предприятий в развитие техники обработки металлов давлением. В работе использованы также патентные материалы, выявленные в фондах Всесоюзной патентной научно-технической библиотеки.
Автор выражает искреннюю признательность ответственному редактору книги, академику И.Н. Фридляндеру, рецензентам — доктору технических наук Н.И. Корягину и кандидату технических наук А.С. Федорову, высказавшим ценные рекомендации при подготовке работы к изданию.
ГЛАВА 1
ЗАРОЖДЕНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ ТЕХНИКИОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ(с древнейших времен до XV в.)
ОТКРЫТИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛОВ.
РАЗВИТИЕ МЕТАЛЛУРГИИ И МЕТАЛЛООБРАБОТКИ
С металлом человек ознакомился еще на поздней стадии первобытнообщинного строя — энеолита, переходного периода от каменного (неолит) века к бронзовому. Энеолиту было присуще еще широкое использование каменных орудий труда и спорадическое применение первых медных орудий труда.
Наряду с медью древним народам было известно золото, желтая окраска которого, по выражению К. Маркса, ’’должна была привлечь внимание самого нецивилизованного человека, в то время как другие вещества, также попадавшиеся ему на пути, ничем не могли возбудить его едва проснувшейся способности наблюдения”.
До сих пор среди исследователей нет единого мнения о том, какой из указанных металлов стал раньше известен человеку. Археологическая наука, сделавшая в последние десятилетия много новых открытий, значительно расширила наши представления о раннем периоде истории освоения металлов и развитии металлургии [1—4]. Обобщая имеющиеся данные можно констатировать, что знакомство человека с медью и золотом имеет глубокую историю, уходящую своими корнями в энеолит, а по некоторым новейшим данным может быть отнесено к периоду позднего неолита.
Применение новейших методов исследования памятников материальной культуры древности Ближнего Востока, Азии и Западной Европы дало возможность теперь датировать начало применения металлов не '’—IV тыс. до н.э., как считали ранее, а VIII—VII тыс. до н.э. Так, с помощью радиоуглеродного метода исследования медных предметов (бусы, четырехгранное шило, проволочные булавки) из раскопок холма Чайону-Тепези (в Анатолии близ турецкого города Эргани) было установлено, что они относятся к VIII тыс. до н.э. [5, с. 12], Там же, в Анатолии, в слоях неолитического поселения Чатал-Гуюк в долине р. Конья найдены бусины, колечки и привески из меди и свинца второй половины VII тыс. до н.э. [5, с. 11].
Известны и другие находки металлических предметов, в частности, на территории Ирана и Ирака, относящиеся к VII—V тыс. до н.э. Небольшие медные предметы найдены к востоку от долины р. Конья, в верховьях
р. Тигр. Недалеко от этого поселения находилось месторождение медной руды, которое разрабатывалось и позже, во II тыс. до н.э., хеттами. Предполагают, что с этого месторождения металл (руда) поступал в Чатал-Гуюк. Известны также находки медных предметов на древнем поселении Сиалк в Иране, датируемые VI—V тыс. до н.э. [1, с. 38-39; 6, с. 22-27],
В Египте медь стали применять в V—IV тыс. до н.э., т.е. в додинастичес- кий период. К числу наиболее древних предметов этого периода относятся небольшие изделия - бусы, сверла, булавки, браслеты, маленькие долота, кольца, наконечники гарпунов, иглы и т.п. Но к концу додинастического периода медь была широко распространена в Египте, как материал, из которого изготавливали тяжелые топоры, тесла, долота, ножи, кинжалы, копья, хозяйственную утварь (кувшины, тазы и др.). К первой династии (3400 г. до н.э.) относятся найденные в гробнице Джера в Саккаре многочисленные медные предметы: 121 нож, 7 пил, 68 сосудов, 32 шила, 262 иглы, 11 пробойников, 79 долот, 75 прямоугольных пластинок, 102 тесла и 75 мотыг [7, с. 317].
Последними исследованиями советских археологов и историков внесены существенные коррективы в датировку зарождения древней металлургии на территории СССР. В результате раскопок в Армении, в поселении Техута близ Эчмиадзина найдены металлические предметы V — начала IV тыс. до н.э. Интересные открытия сделаны в Азербайджане, где обнаружены металлические предметы, относящиеся к IV тыс. до н.э. [5, с. 10].
Известны также древние металлургические районы в Западной и Центральной Европе. Например, в Болгарии открыты медные выработки Ан-бу- нара, относящиеся к IV тыс. до н.э. [1, с. 39].
Ранняя история применения металлов, зарождение металлургии таят, конечно, еще много секретов и загадок. Предполагают, что в поисках кремня, лучшего материала для изготовления каменных топоров, наконечников стрел и других орудий труда, человек мог случайно найти кусок самородной меди, месторождения которой издавна известны в различных районах земного шара. Она встречается на территории СССР (Урал, Алтай, Армения, Азербайджан, Киргизия), Западной Европы (Англия, Швеция), Австралии, Индии, Перу, США, Чили и ряде других стран [8, с. 7].
Применяя к меди уже известные способы обработки камня, в ней были обнаружены совершенно новые свойства. При ударе каменного молота ’’камень” самородной меди не раскалывался на куски, как кремень, а менял свою форму и делался тверже. Так могла начаться история холодной обработки самородного металла, предвестника зарождения древней металлургии,
В процессе освоения самородной меди, люди открыли возможность плавления металла. Кусок найденной самородной меди (или руды, содержащей медь), попавший в огонь костра, мог привести человека к внезапному открытию и обнаружению у меди способности становиться мягкой и менять свою форму при нагревании. Новый материал оказался ценным Для изготовления топоров, наконечников стрел и копий, мотыг, ножей и других орудий труда и быта. Он стал универсальным материалом, пригодным для производства разнообразных изделий, которые из камня сделать было невозможно (проволока, булавки, гвозди).
В последние годы учеными и исследователями сделано немало важ- 9
ных открытий, связанных с изучением химического состава и способов выплавки и обработки металлов в древности.
Найдено, в частности, что самородная медь, как правило, не является чистым металлом. Так, в различных образцах кавказской меди в небольших количествах обнаружены никель, цинк, железо, серебро и олово. Иногда встречаются самородки меди, содержащие до 1 мае. % мышьяка.
Многие изделия, найденные при раскопках, .изготовлены не из чистой меди, а из сплавов меди с другими металлами и неметаллами, что обусловлено характерными для каждого металлоносного района природными физико-химическими условиями процессов рудообразования. Так, в древнейших медных предметах из Средней Азии, в металле часто содержится естественная примесь - свинец. Не случайно, что древние мастера, превращая куски этого естественного медно-свинцового сплава в изделия, научились выбирать наиболее рациональные режимы отжига и механической обработки. Растворимость свинца в расплавленной меди очень ограниченная. При сплавлении с медью свинец располагается по границам зерен. Такой металл обычно разрушается (обладает красноломкостью) при механической обработке, если температура отжига, применяемого для снятия наклепа, превысит температуру плавления свинца (327° С). Эта особенность меди (медно-свинцового сплава) была известна древним ремесленникам, которые обрабатывали металл при определенных температурных режимах.
Подлинное развитие металлургии началось лишь после того, как человек научился выплавлять металлы из руд. Выплавка меди заняла в системе древнейших металлургических производств особое место. Медь и ее сплавы - первые металлы, получившие распространение в качестве материала орудий труда, предметов домашнего обихода и оружия. В уже упоминавшемся древнейшем поселении VII тыс. до н.э. Чатал-Гуюк в Анатолии существовала выплавка меди из руды. Такие выводы сделали исследователи на основании обнаруженных в одном из жилищ этого поселения шлаков, получающихся от плавки медной руды [5, с. 11].*
Высокого уровня достигла металлургия и металлообработка в Древнем Египте. Об этом свидетельствуют находки древних рудников с остатками рудничных поселков и древних шлаковых отвалов. Кроме того, сохранились наскальные надписи, оставленные египтянами вблизи рудников. Так, в Магхара на Синае обнаружены остатки горняцких поселений эпохи Древнего царства 2980—2900 гг. до н.э. Здесь найдено большое количество медного шлака и отходов от плавки, куски медной руды, множество сломанных тиглей [7, с. 320-321].
Переход от энеолита к бронзовому веку сопровождался непрерывным качественным обновлением материально-технической базы производства. На смену медным орудиям труда в передовых культурных центрах пришли бронзовые орудия, отличающиеся значительно более высокой прочностью и твердостью, эксплуатационной стойкостью. Бронза получила широкое распространение как более эффективный, по сравнению с медью Материал, применение которого для изготовления орудий труда и оружия сделало возможным дальнейшее развитие земледелия и ремесел.
Переход от меди к бронзе происходил по мере развития мастерства металлургов-ремесленников, накопления опыта в выплавке металлов и
их механической обработке. Как уже отмечалось, древние металлурги, обрабатывая куски самородной меди, во многих случаях имели дело не с чистой медью, а с ее сплавами [5, с. 15]. Да и медь, выплавленная из руды, обычно содержала различные примеси других металлов (и неметаллов) , оказывающих существенное влияние на ее литейные и механические свойства. Эффект изменения свойств выплавленной меди под влиянием примесей был давно подмечен древними металлургами, которые успешно воплощали на практике свои наблюдения и опыт, изготавливая из медных сплавов изделия первой необходимости и всевозможные украшения.
Наиболее древние очаги металлургии бронзы существовали в Азии. Здесь с IV тыс. до н.э. началось развитие крупнейших культурных центров Древнего Востока. Ведущими из них в это время являлись Месопотамия, на территории которой с III тыс. до н.э. возникают города Аккад и Ур, затем Элам, Египет, Сирия, долина Инда (города Хараппа, Мохенджо-Даро, Калибанган) и другие. Эти высокоразвитые города и государства вели оживленную торговлю с народами Средиземноморья, Средней Азии и Закавказья.
Кавказ был крупнейшим металлургическим районом Евразии и поставлял медные изделия не только в Месопотамию и другие районы Ближнего Востока, но также и в степные районы Восточной Европы [7; 9-10].
До последнего времени существовало мнение, что первыми и наиболее распространенными медными сплавами были медно-оловянные бронзы, с которыми неразрывно связываются представления о материально-технической основе эпохи бронзы.
Последние работы советских и зарубежных ученых позволили внести существенные коррективы в этот вопрос. Установлено, что наряду с оловянной бронзой в древности умели выплавлять и некоторые другие виды бронз, в том числе мышьяковые и мышьяковоникелевые. Оловянные бронзы, как показали работы Лаборатории археологической технологии Института истории АН АзССР в Баку, не были первым и единственным медным сплавом в эпоху бронзового века. Оловянным бронзам предшествовали бронзы мышьяковые, появление которых датируют V тыс. до н.э. Это замечательное открытие сделано на основании химических и спектральных исследований металлических предметов, обнаруженных археологами на Кавказе. Изделия из мышьяковой бронзы распространялись с Кавказа не только в районах Ближнего Востока, но также на европейском континенте.
Мышьяковая бронза изготовлялась на Кавказе до середины II тыс. до н.э., затем ее производство стало падать. Наиболее распространенным материалом здесь становится оловянная бронза, с которой собственно и связывается материальная культура бронзового века.
Оловянная бронза появилась в отдельных районах Северного Кавказа и Закавказья в конце III тыс. до н.э. Предметы из оловянной бронзы, датируемые III тыс. до н.з., находят в Ираке, Турции, Иране, Индии. В Центральной Европе она стала распространяться во II тыс. до н.з. [5, с. 60-61; 7, с. 343].
Во II тыс. до н.э. наряду с оловянной бронзой древние металлурги владели искусством создания и других медных сплавов. Им были извест- Ны сплавы меди со свинцом, цинком и сурьмой и даже тройные сплавы,
системы медь—мышьяк—никель, медь—мышьяк—сурьма. Известны бронзовые изделия, содержащие в своем составе кроме олова также кобальт, серебро и даже золото.
Наряду с развитием способов получения металлов из руд, созданием новых металлических сплавов, совершенствовались процессы литья и обработки металлов. Литейное дело достигло в древности высокого мастерства. Металл плавили в глиняных тиглях и разливали в формы из песка, камня и дерева. Сначала использовали открытые, а затем и закрытые створчатые формы. В них отливали орудия труда, инструменты и предметы быта.
Замечательным достижением древних металлургов явилось создание способа отливки художественных изделий по восковой модели. Модель изготовляли из воска, на которую слоями наносили тонкоотмученную глину до тех пор, пока глиняная стенка не становилась прочной. Затем из глиняной формы (через оставленные отверстия) вытапливался воск. После этого в форму заливался жидкий металл. Остывшую глиняную форму разрушали и извлекали художественную отливку.
С древней металлургией неразрывно связана история золота и серебра. Мастера древности знали способы получения сплавов этих благородных металлов, которые широко применялись для изготовления ювелирных изделий. Археологические исследования показывают, что ранние хронологические рамки применения золота датируются V—IV тыс. до н.э. Ремесленники-металлурги и металлообработчики Древнего Египта, Месопотамии и районов, расположенных на территории Китая, Индии и других стран, вла7 дели техникой добычи, плавки и обработки благородных металлов.
В Древнем Египте предметы из золота были в обиходе еще в додинасти- ческий период (5000—3400 лет до н.э.). Золото добывалось из аллювиальных россыпей и из твердых кварцевых пород. Археологи насчитывают в Египте не менее 100 древних разработок золота. Немало золота поступало и из других стран. По добыче и применению золота, распространению ювелирных изделий и других художественных предметов золотообрабатывающего производства Египет занимал ведущее положение в странах Древнего Востока [7, с. 351—352], Современники фараонов увековечили это в своих рукописях, а археология предоставила нам возможность судить об уровне древней культуры и ремесел Египта на основании многочисленных находок вещественных памятников прошлого.
Из древнейших находок до нас дошли разнообразные предметы ремесленного производства IV—III тыс. до н.э., в том числе золотые браслеты, искусно сделанные из золота фигурки птиц (например, голова ястреба из могилы царицы Хетепхерес), золотая фольга и т.п. [7, с, 359],
В 1922 г. в ’’Долине царей”, на западном берегу Нила в 450 км от Каира, была открыта гробница фараона Тутанхамона (ок. 1400 - ок. 1392 гг. до н.э.), изумившая мир своим богатством [13], Золотой гроб Тутанхамона, в котором находилась мумия фараона, был изготовлен из листового золота толщиной 2,5—3,5 мм, имел длину 184 см и весил 110,4 кг. Снаружи и внутри он был покрыт художественной резьбой [7; 11 —13],
Сохранилась изготовленная на папирусе карта, изображающая золотоносный район в восточной пустыне Египта. Карта относится к правлению фараона Сети I (ок. 1337-1317 гг. до н.э.) [7, с, 356].
12
Способы добычи золота в Древнем Египте описал греческий писатель II в. до н.э, Агатархид, посетивший золотые рудники этой страны. Сведения, из утерянного оригинала труда Агатархида цитируются Диодором Сицилийским (ок. 90 - ок. 21 гг. до н.э.). Он пишет, что глыбы горной породы разрушали огневым методом, затем кирками и молотами дробили на более мелкие части, толкли в больших каменных ступах, до величины гороха, После этого следовала операция помола в ручных мельницах до превращения кусочков породы в мелкий порошок. Для отделения металла от породы ее промывали водой на наклонных каменных столах. Полученный таким образом порошок золота затем сплавляли в небольшие слитки [7, с. 357].
Наиболее распространенными сплавами, применяемыми египтянами, были сплавы золота с серебром, иногда — золота с серебром и медью. Сплавы содержали от 72 до 99,8 мае. % золота. Но нередко применялось золото более низкой пробы (55-37 мае. % золота).
Сплавы золота с серебром древние греки называли электрон (electron), а римляне - электрум (electrum). При высоком содержании золота электрон имел желтый цвет, приобретавший при большом содержании серебра серебристо-белый цвет. Обычно электроном называют золото — серебряный сплав бледно-желтого цвета, содержащий серебра более 20 мае. %. Наши сегодняшние представления об электроне соответствуют определению римского ученого и писателя I в.н.э. Плиния Старшего, данному им в ’’Естественной истории” [7, с. 364], Считают, что сплав назван так ввиду его сходства с цветом янтаря, который греческие поэты Гомер (XII—VII вв. до н,э.) и Гесиод (VIII—VII вв. до н.э.) называли electron.
По сравнению с золотом, электрон отличается большей твердостью и стойкостью на истирание, что обусловило применение этого сплава для выделки ювелирных изделий и других предметов культурно-художественного назначения.
С историей золота Древнего Египта неразрывно связано развитие его добычи и металлургии в соседних с ним государствах (Судан, Эфиопия и др.).
К IV—III тыс. до н.э. относятся находки золотых изделий на территории Ирака, Сирии и Турции. Здесь, в Месопотамии, в междуречьи рек Тигр и Евфрат, существовал один из крупнейших культурных очагов Древнего Востока. При раскопках древнего города Ур в Месопотамии найдены золотые браслеты и другие золотые предметы прикладного искусства, датируемые 3500 г. до н.э. К этому же времени относятся археологические находки золотых сокровищ в Мохенджо-Даро, одном из главных центров хараппс- кой цивилизации в долине Инда (территория современной Индии и Пакистана) [14, с. 42; 15].
Металлургия благородных металлов — часть глубокой и самобытной истории материальной культуры народов, населявших в древности территорию СССР. Золото и серебро добывалось в III тыс.дон.э.в Закавказье, Сибири и Казахстане.
Золото Закавказья распространялось далеко на север от Кавказского хребта, являясь важной статьей торгового обмена с народами Восточной Европы и Северного Причерноморья. Концом III тыс. до н.э. датируется богатейшее курганное погребение в Майкопе, содержавшее наряду с мед-
13
ными и серебряными, большое количество золотых предметов. Среди них отлитые из золота и серебра массивные фигурки быков, серебряные шесты (поддерживающие дорогой балдахин), золотые и серебряные сосуды, золотые штампованные бляшки с изображением львов и быков, золотая диадема и бусы. На одном из сосудов вырезан пейзаж, напоминающий очертания Кавказского хребта, и вереница зверей. Изображение на сосудах говорит о тесных культурных связях народов Закавказья с соседними племенами [16, с. 8].
Геродот писал о священном золоте скифов. Племена скифов населяли в VII—II вв. до н.э. степи между устьями Дуная и Дона, включая степной Крым и районы Северного Причерноморья. Богатейшие собрания золотых изделий из скифских погребений VI в. до н.э. — I в. н.э. хранятся в коллекциях Государственного Эрмитажа [16, с. 8-9; 17].
Наиболее ранние очаги добычи и выплавки металлов в Европе относятся к IV—III тыс. до н.э. Древние медные рудники открыты на территории Испании, Франции, Австрии, Венгрии и Англии, Юго-Восточной Европы. Раскопки, проведенные в Болгарии, недалеко от Варны, позволили обнаружить захоронение IV тыс. до н.э., в котором, наряду с медными орудиями труда и оружия, находились различные золотые украшения — браслеты, диадема, нагрудная пластина и др. В 60 захоронениях оказалось 1820 золотых предметов. Медные изделия отличаются очень высоким уровнем обработки, что, по мнению некоторых исследователей, свидетельствует о более высокой культуре по сравнению с культурой Месопотамии и Египта [И, с. 13].
В истории европейской материальной культуры большой след оставила Древняя Греция, Уже в III тыс. до н.э. здесь умели добывать медь, серебро, свинец, изготавливать металлическое оружие, украшения и ритуальные вещи. Древняя Греция вела оживленную торговлю со странами Ближнего Востока, Средиземноморья, Восточной и Центральной Европы. Влияние 1 Греции возросло в период греческой колонизации (VIII—VI вв, до н.э.), распространившейся на страны Южной Европы, северного побережья Африки, северное Причерноморье.
Крупнейшим достижением человечества стало получение и распространение железа.
Ф. Энгельс, рассматривая процесс перехода от первобытнообщинного строя к рабовладельческому, писал: ”Из достижений этой ступени в области промышленной деятельности особенно важное значение имеют два: первое — ткацкий станок, второе — плавка металлических руд и обработка металлов. Самыми важными из них были медь и олово, а также выплавляемая из них бронза; бронза давала пригодные орудия и оружие, но не могла вытеснить каменные орудия; это было посильно только железу, а добывать железо еще не умели”.
С появлением железа рабовладельческий способ производства-занял господствующее положение. ’’Человеку, — писал Ф. Энгельс, — стало служить железо, последний и важнейший из всех видов сырья, игравших революционную роль в истории...”2.
Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 21, с. 161.
Распространение на рубеже И—I тыс, до н.э. железа способствовало переходу к более высокой ступени материальной культуры общества. Железо позволило более эффективно развивать земледелие, дало в руки ремесленников орудия труда, отличающиеся высокой прочностью, твердостью и эксплуатационной стойкостью. С ними не могли конкурировать применявшиеся ранее медные и бронзовые орудия труда.
Железо известно человеку с доисторических времен. Отдельные находки железных предметов, изготовленных из метеоритного железа, относятся к IV тыс. до н.э. Это были преимущественно украшения [3]. Первой половиной Ш тыс. до н.э. датируются железные предметы, найденные археологами в Египте, Месопотамии, Малой Азии. Впервые железо упоминается во II тыс. до н.э. Насколько железо было дефицитным в древности свидетельствуют ассирийские надписи IX в. до н.э., в которых оно упоминается в составе дани на вес, наряду с золотом и серебром. В VIII в. до н.э, железо щироко распространяется, вытесняя бронзу. О том, в какой мере железо было распространено в это время, показали раскопки дворца Саргона Ассирийского в Хорсабаде. Здесь был обнаружен хорошо сохранившийся склад железа. Общий вес этого железного клада составил 160 т. В основном это были крицы железа, полученные сыродутым способом. Вес отдельной крицы был от 4 до 20 кг. Кроме криц, в Хорсабадском кладе находились разнообразные орудия труда — кузнечные молоты, плужные лемехи и другие предметы [14, с. 48],
Существует несколько точек зрения относительно первых очагов металлургии железа. По мнению многих исследователей, секрет получения железа из руды открыт во II тыс. до н.э. на Кавказе, племенами, населявшими местности Шахдог—Карадаг в Армении (к северо-востоку от Арарата). Эго был сыродутный процесс, применявшийся впоследствии во многих странах мира. По всей вероятности, производство железа могло возникнуть лишь у народов, уже располагавших определенными навыками и опытом выплавки и обработки цветных металлов. Одним из таких древних металлургических районов и был Кавказ, где в это время существовала высокоразвитая металлургия меди и ее сплавов. Медь, в отличие от железа, легче восстанавливается из окислов и карбонатов и плавится при температуре 1083°С. Для плавления железа необходима более высокая температура — 1539° С. Такую температуру не могли получить древние металлурги. В результате возник сыродутный способ получения железа. Он состоял из восстановления железной руды древесным углем при температуре 800—900° С. Для этого применялись небольшие горны, попеременно загружаемые слоями руды и угля. В горн нагнетался с помощью примитивных воздуходувных устройств воздух, обеспечивающий поддержание восстановительного процесса и необходимой температуры. На дне горна образовывался ком сварочного железа, или крица, весом до нескольких килограммов. Крица, состояла из мягкого (малонауглерожен- ного) железа с пустотами и порами, пропитанными затвердевшим шлаком. Для освобождения металла от шлаков крицу в горячем состоянии подвергали интенсивной обработке ковкой. В результате ковки железо уплотнялось, становилось пластичным, пригодным для изготовления орудий тРУда, оружия и других предметов.
Последующее развитие металлургии привело к открытию в IX—VII вв.
до н.з. процесса получения стали путем обуглероживания сварочного железа. Процесс обуглероживания, состоящий в нагревании до высокой температуры смеси железа с углеродом (древесным углем), дал возможность резко повысить твердость и механическую прочность стали с помощью закалки.
Древнегреческий писатель V в. до н.з. Софокл упоминает о железе, которое при охлаждении в воде может быть доведено до определенной твердости [3]. Именно с этого времени, когда железо научились превращать в сталь, оно стало мощным революционизирующим фактором развития материальной культуры [7, с. 373].
С XI—X вв. до н.з. начинается распространение железа в южной части европейского континента — в Древней Греции и Риме. О применении различных предметов из железа мы узнаем из поэм Гомера ’’Илиада” и ’’Одиссея”, в которых, кроме того, упоминаются кузнецы и золотых дел мастера [1, с. 55]. Период раннего железного века в Средней Европе, датируемый обычно IX—IV вв. до н.з., получил в археологии название ’’гальштатской культуры” (от города Гальштат в Верхней Австрии, где было найдено в 1846 г. могильное погребение с разнообразными предметами материального производства, в том числе изделиями из железа). Гальштатская культура была характерна для племен, населявших территории современной Австрии, Югославии, Албании, отчасти Чехословакии, ГДР, ФРГ, Франции, Италии [14, с. 76—79].
На территории СССР, кроме Закавказья, где железо появилось во II тыс. до н.з,, известны и другце очаги древнейшего железоделательного производства I тыс. до н.з. Это - районы Северного Кавказа (Прикубанская культура), а также Северного Причерноморья, где скифские племена создали в VII—III вв. до н.з. высокоразвитые промыслы железа и металлообработки.
В скифских курганах найдены разнообразные орудия труда, предметы быта и оружие из железа: серпы, мечи, панцири (чешуйчатые), стрелы. Холодное железное (стальное) оружие было широко распространено у скифов. Мечи (акинаки) были короткие и по виду напоминали кинжалы. Геродот отмечает, что скифы поклонялись мечу и приносили ему жертвы [14, с. 96]. Металлургия железа была распространена у сарматов — племен, господствовавших в Северном Причерноморье с III—II вв. до н.з. до IV в.н.з. [14, с. 94]. В зто же время металлургия железа распространяется у племен Восточной Европы. Металлургия железа была известна у народов, населявших в VIII—V вв. до н.з. центральные, северные и восточные области Европейской части нашей страны, в том числе Прикамье, Поволжье, Поднепровье и другие районы [14],
С образованием в VI—IX вв. на территории Восточной Европы восточнославянских племенных союзов, развивались города, промыслы, ремесла и торговля. Большую роль играла выделка железа, кузнечное и ювелирное производства. Высокого уровня металлургия достигла в Киевской Руси, возникшей на рубеже VIII—IX вв. Она стала одним из крупнейших и высокоразвитых государств Европы. Существовали многочисленные ремесла, говорящие о высоком культурном уровне восточно-славянских народов. Киевская Русь славилась своим железоделательным производством, базирующимся на болотной руде, кузнечным, оружейным и ювелирным ремеслами.
Татаро-монгольское нашествие на полтора столетия отбросило назад развитие Руси. Однако в условиях начавшегося в конце XIV-XV вв. объединения княжеств в единое централизованное Русское государство, подъема городов, их культурного общения и упрочнения торговых связей, ускоряется развитие различных производств [18], Среди них особое место заняли выделка железа, а также ремесла — кузнечное, литейное, оружейное, слесарное, ювелирное и другие. Мастера-бронники изготавливали в больших количествах кольчуги, шлемы, панцири, холодное оружие. К XIV—XV вв. относится появление на Руси ’’тюфяков” — первых артиллерийских орудий, производство которых было налажено в Москве, Твери и некоторых других городах. Впервые они были применены русскими воинами в 1382 г. во время осады Москвы Тохтамышем [19, с. 5; 20, с. 26].
Из наиболее крупных изобретений в области металлургии в рассматриваемый период необходимо отметить открытие тигельного способа получения литой стали. Принципы ее приготовления были заимствованы из уже существовавшего опыта и практики плавки в глиняных тиглях меди и ее сплавов. Тигельную сталь, обладающую большой твердостью и прочностью, использовали для выделки булатных клинков, особо качественных инстру- метов и острых ножей. Производство булата было распространено за несколько веков до нашей эры на территории Индии, которую некоторые исследователи считают родиной тигельной стали. Ее производили также в Иране, Сирии и в других странах Ближнего Востока. О выделке булата на Востоке хорошо было известно европейцам. Это подтверждается, в частности, Аристотелем (IV в. до н.з.), писавшем о тигельном процессе производства стали.
Считают, что процесс получения булатной стали в Западной Европе начал применяться с III в.н.э. [21, с. 54], Но в последующие 700 лет ее технология была утеряна.
Тигельный способ был известен и в домонгольской Руси, о чем свидетельствуют археологические исследования советских ученых, обнаруживших в различных районах европейской части нашей страны остатки тигельного производства [22—25]. Среди них - находки сегментовидных криц железа, соответствующих форме обнаруженных глиняных тиглей. Для получения литой стали в тигель помещалась смесь древесного угля и мелко- истолченной железной руды. При нагревании на большом костре получались сегментовидные железные крицы, которые затем подвергались кузнечной обработке. По данным академика Б .А. Рыбакова, в Борщевском городище, относящегося к VIII—IX вв., археологом П.П. Ефименко найдены глиняные горшки с железными крицами, а около печи обнаружены 50 готовых криц [19, с. 132]. Академик С.Г. Струмилин считает, что такой-тигельный способ выплавки железа был простейшим и древнейшим в так называемых ’’чудских копях” (минусинская котловина, Сибирь, Урап) [26, с. 9].
Важным шагом в развитии металлургии в рассматриваемый период стало открытие способа упрочения сварочного железа цементацией, позволившего повысить эксплуатационные качества орудий труда, оружия и инструментов ремесленников. Обычно в сварочном железе содержалось менее 0,2 мае, % углерода. Такое железо было мягким и при быстром охлаждении в воде оно не становилось тверже, а приобретало еще большую 2-Зак. 232 17
пластичность. Цементация состояла в науглероживании верхних слоев железных предметов, Для этого их помещали в печь, засыпали мелко- измельченным древесным углем и в течение нескольких дней подвергали сильному нагреву. После этой химико-термической обработки поверхностный слой науглероженного железа приобретал повышенную твердость. В результате получался слоистый материал, обладающий высокой износостойкостью и механической прочностью [7, с. 373; 27, с. 216].
Рассматриваемый период, охватывающий первобытнообщинный, рабовладельческий и частично (до XV в.) феодальный способ производства, характеризовался эволюционными и революционными сдвигами в развитии металлургии и технологии металлообрабатывающего производства. Переход от каменных орудий труда к бронзовым имел огромное значение в истории человеческого общества. Этот процесс, продолжавшийся несколько тысячелетий, в результате привел к замене первобытнообщинного строя рабовладельческим. С рабовладельческой формацией неразрывно связано развитие металлургии железа, которое произвело революционный переворот во всех областях производства. Появившийся в середине II тыс. до н.э. сыродутный способ получения железа, господствовавший в общей сложности около 2800 лет, уступил в XIV в. место новому, более производительному двухстадийному способу, рожденному уже в недрах феодального способа производства.
Основа двухстадийного процесса — получение чугуна в доменной печи (1-я стадия) и затем — последующий его передел в сварочное железо в кирпичных горнах (2-я стадия). Двухстадийный процесс позволил поднять производительность и обеспечить непрерывно" возрастающий спрос на металл (средняя суточная производительность сыродутного горна — 8 кг, кричного горна — 1000 кг). Подробнее о сущности кричного передела читатель узнает далее.
Резюмируя изложенное, необходимо подчеркнуть, что в рассматриваемый период происходило непрерывное совершенствование материально- технической основы металлургического производства.
Характерное для первобытнообщинной и рабовладельческой формаций ремесленное металлургическое производство, основанное на мускульной силе человека, в период становления в Западной Европе феодальных производственных отношений, уступает место более прогрессивной организации труда, базирующейся на использовании водяной и ветряной энергии. В XIV—XV вв., т.е. к концу периода развитого феодализма, водяные двигатели значительно изменили характер основных технологических процессов в металлургии. Металлургия была одной из отраслей материального производства, в которой наиболее рано проявилась Тенденция перехода от цехового ремесла к мануфактуре. В XIV—XV вв. в Западной Европе создаются металлургические фабрики, оснащенные вододействующими механизмами.
Рассматриваемый период ознаменовался созданием и непрерывным распространением в производстве разнообразных процессов обработки металлов, в том числе процессов обработки давлением — ковки, штамповки, чеканки и волочения, занявших важное место в металлургической технологии.
СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИКУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Ковка — древнейший способ обработки металлов давлением. Его появление совпадает с периодом перехода человечества от каменного века к бронзовому. Самородная медь была первым металлом, который вошел в обиход древних народов именно благодаря применению ковки. Освоение способа обработки самородного металла ковкой, неразрывно связано с длительным накоплением человеком навыков и опыта, связанных с изготовлением каменных орудий труда и оружия путем обработки камня ’’оббивкой” каменным же молотом. Самородная медь, которую первобытные люди вначале тоже считали разновидностью камня, при ударах каменного молота не давала характерных для камня (кремень) сколов, а изменяла свою форму и размеры без нарушения сплошности материала. Это замечательное технологическое свойство ’’нового камня” явилось мощнейшим стимулом добычи самородного металла и использования его человеком. Кроме того, было замечено, что ковка повышает твердость и прочность металла и играет важнейшую роль в создании более эффективных орудий труда и оружия. Ковка была первым и единственным в первое время способом повышения твердости меди. Установлено, что пользуясь одной лишь ковкой можно довести твердость меди с 87 до 135 единиц по шкале Бринелля.
Современная историческая наука связывает зарождение техники ковки металлов с развитием ранних очагов металлургии в древнейших районах Средней Азии и Ближнего Востока. Такими районами были Анатолия, междуречье Тигра и Евфрата и долина Нила. Время появления и применения некоторых видов и приемов холодной, а затем и горячей ковки относят к VII—VI тыс. до н.э. В результате последних археологических исследований установлено, что такой древнейший очаг металлургии и металлообработки был в Анатолии (Турция) в долине р. Конья в поселениях Чатал— Гуюк, Хаджилар и в деревушке Суберде [6, с. 26. 170].
В качестве молота вначале применяли обычные куски твердого камня. Первобытный умелец, зажимая камень в руке, наносил им удары по куску самородного или выплавленного из руды металла. Такая примитивная техника ковки сначала существовала, вероятно, у всех древних народов. Затем эволюция этого простейшего способа ковки привела к созданию прообраза современного молота, снабженного рукояткой или молотовищем. Но время появления молота с рукояткой определить пока невозможно. Необходимо лишь отметить, что оба способа сосуществовали в течение Длительного времени, о чем свидетельствуют дошедшие до нас древние настенные росписи и рисунки на саркофагах.
Прекрасное изображение работы египетских кузнецов сохранилось на барельефе из гробницы Мерерука (2300 лет до н.э.). Древний художник запечатлел все основные технологические операции изготовления ювелирных изделий: взвешивание золота и запись количества отпущенного металла плавильщикам; плавку металла в тигле с принудительной подачей дутья в плавильный горн (6 человек через трубки вдувают воздух в горн); отливку слитков и их расковку в листы На барельефе показаны четыре кузнеца, придерживающие на наковальне левой рукой обрабаты-
Рис. 1. Фрагмент барельефа из гробницы Мемерука, Египет. 2300г. до н.э. Слева изо- ■ бражен процесс плавки металла с помощью дутьевых трубок; в центре отливка слит- | ков в форму; справа - ковка металла.|
ваемый металл (рис. 1). Правая рука кузнецов с зажатым камнем изготовилась для нанесения рабочего удара по слитку [12, с. 132—133].
Еще и сегодня приходится удивляться искусству древних египетских кузнецов, в совершенстве владевших техникой получения тонкого листового золота и фольги, толщиной от 0,09 до 0,1 мм и даже более тонких . размеров. Листовое золото применялось для позолоты и художественной отделки металлических и деревянных предметов, а также для раскраски иллюстраций в папирусах. В Британском музее хранится погребальный папирус египетского фараона XIII в. до н.э. Неферронтена. Толщина листового золота, сохранившегося на некоторых рисунках папируса составляет 0,006 мм [12, с. 134], Здесь налицо умение кузнецов подбирать для изготовления молотов и наковален твердые и высокопрочные породы каменных материалов, придавать рабочим инструментам определенную форму, ровную и хорошо отполированную поверхность [7, с. 360]. Кроме того, из листового золота нарезалась тончайшая проволока квадратного или прямоугольного сечения, а также узкие полоски металла, применяемые для изготовления разнообразных ювелирных изделий. Из полосок путем спиралеобразной свивки выделывали тончайшую пустотелую проволоку, которую по внешнему виду трудно было отличить от проволоки волоченой.
Примитивная техника ковки металла с помощью каменного молота без ; рукоятки сохранилась до последнего времени у некоторых африканских ] племен. Известный немецкий металлург А. Ледебур приводит в труде ' ’’Металлургия чугуна, железа и стали” данные, характеризующие технику ковки в конце XIX в. у народа Бари, населяющего район Белого Нила * (Судан). Иллюстрируемая в его работе зарисовка (рис. 2) показывает каменную наковальню, на которой производится ковка нагретого железа. В правой руке у кузнеца каменный молот, другой рукой он поддерживает 1 20
Рис. 2. Простейший способ горячей ковки железа, сохранившийся до конца XIX в. у народа Бари в районе Белого Нила, Судан. Молотом служит зажатый в руке камень.
на наковальне железную заготовку. Кузнец работает с подмастерьем, осуществляющим с помощью примитивных воздуходувных мехов подачу воздуха в костер [28, с. 115].
Здесь мы не видим обычных для кузнечного ремесла, более позднего времени приспособлений и инструментов — массивной, определенной конфигурации железной наковальни, собственно молота с рукояткой, шарнирных клещей. Их эволюция была длительной и неразрывно связанной с развитием металлургии. Появление молота с рукояткой на первых лорах преследовало цель защитить руку кузнеца от повреждения. Затем было замечено, что эти молоты обеспечивают получение более сильных Ударов за счет увеличения на величину длины рукоятки плеча действия бойка молота (до этого плечо соответствовало длине вытянутой руки). Масса ручных молотов, ограничивалась силой мускулов человека и обычно не превышала 10 кг. Для этих, наиболее тяжелых ручных молотов молотовища изготовлялись длиной до 500—600 мм [28, с. 253]. Каменные молоты применялись преимущественно для обработки мягких, пластичных металлов — меди, золота, серебра и их сплавов.
В III тыс. до н.э. кузнецы были уже весьма распространенной профессией ремесленников у шумеров. Там, на территории современного Ирака, существовало много городов-государств, центрами которых являлись крупные храмовые хозяйства, где работали кузнецы-симуты. Они не были рабами, но и не были свободными ремесленниками. За работу кузнеца отвечал старший ремесленник—гискинти. Храмовый жрец-сангу, владев- ншй хозяйством, обеспечивал ремесленников сырьем и платил за работу.
В XVIII в до н.э. в Вавилонии в период правления царя Хаммурапи, Уже существовало разделение труда между кузнецами. Был среди них черновой кузнец (наппаху), ’’раздувающий в горне огонь”, кузнец-медник, питейщик (гур-гурру), златокузнец (наппах-хураси). В это время там су-
Рис. 3. Изображение кузницы и инструментов ремесленников на греческой вазе VI в.
ДО Н.Э.
шествовал даже город кузнецов-литейщиков Дургургурри. Процесс специа лизации металлургов и кузнецов характерен не только для древневосточ ных государств. Как считают, он начался еще в доклассовых общества: [6, с. 184].
Специализация в доклассовом и раннеклассовом обществах была харак терна не только для отдельных кузнецов. Существовали целые кланы ма стеров по металлу, и даже племена, специализировавшиеся на кузнечно! обработке. Были племена, которые не выплавляли своего металла и завози ли его со стороны. Однако это не мешало им развивать кузнечное производи ство. Примером может служить так называемое майкопское племя, про никшее на Северный Кавказ в III тыс. до н.э. Ремесленники-кузнецы до стигли здесь высочайшего уровня металлообработки, создавая оригинальные предметы быта и высокохудожественные изделия [6, с. 189—190].
В древнегреческой мифологии, произведениях античных авторов и художников содержится немало сведений, связанных с историей кузнечного дела, роли кузнецов в хозяйственной и социально-экономической жизш общества. Так, у легендарного эпического поэта Гомера встречается описа ние кузницы бога огня Гефеста, покровителя кузнечного ремесла. По пре даниям Гефест в своих мастерских изготавливал с помощью киклопо! (циклопов) драгоценное оружие и утварь для богини Афины, Ахилла 1 других легендарных героев. Герои Гомера владели тончайшим искусство» обработки не только бронзы, но и железа (Ахилл предлагал изготавливат! награды в виде цветов из железа). Кузнечное ремесло было широко распре странено в городах древней Греции. Сохранились, в частности, изображены:
кузниц, расписанные на Аттических греческих вазах. На одной из них (рис. 3), относящейся к VI в. до н.э., показан процесс ковки железа, в котором принимает участие группа ремесленников, состоящая из четырех человек. Здесь же изображены инструменты кузнецов и некоторые готовые изделия [30, с. 58]. В V в. до н.э., по данным Перикла, в Греции было много кузнецов из других стран. В результате захватнических войн, победители обычно уводили в плен искусных мастеров по металлу и в первую очередь кузнецов, работавших затем на новых хозяев. Владельцы кузниц представляли одну из привилегированных частей населения. Известно, что отец древнегреческого драматурга Софокла (ок. 496—406 гг. до н.э.) желал быть кузнецом, а древнегреческому политическому деятелю Демосфену (ок. 384—322 гг. до н.э.) принадлежала оружейная мастерская [30, р. 58].
Кузнечная обработка металлов была широко распространена в Римской Империи, где в ряде городов, в том числе в Милане и Брекчии находились крупные цеховые объединения, выпускавшие железные и стальные изделия. Некоторые вопросы металлургии и металлообработки освещены Плинием Старшим (23 или 24—79 гг.) в его труде ’’Естественная история”. Во времена Плиния, в городе Комо, где он жил, находились знаменитые железоделательные производства. В некоторых городах Римской империи (например, Путеолии), не было цеховых объединений и кузнецы использовали на работах труд невольников. Сильные гильдии кузнецов существовали в долине реки По, где они оказывали большое влияние на политическую жизнь Империи [30, р. 60].
Об общем уровне техники кузнечного ремесла того периода можно судить по изображению кузницы на одном из римских саркофагов (рис. 4). Здесь отчетливо видно устройство кузницы и сам процесс обработки металла. Наковальня покоится на массивной подставке. Кузнец левой рукой держит клещи с зажатым в них куском железа, а правой рукой — небольшой молот-ручник, ударом которого по обрабатываемому металлу он указывает двум молотобойцам направление удара [14, с. 77]. Помощники — молотобойцы вооружены массивными молотами с длинными молотовищами, дающими возможность вести работу обеими руками и тем самым увеличить силу удара. На заднем плане показан кузнечный горн, работу которого поддерживает специально приставленный к нему подмастерье [31, с. 7].
Интересно, что такая форма организации труда сохранилась в ручных кузницах до нашего времени. Еще и сейчас кузнец производит ручником первый удар, за которым следует удар кувалды молотобойца. Работа прекращается по знаку кузнеца, звонко опускающего молот на наковальню [29, с. 253].
При обработке мелких изделий, кузнец выполнял работу самостоятельно без молотобойцев. Такая индивидуальная организация труда была характерна не только для тончайших работ златокузнецов, но также для ремесленников, занимавшихся выделкой различных инструментов, холодного оружия и небольших предметов бытового назначения из железа. Рельеф с изображением римского кузнеца II в. до н.э. за работой с набором кузнечных инструментов, приведен на рис. 5 [30, р. 60].
Огромное влияние на развитие техники ковки оказало появление ме-
Ри с. 4. Античная кузница, изображенная на римском саркофаге.
Р и с. 5. Римский кузнец за работой. II в. до н.э.
таллургии железа. Процесс ковки стал непременной составной частью металлургического процесса выделки железа сыродутным способом.
Полученное в сыродутных горнах пористое железо подвергали проковке ручными молотами, придавая крицам определенную товарную форму. Этот металл поступал затем на переработку в передельные кузницы, изготовлявшие из кричного железа необходимые изделия. Передельные кузницы оборудовались кузнечными горнами, в которых под- ; держивалась более низкая, по сравнению с сыродутными горными, температура.
Эволюция техники ковки кричного железа, заимствованная из работы К. Кодрона [32], представлена на рис. 6. Наиболее простейшие из показанных здесь способов обработки металла соответствуют рис. 6, б и 6, в. Нако- 24
a
Рис. 6. Принципиальные схемы способов и технических устройств для обработки металлов ковкой
а — крица; б•— ковка ручным пестовым молотом; в — ковка ручником; г — кузнечная баба с канатом; д — кузнечная баба с воротом; ё — простейший рычажный молот с рукояткой. Период раннего Средневековья.
вальня устанавливалась на уровне пола. Один из кузнецов (рис. 6, б) стоит на возвышении и наносит удар по крице массивным металлическим пестом (’’колотушкой”), снабженным рукояткой. Пестовый ручной молот совершает прямолинейное движение в вертикальной плоскости. Второй кузнец (рис. 6, в) обрабатывает крицу обычным ручником (кувалдой). Именно эти два простейших способа ковки легли впоследствии в основу развития механических молотов вначале с ручным приводом, а впоследствии с при* водом от водяного колеса. Совершенствуя технику ковки средневековые ремесленники-металлурги применяли несколько разновидностей пестовых молотов, значительно облегчивших работу кузнецов и сделавших процесс более эффективным. Среди них молоты в виде свободно падающей кузнечной бабы, которая поднималась одним, а чаще несколькими рабочими за веревку, перекинутую через деревянный вал или блок (рис. 6, г). Для нанесения рабочего удара веревку отпускали и баба под действием силы тяжести с большой скоростью опускалась на обрабатываемый металл. Для ковки особо крупных криц или металлических заготовок применялись более тяжелые кузнечные бабы (массойдо 50 кг и более), подъем которых осуществлялся веревкой, соединенной с ручным воротом (рис. 6, д).
На рис. 6 показана схема устройства рычажного механического Молота с ручным приводом. Устройство снабжено наковальней и собств-
венно молотом, насаженным на молотовище. На рис. 6 изображен пряИ стейший молот рычажного типа. На одном конце качающегося рычага располагается ’’голова” молота. Другой конец рычага служит рукояткой. Для приведения его в действие кузнец (или подмастерье) нажимает на рукоятку рычага, поднимая таким образом противоположную часть рычага с голо- I вой молота в крайнее верхнее положение и резко отпускает его. В результате молот падает вниз на наковальню, совершая рабочий ход. Аналогичный принцип действия имели и другие конструкции рычажных механических ■ молотов. Так, применялись разновидности рычажных молотов, отличаю-] щихся от предыдущих лишь тем, что привод их в действие осуществлялся не непосредственно рукой человека, а с помощью системы кулаков, действующих на противоположный от головы молота конец (’’хвост”) рычага. Кулаки, в свою очередь, укреплялись на валу, который приводился во вращение человеком или конной силой [32, с. 19—20]. Общим для описанного хвостового молота и способа ковки с помощью ручного молота является то, что и в первом и во втором случаях голова молота совершает качательное движение по дуге окружности. Этот пример показывает преемственность поколений техники, возможность использования старых, нередко отживающих свой век орудий и способов производства, в создании на новой технической основе более прогрессивных машин и оборудования.
Искусство древних кузнецов окутывалось глубокой тайной. Профессия кузнеца связывалась с волшебством и даже с суеверным ужасом, что ц нашло отражение в мифологии почти у всех народов. Кроме Гефеста, вошедшего у греков в число двенадцати верховных богов, в древнеримской мифологии богом огня, покровителем кузнечного дела был Вулкан, у финнов - Ильмаринен, у кельтов — Суцелл, у этрусков - Сефлай, у германцев-Виланд [14, с. 78].
В русской и западнославянской мифологии богом огня был Сварог, покровительствующий кузнецам. ”На Руси, — пишет академик Б.А. Рыбаков, — народ окружил кузнецов множеством легенд и поверий, называя их: кузнец-колдун, ’’хитрец”. Кузнец не только мог выковать плуг или 'меч, но и врачевать болезни, устраивать свадьбы, ворожить, отгонять нечистую силу от деревни. В эпических сказаниях именно кузнец является победителем дракона — Змея Горыныча, которого он приковывает за язык” [19, с. 122—123].
В процессе развития кузнечного производства формировались понятия и термины, характеризующие технические средства, способы и приемы работы кузнецов. Древнерусская терминология кузнечного дела включает много терминов. Каждая историческая эпоха вносила свои коррективы в терминологию. Ее изучение позволило ученым более глубоко проникнуть в историю техники кузнечного дела, раскрыть его качественные сдвиги на определенных исторических этапах. Результаты изучения советскими исследователями древнерусской терминологии кузнечного ремесла говорят о глубоких корнях этой отрасли в системе отечественного материального производства.
Слово ’’кузнец”, часто встречаемое в древнейших русских письменных источниках обычно означало ’’мастера по металлу”. В дальнейшем, в связи с расширением функций кузнеца, вызванных развитием металлургичес- 26
ких и металлообрабатывающих производств, в источниках уже даются более узкие определения специальности: ’’кузнец железу”, ’’кузнец меди”, "кузнец серебру”. В Ипатьевской летописи 1259 г. встречается также "кузнец златой”. Синонимами слова ’’кузнец” являются слова: ’’хытрец”, "кърчь”, ”вътр”, ’’железоковец”, ’’ковач”.
В Изборнике Святослава, наиболее раннем памятнике письменности Киевской Руси (1073 г.), слово ’’хитрец” восходит к древнейшим представлениям о первом мастере, а именно мастере по металлу — о кузнеце. Поясняя значение слов ”кърчь”, ’’корчи”, Б.А. Рыбаков подчеркивает, что они по ’’своему смыслу ближе к нашему пониманию слова ’’кузнец”. Эти слова связаны с терминами ’’крица”, ’’кричное железо”, ”мехъ корчин (кузнечный мех), ’’корчиница” — кузница, и с названиями городов, известных обработкой именно железа (Корчев — Керчь). Термин ’’корчий” всегда связан с ковкой железа” [19, с. 134].
Кузнечный горн в древнерусском языке обозначался словами ’’гърнъ”, ’Трьнъ”, ’’гренило”. Слово ’Търнъ” имело несколько значений, в том числе — печь и котел (тигель).
Устройство для усиления горения угля или дров в горне — мех, называли в древней Руси ’’дъмъчи”, что связывалось с его функцией дутья.
Синонимом современных кузнечных клещей, служащих для извлечения раскаленного железа из горна, а также для работы с ним на наковальне, было слово ’’изымало”, иногда применялось слово ’’щипец”.
Молот (млат, омлат) имел в древней Руси несколько названий: ”кый”, ’’ковадло”, ’’кладиво”. Первое название сохранилось до наших дней в значении деревянного столярного молотка - ’’киянки”. От ’’ковадло” (связано со словом ’’ковать”) произошло современное название тяжелого молота - кувалды. ’’Кладиво” - означало небольшой молот-ручник, с помощью которого кузнец руководил ударами своих подмастерьев - молотобойцев.
В древнерусских кузницах IX—XV вв. применялся широкий ассортимент кузнечных молотов, соответствующий определенным технологическим операциям и характеру ремесел. Масса молотов колебалась от нескольких десятков граммов (ювелирное дело) до нескольких килограммов (железоделательное производство). Среди них были разнообразные молоты, например, для перерубания железа. Они снабжались прочной железной рукоятью, так как в процессе работы их приходилось вводить вглубь раскаленного металла. Существовали молоты, предназначенные для выделки металли- ческих листов, отличающиеся большой площадью рабочей части бойка. Такие молоты обеспечивали изготовление листов с гладкой поверхностью и равномерной толщиной.
Материалом для производства листов служили свинец, медь и иногда олово. Металлические листы русские строители и архитекторы применяли в качестве кровельного материала, а также для изготовления ворот, две- №и и т.п. На свинцовые кровли и маковки церквей указывают летописи A1II-XV вв., в частности Новгородские летописи 1261 и 1345 гг. и Псковская летопись 1420г. [19, с. 611].
Производство кровельной меди на Руси относится к домонгольскому ериоду. с принятием в 988 г. христианства началось интенсивное строи- ельство церквей, оказавшее большое влияние на развитие производства
27
листовой кровельной меди. Результаты исследований археологов и историков показывают, что медные кованные листы особенно широко применялись во Владимирской Руси. В Успенском соборе Владимира найдены листы XII в. Обычно на покрытие куполов церквей шли позолоченные медные листы. Подобный медный, с густой позолотой, лист, на котором сохранилась дата — 1340 г., извлечен из Успенского собора во Владимире [19, с. 611]. Широкое применение кованных медных золоченых листов в качестве кровельного материала нашло отражение в русской поэзии, в которую прочно вошел термин ’’златоверхий терем”.
Техника кузнечного производства на Руси достигла уровня, позволявшего выковывать для покрытия крыш и для других целей широкие листы. Представляют интерес медные двери Троицкого собора в г. Александрове, получившие название ’’тверских врат”. Для их сооружения были использованы 8 медных пластин, размером 56 х 35 см. Для их выделки кузнецы должны были располагать специальной широкой наковальней в виде стола и особым молотом-гладилкой с широкой рабочей частью. О применении оловянных листов для покрытия кровель можно судить по Новгородской летописи 1280 г. [19, с. 610—612].
Дошедшие до нас наковальни русских кузнецов IX— XIII вв. обычно имеют форму железной четырехгранной усеченной пирамиды, вбивавшейся узкой частью в пень. Существовали также крупные наковальни, устанавливаемые на массивных основаниях. Были и специальные наковальни, снабженные раздвоенным на конце отростком. Такими наковальнями обычно пользовались городские кузнецы, отковывавшие различные пустотелые предметы, например, шлемы, втулки копий, кольца. Наковальня с отростком, кроме того, допускала применение набора фигурных подкладок для изготовления изделий сложного профиля, в том числе имеющих кривые поверхности.
Русские кузнецы владели всеми основными техническими способами и приемами обработки железа, меди, некоторых ее сплавов, а также серебра и золота. В железоделательном производстве широко применялась очень сложная и ответственная операция — сварка, требовавша-я от мастера большого опыта и умения. Сварка сильно расширила возможности кузнечной технологии.
Кузнечное ремесло было широко распространено в древнерусских городах и деревнях. Городские кузницы отличались от деревенских большими размерами, наличием в них более сложных инструментов и технических приспособлений. Производилось всё, что требовалось в условиях городской и деревенской жизни: топоры, ножи, обручи и дужки для ушатов, гвозди, серпы, косы, долота, шилья, лопаты, сковороды, массивные клепанью из листов котлы, винты (перекручиванием четырехгранных стержней), тяжелые лемехи. В числе предметов, выделываемых с помощью кузнечной сварки, были цепи, дверные пробои, железные кольца, остроги и многие другие изделия.
В кузнечных мастерских изготовлялось также всевозможное боевое оружие и военное снаряжение — мечи, копья, шлемы, кольчуги. Производство шлемов не представляло для русских кузнецов особых трудностей, ввиду того, что основные кузнечные операции, связанные с изготовлением железных листов и их склепыванием, были хорошо известны.. Эти техноло- 28
Рис. 7. Образцы шлемов VIII—XII вв.
1 - Восточный шлем VIIIв., р. Оскол; 2 - Чернигов, курган ’’Гульбище”, IX в.; 3 - Смоленск, курган ’Тнездово”, IX-X вв.; 4- Чернигов, курган "Черная могила”, середина X в.; 5 — д. Таганча на р. Роси, курган XII в.
гические операции обычно использовались кузнецами, например, в производстве очажных котлов. На рис. 7 представлены три группы шлемов — иранская, половецкая и русская, дающие представление не только об их внешнем разнообразии, характерном для различных эпох и регионов, но также и о способах их изготовления. Тулья шлемов склепаны из пластин. Черниговский шлем (4) отличается от других своей отделкой: на железной тулье шлема набит медный лист, покрытый позолотой. Он является первым известным ’’золотым шлемом”, воспетым позже в поэтических строках ’’Слова о полку Игореве”, летописи и былин.
Другой аналогичной реликвией, относящейся уже к ХШ в., является известный шлем великого князя Владимирского Ярослава Всеволодовича. Шлем был найден в 1808 г. на месте Липецкой битвы 1215 г., с которой князь Ярослав бежал, разбитый новгородцами. Примечательная особенность этого шлема в том что он был выкован из одной железной заготовки. Этот цельнокованный шлем отличался легкостью и не уступал по прочности клепаным шлемам. В его изготовлении принимал участие и кузнец по железу, и мастер-ювелир. Шлем покрыт тонким серебряным листом, на который наложены чеканные серебряные накладки, изображающие архангела Михаила, Христа и искусно выполненные художественные орна-
менты, показывающие грифонов, птиц, барсов, лилии и листья растений 5 [19, с. 234, 292].
Ювелирное ремесло занимало в системе металлообрабатывающих, в том числе кузнечных производств большой удельный вес. Древнерусские кузнецы выковывали кубки, вазы, чары, блюда, а также братины и другие предметы бытового назначения. Кузнец-ювелир отливал из серебра или меди плоский слиток и затем ковал его на наковальне от середины к краям. Обрабатываемая заготовка принимала полусферическую форму. Нанося удары в определенных ее зонах и оставляя некоторые места менее прокованными, кузнец получал вещь определенной формы и размера. Часто к чашам приковывался поддон, а на венчик и тулово наносился чеканный орнамент. В этом случае кузнец-ювелир пользовался, кроме обычной наковальни, также различными болванками (деревянными) и особыми молотками с закругленными концами. К числу замечательных кованых ювелирных изделий относится серебряная вызолоченная чара черниговского князя Владимира Давыдовича, найденная в татарской столице Сарае. По краю чары, диаметр которой превышает 30 см, вычеканена мелким пуансоном надпись, свидетельствующая о ее принадлежности [19, с. 279].
В древнерусском ювелирном производстве ковочные работы имели широчайшее применение. Большого мастерства достигли кузнецы в выковке тонких и тончайших листов серебра и золота, применяемых для изготовления различных поделок. Так, для перегородчатой эмали они выковывали золотые пластинки толщиной до сотых долей миллиметра [19, с. 280].
Наряду со свободной ковкой русские кузнецы широко использовали в работе также процесс штамповки, позволяющий с помощью специальных штампов или матриц оттискивать на тонких листах серебра, золота и меди рельефный рисунок. Появление штампованных изделий прослеживается с X в. Для этих целей применяли медные и стальные матрицы, имеющие выпуклый рисунок. Процесс штамповки осуществлялся следующим образом. На матрицу накладывался обрабатываемый лист металла. На него ставилась свинцовая пластина (подушка), по которой кузнец-штамповщик ударял деревянным молотом. Под ударами молота пластичный свинец, с находящимся под ним серебряным листом, заполнял все углубления матрицы. На обрабатываемом серебряном листе отштамповывался рельефный рисунок, повторяющий рисунок матрицы. Подобная свинцовая пластина диаметром 6 см, обтянутая прочным железным кольцом обнаружена археологами в Вышгороде. На одной стороне этой пластины остались следы ударов молота, а на другой — углубление, отвечающее средним размером матрицы от колтов. Железное кольцо предохраняло свинцовую подушку от расплющивания при ударах молота. В результате штамповки получалась пластинка, на лицевой стороне которой оттискивался рисунок матрицы, а на оборотной стороне — тот же рисунок в негативной форме [19, с. 301-302].
В последующем этот способ штамповки был усовершенствован в результате применения винтовых прессов, значительно ускоривших технологический процесс тиснения.
Развитие в X—XI вв. на Руси техники штамповки обусловливалось широ-
Р и с. 8. Ковка листового железа ручным способом. Из сочинения В. Бирингуччо, 1540 г.
ким распространением искусства черни по серебру, для которой требовался выступающий рельефный рисунок и углубленный фон. Штамповку применяли не только для изготовления колтов, но и других изделий — криновидные лилиевидные подвески к ожерельям, бляшки для украшения одежд, пластины для окладов книжных переплетов (XIII в.), В этот же период появляется процесс так называемого басменного тиснения, состоящий в том, что большие листы меди и серебра многократно штамповались одной или несколькими матрицами, образующими сплошной ложно-чеканный узор на широкой площади. В результате появления процесса штамповки в ряде случаев отпала необходимость в применении плоской чеканки [19, с. 319-320].
Использование матриц для тиснения позволило осуществить массовое производство штампованных изделий, что сыграло важную роль в развитии техники штамповки в дальнейшем.
Техника ручной ковки удовлетворяла производство до тех пор, пока требовались небольшие по размеру и массе кованые изделия (рис. 8). Под влиянием развития судостроения, военной, строительной и некоторых других отраслей техники, вызвавших потребность на крупные железные якоря, цепи, полосовое и листовое железо, металлообрабатывающие, в том числе кузнечные, производства оснащаются разнообразными механическими устройствами, позволяющими обрабатывать тяжелые заготовки сварочного железа. В XIII-XIV вв. появляются механические молоты, приводимые в действие энергией падающей воды [33, с. 103]. Следует подчеркнуть, что идея заменить мускульную силу кузнеца каким-либо механическим приспособлением уходит своими корнями в глубокую историю. Fine Древнегреческий ученый Герои Александрийский (I в.н.э.), изложивший в своих трудах основные достижения античной механики, описал устройство, при помощи которого двигается рука человека, изображающего бога кузнечного искусства Гефеста. Однако в условиях рабовладельческого способа производства, ни это, ни многие другие механизмы для обработки металла, не нашли практического применения.
Появление рычажного вододеиствующего молота неразрывно связано с эволюцией ручного механического молота, в котором мускульная сила человека была заменена энергией водяного колеса. Эволюция преобразования ручного рычажного молота в в о до действующий механизм наглядно иллюстрируется рис. 6. Для превращения этих молотов в вододействующие достаточно было присоединить вал с насаженными на нем кулаками зацепления к водяному колесу. В зависимости от того, на какую точку рычага действовали кулаки, молот получал название хвостового (задне- бойного), среднебойного и лобового. В приведенных на рис. 6 хвостовых молотах кулаки зацепляются с оконечностью рычага.
С появлением вододействующих механических молотов были созданы предпосылки для дальнейшего развития металлургического и металлообрабатывающего производств. Механические молоты дали возможность обрабатывать крупные крицы железа, изготовлять разнообразные полуфабрикаты и изделия больших габаритов и массы, что в свою очередь, способствовало дальнейшему увеличению размеров металлургических печей — кричных горнов и медеплавильных печей. С созданием вододействующих молотов производительность при ковке кричного железа возросла в 3—4 раза. Так, на ручную ковку крицы массой 30—35 кг и выделку из нее листового железа затрачивалось 12—15 ч. В результате использования вододействующих молотов время на обработку того же количества металла сократилось до 4—6 ч [34, с. 48].
По имеющимся данным, в XIV в. в графстве Марк (Швеция) в железоделательных производствах применялись хвостовые молоты, с помощью которых отковывался полосовой металл. Молот делал около 120 ударов в минуту и обладал массой около 80 кг [34, с. 48]. С этого времени в западноевропейской металлургии распространяется гидравлический двигатель, ставший важным фактором качественного преобразования технологии ковки металлов [35]. Однако широкое распространение вододействующие молоты получили с XV—XVI вв. в период становления и развития мануфактурного производства, о чем более подробно излагается ниже.
ТЕХНИКА ЧЕКАНКИ МЕТАЛЛОВ
Чеканка металлов уходит своими корнями в глубокое прошлое и связана с развитием монетного и медальерного дела. Люди с незапамятных времен производили обмен продуктами своего труда. По мере общественного развития обмен материальными ценностями возрастал, появились товары, наделенные эквивалентом стоимости, существовавшим между двумя или несколькими племенами и народами. В качестве такого товара были шкуры различных животных, зерна какао, пушнина, раковины, янтарь, плоды, скот и др. В дальнейшем, в связи с расширением торговли, возникла необходимость в создании универсального эквивалента стоимости товаров, которые бы имели постоянную ценность и были удобны в обращении и транспортировке. Таким эквивалентом стали металлы, из которых особую роль заняли золото, серебро и их сплавы.
’’Перед другими товарами золото и серебро имеют как средство обращения то преимущество, — писал К. Маркс, — что их большому природному
удельному весу — свойству представлять относительно большую тяжесть в небольшом объеме - соответствует экономический удельный вес; свойство заключать (овеществлять) в небольшом объеме относительно большое количество рабочего времени, т.е. большую меновую стоимость. Последнее, естественно, связано с тем, что они относительно редко встречаются как природные объекты. Вследствие их небольшого объема — легкость транспортировки, передачи и т.д. Одним словом, легкость реального обращения, что, естественно, является первым условием для их экономической функции средств обращения” 1.
Появлению монет предшествовало применение в торговле небольших бобообразных слитков золота, найденных на острове Крит в погребениях XIII в. до н.э. [И, с. 19].
Собственно монетное дело началось после того, когда на слитках (или заготовках) определенной массы стали наносить клеймо. Оно рассчитано было таким образом, чтобы целиком покрыть поверхность слитка во избежание злостного соскабливания или спиливания металла. На слитках стали чеканить различные изображения. Так создавалась монета.
В монете различали лицевую (аверс) и оборотную (реверс) стороны и обрез (гурт). Монеты могли иметь изображение (’’тип”) в виде герба, рисунка правителя, при котором изготавливалась монета с указанием его имени и титула, а также изображение какого-либо исторического героя или события. На монетах, кроме того, нанесена — легенда, указывающая год, место чеканки и ее наименование. Обычно монеты обрамлены у гурта возвышающейся частью — опушкой [52].
Современное название ’’монета” происходит от храма Юноны Монеты в Риме, где в III в. до н.э. был создан денежный двор. Его продукцию стали называть монетами. Они разошлись по всему миру и с тех пор слово монета повсеместно закрепилось в денежном обращении.
О времени появления первых монет современная наука не дает исчерпывающего ответа. Установлено, что на рубеже VIII—VII вв. до н.э. производство монеты существовало в малоазиатском государстве Лидии, а в VII в. до н.э. в Древней Греции. Некоторые древние авторы считают родиной монеты Грецию и связывают ее изобретение с аргосским царем Фироном (VII в. до н.э.), но он подражал в монетном деле лидийцам. Фирон первым в Древней Греции начал чеканить серебряную монету [14, с. 83]. Греки способствовали распространению монетного обращения в тогдаш- шнем мире. Они ввели монетную систему не только на территориях древнегреческих государств, расположенных на Юге Балканского полуострова, островах Эгейского моря, побережьи Фракции, западной береговой полосы Малой Азии, но также в своих многочисленных колониях в Южной Италии, Сицилии, южной Франции, на северном побережьи Африки, проливах и побережьи Черного и Азовского морей. Греческая торговля в этот период приобрела международный характер, чему во многом способствовало развитие товарно-денежных отношений, и, в частности, монетного обращения. Каждый город чеканил монету самостоятельно.
В качестве монетных металлов применяли золото, серебро, их сплавы и медь, важнейшим из них было серебро.
Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 46, ч. П, с. 436-437.
3333Зак. 232
33
33
Первая в истории отчеканенная монета появилась в Лидии при царе Гигесе (687-654 гг. до н.э.). Она была изготовлена из природного сплава золота и серебра (электрон) и имела массу 14 г. На монете, называвшейся сгатером, был изображен лев — геральдическое животное столицы Лидии. Изображения животных на статерах характерны для лидийских монет VII—VI вв. до н.э. Но известен статер с именем лидийского царя Алиата (правнука Гигеса), позволивший внести точную датировку в историю ранних чеканенных монет. На этих монетах рисунок отчеканен только с одной стороны. К VI в. до н.э. относится появление в Лидии при царе Крезе золотых монет (крезиды). О первых золотых монетах, изготовлявшихся в Лидии в VII в. упоминают Геродот и Ксенофонт (род. около 430 г. до н.э.) Геродот отмечает, что лидийцы первыми стали чеканить монету. Кроме электрона и золота, лидийцы применяли для чеканки монеты и серебро [И,с.21].
В VI—V вв. до н.э. в Персии в период царствования Дария I (правил в 522—486 гг. до н.э.) в Малой Азии и Греции была широко распространена золотая монета — ’’дарик” с изображением коленопреклоненного воина с копьем. Много дариков найдено в Греции при археологических раскопках на горе Афон. Масса каждой монеты — 8,4 г. Дарики чеканили на царском монетном дворе в Персеполе. После завоевания в 334 г. до н.э. Персии Александром Македонским, эту монету продолжали некоторое время чеканить в Восточной Персии при его наместниках. Широкое распространение в Древней Греции получили статеры Филиппа II (ок. 322—336 г. до н.э.), отца Александра Македонского. Статеры чеканили из золота, электрона и серебра в столице Македонии городе Пелла. Филипп II ввел в стране единую монетную систему, способствующую развитию монетного дела. На лицевой стороне статера изображена голова Аполлона, на оборотной — воин в колеснице с парой лошадей и надпись ’’Филипп”. Чеканка статеров продолжалась в Древней Греции еще много лет. Были статеры с портретом и именем Александра Македонского. Их чеканили не только македонские города, но и города, вышедшие впоследствии из-под македонского владычества. При Деметрии I Полиоркете, царствовавшем в Македонии в 306—286 гг. до н.э. (с перерывами), на лицевой стороне статера изображен нос корабля со стоящей Никой, а на оборотной — бог Нептун. Монета отчеканена в честь победы Деметрия I в морском сражении над флотом острова — государства Родоса в 305 г. до н.э. [11, с. 23-24].
Статер имел хождение на Средиземноморском побережье, в Малой Азии, оказывая влияние на экономические связи и развитие монетного обращения в соседних государствах. Найдены, например, монеты чеканившиеся в Грузии, Осетии, Абхазии, грубо подражающие статерам Александра Македонского. Представляют интерес монеты III—II вв. до н.э. Греко- Бактрийского царства (ныне территория Северного Афганистана и Средней Азии). Из них наиболее примечательной является золотая монета достоинством в 20 статеров весом 170 г, выпущенная царем Бактрии Евкратидом [11, с. 27-30].
Первые римские монеты, появившиеся в V—IV вв. до н.э., были медные. На них изображался двуликий Янус — бог начала всякого дела- С III в. до н.э. появляется древнеримская чеканка золотых (ауреусы) 34
и серебряных монет (денариев). Золотой ауреус впервые чеканился в 218-217 гг. до н.э. На лицевой стороне был изображен двуликий Янус, а на оборотной — пленный между двумя римлянами и надпись: ”ROMA”. Золотые ауреусы имели массу 6,78 г. Серебряная монета чеканилась в Риме в больших количествах, являясь основным денежным знаком. На одной стороне серебряных денариев изображены женская голова с крылатым шлемом, на другой — два Диоскура на лошадях с копьями и развевающимися плащами [36].
Юлий Цезарь (102 или 100 — 44 гг. до н.э.) ввел регулярную чеканку золотой монеты, но основным денежным знаком в Риме по-прежнему была монета серебряная. В 46 г. до н.э. в честь побед Юлия Цезаря над Галлией, Египтом, Понтом и Нумидией был отчеканен золотой ауреус массой 8,2 г. На лицевой стороне монеты — голова богини Пиеты, имя и титул Цезаря, на оборотной — предметы жреческой утвари и имя монетария (ответственного чиновника) А. Гиртия [И, с. 38; 37].
В 309 г. при императоре Константине была выпущена римская золотая монета солид, распространившаяся вскоре по всей территории Римской империи. Она выпускалась также при последнем римском императоре Феодосии I (ок. 346—395 гг.). После падения Римской империи солид продолжал применяться у германских народов, став образцом золотых монет, обращающихся в период раннего средневекояь в Западной Европе. Название этой монеты в несколько измененном виде перешло затем к французской монете — су и итальянской — сольдо.
Древние чеканщики были искусными мастерами монетного дела. Изображения на их монетах отличаются отчетливым рельефом и в художественном отношении интереснее тех, которые чеканились позже. Самые красивые монеты чеканил в IV в. до н.э. город Сиракузы. Мастера из Сиракуз подняли на высокий уровень выделку чеканочных штемпелей [36].
В средневековой Европе техника чеканки монеты резко упала. Монеты этого периода отличаются от античных нечеткими изображениями и надписями, рисунки на них схематичны. Основным монетным металлом было серебро. В VIII—XIII вв. были широко распространены западноевропейские серебряные денарии, но чеканилась и золотая монета. В результате крестовых походов феодальные государства Западной Европы заимствовали в арабских странах и византийских владениях существовавшую там чеканку золотых денежных знаков. Это оказало определенное влияние на развитие Европейского монетного производства, особенно в странах Средиземноморского побережья. Итальянские города раньше других возобновили чеканку золотых монет в Европе. В 1140 г. в Италии начали чеканить золотые и серебряные дукаты, с 1252 г. их изготовляли во Флоренции, с 1284 — в Венеции.
В XIII в. на Сицилии чеканились золотые августы. Дукаты и флорины Распространились с XIV в. в некоторых западноевропейских странах — Германии, Венгрии, Чехии и др. [11, с. 48—49].
Развитие монетного производства в России началось1 в конце X в. в Киевской Руси [38, с. 5]. Племена, населявшие русскую равнину издавна поддерживали торговые и культурные связи с западноевропейскими и ближневосточными народами. Об этом свидетельствуют клады римских монет II—IV вв., найденные в Среднем Приднепровье и арабских — во Владимир-
Ри с. 9. Златник киевского князя Владимира. X в.
ской области [12, с. 140. 10, с. 42]. Первой русской монетой, чеканившейся киевским князем Владимиром Святославовичем (ум. в 1015 г.), был златник, массой около 4,2 г. На этой золотой монете изображен князь и вычеканена надпись - ’’Владимир на столе”, т.е. на престоле (рис. 9). Среди ранних русских монет необходимо упомянуть золотой змеевик XI—XII вв., найденный при раскопках кургана в районе Чернигова. На лицевой стороне изображен архангел Михаил. На оборотной стороне — женская голова, окруженная змеями и надпись: ’’Господ и помози рабоу своиему Василию амин”. Упоминаемое на монете имя ’’Василий” обычно относят к христианскому имени Владимира Всеволодовича Мономаха (1053-1125). Златник впоследствии был положен в основу русской весовой единицы — золотника, масса которого составляла 4,266 г. [16, с. 12—14].
В IX—X вв. на Руси широко обращалась серебряная монета — дирхем, поступавшая к славянам в результате торговли из стран Арабского халифата, культура которого оказывала в этот период большое влияние на развитие мировой цивилизации. Дирхемы и некоторые другие чужеземные монеты использовались на Руси в виде подвесок, из них изготавливали ювелирные изделия. На европейской территории нашей страны в настоящее время известно более 700 кладов дирхемов. Они обнаружены в Московской, Рязанской и ряде других областей. Так, в Зарайском районе Московской области близ села Железницы найдено 258 дирхемов IX в. и различные ювелирные изделия из серебра — шейные гривны, браслеты, височные кольца. Считают, что некоторые из этих предметов служили у наших предков денежными знаками [39, с. 39—41].
С XI в. оживились торговые и культурные связи Руси со странами Западной Европы. В результате на русский рынок стало поступать много серебра в виде широкораспространенной там монеты — денариев. В Восточной Европе установлено в настоящее время около 400 мест находок западноевропейских монет. Около 1000 германских и английских монет X—XI вв., чеканенных в Магденбурге, Кельне, Меце, Марсале, Трире, Страсбурге,
Гюне, Вюрцбурге, Герсфельде, обнаружено в Московской области под Звенигородом [39,с. 185].
Интересно, что в Древней Руси в X1V-XV вв. в качестве денег применялись серебряные слитки, называемые рублями и полтинами. Это были крупные денежные единицы. Кроме рублей и полтин существовали более мелкие единицы - алтыны, деньги, полуденьги, представлявшие тонкие пластинки неправильной формы, с нанесенными на них с обеих сторон изображениями и надписями: воины с боевыми топорами и мечами, всадниками, животные, птицы. Некоторые из них прямо говорили о их принадлежности великому княжеству Московскому с уделами [39, с. 58-59].
Огромное влияние на развитие денежной системы на Руси оказала историческая победа Дмитрия Донского над монголо-татарами на Куликовом поле в 1380 г. Именно в Москве, возглавившей объединение русских земель, начинается в конце XIV в. чеканка собственной монеты. На первых монетах Дмитрия Донского вычеканены слова: ’’печать великого князя Дмитрия” и изображения людей и животных. Вначале эти монеты по внешнему виду походили на золотоордынские дирхемы, но вскоре русские изображения вытеснили восточные. Как напоминание о первоначальной близости первых русских монет с золотоордынскими дирхемами говорит дошедшее до нас название меры измерения - ’’деньга” (от арабского и персидского слова ’’даник”). В конце XIV в. сформировалось соотношение, по которому 200 московских денег по весу равнялись серебряному слитку — рублю. Основной русской монетой стала серебряная деньга. В XV в. с появлением собственной чеканки на Руси была возрождена древнейшая денежно-весовая единица - гривна (с XIII в. гривна серебра называлась рублем). В Москве она составляла 20 денег, в Новгороде — 14.
Во второй половине XIV в. на Руси монетные дворы существовали в Москве, Рязани, Суздале, Серпухове, Дмитрове, Можайске, Верее, Галиче, Угличе. В XV в. монету чеканили более чем в 20 русских городах, в том числе в Москве, Великом Новгороде, Пскове, Твери, Серпухове, Боровске, Верее, Можайске, Коломне, Дмитрове, Галиче, Рязани, Пронске, Спасске, Ростове, Ярославле, Новом Торге, Суздале, Нижнем Новгороде, Кашине, Городке, Микулине, Смоленске, Чернигове [19. с. 680; 39, с. 60-70].
Введение собственной денежной системы в русских торговых городах проходило торжественно, о чем повествуют, например, новгородские и псковские летописи. Чеканщики Пскова даже выбили по этому случаю специальную медаль с датой события, на которой отчеканено изображение, аналогичное изображению на монетах. Начало чеканки монеты в Пскове совпало с крупным событием в жизни города — завершением в 1425 г. постройки Кремлевской стены [19, с. 682]. '
Чеканка монет в рассматриваемый период основывалась исключительно на ручной технике. Монеты обычно чеканили из заготовок круглой формы (кружки), которые выбивали стальным зубилом или круглым стальным Цилиндром с заостренными краями из листового кованого металла. Кружкам придавалась некоторая выпуклость чечевичной формы для получения На монете высокого рельефа рисунка в процессе чеканки.
Иногда для приготовления монетных заготовок отковывались цилиндри- Ки или проволока круглого сечения, которую перед чеканкой расплющи-
вали молотком. Такие монеты обычно встречаются в России в коллекциях удельных князей и царских коллекциях допетровских времен.
Существовал и другой способ изготовления монетных заготовок. Из слитка отковывалась заготовка круглого сечения, от которой отрубались известной толщины кружки. Все они перед чеканкой сглаживались ударами молотка. Точность их массы была приблизительной. Считают, что этот способ применялся при изготовлении дешевой медной монеты, в частности, на монетном дворе в Херсонесе Таврическом (IV—III вв. до н.э.).
Для получения на монете изображения применялись специальные инструменты — штемпеля с выгравированными на них углубленными негативными изображениями. Штемпеля представляли из себя закаленные стальные матрицы, на рабочих торцах которых нарезались изображения и надписи. Для получения изображения на лицевой и оборотной сторонах монеты применялись верхний и нижний штемпеля. Верхний штемпель или чекан имел форму цилиндра, на одном конце которого был нарезан рисунок. Чеканка производилась на массивной подставке с металлическим основанием. Если изготовляли монеты с изображением на одной (лицевой) стороне, заготовку помещали на это основание, на нее накладывали верхний штемпель и наносили по верхней его части сильный удар или серию ударов. Если на монете требовалось изготовить рисунок с лицевой и оборотной стороны, под монетную заготовку подкладывался нижний штемпель и процесс чеканки производился в том же порядке. Обычно для получения хорошего оттиска чеканщику приходилось наносить по верхнему штемпелю несколько сильных ударов (при чеканке меди и ее сплавов). Во избежание смещения при ударах монетного кружка относительно нижнего и верхнего штемпелей, его во время чеканки придерживали особыми клещами.
О технике ручной чеканки монет, описанной выше, дают представление дошедшие до нас рисунки античных и средневековых художников [36, с. 537]. На рис. 10 показан чеканщик монет XII в., изображенный на головной колонне храма Святого Георгия в Бошервиле (Нормандия) [30].
В XIV—XV вв. на Руси мастерская чеканщика обычно оборудовалась печью для плавки металла (иногда с керамическим глиняным тиглем), мехами для поддержания в печи нужной температуры, волочильным станком для изготовления проволоки, наковальней, на которой проволока расплющивалась и нарезалась. Одной из сложнейших операций было изготовление штемпелей, требующих от мастеров большого художественного искусства и умения придавать инструментам высокие эксплуатационные качества путем термической обработки стали [39, с. 64—65].
Изображения на многих русских монетах отличались изяществом и разнообразием. Существовавшая в то время система откупов на право чеканки, которые денежные мастера получали у князей-, стимулировала ремесло чеканщиков, способствовала выявлению и росту талантливых художников-резчиков штемпелей, развитию монетного дела. Денежники принадлежали к числу привилегированных слоев ремесленников. Любой владелец серебра мог заказать для себя денежнику необходимое количество монет. Поэтому не случайно, что на многих монетах, наряду с изображением кзяней, воинов, охотников, всадников, богатырей, фантастических и реальных животных, сцен из сказок, часто встречаются и сами денежники. Обычно они изображены на оборотной стороне монет. На некоторых моне- 38
Рис. 10. Чеканщик монеты из Бошервиля, Нормадия.ХПв.
тэх встречаются даже их имена. Так, на псковских монетах указаны мастера — Заманив и Иван, на тверских монетах - Орефьев [39, с. 66].
Чеканщиков нередко можно видеть на монетах тверского князя Бориса Александровича (1425—1461). Они изображены сидящими на низких табуретах, на головах — широкополые шляпы или зубчатые венцы; одежда обычно короткая. Мастера работают перед небольшой, имеющей вид столбика, наковальней, укрепленной на горизонтальной подставке. На наковальне находится верхний штемпель. Иногда штемпель показан отдельно, приподнятым над наковальней. В правой руке мастер держит двусторонний молот, а левой придерживает верхний штемпель — чекан. Вокруг наковальни видны монеты в виде небольших кружков. В процессе работы нижний штемпель прочно вставлялся в наковальню, верхний был съемным. Предварительно расплющенный кусочек проволоки укладывали на нижний штемпель, прижимали верхним штемпелем - чеканом, по которому наносили сильный удар молотом [ 19, с. 681].
Изучая древние золотые монеты, ученые обратили внимание на тот факт, что определенные виды восточных монет отличаются весьма точной массой. Их осмотр показал отсутствие каких-либо следов опиловки ребра
39
монет с целью их подгонки под определенную массу. Было выдвинуто предположение, что древние чеканщики для изготовления монетных заготовок пользовались методом порошковой металлургии. Для каждого экземпляра монеты отвешивалось строго определенное количество золотого порошка. Его насыпали в ячейки на глиняном листе и помещали для спекания в печь. Получалась линзообразная лепешечка из золота. Затем ее нагревали, держа в щипцах и помещали на нижний штемпель. Ударом по верхнему штемпелю достигалось получение изображения на обеих сторонах монеты [11, с. 24].
Чеканка металлов занимала в рассматриваемый период важное положение в системе металлургического и металлообрабатывающего производства. С ней неразрывно связано развитие металлургии благородных металлов, в том числе создание разнообразных сплавов золота и серебра, совершенствование способов их ковки, волочения и термообработки. Чеканка металлов — один из древнейших процессов обработки металлов давлением, предъявивший очень высокие эксплуатационные требования к чеканочным штемпелям, — инструментам, для производства которых были применены уже за несколько веков до нашей эры высококачественные стали, созданы метода их упрочения и обработки. Исключительно четкие с глубоким рельефом и сложным рисунком изображения на античных моне- ' тах свидетельствуют о высоком мастерстве резчиков штемпелей, освоивших в совершенстве обработку высокопрочных видов сталей. Опыт, накопленный античными чеканщиками, по всей вероятности, использовался в других областях металлургического и металлообрабатывающего ремесел. Сосредоточение в руках чеканщиков монеты разнообразных металлургических процессов и технических средств для литья, кузнечной обработки и волочения металлов не только способствовало дальнейшему развитию самой техники чеканки, но и стимулировало развитие связанных с ним смежных производств.
1.4. ТЕХНИКА ВОЛОЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
Формирование и развитие техники волочения металлов в рассматриваемый период происходило под влиянием все возраставшего потребления проволоки и проволочных изделий, широко применявшихся в выделке разнообразных ювелирных изделий и предметов быта. Производство ювелирных изделий, шитых золотом одежд получило широкий размах особенно в рабовладельческий период. Ювелирные ремесла потребляли огромное количество благородных металлов и их сплавов. Золотая и серебряная проволока применялась также в качестве эквивалента стоимости в торговле. Спрос на проволоку способствовал совершенствованию техники волочильного производства.
Археологические раскопки на территории Древнего Египта и Месопотамии открыли богатейшие погребения V тыс. до н.э., где найдены многочисленные проволочные изделия, проволочные браслеты, сосуды с дужками из золотой проволоки и много других предметов.
Наиболее древние образцы проволоки изготовлены либо ковкой, либо разрезкой кованого листового металла [7; 40—41]. В Абидосе (Египет) найден проволочный браслет, датируемый 3400 г. до н.э., состоящий из
двух групп бусинок, соединенных прядью из свитых вместе золотых проволок и толстого волоса. Искусно отделанной проволоке придан точно такой же диаметр (0,33 мм), какой был у волоса [40].
На использование в Древнем Египте волоченой проволоки указывают Г- Шефер, Е. Фонтеней и Г. Меллер [42—44]. Представляют интерес находки проволоки в пирамидах Саккары (Египет, 2900 лет до н.э.), коллекции которой хранятся в Берлинском музее.
Значительное распространение получили у древних народов тканые и шитые золотом одежды. Особенность этого вида искусства заключается в умении изготовлять тончайшие нити проволоки, которые с основой материала образуют эластичную и красивую ткань. По имеющимся данным, в Египте уже в начале III тыс. до н.э. (275 5—2733 гг.) выковывали золотые нити для тканей, а во II тыс. до н.э. (1587—1518 гг.) изготовляли серебряные нити [45].
Уже в первой половине III тыс. до н.э. металлообработка, особенно ювелирное дело, достигли высокого уровня в Месопотамии, о чем свидетельствует погребальный инвентарь царских гробниц шумерского города Ур. Широкое развитие здесь получила обработка золота, серебра и электрона. Особый интерес представляет известное погребение царицы Шубад (XXVI— XXV вв. до н.э.). Ее одежда была покрыта богатыми украшениями из золота, ляпис-лазури, сердолика. Массивный головной убор состоял из диадемы, венка из золотых листьев, золотых колец и трех золотых цветков. В диадеме использована тонкая золотая проволока диаметром 0,25— 0,30 мм, свитая в спираль диаметром около 2,38 мм. Считают, что проволока изготовлена волочением [3].
В Уре найдены также сканные (филигранные) изделия, датированные III тыс. до н.э. Сущность сканного производства состоит в том, что из тонкой золотой, серебряной или медной проволоки круглого или четырехугольного сечения (нарезанной из тонких листов или волоченой) выполняются ажурные или напаянные на металлический фон узоры. Для большей красоты проволока предварительно скручивается в две или три нити и сплющивается [2, с. 655].
На территории Советского Союза найдены образцы проволочных изделий, относящихся ко II и I тыс. до н.э.
Богатейшие погребения середины II тыс. до н.э. открыты в Закавказье. В Грузии (Триалети) среди ювелирных изделий встречаются предметы сканной работы, например золотой кубок, отделанный сердоликом и бирюзой и покрытый узорами из зерни и скани [46—47].
Ремесленники-ювелиры северного Причерноморья (Крым), Приднепровья, Поволжья, районов Урала в совершенстве владели искусством волочения металлов, о чем свидетельствуют археологические находки проволоки и проволочных изделий IV в. до н.э. — IV в. н.э. [48].
На Европейском континенте ранние очаги металлообработки существовали в древней Греции и Италии. Археологические раскопки дневнегречес- кого города Микены показали, что грекам в VIII в. до н.э. была известна техника производства проволоки волочением. Наряду с ювелирными изде- лиями древние греки и римляне выделывали также тканые и шитые золотом одежды и покрывала. Интересные сведения, свидетельствующие о Широком распространении проволочных изделий в Древней Греции мы
находим у Гомера, описавшего, в частности, обычаи богатых граждан носить одежды, вышитые золотом. Златотканные одежды были широко распространены у римлян особенно во времена Империи, что подтверждает- i ся свидетельством Плиния в его ’’Естественной истории” [48, с. 14]. I
Волоченая проволока применялась не только для украшений и пред- I метов роскоши. Представляют интерес находки совершенно новой для I того времени проволочной продукции — проволочных тросов. Два из I известных нам ранних образцов бронзовых тросов относятся к VIII и V вв. I до н.э. Первый найден в Ниневии (Ассирия), второй в Помпее, разрушенной при извержении Везувия в 79 г. Трос из Помпеи, диаметром около 25 мм, состоит из трех стренг, каждая из которых скручена из 15 проволок. Длина троса около 4,6 м [49]. Установлено, что в IV в. до н.э. с проволочными тросами были знакомы китайские ремесленники [3]. Появление проволочных тросов свидетельствует о расширении сферы потребления проволоки, т.е. об использовании ее и в технике. По всей вероятности, тросы применялись в строительных работах для поднятия или перемещения тяжестей.
Высокий уровень металлообработки в Греции и Римской империи оказал влияние на соседние страны Западной Европы. В первых веках нашей эры в Западной Европе, вступившей на путь феодального развития, образовались новые районы высокоразвитого металлообрабатывающего и ювелирного производства [48].
Установлено, что наиболее ранние образцы проволоки изготовлены ковкой. Как правило, поверхность такой проволоки неровная, форма и площадь ее поперечного сечения по длине неодинаковая. Существовало два основных способа получения кованой проволоки. При первом способе слиток или кусок металла расковывался молотком в пруток заданной толщины и профиля. При втором способе из слитка или куска металла ковкой получали лист, затем разрезали его на квадратные полоски, края которых округляли ударами молотка. Существовал также способ, похожий на второй, с той лишь разницей, что разрезка листа производилась не прямолинейно, а циркулярно. При циркулярной резке получались длинные куски проволоки — в этом ее преимущество. Примером практического применения циркулярной резки металла, вероятно, могут служить полоски из золота длиной более 1,5 м, найденные в одной из гробниц Ура [2, с. 655].
Попытки облегчить кропотливый и тяжелый труд, желание производить более изящную и тонкую проволоку привели к тому, что постепенно (к IV тыс. до н.э.) был выработан новый способ обработки проволоки. Для сглаживания неровностей, калибрования и уплотнения проволоки, ее стали проталкивать через отверстия в твердых материалах. Образцы такой проволоки из золота, датируемые IV тыс. до н.э., найдены в Египте. Впоследствии эта операция полирования и выравнивания поверхности проволоки развивалась в волочение. Считают, что в самом примитивном виде способ волочения начали применять в древнейший период (еще до появления металлических орудий) для отделки стержней дротиков и гарпунов. Стержни изготовляли из сырого дерева и затем калибровали протаскиванием (волочением) через костяные выпрямители. Еще и в настоящее время североамериканские эскимосы и индейские племена пользуются подобными подобными выпрямителями для протяжки сырого деревянноЛ|
стержня стрелы, чтобы придать ему при высыхании максимальную прямизну [48, с. 16].
Раскопки погребений в Египте периода Среднего царства (2800—2500 гг. до н.э.) подтверждают, что техника выпрямления деревянных путков была известна в древности. Обнаружена роспись (рис. И), изображающая двух ремесленников, занятых выпрямлением прутков из дерева.
Можно предположить, что в дальнейшем аналогичное калибрование стали применять и к кованым пруткам из цветных металлов, используя деревянные калибры. В результате такой протяжки можно было сделать поверхность прутка гладкой и полированной. Подобные калибры изготовляли,
Рис. 11. Калибрование прутков в Древнем Египте. 2800- 2500 гг. до н.э.
вероятно, из твердых деревянных досок путем выжигания в них конических отверстий. Если дерево было твердым и отверстие калибра несколько меньшим, чем диаметр прутка, то пруток, неоднократно протянутый через отверстие, делался тоньше, удлиняясь. Таким образом происходило волочение. Дерево, обладающее низкой стойкостью на истирание, впоследствии было заменено другими, более прочными материалами, например кремнем. Так, во многих странах мира найдены камни с просверленными коническими отверстиями. Очевидно, кремневые калибры употреблялись с давних времен, так как искусство сверления отверстий в камнях при помощи песка и воды — изобретение неолитического периода.
Древние мастера умели высверливать в камнях отверстия не только больших, но и малых диаметров. Сверление производилось смычковой дрелью, хорошо известной египетским ремесленникам. Способ сверления с помощью лучковой дрели изображен в ряде гробниц, относящихся к 1580—1350 гг. до н.э.
Абразивным материалом при сверлении служили кварцевый песок, толченый кремень и другие порошкообразные материалы. Конические отверстия, похожие на ’’глазок” волоки, могли просверливать либо медным, либо каменным острием при помощи абразивного материала. Вероятно, таким методом просверлены отверстия в каменной волоке II тыс. до н.э., найденной на территории Советского Союза в Наохваму (Грузия). Волочильный камень из Наохваму — одна из известных нам находок волочильного инструмента древнего периода. Волока представляет собой плоский камень из яшмы с несколькими отверстиями. Внутренняя форма отверстия напоминает современный глазок для волочения проволоки — два перевернутых усеченных конуса. Два больших отверстия на камне, расположенные по Диагонали, служили, очевидно, для закрепления каменной волоки перед протягиванием проволоки [48, с. 18].
Огромным шагом вперед в развитии техники волочения было использование более эффективного железного (стального) волочильного инструмента. Наиболее древними экспонатами могут служить две металлические волочильные доски, найденные в одном из финикийских поселений, возраст которых насчитывает 2000 лет [48, с. 20]. Приведенные сведения о железных волоках, вероятно, не исключают более раннего применения железа для изготовления волочильного инструмента.
По сравнению с каменной, железная волока имеет значительные преимущества: можно повысить ее твердость и прочность на истирание, подвергнув металл механическому упрочнению наклепом. Трудоемкую операцию сверления отверстия можно заменить двухоперационной обработкой: пробивкой отверстия в горячем состоянии с последующей менее трудоемкой работой — выравниванием отверстия рассверливанием и полировкой (шлифовкой) . Кроме того, разработавшееся волочильное отверстие железной волоки легко подправить до первоначального диаметра неоднократной холодной налепкой вокруг контура глазка.
Наиболее простое приспособление для протяжки проволоки состояло из волоки, которую прикрепляли к опоре, и инструмента (клещей) для захватывания заостренного конца проволоки. Простейший способ ручного волочения сохранился до последнего времени у одного из негритянских племен Танганьики, описанный О. Доннером. Приспособление состоит из врытого в землю столбика высотой 600 мм и диаметром 70 мм. В верхней части столбика сделаны вертикальный вырез и глубокая выемка для волоки. Высота волоки 8 мм. Можно предположить, что подобные приспособления для волочения проволоки применялись у народов Африки и в древности.
Крепление волок при ручном волочении не ограничивалось приведенными выше способами. Об этом говорят находки во Франции нескольких железных волок III—V вв., заостренных с одного конца, что давало возможность прочно забивать их в пень или в другую деревянную опору.
Одним из наиболее ранних письменных источников, указывающих на волочильный инструмент, является латинская рукопись, написанная в X в. немецким монахом из Паденборна Теофилом, под названием ’’Книга разных искусств”. В ней говорится о волоках, как об инструментах, встречающихся в любой хорошо оборудованной мастерской. По описанию, волоки представляют собой пластины шириной в два или три пальца, снабженные тремя или четырьмя рядами отверстий, через которые протягивается проволока [50, с. 67].
Изготовление волочильных досок было сложным и требовало больших навыков в металлообработке. Вероятно, их производство было не под силу ремесленнику-волочильщику. Заготовку для волочильной доски нужных размеров и с определенными качествами металла мог изготовить' лишь кузнец, обладающий необходимыми знаниями в выплавке и обработке железа. Пробивку отверстий определенных размеров и формы мог делать и волочильщик. До сих пор нет точных сведений о составе металла волочильного инструмента. В сообщениях археологов волочильные доски обычно называются железными, хотя сразу же делаются предположения о возможности цементации железа или применении для их изготовления стали. На это указывает широкое использование разнообразных железных 44
цементованных и стальных инструментов кузнецами и ювелирами X в. Теофил, упомянувший о волочильных досках, ничего не говорит об их материале. Вероятно, те предметы или та техника, которая считалась новой, описана им детально, но о волочильных досках, применение которых восходит к более раннему периоду, он счел необходимым лишь упомянуть. Подробные сведения Теофила о технике изготовления стальных изделий, служащих для резания стекла, камня, описание способов изготовления больших и малых стальных напильников и режимов закалки стали дают основание утверждать, что волочильный инструмент в тот период изготовлялся из стали.
Приведенные данные показывают, что уровень техники изготовления инструмента, например в X в., мог обеспечить волочильное производство качественными стальными досками, пригодными для волочения не только цветных и благородных металлов, но и железа.
Теофил упоминает о золотой, серебряной, медной, латунной (?), свинцо- во-оловянной (2/3 олова и 1/2 свинца) и железной проволоке. Золотая проволока применялась в ювелирном деле, а медная и серебряная шла на изготовление цепей для кадил. Медной и латунной проволокой украшали оснастку лошадей, ею соединяли кожаные переплеты книг. Проволока использовалась для заклепок, гвоздей и замков. Кроме того, из латунной тонкой проволоки делали щетки для полирования позолоченных поверхностей. Описывая производство медных органных труб и волосяных щеток, Теофил упоминает также о железной проволоке, необходимой при их изготовлении [50, с. 278].
В Х-ХШ вв. волочение проволоки было важной отраслью металлообрабатывающего производства в Западной Европе. Здесь в это время создаются цеховые объединения волочильщиков проволоки. Продукция этих цехов — медная, бронзовая и железная. Проволока шла для изготовления предметов быта: иголок, булавок, заклепок, гвоздей, кардных щеток и т.п.
Технику волочения проволоки широко применяли ремесленники Древней Руси. К IX—X вв. относятся интереснейшие материалы по истории ювелирного дела в Киевской Руси. Из золота и серебра русские мастера изготовляли золотошвейные нити, а также проволоку из цветных металлов. Из толстой волоченой проволоки (диаметром 2—3 мм) делали браслеты, гривны (швейные обручи) , различные украшения. Чаще всего употреблялась свитая проволока, сложенная в три—четыре раза. Длина проволоки для изготовления одного браслета доходила до 1,5 м [19, с. 330].
В простейших волочильных приспособлениях далекого прошлого усилие волочения передавалось непосредственно мускулами рук человека. Впоследствии этот способ был несколько усовершенствован благодаря применению так называемого волочильного приспособления с качающимся сиденьем (рис. 12).
До нас дошло старинное изображение такого волочильного устройства, Датированное 1418 г. Мастер сидел на доске, подвешенной на двух канатах. Устройство напоминало качели. Волочильная доска забивалась в пень, клещи привязывались к поясу мастера, который при наклонении вперед захватывал клещами заостренный конец проволоки, продетый в волочильное отверстие, а затем, упираясь ногами в пень, откачивался назад. Заодно отклонение протягивался кусок проволоки длиной около 0,3 м. Повторяя
<>3^* ^у»И Sess««#
Рис. 12. Волочение проволоки на приспособлении с качающимся сиденьем. Около 1418 г.
подобные движения несколько раз, волочильщик протягивал весь отрезок проволоки. Таким же образом проволока пропускалась через меньшие отверстия, пока не доводилась до требуемой тонкости.
В 1435 г. приспособления с качающимся сиденьем применялись в Ковентри (Англия) для перетяжки грубой проволоки, полученной с рычажно-клещевого станка, в проволоку средней толщины. Мастер, работающий на приспособлении с качающимся сиденьем, назывался ’’поясник” (’’girdleman” от girdle — пояс, за который были привязаны клещи).
По всей вероятности, волочильные приспособления с качающимся сиденьем применялись мастерами-волочильщиками европейских стран и в более ранний период. Они позволяли волочильщику с меньшей опасностью и с некоторым удобством изготовлять проволоку, освободив мышцы рук от тяжелой физической работы и передав усилие волочения на более сильные мышцы ног. Этот способ дал возможность изготовлять проволоку сравнительно крупных диаметров из кованых или резаных заготовок
Рис. 13. Ручной рычажно-клещевой станок для волочения толстой проволоки. XIV- XV вв.
Развитие производства железной проволоки способствовало распространению новых устройств — рычажно-клещевых станков, позволивших протягивать вручную более толстые кованые заготовки (рис. 13).
Ручной рычажно-клещевой станок представлял собой наклонный деревянный стол, к которому крепилась волочильная доска. Перед ней на металлической плите располагались клещи, соединенные с малым плечом Рычага. Свободное плечо рычага служило рукояткой, на которую волочильщик действовал мускульной силой и собственным весом, отчего малое плечо отклонялось, увлекая за собой клещи с проволокой. По окончании рабочего хода проволока освобождалась от клещей, которые по наклонной плоскости под действием собственного веса скользили по плите в Исходное положение к волочильной доске. Рычаг, связанный с клещами, также устанавливался в первоначальное положение. Для увеличения вЫигрыша в силе длина свободного плеча рычага делалась больше длины
Рис. 14. Устройства для волочения провопоки с вращательным движением рабочегсИ органа по В. Бирингуччо. 1540 г.I
а — вертикальный ворот; б — горизонтальный ворот или волочильная скамья; в — I тоиковолочильный станок.Я
плеча, связанного с клещами. Рабочий ход (или длина протяжки) составлял 1 всего 7—10 см. Частые захваты проволоки клещами оставляли на ней мно-‘ 1 гочисленные вмятины в виде надкусов, сильно снижавших качество про-; | волоки.I
Крупный шаг вперед в технике волочения был сделан в результате созда- 1 ния волочильных устройств с вращательным движением тягового устрой-1 | ства.
Появление первых волочильных станков с вращательным движением рабочего механизма зарубежные историки относят к XIV в. и связывают их изобретение с именем Рудольфа (Германия). Однако как показали исследования советских ученых, волочение проволоки на аналогичных станках было известно значительно раньше. Мастера-ювелиры Киевской Руси еще в X в. применяли для волочения толстой проволоки из цветных металлов специальное устройство — волочильную скамью, позволившую получать длинные отрезки медной проволоки. Пока не найдено изображение волочильной скамьи рассматриваемого периода. Но ее устройство, вероятно, не слишком отличалось от дошедших до нас рисунков более позднего времени. Волочильная скамья, состоящая из ворота и клещей, изображена в немецкой гербовой книге 1466 г. (герб Леонарда Шнитцера), а также j в книге В. Бирингуччо 1540 г.'
На одном конце такой скамьи [50—51] находилась волока, а на дру-1| гом — деревянный ворот с ремнем или веревкой. К ремню через кольцощ прикреплялись клещи, которыми захватывался конец заготовки. При|| вращении ворота ремень наматывался на его вал (барабан), увлекая за 13 собой клещи с протягиваемой проволокой.И
В "Пиротехнике” В. Бирингуччо, в главе, посвященной изготовлению ■ золотой и серебряной проволоки, волочильная скамья, названная ”гори-Я зонтальным воротом” (рис. 14,6) изображена с двумя другими волочиль-Я ными устройствами: ’’вертикальным воротом” (рис. 14, а) и тонковоло-Я
пильным станком (рис. 14,в). По описанию В.Бирингуччо на волочильной скамье и вертикальном вороте протягивалась наиболее толстая про- 9олока [51]. При этом, заготовкой служили'слитки металла, которым перед волочением ковкой придавали форму ’’грубой проволоки”, диаметром от 10 до 20 мм. Иногда в волочении применяли нарезанные из листов заготовки квадратного сечения. Тонковолочильный станок представлял собой стол, на котором крепили две вертикальные оси с насаженными на них катушками или дисками, снабженными рукоятками. Между катушками в специальном волокодержателе помещалась волочильная доска. В процессе работы проволока, проходя через самое большое волочильное отверстие доски утонялась и наматывалась на первую катушку. После протяжки через первое волочильное отверстие она пропускалась через следующее отверстие, наматываясь на вторую катушку. Процесс волочения продолжался до тех пор, пока не получали проволоку заданного размера.
Неизвестно, когда впервые стали применять ручное волочение проволоки на катушки. Одно из наиболее ранних изображений процесса волочения тонкой проволоки на катушки относится к 1527 г. Многие исследователи датируют появление способа волочения проволоки на катушки XIV в. Однако имеется ряд косвенных доказательств того, что этот вид техники появился гораздо раньше.
Характерная для рассматриваемого периода техника волочения, основанная на применении мускульной силы человека, использовалась в производственных процессах в различных сочетаниях. Наиболее грубые и толстые сорта проволоки волочили на механических устройствах, позволяющих максимально облегчить тяжелый физический труд человека. При волочении золота, серебра, меди и их сплавов, обладающих достаточно высокой пластичностью, использовали технологические схемы, включающие следующее оборудование: 1) приспособление с качающимся сиденьем — волочильную скамью - тонковолочильный станок; 2) волочильную скамью — тонковолочильный станок; 3) воротные клещи —волочильную скамью — тонковолочильный станок. Волочение железной проволоки также базировалось на использовании разнообразных волочильных станков и устройств; Принципиальные варианты технологических схем, составляющее оборудование и последовательность его применения в производственном процессе были такие: 1) рычажно-клещевой станок — приспособление с качающимся сиденьем — волочильная скамья — тонковолочильный станок; 2) приспособление с качающимся сиденьем — волочильная скамья — тонковолочильный станок. Могли быть и другие технологические схемы, определяемые спецификой и условиями производства [48].
С середины XIV в. в западноевропейском проволочном производстве наметились крупные качественные сдвиги, связанные с использованием Для привода волочильных станков вододействующих энергетических установок и механизацией наиболее трудоемких технологических операций. Однако в условиях феодального способа производства процесс технического совершенствования шел медленно и коснулся лишь единичных предприятий. Глубокие преобразования в технике волочения металлов произошли Позже, в период развития и становления мануфактур.
Зак. 232
ГЛАВА 2РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМВ ПЕРИОД МАНУФАКТУРНОГО ПРОИЗВОДСТВА(XV в. — конец XVIII в.)
КАЧЕСТВЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯВ МЕТАЛЛУРГИИ И МЕТАЛЛООБРАБОТКЕ
Характерная особенность рассматриваемого периода — распространение во многих странах Европы мануфактурных предприятий. Их возникновение было связано с ростом ремесла, товарного производства, обусловивших дифференциацию мелких товаропроизводителей, появление мастерских с наемными рабочими.
Мануфактура пришла на смену феодальноорганизованному ремеслу средневековых цехов. Мануфактуры представляли собой сравнительно крупные капиталистические предприятия. Характеризуя мануфактуру, В.И. Ленин отмечал, что она: ”1) основана на ручном производстве и на широком базисе мелких заведений; 2) вводит между этими заведениями разделение труда, развивая его и внутри мастерской; 3) ставит во главе производства торговца, как это и всегда бывает в мануфактуре, предполагающей производство в широких размерах, оптовую закупку сырья и сбыт продукта; 4) низводит трудящихся на положение наемных рабочих, занятых в мастерской хозяина или у себя на дому”1.
Мануфактура привела к значительному повышению производительности общественного труда и создала предпосылки для развития крупного машинного производства, С мануфактурой связано техническое развитие производства на основе усовершенствования орудий труда, специализации инструмента, применения вспомогательных механизмов и водяной энергии [1].
Первые мануфактуры возникли в XII в. в Византии, затем во Франции,. Англии, Германии и некоторых других европейских странах. Однако расцвет мануфактурного производства в Западной Европе приходится на XVI-XVIII вв.
К числу широко распространенных мануфактур металлургического профиля следует отнести мануфактуры железоделательные, медедобывающие, металлообрабатывающие, пушечные, колокольные, золотоканительные и ряд других, с которыми неразрывно связано развитие металлургической технологии, в том числе процессов обработки металлов давлением.
Следует подчеркнуть, что именно мануфактурная организация производства стимулировала прогресс двухстадийного способа получения же-
1 Ленин В.И. Поли. собр. соч., т. 2, с. 399.
50
леза, ставшего в рассматриваемый период основой железоделательной промышленности. Двухстадийный процесс привел к широкой дифференциации профессии металлурга, участию в работе особых специалистов, выполняющих конкретные производственные операции и обслуживающих определенные виды металлургического и металлообрабатывающего оборудования.
Наглядным примером ранних металлургических мануфактур могут служить доменные и железоделательные заводы России, созданные в Тульско-Каширском районе в 30—40 г. XVII в.
Первыми из них стали Городищенские заводы, построенные в 12—15 верстах от Тулы на реке Большая Тулица, притоке реки Упы. Два завода были доменные, а два — железоделательные. Право на их строительство получил в 1632 г. выходец из Голландии, купец А.Д. Виниус с компаньонами. В соответствии с выданной царем Михаилом Федоровичем грамотой, им было разрешено изготавливать из железной руды различное железо ’’мелнишным” (вододействующим) заводом, лить пушки и ядра, делать разное железо, ковать из него котлы, доски (листы) и прутья. Официальной датой пуска Городищенских заводов принят 1637 г. [3,с. 78; 4,с.21].
По характеру организации производства Городищенские заводы представляли одно предприятие с единым заводоуправлением. На доменных заводах отливались пушки, ядра, гранаты и чугунные заготовки (’’штыки”), служившие исходным материалом для передела чугуна в железо. Изготовленные из чугуна пушечные отливки отправлялись для дальнейшей обработки (сверление стволов) на другой завод, а чугунные ’’штыки” - на железоделательные заводы. Как и в любом развитом мануфактурном предприятии, на Городищенских доменных и железоделательных заводах существовала соответствующая организация труда с пооперационным распределением рабочих в производстве. Переделом чугуна в железо занимались работники, обслуживающие кричные горны и производившие обработку криц под молотами. Последующие процессы передела сварочного железа основывались на широком использовании кузнечной обработки. На вододействующих молотах кузнецы ’’тянули” толстое полосовое и связное железо, ствольные прутки и т.п. С учетом производимой продукции осуществлялась специализация в железообрабатывающих производствах [4, с. 87-89; 5].
В России наибольшего расцвета мануфактуры достигли в XVIII в. В начале XVIII в. здесь строятся крупные металлургические предприятия. Особое значение приобретает Уральский горно-металлургический район, где концентрируется фактически основной промышленный потенциал черной и цветной металлургии крепостной России. За период с 1699 по 1750 гг. на Урале было построено 45 заводов, из которых 22 имели доменные печи, а остальные являлись железоделательными. На некоторых заводах было создано, кроме того, медеплавильное производство.
Наиболее известное уральское металлургическое предприятие XVIII в. — Государственный Екатеринбургский завод, спроектированный и заложенный в 1721 г. В.Н. Татищевым. Строительство завода было завершено в 1723 г. В. Генниным. Предприятие располагало доменным, передельным и медеплавильным производствами. С организационно-технической сторо-
ны Екатеринбургский завод представлял собой высокоразвитое мануфакЯ турное предприятие, при строительстве и оборудовании которого были использованы последние достижения отечественной и западноевропейской металлургии и гидроэнергетики. Предприятие было оснащено мощной гидроэнергетической системой, насчитывающей в общей сложности более 50 вододействующих двигателей. Все основное производственное оборудование и механизмы приводились в движение энергией падающей воды [2, с. 12-16].
На территории Екатеринбургского завода было построено более 40 фабричных и бытовых корпусов. Здесь функционировали фабрики — доменная и литейная с формовой и сверлильной, молотовая (кричная), жестяная, дощатая, колотушечная, якорная, укладная, стальная, плющильная, прорезная, проволочная, медеплавильная, лудильная (для жести), кузница мелкого дела и др. [6, с. 37; 7,с. 74—81].
Металлургические и металлообрабатывающие мануфактуры XVII и особенно XVIII вв. использовали в производстве весь арсенал традиционных и новых способов и процессов получения и обработки металлов. Непрерывно возраставшая потребность в металле стимулировала совер- шествование технологического оборудования и механизмов, что способствовало повышению мощностей и производительности металлургических агрегатов и машин. Большие изменения произошли в доменном и кричном производствах. Увеличение рабочего объема доменных печей, кричных горнов и мощностей вододействующих молотов дали возможность из* готовлять крупные поковки из - сварочного железа. За период с начала XVII до конца XVIII вв. масса изготовляемых криц железа возросла с 24 — 36 до 50 — 190 кг, а в отдельных случаях получали крицы еще большей массы [6, с. 69].
В странах Западной, Центральной и Восточной Европы шло достаточно интенсивное строительство новых металлургических и металлообрабатывающих заводов. Вплоть до конца XVI в. основными поставщиками металлов в Европе были Швеция и Норвегия, торговали металлом и металлопродукцией также Россия и Австрия. Многие государства средневековой Европы, обладавшие развитой металлургией, входили в это время в торговый союз северонемецких городов — Ганза. Этот союз осуществлял монопольное торгово-экономическое сотрудничество между странами Центральной Европы, Англии и Скандинавии — крупными производителями металлургической продукции [8, с. 62]. За период с 1720 по 1796 гг. в Англии число доменных печей возросло с 60 до 121, -а выплавка чугуна за это время увеличилась с 17 000 до 124 000 т [1,с. 231; 8, с. 69].
Крупные сдвиги в области металлургии произошли в XVIII в. в России, в результате реформаторской деятельности Петра I. Проведенные им реформы, коснувшиеся всех сторон общественно-экономической жизни России, сыграли огромную роль в преодолении отставания страны от передовых государств Западной Европы. Именно при Петре I в России возникло много мануфактур, в том числе горно-металлургических предприятий, развернулись широкие работы, связанные с освоением новых месторождений полезных ископаемых, строительством заводов по производству и обработке железа и цветных металлов на Урале, в Олонецком крае и ряде других областей страны. В XVIII в. в России появилось более 100 чугуно-
плавильных и железоделательных заводов. За период с 1700 по 1800гг.. 9ыплавка чугуна в России увеличилась в 65 раз с 2450 т или 150 тыс. пудов др 160 тыс. т, а выделка сварочного железа за то же время возросла с §20 т или 50 тыс. пудов до 150 тыс. т [9, с. 205]. Следует подчеркнуть, цто по темпам развития металлургической промышленности Россия обогнав ла все европейские страны, в том числе передовую в техническом отношении Англию. Уже к 1731 г. русская металлургическая промышленность по производству металла превзошла металлургическое производство Англии. Россия из страны, ввозящей сварочное железо превратилась в страну, экспортирующую металл в Англию и некоторые другие европейские государства [3, с. 154].
Широкое распространение получили в рассматриваемый период мануфактуры по обработке благородных металлов, в том числе золотоканительные фабрики. Как было показано ранее, искусство изготавливать тончайшие нити пряденого золота и серебра уходит своими корнями в глубокое прошлое. В течение многих столетий выделка этих изделий базировалась на труде ремесленников. В средневековой Европе производство этой продукции, вплоть до XVI в., являлось уделом цехового ремесла. Особенно распространено было оно в Италии, славившейся своим ”май- ландским” пряденым золотом, представлявшим из себя шелковую нить, обвитую узкой, предварительно вызолоченной в горячем виде тончайшей ленточкой серебра. Такие пряденые золотые нити применялись для вышивания и отделки тканей. Из Италии искусство изготовления золотошвейных нитей и канители (тончайшая проволока, свитая в спираль) перешло во Францию. Центром французского золотоканительного производства стал город Лион. ’’Лионская канитель” высоко ценилась на международном рынке.
В начале XVI в. делаются попытки поставить золотоканительное дело в Германии. Общий уровень металлургии и металлообработки средневековья Германии в то время был достаточно высокий. Известно, что в немецком городе Нюрнберге в 1351 г. был построен мастером Рудольфом проволочно-волочильный стан с приводом от водяного колеса. Изобретатель построил ’’волочильню”, в которой вырабатывалась не только железная и медная проволока, но и проволока серебряная и золотая, которая использовалась для изготовления колец, цепей, шляп, эфесов для шпаг и т.п. Для организации золотоканительного производства в Германию в разное время приглашались итальянские и французские мастера. В 1570 г. в Нюрнберге была создана золотоканительная фабрика, но вскоре она была закрыта в связи с тем, что француз Фурнье, обязавшийся организовать производство и обучение ремеслу немецких рабочих, знал лишь процесс волочения и не умел плющить и изготовлять золотошвейную нить. На практическую основу германское золотоканителъное производство встало в конце XVI — начале XVII в. после выдачи городским магистратом Нюрнберга местной привилегии предпринимателю Хельду на монопольную продажу различных золотоканительных товаров на 15-летний период, с обязательством развивать производство с помощью французских и немецких мастеров. В 1607 г. привилегия была продлена еще на 15 лет, а в 1608 г. император Рудольф II даровал Хельду привилегию на 30 лет с распространением прав на всю Священную Римскую империю.
Промышленно-торговые дела Хельдов успешно развивались и позже императоре Фердинанде II. Последний дал Хельдам патент на исключитель ное производство и торговлю золотоканительными товарами во в^ землях, находящихся под австрийским господством. Несмотря на То что без разрешения Хельдов никто не мог изготовлять в стране золою’ канительных изделий, магистрат вольного императорского города Нюру, берга, на основании предоставленного ему права, учредил самостоятель ный цех ’’волочения настоящей и лионской канители”. После этого $ окрестностях Нюрнберга возникло несколько золотоканительных мастер, ских, в том числе во Фрейштадте. Этот город и раньше был известен своими золотоканительными товарами, о чем свидетельствуют записи в постанов, лении нюрнбергского городского управления, датированные 1607 г., 0 торговле местных купцов фрейштадтскими золотоканительными изделиями. В конце XVII в. в Германии возник ряд золотоканительных мануфак- тур, в том числе в Лейпциге (1681 г.), Аугсбурге (1698 г.), Данциге, Брее- лавле, Гамбурге, Эрлангене, Швабахе, Аллерсберге, Опольцбахе (Ансбах), Неймарке, Фрейберге и в Берлине. В XVIII в. появились золотоканитель- ные фабрики в Кётене, Волфенбютеле и некоторых других городах [Ю, с. 5]. '
В Росии первое золотоканительное предприятие появилось в начале XVII в. при царском дворе. Есть данные, что в создании этого производства принимали участие немецкие мастера. Работали в мастерской несколько русских и иностранных специалистов. Вскоре царь Михаил Федорович предпринимает меры для создания золотоканительного производства на промышленной основе, о чем свидетельствует его грамота от 1631 г. в которой сказано: ”. . . бил нам челом алмазного и золотого дела мастер Иван Мартынов, да английской земли торговый человек Френчик Гловерт. По нашему указу, начали было делать в Москве тянутое (кованное в листы — авт.) и волоченое золото и серебро, канитель и друнцаль, всякое мелкое золото и медное дело; но дело это стало становиться дорого, и прибыли нашему царскому величеству от него было мало, потому что прямого доброго мастера в нашем государстве не было и то дело делать перестали” [10, с. 6]. Далее в грамоте выражается желание найти в немецкой земле таких мастеров, у которых ’’нашего государства люди то ремесло переняли бы”. С этой целью государь обратился во все королевства и государства, к князьям, курфюрстам и иным владетельным лицам с извещением, что им разрешено мастеру Мартынову и купцу Гловерту приглашать повсюду за границей мастеров делать тянутое и волоченое серебро и золото [10, с. 8].
Несмотря на это, золотоканительное производство развивалось в Рос- сии до 30-х годов XVIII в. весьма робко. Наряду с собственной выработкой в Россию ввозились в значительных количествах золотоканительные товары и ювелирные изделия из-за границы. Крупным потребителем золото- канительной продукции было парчевое и позументное дело. В царствование Алексея Михайловича искусство украшения одежд и вышивания золотом и серебром являлось широко распространенным занятием женптия знатного происхождения [11].
Прогрессивные реформы Петра I, давшие мощный толчок развитй10 отечественной черной и цветной металлургии и мануфактурам, как фор^ 54
общественного производства, не оказали такого же влияния на развитие Золотоканительного дела. Промышленная и хозяйственная деятельность Петра I была направлена в первую очередь на создание мощной железоделательной и медной промышленности, призванных максимально удов- детворить потребности в вооружении русской армии и нарождающегося морского флота. Развитие ремесел и производств, связанных с обработкой и потреблением золота и серебра для изготовления ювелирных и золотоканительных изделий регламентировалось указом Петра! (1717г.), запрещающем носить украшения из золота и серебра, ’’дабы напрасного убытка люди не имели, а особенно в нынешнее время войны” [ 12, с. 39-40].
Однако Северная война России со Швецией, продолжавшаяся более 20 лет, не могла приостановить общего процесса развития золотоканительного дела, несмотря на то, что эта отрасль не была непосредственно связана с нуждами военного строительства, а потребление золота и серебра ограничивалось государством. В 1714 г. московский фабрикант Алексей Милю-' тин построил в Москве шелковую фабрику, изготовлявшую шелковые ленты с золотом и серебром и атласы. В 1717 г. в Москве были основаны шелковые фабрики Матвея и Ивана Евреиновых, Кондратия Колосова и братьев Лазаревых. В том же году выдана грамота барону Шафирову и тайному советнику Толстому на составление компании для организации в Петербурге и Москве фабрик шелковых тканей, штофов и парчей. Грамота разрешала принимать в компанию русских и иностранцев и в течение - 50 лет продавать в России парчу беспошлинно. 19 сентября 1718 г. подписывается указ, разрешающий производство позумента и лент с золотом и серебром лишь в Петербурге, где существовало специальное заведение, но лишь при условии, что ежегодно будет расходоваться не более 50 пудов серебра. 3 сентября 1720 г. ’’всенародно” опубликован указ ”0 фабрике российской”, где сказано, что русская ’’мануфактура всяких шелковых парчей и штофов” начала работать, и разрешение на ввоз последних отменяется [12, с. 40—41].
С 30-х годов XVIII в. наблюдается оживление в развитии отечественного золотоканительного производства. В 1735 г. была выдана привилегия компании из десяти купцов для заведения в Москве фабрики плащеного и волоченого золота и серебра. Для изготовления золотоканительной продукции на этой фабрике разрешено было переделывать 100 пуд. серебра, которое владельцы могли получать с монетного двора или выписывать из-за границы. В 1738—1740 гг. здесь работало 105 человек. В конце 60-х годов выделяется самая большая в России по тому времени проволочная мануфактура Докучаева с товарищами, с годовым производством 130 тыс. руб.
К 1785 г. относится открытие в Москве фабрики волоченого и плащено- Го золота и серебра, основанной купцом, впоследствии коммерции-совет- ником Семеном Алексеевым. Производство фабрики быстро росло и в 1797 г. её оборот составил 60 тыс. руб. По данным ’’Ведомости” в го- сУдарственную Мануфактур-коллегию за 1797 г. фабрика была оборудо- на ручным волочильным воротом (’’воротовая волочильная машина”) №я протяжки толстых кованых прутков в тонкую проволоку, 12-ю кРУгами”, предназначенными для волочения тончайшей проволоки, ^’й плющильными вальцами и 8-ю прядильными станками (’’пряхами”).
На фабрике числилось 28 рабочих. Переработано было золота болед 14 фунтов и серебра — более 16 пудов. Золото покупалось в голландских червонцах, серебро поступало в слитках. К концу XVIII в. фабрика С. Алексеева по масштабам производства была самым крупным пред- приятием отечественной золотоканительной промышленности, которая по техническому оснащению и масштабам производства не уступала своего лидерства и на протяжении всего следующего столетия [13, с. 8—10].
Согласно ’’Ведомости о состоянии позументных, плющильных и волочильных фабрик”2, в 1797 г. в России существовало не менее 38 предприятий, из которых 16 находились в Москве, 9 — в Московской губернии, 11 — в Петербурге и 2 — в других губерниях.
Из анализа развития двух приведенных отраслей мануфактурной промышленности — железоделательной и золотоканительной — не трудно заметить, что первая, игравшая важнейшую хозяйственно-экономическую роль в жизни общества, находилась на более высоком техническом уровне. Она постоянно была в поле зрения изобретателей, мастеров-новаторов и торгово-промышленных кругов. Именно чугуноплавильные и железоделательные заводы с их специфическим крупномасштабным производством, тяжеловесными слитками и поковками стимулировали развитие технологии, создание новых машин и использование вододействующих двигателей. На примере развития мануфактур отчетливо прослеживаются истоки механизации в черной металлургии, в частности в области разрешения проблемы передачи энергии от двигателя к рабочим машинам. К их числу относятся широко распространенные на металлургических заводах вододействующие молоты, волочильные станы и другие виды оборудования, позволившие решить ряд проблем, связанных с передачей энергетических и трудовых функций человека машине, революционизировать производство. Тем не менее, нельзя забывать, что в ряде отраслей металлообрабатывающей промышленности, особенно золотоканительных фабриках гидравлический двигатель и рабочие машины с механизированным приводом применялись редко. Для привода основного производственного оборудования здесь обычно использовалась мускульная сила животных — ’’конные вороты”, а часто и мускульная сила людей. Для XVI—XVIII вв. не редки случаи, когда и железоделательные фабрики, удаленные от источников гидравлической энергии, оборудовались конными воротами.
В процессе развития металлургических мануфактур непрерывно совершенствовалась техника и технология, шли поиски новых способов отработки металлов. Детищем мануфактуры был прокатный стан, появившийся в производстве в XVI в., намного расширивший возможности металлургической технологии, а также винтовой чеканочный пресс ■ и ряд других технических средств, принятых в XV—XVIII вв. на вооружение в различных металлургических и металлообрабатывающих производствах.
Наиболее динамично и углубленно шел процесс технического развития на монетных дворах, что обусловливалось чисто государственной функцией денег и их огромной ролью в общественно-экономической жизни
любого государства. Поэтому все последние технические изобретения, касающиеся металлообработки, в том числе обработки металлов давлением, быстро становились достоянием монетных дворов. К числу новых лидов оборудования относятся прокатные станы, обеспечивающие прокатываемой заготовке гладкую поверхность, равномерную толщину листа или полосы, строго определенные по всей длине геометрические размеры изделия. Именно этим объяснялось внимание к прокатным станам (вальцам) , которые начали внедряться на некоторых европейских монетных дворах в XVI в. Столь же успешным было широкое использование в монетном производстве винтовых чеканочных прессов, позволивших уже в XVI в. начать механическую чеканку монеты [14, с. 15, с. 760].
В XVI—XVII вв. монетные дворы в Западной Европе и в России обычно сдавались в аренду частным лицам. Некоторые страны размещали заказы на чеканку денег в других государствах. В целом, монетное производство представляло широко развитую отрасль металлообрабатывающей промышленности. Так, в XVI в. во Франции насчитывалось 25 монетных дворов. В 1771 г. в этой стране было 30 городов, в том числе Париж, Руан, Кан, Лион, Тур, Анже, Ла-Рошель, Бордо, Тулуз, Лион, в которых размещались монетные дворы. Каждый монетный двор ставил на монетах свое буквенное обозначение. Так, Парижский монетный двор значился под литерой А, Канский монетный двор — под литерой С и т.д. [14].
В России при Иване III (1440-1505 гг.) великокняжеские монеты чеканили в Великом Новгороде, Твери и Москве, а при Иване IV (1530— 1584 гг.) был создан еще монетный двор в Пскове. Первый казенный монетный двор возник в 1534 г. в Москве. Так же как и на Западе, русские монетные дворы имели буквенные символы. На монетах^московской чеканки XVI и XVII вв. ставились обозначения:^,/И,ТНо, скк& ,^Л (Монетный двор), Л4М^ (Московский монетный двор),БК (Большая Казна), а в XVIII в. -Л1МД; монеты Великого Новгорода имели клеймо -^, Твери - 5, Ш [15].
В 1663 г. по именному указу царя Алексея Михайловича монетные дворы в Великом Новгороде и Пскове были ликвидированы и выделку монеты сконцентрировали в Москве. Указ гласил: ’’Имянный. — Об уничтожении в Москве и в прочих городах денежного медного дела, о заведении в Москве серебряного монетного двора, о выдаче жалованья серебряными деньгами и сборе пошлин таковою же монетою.
На Москве и в Великом Новгороде и во Пскове денежного дела дворы отставить, и маточники и чеканы, в тех городах собрав все, прислать к Москве в приказ Большая Казна, а старой денежной серебряного дела двор на Москве завесть и серебряные деньги на нем денежным мастерам делать Июня с 15 числа” [16, с. 3].
В Москве, в первые годы царствования Петра I, существовал лишь один Красный денежный двор в Китай-городе, работавший с небольшими перерывами с 1697 по 1797 г. Он располагался на реке Неглинке и по Данным современников строение его было ’’пространное и великолепное”. Однако в связи с недостатком воды при плотине, в производстве применялись ’’конные машины” и оборудование с ручным приводом. Здесь чекани-
57
ли общегосударственные золотые, серебряные и медные монеты различных достоинств [17, с. 447].
В 1699 г. на территории Московского Кремля создается Медный монет, ный двор, где началась чеканка русских медных монет правильной формы из кружков. Чеканка здесь прекратилась в 1727 г. Напомним, что первые монеты правильной формы выпускались еще в X — начале XI в. в Киев- ской Руси, но затем их перестали чеканить из-за татаро-монгольского нашествия. Петровский указ о чеканке медной монеты правильной формы издан 11 марта 1700 г. В нем повелено было ’’делать медные денежки и полушки и полуполушки.. ., которые ныне по Его Великого Государя указу делают и впредь делать будут на Москве, на Денежном дворе тисненые, а не литые и не кованые” [16, с. 30]. Необходимость выпуска медной монеты вызывалась тем, что во многих городах для мелкого оборота разрубались на 2 или 3 части серебряные копейки. По указу одна серебря- ная копейка приравнивалась к двум денежкам, к четырем полушкам или восьми полуполушкам.
В 1701 г. в Москве, в Замоскворечье открылся Кадашевский монетный двор, устроенный в помещениях бывшего Хамовного (ткацкого) двора [18, с. 234; 19, с. 6],.
До 1711 г. монетные дворы и чеканка монеты находились в.ведении Большой Казны [20, с. 28]. 11 июля 1711 г. издается сенатский указ, по которому чеканка серебряных денег возлагалась исключительно на Денежный двор, что в Китай-городе, а медных денег — на Монетный двор [16,с.41].
К 1719 г. относится именной петровский указ о переводе из Москвы в Санктпетербург денежных дворов ”со всеми принадлежностями и с мастеровыми людьми и служителями”. В результате, в новой столице в 1724 г. был построен Петербургский монетный двор, размещенный в городской (Петропавловской) крепости. На монетном дворе для привода машин применялась исключительно конная и ручная сила. К 1765 г. на Петербургском монетном дворе была сконцентрирована чеканка всей золотой и полноценной серебряной монеты. В Москве в числе действующих некоторое время оставался Красный денежный двор, изготовлявший разменную серебряную монету и медные деньги. С 1776 г. чеканка серебра в Москве была полностью прекращена. С этого времени Петербургский монетный двор стал единственным в. России производителем золотых и серебряных монет [19, с. 28; 21, с. 85].
, Выделку разменной медной монеты правительство поставило на созданном в 1725 г. Екатеринбургском монетном дворе (Урал). Монетный двор изготавливал для московских монетных дворов медные кружки и чеканил медные общегосударственные монеты различных достоинств. Чеканочные прессы и другое производственное оборудование Екатеринбург- ского монетного двора приводилось в движение вододействующими двигателями. Монеты этого предприятия обозначались литерой —ЕМ [17, с. 448; 22, с. 81].
Русское монетное производство в XVIII в. развивалось достаточно интенсивно. Кроме уже названных монетных дворов, в России в этом время появился целый ряд других родственных предприятий, расположенных 8 разных городах и регионах страны. Это - Сестрорецкий, Колыванскии, 58
^узунский, Колпинский, Таврический, Тифлисский, Варшавский, Ан- линский, Банковский и ряд других. Всего в России в это время существо- вало не менее 23 штатных и временных монетных дворов, большая часть которых была приспособлена для механической чеканки монеты [17, с 447—451].
Кроме металлических денежных знаков, на монетных дворах производилась чеканка всевозможных медалей и других изделий. Монетные дворы оказали большое влияние на развитие металлургии и обработки металлов, способствовали созданию новых технических средств и технологий. Они стали средоточием приложения достижений химии и физики к совершенствованию аналитических методов исследования химического состава и физико-механических свойств металлов и сплавов, разработки способов разделения благородных металлов (аффинаж), воплощенных в пробирном искусстве. В России к этим работам было привлечено внимание крупных специалистов и ученых. В 1700-1711 гг. в России была проведена большая работа по введению пробы и веса на монетах из благородных металлов.
Крупный вклад в развитие монетного производства, и в частности, в усовершенствование техники чеканки, выплавки благородных металлов и становление пробирного искусства в России внес русский ученый и государственный деятель И.А. Шлаттер. Его деятельность с 1722 г. была связана с пробирной лабораторией Берг-коллегии, а с 1724 г. с Петербургским монетным двором, директором которого он стал в 1754 г. [18].
Мануфактура создала предпосылки для дальнейшего развития металлургии, создания новых способов выплавки металлов, разработки качественно новых сплавов и разнообразных металлических материалов, спрос на которые непрерывно возрастал по мере совершенствования техники и появления новых отраслей материального производства. Огромное значение имело создание во второй половине XVIII в. нового способа передела чугуна в железо — пудлингование. Этот способ, значительно интенсифицировавший металлургический процесс, заложил основы для крупных технологических преобразований в черной металлургии конца XVIII - начала ХЕХ в. Примечательной особенностью пудлингования явилось принципиальное изменение процесса обработки крицы: в схему производства была введена операция обжима ее в калиброванных прокатных валках, значительно сократившая трудоемкую обработку крицы под молотом. Подробнее этот процесс будет рассмотрен далее [23, с. 110—116].
Наряду с производством сварочного железа (кричного и пудлингового) в рассматриваемый период появился и нашел практическое применение тигельный способ получения высокоуглеродистой литой стали. У истоков его стоял известный французский ученый Р.А. Реомюр. Но широкую дорогу литой стали открыли работы английского металлурга Б. Гентсмана, осуществившего в 30-х годах XVIII в. разработку способа получения однородной стали сплавлением в тигле шихты из сварочного железа и чугуна, Оплавленного на древесном угле в присутствии флюса. В 1740 г. Б. Гент- сМан открыл недалеко от Шеффилда (Англия) завод для производства Различных изделий и инструментов из литой стали [1, с. 234].
Следует подчеркнуть, что при изготовлении рабочих инструментов Щ!я пластического формоизменения металлов использовались различные Ниды материалов, в том числе: высокоуглеродистые литые стали; специаль-
59
ные композиционные металлические материалы, состоящие из слоя высокоуглеродистой литой стали и слоя (основного) сварочного железа, прочно соединенные друг с другом в горячем состоянии ковкой; обычные малоуглеродистые стали (сварочное железо), упрочненные цементацией.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОДОДЕЙСТВУЮЩИЕ МОЛОТЫ. 4 ТЕХНИКА КУЗНЕЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА ■
Развитие металлургических и металлообрабатывающих мануфактур! сопровождалось совершенствованием основных и вспомогательных процессов, созданием более эффективных технических средств. Металлургия была одной из первых отраслей, где наиболее рано начался переход от ручных способов производства к способам, основанным на использовании вододействующих машин и механических устройств. Наиболее интенсивно шло преобразование трудоемких и энергоемких процессов, связанных, в частности, с ковочно-штамповочными производствами, занимавшими в металлургии и обработке металлов ключевые позиции. Именно это обусловило использование еще в период развитого феодализма, с характерным для него ремесленно-цеховым укладом техники, первых кузнечных машин [24, с. 478].
Сведения о вододействующих молотах мы находим в ряде сочинений и набросках авторов XV—XVIII вв. Среди них первая из известных печатных книг, принадлежащая немецкому ученому Г. Агриколе ”0 горном деле и металлургии”, изданная в 1556 г. [25], сочинение итальянского инженера В. Бирингуччо ’’Пиротехника” (1540 г.), в которых содержится много технических данных о разнообразных ремеслах и производствах, в том числе по металлургии и металлообработке [26—27]. Представляет интерес альбом — ’’художественные рисунки различных водяных, ветряных, конных и ручных мельниц. ..”, с описанием машин, выполненный в XVI в. итальянским автором Якобом де Страдой и изданный в 1629 г. во Франк- фурте-на-Майне. О кузнечной обработке металлов упоминается также в рукописи Генриха Цейзинга ’’Обозрение машин”, напечатанной в Герма- ниив 1612—1614 гг. [27, с. 231].
' Среди письменных источников конца XVII—XVIII вв. отметим рукопись управляющего Уральскими казенными заводами В .И. Геннина ’’Описание Уральских и Сибирских заводов 1735”. Рукопись, написанная в первой половине 30-х годов XVIII в. дает наглядное представление о техническом и экономическом состоянии горно-металлургического производства на Урале, выдвинувшегося в то время в число ведущих центров русской металлургической промышленности. В этой обстоятельной работе дана характеристика практически всех основных металлургических процессов с описанием машин и оборудования, в том числе вододействующих молотов и кузнечных цехов. Рукопись В.И. Геннина увидела свет лишь в 1937 г., т.е. через 200 лет после ее написания [7].
Огромный фактический материал обобщен в сочинении шведского ученого Э. Сведенборга по металлургии железа, изданном в 1734 г. В книге отражены основные достижения в мировой металлургической промышленности XVIII в., с которой автор смог лично ознакомиться, побывав на ряде европейских заводов [28]. Разностороннюю информацию дают руководст-
ва и очерки французского энциклопедиста А.Л. Дюамеля, в которых приводятся данные, характеризующие состояние металлургии и обработки металлов XVIII в. во Франции и некоторых других странах. Нельзя не упомянуть также сочинение шведского специалиста С. Ринмана, издавшего в 1772 г. содержательное наставление по металлургии железа и стали [29 с. 454-455; 30].
В рассматриваемый период основным типом кузнечных машин, применяемых в черной и цветной металлургии, были механические рычажные вододействующие молоты. Но наряду с ними применялись и некоторые другие виды молотов, работающие по принципу копров, т.е. с падающим в вертикальной плоскости органом.
Выше была рассмотрена принципиальная схема развития техники ковки, показывающая переход от простейших ручных способов обработки металла к созданию первых механических кузнечных устройств, приводимых в действие мускульной силой людей (рис. 6). Нетрудно заметить, что именно к этим первым ручным рычажным молотам обратилась изобретательская мысль средневековых металлургов и конструкторов, решивших заменить мускульную силу человека энергией водяного колеса.
Напомним, что история гидравлического двигателя неразрывно связана с водяной мельницей — первой простейшей машиной, истоки которой уходят своими корнями в глубины рабовладельческого строя. В период феодализма роль гидравлического двигателя значительно возросла в связи с его распространением в сфере мукомольного производства. Водяные мельницы для помола зерна были широко распространены в средневековой Европе [31].
К XIII в., т.е. ко времени начала применения водяной энергии для привода механических молотов, уже были конструктивно разработаны системы гидравлических двигателей, в которых водяные колеса, в зависимости от особенностей местности, вида источника и его мощности, могли располагаться на вертикальных или горизонтальных валах. Путем варьирования подачи воды на лопатки гидравлического колеса практиковалось изменение скорости его вращения. Для передачи энергии от гидравлического колеса к рабочему органу (жерновам) применялись цевочные колеса - прообраз современных шестеренных передач.
С введением гидравлических двигателей на металлургических, горных и других предприятиях возникла необходимость в повышении их мощности. Наиболее старая система двигателей с нижнебойными колесами уступила место более прогрессивной системе с верхнебойными и среднебойными колесами. Самыми эффективными были двигатели с верхнебойными колесами, позволяющими использовать максимальную высоту напора воды. Кроме того, для повышения мощности двигателей стали увеличивать размеры гидравлических колес.
Основными конструктивными элементами рычажного механического молота были: железная или чугунная наковальня, установленная на массивном фундаменте или стуле, прочное деревянное молотовище, представляющее рычаг, совершающий качательное движение вокруг оси при действии на него кулаков вала гидравлического колеса. По роду рычага и по Юму, на какую его точку действовали кулаки, молоты строили трех основных типов: лобовые, среднебойные и хвостовые (заднебойные).
Рис. 15. Лобовой механический молот
1 — молотовище; 2 — голова молота; 3 — ось качения молотовища с опорной стойкой 4; 5 — вал гидравлического колеса с кулаком 6; 7 — наковальня; 8 — опорная стойка вала.
Рис. 16. Кузнечная обработка стали на среднебойном вододействующем молоте. .Из сочинения Г. Агриколы, 1556г.
Лобовой молот (рис. 15) работал по принципу рычага 2-го рода. На переднем конце рычага или молотовища укреплялась голова молота, а противоположный конец молотовища насаживался на неподвижную горизонтальную ось, которая обычно представляла пятник, служащий точкой его вращения (качения). В процессе работы подъем молотовища с головой молота осуществлялся поочередно каждым из кулаков вододействующего вала. После схода кулака с молотовища следовал рабочий ход: молотовище, с насаженной на него головой молота, под действием собственного веса устремлялось вниз. Голова молота, в результате накопленной кинетической энергии, совершала удар по находящейся на наковальне заготовке, производя пластическую деформацию металла. Лобовой молот приводился в действие от вододействующего вала, расположенного перпендикулярно к молотовищу.
Устройство среднебойного молота (рис. 16) в принципе сходно с конструкцией лобового молота. Отличие состоит в том, что в среднебойном молоте точка соприкосновения кулака с молотовищем приходилась не на крайнюю его часть, как в лобовом молоте, а на точку, расположенную между осью качения молотовища и головой молота. Другая особенность среднебойного молота состояла в том, что вододействующий вал с кулаками располагался параллельно молотовищу.
Принципиальное отличие хвостового молота от лобового и среднебойного состояло, прежде всего, в том, что в кинематической схеме был использован рычаг 1-го рода, в котором точка опоры находится между двумя точками приложения сил (рис. 17) . На один конец такого двуплечного рычага — молотовища насаживалась голова молота, а другой его конец воспринимал давление кулаков вододействующего вала. В момент зацепления кулаком ’’хвоста” молотовища, плечо хвостовой части отводилось вниз, а противоположное плечо с головой молота поднималось вверх. После схода кулака с ’’хвоста” молотовища, нарушалось равновесие действующих на двуплечный рычаг сил. В результате, плечо молотовища с головой молота, под действием собственного веса, устремлялось вниз. Голова молота, падая на помещенную на наковальне крицу, слиток или металлическую заготовку, производила рабочий удар. После этого другой кулак вращающегося вала приходил в зацепление с рычагом и весь цикл действия вододействующего молота повторялся вновь в том же порядке. Кулачковый вал, приводящий в действие хвостовой молот, располагался перпендикулярно молотовищу [32, с. 251—258].
Лобовые вододействующие молоты применялись в металлургии весьма ограниченно и преимущественно в Англии.
Среднебойные молоты широко применялись в странах Западной, Центральной и Восточной Европы в XVI—XVIII вв. Именно этот тип молота приводит в 1556 г. в своей работе Г. Агрикола (рис. 16). Автор, характеризуя металлургические производства, вместе с тем, не счел нужным Дать подробное описание вододействующих молотов, ограничиваясь лишь их рисунками. По всей видимости, это можно объяснить тем, что среднебойные молоты во времена Г. Агриколы были настолько хорошо известны, что ученый посчитал лишним описывать их детально. Рисунки дают Наглядное представление об устройстве молота и, в частности, о расположении вододействующего вала. Кулаки установлены на валу таким
Рис. 17. Хвостовой механический молот
1 — молотовище; 2 — голова молота; 3 — вал гидравлического колеса с кулаками 4; 5 — наковальня; 6 — элементы конструкции молота.
Рис. 18. Молотовая фабрика Уральских заводов. Из сочинения В.И.Геннина. 1735 г.
образом, чтобы они могли зацепляться с молотовищем в непосредственной близости от головы молота [24].
Среднебойные молоты широко применялись в XVII-XVIII вв. в России при выделке кричного железа, а также различных изделий из железа и стали (рис. 18).
64
I В XVII в. на Тульских металлургических заводах были установлены |очень крупные по тому времени среднебойные вододействующие молоты L массой падающих частей в 17, 20 и 21 пудов (280, 330 и 345 кг). Головы Ьолотов изготовлялись из железа. Деревянные молотовища, которые в то Гремя называли ’’топарища”, имели длину 2 сажени (около 4,3 м). Молотовище, оснащенное железным ’’пятником”, вставлялось в железные же 1’подпятники”, врубленные в ’’стоячие” дубовые брусья, что позволяло (рычагу совершать качательное движение при действии кулаков вододейст- Ьующего вала. Молоты были оснащены отбоем, предназначенным для уве- Гичения частоты и ускорения ударов молота. Отбой не позволял молоту (описывать при подъеме полный полукруг вверх. Он представлял из себя 'большое березовое бревно, прикрепленное к вертикальным дубовым дойкам, возвышаясь над молотовищем [4, с. 85].
Описание молотов, применявшихся на Уральских заводах в XVIII в. содержится в ’’Абрисах” В.И. Геннина. В частности, в разделе ”0 деле железа из чугуна” приводятся данные об устройстве отдельных узлов и частей молотов и их изготовлении. Особое внимание уделяется выделке железных голов молотов, масса которых обычно составляла 20—25 пудов (325—410 кг). Они изготовлялись на якорной фабрике. К головам молотов — важнейшему рабочему органу кузнечной машины, предъявлялись очень высокие требования на соответствие их точно заданным размерам и геометрической форме, механической прочности (’’плотности”) металла. Большое внимание уделялось обработке рабочих поверхностей молотов, которые по техническим предписаниям или ’’установлениям” должны были изготовляться ’’гладкими и ровными”. Для прикрепления головы молота к молотовищу в них предусматривались гак называемые ”уши” шириною не менее 5 вершков (212 мм) и длиною 9 вершков (400 мм). Наковальни для молотов массой 40—45 пудов (650— 740 кг) отливались из чугуна в домне. В наставлении указывалось, чтобы нз доменной фабрики принимать наковальни ’’добрые”, ”у которых бы были лица гладкие и вылиты из твердого чугуна. И, приняв, молоты насаживать на молотовища, а наковальни всаживать в стулье по надлежащему, чтобы как молотовище в молоте, так и в пятнике и наковальни в стулье утверждены были крепко. И кругом наковален на стульях были б круги чугунные по выданным образцам, на которые имеет от ковки железа валиться треска (окалина, кусочки кричного железа — Н.Л.), чтоб оная Напрасно под ногами не пропадала” [7, с. 193—194].
При описании якорной фабрики В. Геннин указывает на ее оборудование и дает некоторые технические характеристики установленного там среднебойного молота. При якорной фабрике, пишет автор, для изготовления ’’тяжелых вещей”, таких, например, как валы, необходимо иметь "молот боевой с валом и колесом и прочим принадлежащим к нему убором с таковым же, как и в молотовых фабриках оные учинены и имеются. Только молот и пятник весом иметь легче тех, что в молотовых фабриках употребляются, а именно: весом молот от 8 до 10 пуд., пятников 01 5 до 6 пуд. И для того и вал иметь короче молотового, а именно длиною 3 ^ сажени, толщиною в диаметре 1 ^2 аршин” [7, с. 252]. По тем же данным, молот оборудовался чугунной наковальней массой в 40 пудов (650 кг), которая вставлялась не в специальные стулья, которые приме- s-Зак. 232 65
нялись на более мощных кричных молотах, а ставилась на чугунные кру. ги [7, с. 253]. g
Мощные среднебойные молоты, как правило, имели небольшое числе кулаков на вододействующем валу. На Уральских заводах првменялиЛ молоты, приводимые в движение 3 или 4 кулаками [6, с. 78]. "
Хвостовые вододействующие молоты принадлежат к числу первых механических кузнечных машин, появившихся, как считают исследователи, на рубеже XIII—XIV вв. Они широко применялись на многих европейских заводах при выделки сыродутного и кричного железа и изготовлении разнообразных изделий из железа и цветных металлов на протяжении всего рассматриваемого периода.
Данные о состоянии железоделательной промышленности во Франции в XVIII в. свидетельствуют, что основным энергоносителем для привода хвостовых молотов в этот период служили гидравлические двигатели с нижнебойными колесами, распространенные на небольших и средних предприятиях. На наиболее крупных заводах применялись среднебойные молоты. Скорость вращения водяного колеса, а следовательно и частота ударов молота, регулировалась водораспределительным щитом, которым управлял подручный кузнеца [33, с. 236].
В России хвостовые молоты применялись достаточно широко на металлургических и металлообрабатывающих заводах. В XVIII в. ими были оснащены, например, отдельные производства Уральских металлургических предприятий. В частности, на Екатеринбургской стальной фабрике наряду с тяжелым среднебойным вододействующим молотом массой 8—10 пудов (132—163 кг), предназначенным для предварительной правки изготовляемой стали, применялся также более легкий хвостовой молот. С его помощью вытягивались шпажные и сабельные клинки, стальные инструменты и другие предметы. Молот приводился в действие вододействующим валом, оснащенным 12—15 кулаками и отличался большой частотой ударов [6, с. 78].
Хвостовые молоты не потеряли своего значения и в следующем столетии, составляя даже некоторую конкуренцию появившимся в первой половине XIX в. новым высокопроизводительным кузнечным машинам - паровым молотам. Частично это стало возможно благодаря значительному усовершенствованию конструкции хвостовых молотов, а также применению для их привода появившихся паровых двигателей. Вероятно, впервые паровой двигатель для привода хвостовых молотов был применен во Франции на заводе фирмы Эндре—Монсени—Крезо. В одной из записок 1787 г. следующим образом описывается работа таких молотов: ”На конце коромысла, противоположном концу, соединенному с цилиндром (паровой машины — Н.Л.), подвешен чугунный шатун, соединенный с шейками двух кривошипов. Эти кривошипы (manivelles) укреплены на осях двух валов. Последние несут кулаки, приводящие в движение молоты . . . Поскольку мощность машины изменчива и сопротивление молотов не однообразно, на валы насажены маховики (volants). Эта машина приводит в движение два молота весом в 700-800 фунтов (350" 400 кг — Н.Л.), дающих 120 ударов в минуту, и два меньших молота (martinets), делающих 240 ударов” [33, с. 237].
Процесс совершенствования вододействующих молотов шел непре-
рывно под влиянием постоянно расширявшегося производства железа и цветных металлов в различных областях материального производства. С переходом от сыродутного способа получения железа к двухстадийному увеличилась масса и размеры крицы, что позволило более широко использовать железо в новых и традиционных отраслях техники. Одним из крупнейших потребителей железа стало кораблестроение, предъявившее спрос на тяжелые якоря. Их изготовление можно было осуществить лишь при условии технических преобразований кузнечного производства и, в частности, создания мощных механических молотов, усовершенствовании их основных узлов и технологии обработки металла.
За период с XIV по XVIII вв. включительно мощность молотов возросла примерно в 5 раз (масса падающих молотов увеличилась с 80 до 400—450 кг) [4, с. 85; 34, с. 10]. Это, в свою очередь, поставило задачу повышения надежности конструкций молотов. Для упрочения конструкций молотов основные их узлы стали изготавливать из металла. Английские машиностроители даже практиковали отливку из чугуна гидравлических колес и валов [34, с. 10].
Другое направление в развитии молотов — повышение их скоростных параметров. Эта проблема решалась несколькими способами: повышением скорости вращения вала гидравлического колеса, установкой на валу дополнительного числа кулаков и введением в конструкцию молота отбоя, о котором было упомянуто выше [34, с. 9; 35, с. 130]. На необходимость увеличения числа ударов молота обратили внимание еще средневековые металлурги, создавшие в XIV в. молот, делавший около 120 ударов в минуту. В XVIII в., по данным А.Л. Дюамеля, существовали вододействующие молоты с частотой до 250 ударов в минуту [29, с. 454; 36, 38, с. 48].
Наряду с вододействующими молотами многие технологические операции в металлургических и металлообрабатывающих производствах выполнялись вручную обычной кувалдой, а также с применением различных видов молотов, приводимых в движение мускульной силой людей. Среди этих устройств, наличие которых в производстве обусловливалось главным образом отсутствием водных источников энергии, были разновидности хвостовых молотов, которые приводились в действие с помощью кулаков, посаженных на вал большого маховика, приводимого в кача- тельное движение несколькими рабочими, вращающими его за массивную рукоятку (рис. 19). Были конструкции молотов, в которых аналогичный маховик раскачивался с помощью привязанного к нему канату [35, с. 129].
Нередко для ковки крупных поковок применяли молоты копрового типа, в которых подъем бабы осуществлялся канатом, перекинутым через блок. Мелкие изделия нередко обрабатывали на пружинных молотах, изобретенных в 1680 г. в Нюрнберге и распространившихся впоследствии в булавочных и некоторых других металлообрабатывающих производствах (рис. 20). Основными конструктивными частями пружинного молота была баба с бойком, ходящая по вертикальным направляющим и Подучавшая возвратно-поступательное движение с помощью педали (с) °т пружины (я) [32, с. 268].
Возвращаясь к вододействующим молотам и работе кузнечных цехов, приведем некоторые технологические данные, по отдельным производствам. В середине XVII в. на Тульских металлургических заводах за день
Рис. 19. Рычажный молот с ручным приводом и маховым колесомА — наковальня со стулом В: С — голова молота; D — рычаг (молотовище); Е — горизонтальная ось; Н — ролик, который нажимает на кулак L, укрепленный на валу с маховиком I и рукояткой.Рис. 19. Рычажный молот с ручным приводом и маховым колесомА — наковальня со стулом В: С — голова молота; D — рычаг (молотовище); Е — горизонтальная ось; Н — ролик, который нажимает на кулак L, укрепленный на валу с маховиком I и рукояткой.
Рис. 19. Рычажный молот с ручным приводом и маховым колесом
А — наковальня со стулом В: С — голова молота; D — рычаг (молотовище); Е — горизонтальная ось; Н — ролик, который нажимает на кулак L, укрепленный на валу с маховиком I и рукояткой.
Рис. 19. Рычажный молот с ручным приводом и маховым колесом
А — наковальня со стулом В: С — голова молота; D — рычаг (молотовище); Е — горизонтальная ось; Н — ролик, который нажимает на кулак L, укрепленный на валу с маховиком I и рукояткой.
Рис. 20. Пружинный качающийся МОЛОТ С НОЖНЫМ приводом. Конструкция известна с XVII в.
мастер с подмастерьем и работником выделывал одну крицу железа весом от 1,5 до 2 пудов и, кроме того, вытягивал (отковывал) из нее под молотом 16 брусьев (полос) железа. В том случае, когда ковка брусьев не производилась, те же работники обязаны были изготавливать за день 3 крицы железа такого же веса. Примерно через 100 лет производительность кузнечных работ на отечественных заводах возросла в 2 раза. По данным В .И. Геннина (1735 г.) на Уральских заводах бригада в составе трех работников молотовой фабрики выделывала в день от 10 до 12 пудов 68
Рис. 21. Техника ковки проволочной заготовки во Франции в XVIII в.
кричного железа, которое, кстати, получали в виде одной большой крицы [6, с. 69].
На рис. 21 изображен небольшой хвостовой молот для ковки прутово- го железа, применявшийся во Франции в XVIII в. Кузнец сидит на подвижной’ доске MN, дающей ему возможность свободно передвигаться взад и вперед. Один конец доски укреплялся подвижно к стойке N, а спереди ее поддерживал подвес О* Желоб Р служил направляющим приспособлением, предупреждающим изгибание прутового железа в процессе ковки. Хороший кузнец мог изготовить в день до 75 кг прутового железа [29, с. 454-455].
Количество молотов на отдельно взятом предприятии определялось масштабами и спецификой производства, мощностью гидравлического двигателя.
Во Франции в середине XVIII в. обычный железоделательный завод, как правило, располагал доменной печью, двумя кричными горнами, одним калильным горном и несколькими молотами. Нередко здесь же устанавливались и устройства для прокатки железа. Кричный (или фрише- вальный) горн, по данным видного французского металлурга Э. Бушю, служил лишь ’’для расплавления чугуна и передела его в крицы, способные коваться под молотом; калильный горн предназначен для подогрева криц по мере их проковки” [38]. Образующуюся на полу горна крицу рабочий поднимал ломом к горизонту фурм. Происходило интенсивное выгорание примесей благодаря притоку воздуха. Готовая крица вынималась из горна специальными кочергами и сразу подвергалась обработке Ручным молотом на наковальне, В результате металл уплотнялся, одно-
временно освобождаясь от жидких шлаков. После этого крицу захватывали клещами и переносили к большому среднебойному молоту, где ее окончательно обжимали, придавая металлу достаточно плотную структуру и необходимую пластичность - свойства, которыми обычно обладает добротное сварочное железо. Полученное кричное железо поступало на следующие стадии производства для выделки разнообразных кованных полуфабрикатов и изделий - якорей, уклада, сортового и листового железа, предметов быта и других изделий.
Приведем некоторые данные об одном из сложных и трудоемких процессов кузнечной технологии, связанной с производством листового железа, которые было весьма широко распространено на заводах Западной Европы и в России.
Во Франции в середине XVIII в. технологический процесс получения листового железа состоял в следующем. Крица разрубалась на части, после чего каждый ее кусок в нагретом состоянии проковывали под молотом в полосы (плитки). Эти, в свою очередь, помещали в ’’калильный горн” и в горячем виде проковывали в листы. Из каждой полосы получалось два листа. Затем их нагревали и проковывали вновь во второй и третий раз. Полученные листы сгибались вдвое, смачивались особым раствором, после чего их собирали в пакет и помещали в горн. Пакет в горячем состоянии подвергали обработке под большим листобойным молотом массой 700 фунтов (350 кг). Нагрев и проковка под молотом продолжались до тех пор, пока листы не получались заданной толщины. Затем их обрезали специальными ножницами и выпрямляли под молотом. Лучшие кованые листы лудили оловом, получая белую жесть, а остальные шли в продажу в качестве кровельного материала [33, с. 237—238].
На Уральских заводах первой четверти XVIII в. листовое железо изготовляли из прутьев квадратного сечения со стороной 1 ^4 дюйма (32 X 32 мм) в молотовой фабрике из очень мягкого металла. Перед проковкой прутья нагревали в горне ’’добела”, затем следовала обработка их под легким молотом, в результате которой заготовка сплющивалась. Затем ее разрубали на куски длиною 5 вершков (222 мм). Каждый кусок продолжали плющить в горячем виде сначала с одного конца, потом — с другого. ”И как те куски немного в тонкость раскованы будут, то каждой согнуть вместо вдвое и згибные концы, взяв в клещи, нагревая в горну, разбивать под молотом в ширину до 3-х, в длину до 5 вершков” (134 и 222 мм), - так предписывала заводская инструкция [7, с. 230]. Полученные доски смачивали раствором, представляющим суспензию тонкоизмельченной глины в воде и составляли из них пакеты. В каждый из них входило 80 одинарных или 40 двойных досок. Затем пакет нагревали в горне и проковывали его под большим молотом до достижения необходимой тонкости. Выделка листового металла заканчивалась после окончательной кузнечной обработки, в результате которой лист получал требуемую толщину и необходимую ровность и гладкость по всей поверхности. Железные листы выпускали следующих размеров: двойной 10 X 8 вершков (445 X X 354 мм), одинарный 8X6 вершков (354 X 266 мм). Двойной лист весил 510 г, а одинарный около 240 г. Железные листы затем поступали в лудильное отделение, где покрывались оловом и в таком виде направлялись в продажу [7, с. 228—232].
В зависимости от изготовляемой продукции на Уральских металлургических заводах первой половины XVIII в. для различных кузнечных работ применялись сменные головы молотов, дающие возможность наиболее рационально осуществлять процесс ковки. Так, для обжима криц на молотовище надевалась голова с закругленной боевой частью, для отковки брусьев и полос — голова с узким, плоским боем, эта же форма применялась при изготовлении железных листов, а для выравнивания листов — голова молота с широким плоским боем [6, с. 71].
Кричное производство, да и в целом обработка железа с выделкой из него различных полуфабрикатов и изделий были поставлены на Урале с некоторыми изменениями по технологической схеме, принятой и на европейских железоделательных заводах. Полученную при кричном переделе крицу затем пускали в дальнейшую переработку. Из нее выковывалось полосовое и связное железо. Полосовое железо имело вид толстых пластин шириною 3 дюйма (76,2 мм), толщиною 1/2 дюйма (12,5 мм) и длиною 12—15 футов (3,66—4,57 м). Связное железо представляло квадратный брусок со стороной 211 дюйма (63,5 X 63,5 мм) и длиною до 10 футов (3,05 м). При ковке предписывалось следить за тем, чтобы мастера руководствовались данными им моделями, чтобы железо было ’’сходное и доброе, глатко и не пленовато, не косо, не горбовато и без молотовин (т.е. без следов молота — Н.Л.), и концы, чтоб были проварные без расселин и забиваны наглатко, и на пробе б стояло” [6, с. 72; 7, с. 199].
Процесс ковки металлов занимал в системе металлургических и металлообрабатывающих производств XVIII в. огромный удельный вес, что наглядно иллюстрируется организацией работы на Екатеринбургском заводе по состоянию на 1735 г. Всего в состав этого крупнейшего уральского предприятия входила 41 фабрика.
Из них на 10 фабриках в общей сложности было установлено 24 молотовых стана разных типов, преимущественно среднебойных (подкидных). Все они были вододействующими. Валы гидравлических колес для прочности обивались толстым железом.
Кричная (молотовая) фабрика размещалась в двух зданиях. В каждом было по 5 кричных/мелотов, приводившихся в действие одним гидравли-' ческим колесом, вал которого^имел 5 кулачковых венцов. Диаметр гидравлических колес —/3,5 м ширинах — 2,0 м; диаметр кулачкового вала 1,05 м и длина 6,5 м. В укладной фабрике находился один молот с водяным колесом при нем, диаметром 3,4 м и шириной 1,6 м и кулачковым валом диаметром 1,07 м и длиной 7,7 mJ. В стальной фабрике были установлены два молота, действующие от двух самостоятельных гидравлических колес. Среднебойный молотовый стан работал от колеса диаметром 2,85 м; вал имел диаметр 0,7 м и длину 6,4 м. При хвостовом молоте находилось гидравлическое колесо диаметром 3,46 м с валом диаметром 0,88 м и длиной 8,5 м.
Дощатая фабрика располагала тремя молотами. Один молотовый стан, предназначался для ’’болванения досок”, а два других — ’’для битья пар”. Каждый молот приводился в действие от собственного гидравлического колеса диаметром 3,73 м и шириной 1,42 м с валами при них диаметром 2,06 м и длиной 9,07 м. В жестяной фабрике было установлено два молота. Один для ’’болванения жести”, другой — для ’’отделки начисто жести”.
71
Молотовые станы приводились в действие от двух одинаковых гидравлических колес диаметром 3,2 м и шириной 1,78 м с валами при них диаметром 1,06 м и длиной 8,53 м. При проволочной фабрике был один хвостовой молот. Он получал энергию от гидравлического колеса диаметром 3,6 м и шириной 1,6 м, посаженного на вал диаметром 1,07 ми длиной 12,8 м. Этот вал, кроме того, приводил в действие рычажно-клещевые волочильные станы проволочной фабрики.
В колотушечной фабрике был установлен один молот с гидравлическим колесом при нем. Якорная фабрика располагала молотовым станом, приводящимся в действие гидравлическим колесом, диаметром 3,04 м и шириной 1,6 м с валом диаметром 1,06 м и длиной 6,4 м. В кузнечной ’’мелкого дела” фабрике находился один ’’молотовый стан” с водяным колесом при нем и валом.
Кузнечная обработка меди на Екатеринбургском заводе производилась в Медноколотушечной фабрике, в которой действовали два молотовых стана: один - колотушечный (среднебойный), второй, меньших размеров ”с круглой головой для выбивки в чаши, при нем наковальня с углублением”. Каждый молот этой фабрики имел собственный гидравлический двигатель [6, с. 190—202].
РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ ЧЕКАНКИ МЕТАЛЛОВ ■
Рассматриваемый период истории чеканки металлов примечателен крупными техническими преобразованиями в области монетного производства, впитавшего в себя наиболее важные изобретения и достижения металлургии и металлобработки, характерные для мануфактуры. Уже в XV-XVI вв. в монетном деле наметились сдвиги, связанные с переходом от ручной техники обработки металлов к применению машин. К концу XVH - началу XVIII вв. на монетных дворах уже широко применяются гидравлические двигатели, приводящие в движение молоты, прокатные (плющильные), резательные станы и другое оборудование. Делаются попытки механизировать процесс чеканки.
В середине XVI в. в Европе на смену старому способу чеканки, основанному на применении обычного молотка и чекана пришел винтовой пресс, который видоизменил качественно монетное производство. Однако и после появления винтового чеканочного пресса старый способ чеканки еще много лет продолжал удерживаться на монетных дворах разных стран. Прошло примерно 100-150 лет прежде чем винтовые чеканочные прессы заняли повсюду подобающее им место в системе монетного производства.
В России старый способ чеканки господствовал вплоть до конца XVII в. По сравнению с предыдущим периодом чеканка монеты не претерпела каких-либо существенных изменений, о чем, например, можно судить по миниатюре Лицевого летописного свода 40—60-х годов XVI в. (рис. 22)- Миниатюра дает общее представление об уровне технологии монетного производства. На переднем плане изображен горн с воздуходувными мехами, в котором подмастерья плавят металл. Рядом над массивной наковальней склонился чеканщик. В левой руке у него клещи с зажатым чеканом, в правой руке — двусторонний ручной молот. На заднем плане фрагмент передачи отчеканенных монет царской чете [50, с. 146].
72
Рис. 22. Чеканка монет по миниатюре Лицевого летописного свопа. 40—60-е годы XVIb.
Интересные данные о. выделке монеты в России в XVII в. содержатся в материалах Московского нового денежного двора, работавшего в период с 1654 по 1663 г. Поступающий на Монетный двор металл взвешивался, оприходовался и затем передавался мастерам — плавильщикам. В плавильне (рис. 23) находились три печи, три наковальни. Работники были вооружены железными зубилами, которыми рассекали на определенные части поступавший в производство металл. Эти куски затем плавили, отливали в слитки, после чего их передавали в кузнечный сарай, в котором было. 40 горнов и 80 наковален. Кузнецы изготовляли из слитков стандартные по весу и размеру прутки, которые затем передавали на волочение, в результате которого получалась проволока диаметром около 5-6 мм. На монетном дворе было 27 волочильных станков, расположенных в нескольких ’’волочильных избах”. На следующей производственной операции проволоку разрезали на равные кусочки и в горячем виде расплющивали чеканами с гладкой рабочей поверхностью. Получались заготовки, предназначенные для чеканки. Эту работу выполняли работники, которых называли ’’бойцами”.
От бойцов заготовки переносились к чеканщикам монеты. Под чеканку было отведено 15 изб. Помещения чеканщиков, выполнявших наиболее ответственную работу, были самые просторные на монетном дворе. Чеканщик работал на небольшой наковальне, закрепленной в массивном ’’стуле”. На наковальне было предусмотрено углубление, в который помещался
73
OAogcK^ У^-
Рис. 23. План расположения построек Московского нового денежного двора (1654- 1663).
нижний штемпель. Подсобные работники ”подметчики” подкладывали на нижний штемпель металлическую заготовку, чеканщик наставлял на заготовку чекан и производил по нему удар молотом.
Штемпеля приготавливались кузнецами монетного двора. Специальные мастера - ’’резцы” переносили на стальную болванку-маточник выпуклое изображение и легенду. Затем с маточника изображение и легенда оттиском „переводились” на предварительно отожженные (для повышения пластичности) рабочие стальные штемпели.
Рисунок на штемпеле получался в зеркальном изображении. После этого 74 ' о
штемпели подчищали, заглаживали оставшиеся неровности, закаливали и уже затем пускали в работу. Когда штемпели снашивались, их восстанавливали с помощью тех же маточников [50, с. 142—143].
Распространение на западноевропейских монетных дворах в XVI в. винтовых (шпиндельных) прессов для чеканки монеты подняло на более высокий уровень технику монетного дела, дало возможность получать более качественные оттиски и одновременно повысить эффективность производства.
История винтового пресса уходит своими корнями в глубины прошлого. О винтовом прессе, например, упоминает в своих сочинениях древнеримский ученый 1в. до н.э. Марк Витрувий, римский писатель и ученый I в.н.э. Плиний Старший, некоторые средневековые авторы. Однако применение этих ранних винтовых прессов ограничивалось маслоделием (экстракция масла), виноделием (выжимка виноградного сока из ягод). В Средние века использовали винтовые прессы в текстильном производстве для придания глянца полотнам, холстам и другим тканям и удаления складок, образующихся на них по выходе с ткацких станков, а также в типографском деле. Все эти прессы с их ведущими нагруженными деталями — винтом и гайкой, вначале изготавливали из дерева. Для обработки металлов такие прессы, ввиду их недостаточной прочности, были непригодны [27, с. 38, 206,232].
Монетное производство, по всей вероятности, было первой металлообрабатывающей отрасльк^^ которой началось применение винтовых прессов в обработке Металлов давлением. Но это стало возможным Лишь после создания прочных металлических прессов, конструктивные элементы которых могли/выдерживать рольшие динамические и статические нагрузки.\
Общепринято, что впервые винтовой чеканочный пресс был изобретен и использован для чеканки монеты в 1553 г. на Парижском монетном дворе [14]. В 1561 г. винтовые чеканочные прессы испытывались в Англии и окончательно были введены в этой стране в 1662 г. К 50-м годам XVII в. относится разработка устройства для нанесения на кромки монеты узоров и других отличительных знаков [40, с. 341].
Некоторые исследователи склонны считать, что появление винтового пресса в монетном деле относится к более раннему периоду. Основанием ддя этого послужил рисунок, приведенный в книге ’’Мастерство рисования по стеклу для собора города Ле-Ман”. Рисунок являлся копией с цветного витража, на стекле которого был схематично изображен вертикальный шпиндель с поперечным рычагом и чеканщик, держащий в левой руке штемпель с металлическим кружком (заготовкой). Эти разрисованные стекла были поставлены собору местными купцами и установлены в витражах в 1100 г. Однако приведенные данные требуют специального изучения.
Особенность винтового пресса состоит в преобразовании вращательного движения привода в прямолинейное движение винта, передающего через нижнюю торцевую часть давление на рабочий инструмент.
Применявшиеся в монетном производстве XVI — 70—80-х годах XVIIIbb. винтовые чеканочные прессы приводились в действие вручную. Пресс состоял из металлической станины, на которой укреплялась массивная 75
Ри с. 24. Ручной чеканочный пресс из Музея монет в Париже. 1698 г.Ри с. 24. Ручной чеканочный пресс из Музея монет в Париже. 1698 г.
Ри с. 24. Ручной чеканочный пресс из Музея монет в Париже. 1698 г.
Ри с. 24. Ручной чеканочный пресс из Музея монет в Париже. 1698 г.
гайка, внутренний диаметр и шаг резьбы которой соответствовал диаметру и шагу резьбы соединенного с ней винта. Для ускорения опускания и подъема винта он снабжался круто поднимающейся нарезкой, состоящей из двух или трех ниток. Винт приводился во вращение соединенным с ним массивным рычагом (его называли по разному: ’’коромысло”, ’’воротяга”, ’’водило”), на концах которого закреплялись тяжелые металлические шары или ’’груши” с рукоятками, аккумулирующие энергию. На столе пресса под винтом в специальном гнезде помещался нижний штемпель с заготовкой. Для приведения пресса в действие два или несколько рабочих с большой скоростью раскручивали за ручки рычаг с тяжелыми шарами, создающими необходимую живую силу. В результате вращающийся винт быстро устремлялся вниз и своим нижним торцом ударял по верхнему штемпелю. После каждого удара рабочие, вращая рычаг в обратную сторону, возвращали винт в исходное положение. За это время подсобный рабочий снимал с пресса/ОТчекЕЦ|енную монету и подкладывал на ее место новую заготовку. z \
Подобный ручной чеканочный\ пресс, датированный 1698 г. и экспонирующийся в настоящее время в Музее монеты в Париже, показан на рис. 24 [40, с. 340]. I
Вплоть до 20—30-х годов XVIII в. винтовой чеканочный пресс в конструктивном отношении не претерпел существенных изменений. С незначительными усовершенствованиями винтовые прессы переходили из поколения в поколение. Они сохранились не только в старых монетных дворах, но и широко применялись на вновь создаваемых производствах. Одним из подтверждений может служить отчеканенная в 1731 г. на Петербургском монетном дворе в память упорядочения монетного дела в России медаль с изображением винтового пресса, идентичного по внешнему виду своим предшественникам. На другой медали, выпущенной в 1763 г. помещено изображение того же винтового пресса, но уже более совершенного по конструкции. Такие прессы работали на Петербургском монетном дворе до конца XVIII в. [19, с. 34].
В конце XVIII в. в разных странах предпринимаются попытки механизировать чеканку. Велись работы в этом направлении и в России. Так, на Екатеринбургском монетном дворе, широко использующем вододействующие двигатели, на механический привод вместе с двумя прокатными станами и 25 прорезными станками, были переведены также 12 винтовых чеканочных прессов [12].
Крупным шагом вперед в области механизации процесса чеканки явилось изобретение в 1786 г. немецким специалистом П. Дро приспособления для автоматической подачи кружков под штемпель и сбрасывания с пресса готовых монет. Винтовые прессы системы Дро работали в конце XVIII — начале XIX в. на монетных дворах Германии и ряда других стран, в том числе в России на Петербургском монетном дворе. Станок П. Дро представлял собой обычный ручной чеканочный пресс, винт которого приводился во вращение рычагом с тяжелыми шарами на концах. Для автоматической подачи кружков и сбрасывания готовой монеты с пресса изобретатель использовал силу отдачи винта при ударе. Кроме того, он ввел в конструкцию разъемное кольцо, которое одновременно с чеканкой обжимало монетный кружок, нанося на кромке монеты насечку или отпечатывая буквы.
Безусловной заслугой Дро является также перевод технологии чеканки с ручного на механический привод. Для этого изобретатель использовал принцип откачивающего насоса Ньюкомена, решив проблему пневматической передачи с помощью ’’воздушного снаряда” — насоса простого действия, приводящего в движение несколько поршней, соединенных с соответствующими рабочими органами чеканочных прессов. Механические чеканочные станы системы П. Дро с пароатмосферной машиной Ньюкомена распространились на других монетных дворах [53, с. 12].
Бурное развитие в конце XVIII — начале ХЕХ в. паровой энергетики, стало оказывать все возрастающее влияние на преобразование технологии монетного производства. Предпринимаются попытки использования парового двигателя для привода чеканочных машин. В 1799 г. в России начал работать оборудованный отечественными паровыми двигателями и станками временный Монетный двор в здании Ассигнационного банка (Банковский монетный двор). На его оснащение было отпущено казной 100 тыс.руб. Среди установленного оборудования были 3 паровых насоса с принадлежностями, 7 станков ("копров”) для чеканки монеты, такое же число обрезных станов с колесами, 6 прокатных станов и другие машины. По расчету это производство могло чеканить в год до 150млн.моиет из золота, серебра и меди, а в день до 411 тыс.монет [20, с. 24].
На рубеже ХУП1 — начала XIX вв. паровые машины двойного действия были установлены на монетном дворе в Лондоне. С помощью паровой машины приводились в действие воздушные насосы, питавшие привод чеканочных прессов. В работах, связанных с переводом чеканочных прессов на пневматический привод принимали участие известные изобретатели М. Болтон и Дж. Уатт. Давая характеристику их технического творчества современники писали” ”Сии искусные механики давно имели ввиду приводить чеканные станы в действие особым механизмом, что казалось затруднительным по отрывочному движению таковых станов, для которых равномерно действующая сила несвойственна, а необходима толкно- веино действующая сила для произведения натиска или удара. Для сего надлежало изобрести машину, которая сама собою производила бы то самое действие, которое при обыкновенных стайках совершается ударом руки” [54, с. 572]. Разработанная М. Болтоном и Дж. Уаттом система привода чеканочных машин была применена не только в Англии, но и в ряде других стран. Свое изобретение они предложили Российскому и Датскому моиетиым дворам [54, с. 573].
В числе стран, использовавших в монетном производстве пневматический привод, была Голландия. Здесь, на Утрехтском монетном дворе была установлена изготовленная в Лондоне паровая машина, приводившая в действие двойной воздушный насос, в котором ’’разряжение воздуха до такой степени доводится, какая потребна для действия чеканных станов”. Пневматическая система приводила в действие в общей сложности 40 чеканочных прессов, работавших по отзывам специалистов ’’без малейших] сотрясений” и заменившая работу 80 человек [54, с. 574]. ’
Следует отметить, что конец XVIII — начало XIX в. — переломный этап в развитии техники монетного производства, характеризующийся переходом к принципиально новым способам чеканки, воплощенным в создании рычажных чеканочных машин. Их изобретателем был русский механик 78
И-А. Неведомский. С появлением и быстрым распространением в начале XIX в. рычажных чеканочных прессов роль винтовых прессов в монетном производстве стала быстро снижаться. Однако в отдельных странах, в частности в Англии, где техника чеканки с применением винтовых прессов была тщательнейшим образом отработана, они продолжали успешно применяться и конкурировать на протяжении почти всего XIX в. Известный русский специалист в области монетного дела Н.П. Фоллендорф писал в 80-х годах прошлого столетия: "Чеканка монеты производится повсеместно посредством рычажных прессов, за исключением Лондонского монетного двора, где по сне' время употребляются еще винтовые печатные станки системы Болтона и Уатта. Сложность привода этих станков в действие, частые на нем поправки и оглушительный стук, производимый этими станками, устранили их из употребления, как у нас, так и во всей Европе, за исключением Англии. Но iron всех этих недостатках, за винтовыми прессами остается важное преимущество — эластичность удара". Последнее, по его словам, имеет большое преимущество перед рычажными чеканочными прессами, так как значительно повышает долговечность штемпелей и обеспечивает более качественную чеканку медалей. Кроме того, описанная система Дро и Уатта обеспечивает более высокую производительность труда [54, с. 41].
ТЕХНИКА ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Прокатка металлов принадлежит к крупнейшим техническим достижениям рассматриваемого периода. Сущность способа прокатки состоит в обжатии металла между вращающимися валками, придающими изделию требуемую форму и размеры.
Появление прокатки не было случайным, а обусловливалось потребностью производства в равномерных по толщине металлических листах.
До XVI в. единственным доступным способом получения листов была свободная ковка, которую применяли в листобойном деле еще античные и особенно средневековые кузнецы. Однако достигнуть ковкой строго определенной толщины листа по всей его площади было не легко. Эту серьезную техническую проблему удалось успешно разрешить применением прокатного стана с плоскими валками.
Наиболее ранний документ, связанный с историей прокатки металлов, относится к 1495 г. и принадлежит Леонардо да Винчи. Ученый оставил изображение ручного прокатного стана с плоскими валками с кратким к нему пояснением (рис. 25). По его данным, прокатный стан предназначался для изготовления "тонких и равномерных оловянных листов". Он отмечал, что валки должны быть изготовлены "из колокольного металла, чтобы они были тверже, и их снабжают железными осями" [38, с. 18]. Согласно рисунку, в прокатном стаие Леонардо да Винчи приводным являлся один нижний валок, на оси которого было насажено червячное колесо. Передача движения прокатному валку производилась через червячную пару массивной рукояткой. До сих пор нет единого мнения о том, является ли изображенный Леонардо да Винчи прокатный стаи его изобретением, или же автор дал эскиз заинтересовавшего его технического новшества, уже применявшегося на практике.
В 1530 г. в Венеции вышла книга алхимического содержания Дж.А.Пан- хьюза, в которой автор изобразил любопытную, но не реальную с технической точки зрения схему совмещенного процесса плоской прокатки и волочения [39]. Автор показал мастерскую, на переднем плане которой находится прокатный стан с двумя валками, каждый из которых приводится в действие собственной рукояткой (рис. 26). Выходящая из валков полоса металла проходит далее к волочильной доске с прямоугольным отверстием, соответствующим профилю поперечного сечения изделия. По всей вероятности, средневековый автор решил подчеркнуть своим рисунком возможность совмещения процесса прокатки и одновременного калибрования
Рис. 25. Прокатный стан с плоскими валками Леонардо да Винчи. 1495 г.
Волочением катаной металлической полосы. Однако для осуществления такого процесса в схеме не достает тягового волочильного механизма, воспринимающего на себя усилие волочения. Из рисунка же следует, что прокатные валки выполняют здесь не только функции собственно прокатки, но и создают необходимое усилие для протягивания прокатанной полосы через волочильное отверстие. Такой процесс практически не выполним, так как усилие захвата металла валками меньше силы, необходимой для волочения полосы. Кроме того, в этом случае нарушается логическая последовательность технологических операций, т.е. прокатке подвергается не заготовка, а уже готовая, калиброванная волочением полоса. Вместе с тем данные Дж.А.Панхьюза представляют определенный исторический интерес, расширяя наши представления о первых прокатных станах с плоскими валками, существовании процесса волочения полосового металла, о чем ранее писал в своих трудах Леонардо да Винчи [40, с. 27,47].
Уже в первой половине XVI в. обозначилась специализация прокатных станов по виду изготовляемой продукции. Наряду со станами, оснащенными гладкими валками, появились станы с калиброванными валками. Соответственно первые станы предназначались для прокатки широких полос и листов, а вторые — для прокатки различных профилей. По мере развития прокатных станов непрерывно расширялись и области их практического применения. Большое значение в распространении прокатных станов в производстве имел перевод их с ручного привода на гидравлический. ■
В XVI в. прокатные станы применяются для выделки полуфабрики тов и изделий из олова, свинца, золота, серебра и меди. >
В 1607 г. итальянский архитектор Витторио Цонка описал небольшой1 станок для прокатки оконного свинца в своей книге, посвященной об-
Рис. 26. Прокатный стан с плоскими валками, изображенный Дж.А. Панхьюзом. 1530 г.Рис. 26. Прокатный стан с плоскими валками, изображенный Дж.А. Панхьюзом. 1530 г.
Рис. 26. Прокатный стан с плоскими валками, изображенный Дж.А. Панхьюзом. 1530 г.
Рис. 26. Прокатный стан с плоскими валками, изображенный Дж.А. Панхьюзом. 1530 г.
зору машин и механизмов [41]. Роль прокатных валков (рис. 27) выполняют два диска, выкованные вместе с осью из одного куска стали. На концы осей, имеющих квадратную форму, надеваются рукоятки с такими же квадратными гнездами, за которые двое рабочих приводят в действие прокатные диски (валки). Оси дисков поддерживаются цапфами [27, с. 210-211].
Интересные данные, характеризующие технику прокатки приводит в 1615 г. французский автор Саломон де Ко [42]. При описании конструкции он говорит об ’’инструменте, которым выравниваются и сглаживаются оловянные или свинцовые отливки (для дудок органа) ”. Далее Саломон де Ко так описывает способ изготовления листов на двухвалковом про-
81816. Зак. 232
81
81
Рис. 27. Небольшой станок для прокатки оконного свинца. Из сочинения В.Цонка. 1607 г.
катном стане с ручным приводом: "Когда свинец или олово отливается в плиты, то применяют изображенный плющильный станок (рис. 28), который устроен следующим образом: А и В — два длинных железных или латунных вальца, которые должны быть очень ровны и гладки. Ось верхнего вальца А проходит через стойку и с внешней стороны четырехгранна, так что в нее вставляется крестовина и ею можно вращать стержень с большой силой. Между этими двумя вальцами вставляют одним концом плиту, вращают крестовиной верхний валик кругом и так обрабатывают всю плиту. Ее можно не только сгладить, но и сделать любой толщины, ибо С и Д — два винта, которые натягивают на куски лежащего внизу железа и меди для того, чтобы верхний валик ближе прижимался к нижнему, пока плита не сделается желаемой толщины. Это видно еще лучше на рис. 28, f- Последнее обстоятельство особенно примечательно тем, что в этом стане
Рис. 28. Прокатный стан для изготовления свинцовых и оловянных листов, приведенный в работе С. де Ко. 1615 г.
мы видим уже приспособление для регулирования расстояния между валками [27, с. 239-240].
Совершенно о новом предназначении прокатных валков повествуется в книге ’’Машины”, автором которой считают итальянского архитектора Джованни Бранка, опубликованной в 1629 г. в Риме. Книга содержит 77 гравюр и имеет, к сожалению, весьма скудные письменные пояснения к иллюстрациям. На одной из гравюр изображен стан для прокатки и одновременной чеканки медалей и монет. Он назван автором ’’вальцевочеканочным станом”. Изготовление медалей и монет производилось с помощью нарезных валков. Дж. Бранка изображает прокатный стан, приводимый в движение теплым воздухом, поступающим на лопатки колеса от кузнечного очага. Т.Бек, который привел в своей работе эти сведения говорит скептически о механиках, подобных Дж. Бранку, ссылаясь на слова итальянского инженера-практика XVI в. Буонаюто Лорини (родился около 1545 г.), что ’’они доверяют легкости, с которой работают малые модели” (рис / 29). Присоединяясь к этой оценке, мы хотели бы обратить внимание на устройство самого прокатного стана. Примечательным является то, что в его конструкции решен очень существенный вопрос, связанный с передачей движения от верхнего валка к нижнему с помощью шестеренной передачи. Одна из них (ведущая) посажена на оси верхнего прокатного валка, вторая (ведомая) — на оси нижнего валка. Применение шестеренной передачи, обеспечившей валкам одинаковую окружную скорость при прокатке, — важное усовершенствование, ставшее впоследствии обязательным условием при проектировании и создании прокатных станов новых поколений. Описанный Дж. Бранка ’’вальцево-чеканочный стан” не был лишь плодом его воображения или фантазии. Изобретательская мысль действительно работала в этом направлении еще во второй половине XVI в. По имеющимся данным, в Холле (Австрия) в 1575 г. для чеканки монеты применялись гравированные прокатные валки. Полоски золота или серебра
Рис. 29. ’’Прокатно-чеканочный стан” с гравированными валками, изображенный Дж. Бранка, 1629 г.
пропускались между валками, которые оттискивали на них монеты с рисунком. Затем пробойником их выбивали из полосы и отделывали окончательно. Впоследствии этот, так называемый ’’тирольский метод”, пытались применить в Испании на мадридском монетном дворе, но из-за недостатка там гидравлической энергии, производство было поставлено в Сеговии. В 1639 г. изготовление монет с применением гравированных валков началось в Швейцарии. Однако тирольская система вскоре отпала, так как она не могла конкурировать с чеканкой, основанной на применении винтовых чеканочных прессов, работавших в комплексе с прокатными станами [40, с. 340—341].
В XVI—XVII вв. прокатные станы распространяются на монетных дворах. В первое время преимущественно применялись прокатные станы с ручным приводом. Постепенно происходят сдвиги в сторону механизации техники прокатки. Для привода используется мускульная сила животных и гидравлический двигатель. Во Франции королевским эдиктом от 27 января 1550 г. разрешается применять на монетных дворах прокатные станы, приводимые в действие конной силой. Подобная система привода была применена, в частности, в Париже на монетном дворе в Лувре. В 1552 г. здесь было установлено новейшее оборудование для чеканки монеты, в том числе ручные прокатные станы, заказанные в Германии. В начале XVII в. французские граверы Бриот и Варен построили в Лувре ’’монетную машину” с конным приводом, названную ’’кобылой”. Машина приводила в действие два стальных валка прокатного стана, с помощью которых получали металлические полосы нужной толщины. По данным французской’’Энциклопедии” Дидро и д’Аламбера, в 1638 г. во Франции уже существовало вододействующее прокатное устройство, предназначенное для получения полосового монетного металла [14, с. 80].
К 1561 г. относятся попытки введения вододействующих прокатных станов в Англии. Однако лишь только в первой половине XVII в. этот вопрос получил практическое разрешение в английском монетном производстве. Английские историки особо отмечают заслугу в этом некоего П. Блон- дея, который в 1649 г. вывез из Парижа в Англию прокатный стан и совместно с резчиком монетного двора Т. Симоном усовершенствовал отдельные процессы чеканки монеты, которая началась в 1657—1658 гг. Однако следует иметь в виду, что к 1649 г. прокатный стан уже применялся в этой стране [40, с. 341].
Гораздо медленнее, с трудом прокладывали себе дорогу прокатные станы в железоделательной промышленности. Некоторые сведения о вододействующей мельнице, в которой были устроены валково-резательный и волочильный станы для производства железной проволоки содержатся в книге Эобануса Гессуса, появившейся в 1532 г. [43]. Автор описывает это производство как чудо: ’’Огромное колесо, приводимое в действие водой, поворачивает большой вал, наружный конец которого имеет зубья, и они вращаются с большой силой. Машина приводит в движение инструменты, которые разрезают листы черного железа” [44, с. 135]. Валково- резательный стан, о котором рассказывает автор, предназначался для механической резки листового железа на полоски путем пропускания его между Двумя вращающимися валками с острыми дисками (дисковые ножницы). В описании Э. Гессуса имеется не очень понятная ссылка на гладкие валки.
Некоторые исследователи склонны считать, что на описываемом предприятии в комплекте с дисковыми валками были и плоские, ’’плющильные" валки, предназначенные для придания прокатываемой в горячем виде полосе точных размеров по толщине [24, с. 513—514; 40, с. 342].
Следует отметить, что такое оборудование получило в дальнейшем распространение на ряде европейских железоделательных заводов. Имеются сведения о создании в 1590 г. английским мастером Г. де Бошем стана для продольной резки предварительно расплющенных железных листов в прутки, которые шли на выделку гвоздей. Аналогичный способ изготовления железных прутков, применявшихся в качестве заготовок для волочения проволоки, создал И. Дженкс. Но наибольшего распространения эта технология получила в Германии.
Именно в Саксонии увидел в 1719 г. будущий строитель и начальник Уральских горных заводов В .И. Геннин производство железных прутков с помощью плющильных и резательных станов. В усовершенствованном варианте это оборудование было впервые создано и установлено В .И. Генни- ным в плющильной и железорезательной фабриках Екатеринбургского завода в конце 20-х — начале 30-х годов XVIII в. Такие же машины применялись и на Екатеринбургском монетном дворе для изготовления медных полос, из которых выбивались монетные кружки.
Станы устанавливались на массовом деревянном фундаменте, состоящем из брусьев, окованных железными обручами и уложенном на вбитые в грунт сваи (рис. 30). На срубе укреплялись под вертикальные стойки стана две чугунные полосы — башмаки, длиною по 3 аршина (2,13 м), толщиной до 1/2 вершка (22,2 мм). На чугунные полосы укладывались на ребро две деревянные пластины, и в них же укреплялись вертикально 4 стойки из пластин. Между каждой парой стоек закладывались в шпунты подшипники для двух прокатных валков, диаметром 200 мм и шириной 360 мм. Пары стоек скреплялись между собой поперечными брусками. Подшипники можно было передвигать между стойками в вертикальной плоскости вверх и вниз, с учетом диаметра прокатных валков и необходимого зазора, определяемого толщиной прокатываемой полосы. Регулировка и зажим подшипников в установленном положении осуществлялись с помощью двух нажимных вертикальных винтов, проходящих через горизонтальные брусья, связывающие стойки стана. Гнездо, в которое входили нажимные винты, имело соответствующую винтовую нарезку. Шейки прокатных валков укладывались на подшипники. Вращение валкам передавалось от вала гидравлического колеса через соединительную муфту на нижний валок прокатного стана. С противоположной стороны нижнего валка на него насаживалась шестерня, диаметром 300 мм, соединенная с такой же шестерней верхнего валка. Эта шестеренная пара обеспечивала необходимое для прокатки противоположное направление вращения валков и одинЯ ковую для каждого из них окружную скорость. Я
Устройство железо резного, резательного или ’’прорезного” стана был^ точно такое же как и стана прокатного. Различие состояло исключительно в форме и размерах валков. В прорезном стане вместо двух гладких валков применяли два валка с дисками. Число дисков определялось тем, на сколько частей надо было разрезать полосу. Так, для получения из полосы 3-х полос на верхний валок насаживалось 3 диска, на нижний — 4. Диски 86
Рис. 30. Плющильный стан Уральских заводов. Из сочинения В.И. Геннина. 1735 г.
устанавливались таким образом, чтобы диски верхнего валка входили в углубления между нижними. Плющильные и прорезные станы располагались в самостоятельных фабричных зданиях и каждый имел собственный гидравлический двигатель. Для их привода применялись двигатели с гидравлическими колесами диаметром 5 У4 аршина (3,7 м), шириной 1 V2 аршина (1,03 м) [6, с. 105—106].
Ответственнейшей частью плющильного стана являлись рабочие валки. В.И. Геннин отмечал, что прокатные валки надлежит делать из железа, наваривая на них уклад, после чего их надо ’’обтачивать равно и глатко для того: ежели они будут не равной толстоты, то железо от того плющится косо и негодно. А в Германии видно есть, что такие валики льютца ис чюгуна, однако, оные не так надежны, как кованые” [7, с. 300—301]. Каждый из станов мог служить и плющильным и прорезным. Достаточно было заменить плоские валки валками дисковыми, как прокатный стан превращался в прорезной. Эта любопытная особенность взаимозаменяемости рабочих органов станов свидетельствует о тщательно продуманной системе конструирования машин и их рациональном применении в производстве. Плющильные и прорезные станы изготовлялись собственными силами. С якорной фабрики поступали прокатные и дисковые валки, шестерни и некоторые другие металлические части машин. Обточку гладких прокатных валков и дисков производила ’’машинная” фабрика. Общий вес плющильного стана составлял 2130 кг [6, с. 197]. Ремонт станов выполняли работающие на них ’’мастера с подмастерьями и работниками”. Мастеру вменяли в обязанность наблюдение и уход за машинами, чтобы ”во время работы принуждать и за ними смотреть, чтоб у валов шипы, шестерни и протчее змазывано было салом и маслом чаще...” [7. с. 302].
Аналогичная или близкая к описанной выше система производства железных прутков, изготовляемых из плющеного железа способом продольной резки, существовала в это время и на западноевропейских заво- 87
Рис. 31. Прокатно-резательная мастерская. Франция, вторая половина XVIII в.
дах. Так, во Франции и во второй половине XVIII в. это производство в^ основе своей оставалось прежним. Правда, более совершенной стала кон-' струкция плющильных и резательных станов в результате замены деревянных узлов металлическими, несколько повысилась их производительность. Так же как и в России прокатно-резательные производства во Франции сосредоточивались в специальных мастерских. Прокатный и резательный станы располагались в линию, что позволяло соединить между собой верхние и нижние их валки, приводящиеся в движение двумя гидравлическими двигателями (рис. 31). Правое колесо (на рисунке не показано) вращает верхние валки прокатного стана; левое, вращающееся в противоположном направлении, приводит в движение нижние валки обоих станов. Прокатные валки отливались из чугуна и укреплялись в прочных металлических стойках. В мелких мастерских эти валки могли выниматься из стана и заменяться резательными. Валки резательного стана снабжались острыми стальными дисками. Края трех верхних дисков заходили за края четырех нижних. Прокатные валки во время работы охлаждались водой, поступающей к стану из расположенного над ним бака [33, с. 239—240].
Необходимо отметить, что применение гладких валков в железоделательной промышленности вплоть до 60-х годов XVIII в. в основном ограничивалось описанными выше процессами плющения железа. При этом металл подвергался небольшим обжатиям, дающим возможность выравнивать поверхности полосы и придавать ей определенную толщину [40, с. 342]. Казалось бы с применением плоских валков открылись перспективы их использования для прокатки листового железа, спрос на которое постоянно возрастал. Однако этого не произошло. Как было показано ранее, в 88
системе железоделательной промышленности было широко распространено и поставлено на достаточно высокий уровень листобойное производство, выпускавшее на продажу весьма широкий ассортимент тянутых под молотами железных листов.
Вместе с тем, известны спорадические случаи применения прокатных устройств для выделки листового железа на некоторых европейских и отечественных заводах. К ним относится производство, основанное в 1707 г. в Швеции К.Полемом, для выделки листового и полосового железа. Подобное металлургическое предприятие близ Люттиха описывает в 1734 г. Э. Сведенборг. По его данным на этом заводе существовала горячая прокатка железа. Нагретые куски железа длиной 0,7 м, шириной 0,1 м и толщиной 20 мм пропускались между двумя ’’цилиндрами”. Полученные листы длиной 1,4 м и ширной 1,2 м затем вновь нагревали в печи и пропускали через валки.
Имеются сведения о существовании в России в начале 80-х годов XVIII в. листопрокатного производства. В 1782 г. на Чермозском заводе (Урал) был пущен стан для прокатки кровельного железа. Листы изготовлялись размером в один квадратный аршин и весом не менее 10 фунтов. В 1791 г. во Франции отец и сын Жамены, а также Понселе из Седана взяли патент на прокатку железа и стали. Примерно в это же время прокатные станы были установлены на заводе Добсона в Вогуэне, а также на заводе Ж.-Ф-Клуэ под Седаном. Существовало прокатное производство в Льеже.
Однако почти повсюду листовое железо продолжало производиться ковкой. В работах ряда известных ученых и специалистов XVIII в. можно встретить высказывания, в которых отмечаются причины, сдерживающие в то время развитие прокатки листового железа. Так, по мнению уже упоминавшегося французского металлурга Э.Бушю, трудность введения прокатных станов состояла в том, что железо даже будучи ’’размягчено калением”, дает крайне тяжелую нагрузку на прокатные валки и что производства такого рода требуют применения мощных гидравлических колес и значительного расхода воды [33, с. 240],
Именно этим можно объяснить тот факт, что процесс листовой прокатки получил распространение в другой области металлообрабатывающего производства, связанной с выделкой листов из мягких металлов — свинца и олова, значительно легче поддающихся пластической деформации. До XVI в., по сведениям В.Бирингуччо, кровельные свинцовые листы изготавливались отливкой на наклонных досках. Появление первых прокатных станов с ручным приводом, как было показано выше, заложило основы для развития более прогрессивной технологии получения свинцовых и оловянных листов. В XVII в. прокатка свинцовых листов уже достигает значительных масштабов. В Англии, например существовали предприятия, оснащенные крупными прокатными станами для прокатки свинца. Они приводились в действие с помощью гидравлических двигателей или конной силой. На этих станках около 1691 г. прокатывались листы шириной до 3 72 футов (1,06 м). Один из таких прокатных станов XVII в. представлен на рис. 32. Стан состоит из двух прокатных валков, выполненных из литого железа, диаметром около 300 мм и длиной более 1,5 м, весом 1270 кг. Стан снабжен механизмом для изменения направления вращения валков, состоящим из системы шестерен. Введение реверса валков значительно
облегчило работу на стане, так как отпала необходимость поворачивать лошадей для вращения валков в обратном направлении. Кроме того, с введением реверсного механизма уже не требовалось переносить тяжелые свинцовые плиты весом до 1100 кг на противоположную сторону стана для повторной прокатки. Реверс позволил вновь прокатывать эту же полосу, задавая ее в валки с противоположной стороны стана. Для перемещения прокатываемого металла к валкам, на стане были предусмотрены деревянные ролики, представляющие собой прообраз современного рольганга, широко применяемого в прокатном производстве. Отлитая свинцовая заготовка поднималась на ролики специальным поворотным краном. Для обслуживания стана при заводе постоянно держали 6 лошадей, а для его обслуживания требовалось шесть рабочих. В течение 10 рабочих часов можно было довести толщину листа с 45 до 2,5 мм, для чего требовалось около 200 пропусков [35, с. 291]. Развитие производства катаных свинцовых листов стимулировалось применением их для обшивки кораблей [40, с. 45].
Возвращаясь к вопросу о развитии железопрокатного производства следует подчеркнуть, что в отличие от плоской прокатки, более существенные технические результаты были получены в прокатке сортового железа, изготовление которого не требовало двигателей большой мощности.
Наиболее ранние и в то же время оригинальные работы, связанные с развитием сортовой прокатки, принадлежат Флюеру (Франция), осуществившему на практике прокатку железа в валках с ручьями (калибрами). Он обратил внимание на то, что изготовление кованых заготовок для волочения обходилось очень дорого и не всегда давало желаемые результаты.
Флюер применил двухвалковый прокатный стан с ручьями ромбической и овальной формы. Валки, выкованные из пакета сварочного железа, имели реверсное вращение. Кованая заготовка подвергалась шестикратной прокатке при трех промежуточных нагревах. В первый ручей ромбической формы задавалась заготовка овального, сечения после чего она пропускалась через ручей овальной формы. Затем следовал нагрев и вновь прокатка в ромбических и овальных калибрах. При заключительной шестой прокатке металл поступал в калибр круглой формы. В результате конечного пропуска в валки получался пруток диаметром около 6,3 мм [46]. Эффективность процесса была исключительно высокой. За 24 часа 6 рабочих с несколькими учениками прокатывали более 2720 кг прутков, в то время как 4 волочильщика на рычажно-клещевых станах могли изготовить за то же время всего лишь около 230 кг [29, с. 583].
В первое время на нововведение Флюера не было обращено внимание. Однако его схема производства прутков прокаткой была так удачна, что примерно через 50 лет Франция стала вывозить излишки проволоки в соседние страны. Как считают, Флюер был первым, кто понял, что прокатные валки с ручьями овально-ромбической формы наиболее рациональны для обеспечения быстрого обжатия обрабатываемо го металла и повышения производительности. Не случайно, что использование валков с овальноромбическими ручьями легло в основу дальнейшего развития техники сортовой прокатки [47].
ХУШ в. вообще был примечателен изобретательской и новаторской дея-
тельностью металлургов и специалистов разных стран, работавших в облас-е ти совершенствования и обновления техники и технологии прокатного" производства. Среди них необходимо отметить Дж. Пейна, запатентовавшего в 1728 г. прокатный стан с калиброванными валками и Дж.Пурнелля, взявшего в 1766 г. патент на прокатный стан с калиброванными валками и водяным двигателем, предназначенным для прокатки прутового железа круглого сечения и тонкой проволоки [29, с. 581].
Именно в этот исторический период, характеризующийся общим промышленным развитием стран Западной, Центральной и Восточной Европы, были выдвинуты оригинальные проекты преобразования техники прокатки металлов, намного опередившие время. К ним относится, например, идея процесса непрерывной прокатки. Ее автором был мастер Нижнетагильского завода Е.Г. Кузнецов, предложивший в 1775 г. проект стана для непрерывной прокатки железных полос [48—49]. К 1798 г. относится заявка английского металлурга У.Хезлидайна на устройство непрерывного прокатного стана [50, с. 63]. Однако ни первое, ни второе изобретения не были реализованы на практике. Это стало достоянием металлургов и конструкторов следующего, XIX столетия, воплотивших идею непрерывной прокатки металлов в производстве.
Крупнейшую роль прокатный стан сыграл в преобразовании процесса передела чугуна в железо пудлингованием, разработанного в 1783-1784 гг. английским металлургом Г. Кортом.
Об этом и других технических изобретениях и новшествах, связанных с развитием прокатки металлов на рубеже XVIII-XIX вв., особо рассматривается в следующем разделе.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИКИВОЛОЧИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВАНА ОСНОВЕ ВОДОДЕЙСТВУЮЩЕГО ПРИВОДА
Обработка металлов волочением была одним из трудоемких производств, к механизации которого на основе вододействующего привода обратились средневековые металлурги и создатели новых машин.
Применение гидравлического двигателя для волочения металлов датируется первой половиной XIV в. и связывается с именем Рудольфа (Германия). Изобретение заключалось в передаче энергии воды посредством гидравлического колеса на рычажно-клещевой механизм волочильного устройства через систему массивных кулаков, насаженных на деревянном валу. При вращении вала кулаки нажимали на конец рычага, к которому прикреплялись клещи. За время от начала соприкосновения кулака с рычагом и до схода с рычага этого кулака происходило волочение проволоки, а пока следующий кулак не входил в соприкосновение с рычагом, надо было разжать клещи (вручную), подвести их к волочильной доске и опять захватить ими проволоку [55].
Несмотря на огромные преимущества рычажно-клещевых волочильных станов перед ручным волочением, внедрение их в производство шло медленно. Даже в Германии — родине вододействующих станов они начали применяться более широко лишь с XV в.
92 1
Более подробные сведения о волочении проволоки на рычажно-клещевых вододействующих станах относятся к XVII-XVIII вв. - периоду их массового распространения в проволочном производстве большинства европейских стран — Германии, Франции, Англии, России, Швеции и др.
Большое значение имело изобретение автоматического захвата проволоки при волочении. Рычажно-клещевой вододействующий стан с автоматическим захватом проволоки изобразил в 1698 г. Вейгел (Германия) (рис. 33). Захват осуществлялся при помощи пружины, соединенной с рычагом, приводящим в движение волочильные клещи [56]. Этот способ самозахвата проволоки посредством пружины и наклонного стола практиковался на предприятиях Западной Европы и в течение XVIII в.
На русских проволочных фабриках применялась почти такая же система самозахвата проволоки, в частности на построенной в 1724 г. проволочной фабрике Екатеринбургского завода (рис. 34). Разжим и движение клещей после рабочего хода осуществлялись силой пружины. Тяга имела шарнирное сцепление с клещами, благодаря чему осуществлялось принудительное движение клещей как во время волочения (рабочий ход), так и при подводе их к волочильной доске (холостой ход). Клещи передвигались по салазкам, которые устанавливались на слегка наклонном к волочильной доске основании. Всего на Екатеринбургской фабрике работало 10 клещевых станов, с помощью которых производилось 400 пудов проволоки шести номеров [7, с. 290—291].
Введение автоматического захвата проволоки явилось одним из существенных усовершенствований в конструкции рычажно-клещевых станов, резко повысивших их производительность.
На развитие волочильных станов большое влияние оказала соответствующая мануфактурному способу производства организация труда, основанная на пооперационном разделении основных процессов. Существовало разделение труда в грубом волочении проволоки, приведшее к специализации рычажно-клещевых станов и обусловившее их наиболее рациональное конструирование с учетом особенностей производства. Уже в XVI—XVII вв. рычажно-клещевые станы различались по мощности и размерам клещей. Например, в Зауэрланде (Германия) в зависимости от диаметра протягиваемой проволоки существовали три размера клещей: первые клещи предназначались для волочения самой толстой проволоки, затем следовали вторые, с помощью которых изготовлялась проволока средней толщины, и третьи клещи, предназначенные для волочения более тонкой проволоки [24, с. 509].
На некоторых заводах технология была несколько иной. Так, в Альтене (Германия) применяли два вида рычажных вододействующих станов, различающихся по весу и размерам клещей: грубого и среднего волочения. При грубом волочении кованная заготовка, диаметром Ю—12 мм и длиной 3 м вытягивалась в проволоку диаметром около 5 мм и передавалась затем на вторые, более легкие клещи. На этих клещах при несколько увеличенной скорости волочения размер ее диаметра доводили до 1,8—2,2 мм. Последующую обработку производили на вододействующих волочильных барабанах.
Аналогичная организация работы была и в отечественном волочильном производстве. В списке инструментов уже упомянутой Екатеринбургской
Рис. 33. Цех вододействующей проволочной фабрики, оборудованной рычажно-клещевым (дальний план) и барабанным (передний план) волочильными станами по К. Вейгелу (Германия). 1698г.
Рис. 34. Внутренний вид Екатеринбургской проволочной фабрики. На переднем плане вододействующие рычажноклещевые станы. Из сочинения В.И. Геннина, 1735 г.
проволочной фабрики, которые ’’надлежит мастеру всегда иметь”, упоминается 27 комплектов ’’клещей разных рук больших и малых” [7, с. 297].
В зависимости от передаваемой нагрузки станы конструировали большей или меньшей мощности. При этом длину рабочего хода клещей обычно увеличивали с уменьшением диаметра протягиваемой проволоки. Так на французских заводах работали волочильные станы, характеризующиеся следующей длиной рабочих ходов: первые клещи — 5 см; вторые клещи — 10 см; третьи клещи —13 см. Максимальная длина рабочего хода клещей рычажных станов не превышала 45—50 см. Число рабочих ходов стана в единицу времени зависело от скорости водяного колеса и количества кулаков (в одном венце) на валу. Оно увеличивалось по мере уменьшения диаметра проволоки. Первые и вторые клещи обычно приводились в движение тремя, в то время как последующие четырьмя кулаками. Изменением длины кулаков варьировали скорость волочения. Для этого кулаки последующего венца делали длиннее кулаков предыдущего венца. Соответственно скорость движения клещей стана, соединенного с последующим венцом, была выше. Скорость волочения возрастала с уменьшением диаметра протягиваемой проволоки [29, с. 460].
Для передачи на гидравлическое колесо более равномерной нагрузки кулаки на валу располагались так, чтобы во время работы происходило поочередное зацепление всей системы кулаков с рычажными устройствами станов. Это было особенно важно в связи с тем, что на гидравлических двигателях концентрировалось различное вододействующее оборудование. На проволочной фабрике, снабженной достаточно мощным гидравлическим двигателем, на одном валу располагалось по нескольку рычажно-клещевых станов. Для периода XVII — начала XVIII вв. их число редко превышало три или четыре; в XVIII в. известны вододействующие фабрики, где от одного вала с гидравлическим колесом работало до 8—10 станов.
Рычажно-клещевые станы размещались или у главного вала, или на расстоянии от него, с передачей энергии через систему рычагов. В первом случае существовало два варианта размещения: одностороннее и двустороннее. Цехи, оборудованные станами с односторонней расстановкой, были известны во Франции. При двусторонней расстановке станы располагали парами по обеим сторонам главного вала, с передачей движения от одного кулачного венца. Цех с такой расстановкой восьми клещевых станов работал в Швеции.
Примером расстановки рычажно-клещевых станов с удалением их от основного вала, может служить Екатеринбургская проволочная фабрика, которая имела два этажа. В нижнем этаже располагался основной вал длиной 12,8 ми диаметром 1,07 м, приводимый в движение от гидравлического колеса диаметром 3,5 м. На валу имелось 11 кулачных венцов. Один из них, с более массивными кулаками, служил для привода небольшого колотушечного молота, расположенного в первом этаже, остальные десять — для привода клещевых станов, установленных во втором этаже. Передача энергии клещевым станам с первого на второй этаж осуществлялась посредством деревянных рычагов. Во втором этаже помещался также барабанный волочильный стан (’’моталка”) для изготовления тонкой проволоки. Барабан приводился в действие самостоятельным гидравлическим двигателем (диаметр колеса 2,13 м). В каждом этаже было по одному
Рис. 35. Вододействующее волочильное устройство с качающимся сиденьем по В. Б1 рингуччо (Италия). 1540г.
нагревательному горну с мехами, приводимыми в действие основным валом. В первом этаже производилась ковка проволочной заготовки, во втором ее волочение. Выработка волочильщика рычажно-клещевых станов на Екатеринбургской фабрике в 1732 г. составляла в день в среднем около 30 кг толстой железной проволоки [12, с. 48].
Кроме рычажно-клещевых вододействующих волочильных станов, в XVI в. в Италии применялось вододействующее волочильное устройство с качающимся сиденьем, описанное итальянским инженером В. Бирингуччо в труде ’’Пиротехника” (1540 г.).
Вододействующее волочильное устройство с качающимся сиденьем представляет собой (рис. 35) усовершенствованный вариант применявшегося в древности простейшего аналогичного приспособления, которому придан гидравлический двигатель, позволивший заменить ручной труд энергией водяного колеса. Такие устройства применялись в Италии для волочения толстой железной проволоки. По описанию В. Бирингуччо устройство состоит из волочильной доски, укрепленной между двумя забитыми в землю деревянными опорами, гидравлического колеса и соединенного с ним коленчатого вала, подвешенного на железных стержнях сиденья и приямка под ним глубиной ”по колено”. К кривошипу вала привязан ремень, соединенный свободным концом с железной полосой (тягой) . На другом конце полосы крепилось кольцо, тянувшее клещи. Вододействующее устройство помещалось в специальной постройке.
Перед пуском двигателя волочильщик спускался в приямок и садился на подвешенную к потолку доску. Во время работы он периодически отклонялся от волочильной доски. При повороте кривошипа на четверть обо- оборота (если смотреть по часовой стрелке) работник переместится от волочильной доски на расстояние, равное радиусу кривошипа, протянув за это время такой же отрезок проволоки. За время следующего полуоборота произойдет его перемещение в крайнее правое положение и захват Проволоки клещами вручную. Очередной поворот кривошипа на 180° будет соответствовать рабочему ходу, равному двум его радиусам, т.е. длине протягиваемого за один поворот отрезка проволоки [19, с. 48—49; 26].
Вододействующие волочильные устройства с качающимся сиденьем не получили большого распространения, так как в них отсутствовал механизм, обеспечивающий автоматический (без непосредственного участия человека) захват проволоки клещами в процессе волочения. Вместе с тем, это волочильное устройство интересно тем, что в нем наряду с нововведением (использованием гидравлического колеса) использована старая схема волочильного приспособления с качающимся сиденьем.
Несмотря на появление и развитие вододействующих волочильных станов в этот период сохранилось и ручное волочение проволоки при помощи различных приспособлений и устройств.
Ручной труд сохранился главным образом при волочении проволоки из цветных и благородных металлов в условиях ремесленного, а часто и фабричного производства ювелирных мастерских.
В железопроволочном производстве, где механическое волочение толстой проволоки приняло значительные масштабы, ручное волочение стало заметно терять свое значение и обычно применялось на менее тяжелых промежуточных операциях (волочение средних размеров проволоки). Фабрики, лишенные водяной энергии, использовали ручное волочение во всех звеньях производства.
Ручное волочение толстой проволоки в рассматриваемый период осуществлялось в основном при помощи трех типов волочильных устройств: приспособления с качающимся сиденьем; устройств с воротовым тяговым механизмом — волочильной скамьи и воротовых клещей и рычажного станка [12, с. 50-56].
Приспособление с качающимся сиденьем, несмотря на примитивность волочения, продолжало применяться в производстве проволоки из черных и цветных металлов. Его роль определялась условиями производства и техническим оснащением цеха или фабрики. Приспособления с качающимся сиденьем использовались в 1703 г. в Ассларе (Германия) в железо-стале- проволочном производстве. Этот способ волочения проволоки просуществовал во многих странах Европы до второй половины XVIII в.
Волочильная скамья применялась вплоть до конца XVIII в. и даже позже, в мелких мастерских, она служила основным оборудованием для волочения толстых и средних сортов проволоки.
Воротовые клещи широко применялись в XVIII в. и в последующий период в ремесленном и фабричном производствах большинства стран Европы. В 1805 г. воротовым клещам уделено значительное внимание в статье академика Я. Захарова, посвященной технике волочения проволоки из благородных металлов [57, с. 55].
Рычажные станки с ручным приводом широко применялись на протяжении всего рассматриваемого периода в проволочных производствах Англии, Германии и других странах Европы. До постройки в 1567 г. в Тинтерне (Англия) первого вододействующего волочильного стана вся английская толстая проволока изготавливалась на ручных волочильных станках рычажного типа [46, р. 15].
Интересные зарисовки волочильных станков с ручным приводом и краткие пояснения к ним оставил Леонардо да Винчи. К волочению металлов он обратился, как увидим далее, в связи с проблемой получения гладких и равномерных по толщине металлических лент для изготовления боль-
ших зажигательных вогнутых зеркал. Наилучшим способом выделк! равномерных, с гладкой поверхностью металлических листов была бы конечно, прокатка в гладких валках, которые были хорошо известны ученому. Однако в то время прокатка применялась только для изготовления свинцовых и оловянных листов и оконных профилей из этих металлов. Ни в одном из известных нам до сих пор исторических источников не найдено каких-либо сведений, свидетельствующих о применении при жизни Леонардо да Винчи процесса прокатки меди или ее сплавов, пластическая деформация которых сопряжена с более значительными, по сравнению с оловом или свинцом, трудностями. Бесспорно, что ему были
Рис. 36. Волочильный станок J] с червячной передачей и тяну- < j щим винтом. Из набросков Ц Леонардо да Винчи, ок. 1503 г. /;
хорошо известны различные способы обработки металлов, в том числе ковка, которую издавна применяли и для получения листов из золота, серебра, меди и ее сплавов. Однако, сообразуясь с возможностями и технологическими особенностями каждого способа, замечательный инженер остановился именно на процессе волочения, широко распространенном тогда в проволочном производстве. Попытка Леонардо да Винчи приложить опыт проволочно-волочильного дела к получению полосового металла, требующего для воплощения создание не только нового волочильного инструмента, но и разработки конструкций соответствующих волочильных устройств, был, без сомнения, смелым и прогрессивным шагом изобретателя.
Леонардо да Винчи рассматривает четыре разновидности таких волочильных станков. Каждый из них отличается, прежде всего, системой рабочего органа и разновидностью механической передачи. В одном для перемещения клещей, которыми захватывается полоса, применена червячная передача. Червячное колесо является здесь одновременно и гайкой, соединенной с длинным винтом (рис. 36). При вращении рукоятки с прикрепленным к ней червяком, начинает вращаться гайка, в результате чего находящийся с ней в зацеплении винт с клещами и металлической полосой передвигаются в сторону, противоположную от волочильной доски на расстояние, равное примерно длине рабочего хода станка. На двух других станках протягиваемая металлическая лента наматывается на барабан, приводимый во вращение шестеренной передачей, о чем Леонардо да Винчи пишет: ’’Колеса внизу имеют один локоть (455—475 мм — Н.Л.) в диаметре и по 36 зубцов. Если силы меньше, то второе колесо сменяют и на его место на ту же ось сажаю1 вдвое меньшее колесо. Зацепление сделай очень прочным из железа. И если ты желаешь знать время, в течение которого повернется вал, который воспринимает на себя металлическую ленту, то умножь число зубцов одного колеса на другое, говоря: 36 х 36 = 1296. Итак, рукоятка двигателя сделает 1296 оборотов, в то время, как вал сделает один оборот и примет 1/2 локтЯ
металлической ленты. Металлическая лента, воспринимаемая валом, удерживает эту кривизну. Можно также металлические ленты позолотить и отполировать, после того как она в вещи поставлена на правильное ’’место” [38, с. 20-21].
В четвертом станке Леонардо да Винчи медная полоса протягивается при помощи каната, наматываемого на вал червячного ворота. Червяк вращался с помощью рукоятки. С одной стороны станка располагалась червячная пара и волочильная доска, с другой — блок, через который был переброшен канат, соединенный одним концом с клещами для захвата металла, а другим с валом червячного ворота. Во время вращения ворота канат увлекал за собой клещи с протягиваемой лентой. Длина отрезка ленты за время одного рабочего хода не превышала длину самого станка. По поводу этого устройства многие годы велись дискуссии. Некоторые исследователи относили его к станкам для непрерывной резки тканей. Существует также мнение, что изобретение этого станка было связано с проблемой волочения толстых металлических полос для изготовления качественных пружин (рессор) [58].
То, что Леонардо да Винчи связывал описанные им станки с изготовлением зажигательных вогнутых зеркал, свидетельствует другой его эскиз, в котором показано устройство, при котором металлическая лента сразу же после выхода из волоки протягивается через форму, соответствующую вогнутому зеркалу. Фокусирующее зеркало составлялось из тщательно пригнанных лент, которые спаивались оловом и затем подвергались шлифовке и полировке [38, с. 20—21].
В рассматриваемый период большое внимание уделялось совершенствованию волочения с приемом проволоки на катушку и барабан. Для привода широко использовался ручной труд. Лишь в конце XVII в. были созданы первые вододействующие волочильные станы барабанного типа.
Волочение на катушку практиковалось на протяжении XV—XVIII вв. и позже во многих странах для производства тонкой проволоки. Описанные в 1540 г. В. Бирингуччо станки для ручного волочения подверглись незначительным конструктивным изменениям и в своих разнообразных формах дошли даже до XIX в. Одной из разновидностей было волочильное устройст- ство, получившее на русских золотоканительных фабриках название ’’круг”. На крупнейшей в России московской ’’плющильной фабрике Ильи Докучаева с товарищами” (в Китай-городе) в 1745 г. в производстве использовалось 82 круга. В 1799 г. на Московской фабрике ’’волоченого и плащеного золота и серебра” Семена Алексеева действовало 24 волочильных круга. Подобно им и другие отечественные фабрики широко исполь зовали волочение тонкой золотой и серебряной проволоки на круг. Волочильный круг описан в 1805 г. академиком Я. Захаровым. В отличие от катушки круг имеет больший диаметр и напоминает ’’некоторый род колеса из дерева выточенного”. На верхней плоскости круга есть отверстия для рукоятки, расположенные на различных расстояниях от центра, — Для изменения радиуса вращения. При волочении более толстой проволоки, требующей большого усилия волочения, рукоятку вставляют в дальнее от °си отверстие, чем достигается выигрыш в силе. Верхний конец рукоятки свободно движется в гнезде бруса, укрепленного на потолке. Перед кругом Находится волокодержатель, позади отдаточная катушка. Проволока с ка-
тушки протягивается через отверстие волоки на круг. Для дальнейшего волочения необходима перемотка проволоки с круга на катушку, после чего операция волочения повторяется в том же порядке. Катушки изготовлялись из меди, что позволяло помещать их в нагревательную печь для отжига протянутой (нагартованной) проволоки. По данным Я. Захарова, на волочильном круге изготавливали тончайшую проволоку из золота и серебра, применяя в качестве заготовки проволоку толщиной ’’конца курительной трубки”. Волочильный круг XVIII в. сохранил свою конструкцию вплоть до конца второй половины XIX в. [59, с. 9, 21].
Волочение проволоки на барабан с ручным приводом было распространено повсеместно и занимало в производстве большой удельный вес. Например, в Изерлоне (Германия), известном своим железопроволочным производством, в 1720 г. насчитывалось не менее 221 барабана с ручным приводом.
В производстве применялись станки с вертикальной и горизонтальной осью вращения барабана. Станки с вертикальным барабаном использовались преимущественно в тонком, а с горизонтальным барабаном — в толстом волочении.
Существенный сдвиг в развитии волочильного производства наступил в 70-х годах XVII в., когда применявшаяся для привода волочильных барабанов мускульная сила человека была заменена энергией гидравлического колеса. С этого времени вододействующие волочильные барабаны стали быстро распространяться на железопроволочных фабриках. Так, в Альтене (Германия) в 1700 г. на 101 проволочной фабрике действовало 162 вододействующих волочильных барабана, а к 1804 г. их число возросло до 191, с ежегодной выработкой 750 т проволоки. Обычно на одной фабрике устанавливались один —три, редко шесть вододействующих барабанов [44].
Вододействующий волочильный барабанный стан состоял из тягового, или приемного, конического барабана, установленного на вертикальном валу и приводимого в движение парой зубчатых колес (деревянных или металлических). На станине помещалась отдаточная вращающаяся фигурка и волокодержатель с волокой. Пуск приемного барабана осуществлялся соединенным с ним рычагом. В зависимости от действия рычага барабан мог подниматься или опускаться и, соответственно, входить или выходить из зацепления с валом.
Для привода волочильных барабанов обычно служило самостоятельное гидравлическое колесо, соединенное передачей с барабанами. Одно водяное колесо приводило в движение от одного до четырех барабанов. Расположение барабанных станов на фабрике подчинялось условиям и требованиям производства. На крупных, нередко двухэтажных проволочных фабриках их располагали на втором этаже в специально выделенном волочильном отделении. Подобная расстановка оборудования существовала в конце XVII в. в Германии и в начале XVIII в. на отечественных проволочных фабриках, где волочильный барабан назывался ’’моталкой”. В перечне оборудования Екатеринбургской проволочной фабрики в числе других механизмов упоминается колесо водяное к моталке диаметром в сажень (2,1 м) с окованным железом валом диаметром в аршин (0,7 м) длиной
в 4,5 сажени (9,6 м) и ’’палечным сухим колесом” диаметром 2,2 аршина (1,6 м). Палечное колесо (рис. 34) сцеплялось с шестерней вертикального вала, выходившего на второй этаж, и передавало вращение коническому волочильному барабану.
Передовая практика волочильного дела первой половины XVIII в. допускала протяжку на вододействующих барабанах проволочной заготовки диаметром 2,0—2,5 мм. Барабаны применялись исключительно для производства тонкой проволоки с конечным диаметром до 0,22 мм. Производи - тельность волочильных барабанов была небольшой. Дневная выработка тонкой железной проволоки (№ 6) на Екатеринбургской фабрике составляла 0,6 кг [12, с. 61].
ГЛАВА 3
ТЕХНИКА ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМВ ПЕРИОД СТАНОВЛЕНИЯ
МАШИННО-ФАБРИЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА(конец X VIII — 70-е годы XIX вв.)
СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ МЕТАЛЛУРГИИ i
В результате промышленной революции конца XVIII — начала XIX вв. начался процесс перехода от мануфактуры к капиталистическому машинно-фабричному производству, характеризующемуся распространением в производстве рабочих машин и универсального парового двигателя. Началось техническое перевооружение машиностроения, позволившее производить машины машинами. Машиностроение, оснащенное разнообразными рабочими машинами и опирающееся на паровую энергетику, дало возможность создавать самое разнообразное оборудование для всех отраслей промышленности [1, с. 166; 2, с. 116—117].
Техническое перевооружение машиностроения дало мощный стимул развитию металлургии. Металл становится основным материалом в конструкциях машин, станков, передаточных механизмов и строительных сооружений. Развитие машинной индустрии сопровождалось повышением спроса на железо и цветные металлы. Перед металлургией встала задача перехода на новые способы получения металлов. Создание технологического оборудования больших габаритов и мощностей потребовало новых, более эффективных сплавов, расширения их производства, создания технологий обеспечивающих получение крупных поковок и полуфабрикатов.
Основным конструкционным материалом было сварочное железо До 80-х годов XVIII в. выделка железа производилась кричным способом. Однако в условиях машинно-фабричного производства кричный передел уже не мог полностью удовлетворить требованиям интенсивно развиваю щейся промышленности. В результате с 80-х годов XVIII в. начал быстро распространяться процесс пудлингования, ставший в рассматриваемый период главенствующим в черной металлургии. Но кричный процесс сразу не исчез и продолжал играть вплоть до 60—70-х годов XIX в. еще значи тельную роль в металлургии железа.
Широкую дорогу пудлингованию дали изобретения Г. Корта, внесшего в систему производства железа пудлингованием крупные технические новшества. Главным достоинством изобретения Г. Корта, революционизировавшего появившийся еще в 60-х годах XVIII в. способ пудлингования, было применение для обжатия криц железа прокатных валков с ручьями. Процесс пудлингования (от английского слова puddle — месить) со стоял в следующем. Чугун в чушках загружали в нагретую до высокой температуры отражательную печь и нагревали до расплавления. Затем
металл перемешивали до тех пор, пока он не начинал переходить в тестообразное состояние и свариваться. В этот момент добавляли окалину, изломили обрезки (’’обсечки”) железа. Полученное железо накатывали в крицы, используя специальные стальные ломы. Затемкрицыв горячем виде проковывали под молотком и разбивали на полукрицы. Дальнейшая обработка заключалась в нагревании полукриц и прокатке их в ’’плющильных” валках. Валки способствовали уплотнению металла и выдавливанию из него шлаков (патент на процесс прокатки в калиброванных валках получен Г. Кортом в 1783 г.). Применение прокатных валков в технологии пудлингования является одной из оригинальных особенностей изобретения. Деформация металла крицы в валках протекала с большой интенсивностью. Новый способ обжатия выгодно отличался от процесса обработки крицы под молотом в кричном горне. В результате чрезвычайно сокращался производственный процесс. В отличие от кричного передела, где в результате переработки чугуна получалась железная заготовка (требующая дальнейшей механической обработки), в процессе пудлингования калиброванные прокатные валки позволяли сразу изготовлять различные железные полосы и профили. Весь процесс получения крицы продолжался около 2—3 часов [1, с. 232—233].
Другим преимуществом пудлингования по сравнению с кричным переделом являлось использование для отопления пламенной отражательной печи не дорогого и дефицитного древесного угля (или другого вида топлива) , а более дешевого и доступного каменного угля. Производительность пудлинговой печи была примерно в 3 раза выше производительности кричного горна. В течение 2 часов в пудлинговой печи перерабатывалось в железо 250—300 кг чугуна (угар металла колебался от 8 до 15%). При кричном переделе удавалось получить за то же время в среднем около 100 кг железа при расходе топлива от 1 до 2 кг на 1 кг готового металла [3, с. 87].
Серьезным недостатком пудлингования был тяжелый и изнурительный, требующий большого навыка, труд рабочих. В процессе пудлингования требовалось непрерывное перемешивание тестообразного металла и собирание отдельных частиц затвердевшего металла в комья массой до 50—80 кг и более, которые извлекались из печи клещами. Способ, предложенный Г. Кортом, несмотря на определенные трудности его практического воплощения (не было вначале выяснено влияние на процесс выгорания примесей химического состава материала пода печи) продолжал развиваться. Уже в 1791 г. передовая в то время английская металлургическая промышленность произвела 80 тыс. т пуд лингового железа. Одновременно сокращалась выделка кричного железа, составившая в это время в Англии всего лишь 10 тыс. т [2, с. 158]. В первой четверти XDC в. процесс пудлингования уже широко применялся на многих металлургических заводах. Пудлингование стало главенствующим способом производства железа плоть до 60-70-х годов XIX в., т.е. до появления новых способов получения литой стали в бессемеровских и мартеновских печах.
В России попытки введения пудлингования чугуна были предприняты в 1817 г. на Пожевском заводе и в 1826 г. - на Нижне-Тагильском заводе. Начиная с 30—40-х годов XIX в. пудлингование стало распространяться
в отечественной металлургической промышленности. Производство пудлингового железа в России достигло к 1866 г. 12537 тыс. пудов; кроме того, в это время кричным способом выделывалось до 5774 тыс. пудов кричного железа [4, с. 210—211; 5,с. 17,135].
Прогресс в области машиностроения оказал большое влияние и на качественные сдвиги в металлургии цветных металлов. Так, мировая выплавка меди, составлявшая в 1800 г. 20 тыс т. возросла к концу XIX в до 500 тыс. т. [6, с. 41]. Значительно возрос спрос на свинец для изготов-1 ления химической аппаратуры. Получил широкое распространение про-1 цесс горячего оцинкования железа. Росла добыча благородных металлов.! Мировая добыча золота в среднем за год увеличилась за период с 1800 по! 1870 г. с 14,6 до 190,3 т. [6, с. 53].I
К крупнейшим научно-техническим достижениям первой половины! XIX в. относится открытие и практическое применение способа порошко-1 вой металлургии. Создание этого нового металлургического процесса было! связано с потребностью в тугоплавких металлах, выплавка которых обычными методами и в существующих типах плавильных печей в то время не представлялась возможной. Платина с температурой плавления 1773°С была именно тем металлом, из которого методом порошковой металлургии удалось изготовить монеты и другие изделия. Впервые чистую платину и изделия из нее получили в 1826 г. методом порошковой металлургии русские ученые член-корреспондент Российской академии наук П.Г. Соболевский и металлург В .В. Любарский. Методом порошковой металлургии тогда изготавливали, кроме монет и медалей, жетоны, полосы, проволоку, чаши, тигли и кружки для питья [7, 8].
Прогресс в металлургии способствовал развитию производств, основанных на использовании процессов обработки металлов давлением - ковки, штамповки, прессования, прокатки, волочения и чеканки. Для машиностроения требовались полуфабрикаты и изделия, изготовление которых было возможно лишь с применением ковочных молотов, прессов, прокатных станов и другого оборудования для обработки металлов давлением.
Металл быстро завоевывал новые позиции в машиностроении и в других областях производства и техники. ’’Производство железа так удешевилось, - писал Ф. Энгельс, - что оказалось возможным делать из железа массу вещей, которые раньше изготовлялись из дерева или камня” . j
К. Маркс, указывая на изменение роли металла в производстве и вьа теснение им других материалов, отмечал: ’’Огромные массы железа, коня рые приходилось теперь ковать, сваривать, резать, сверлить и формовать.. Я требовали циклопических машин, создавать которые мануфактурное машиностроение было не в силах”2.
Столь впечатляющие достижения машиностроения основывались также на качественных изменениях в энергетике, на огромных возможностях, которые открыл универсальный паровой двигатель для создания мощных машин для обработки металлов, организации крупных металлургических и металлообрабатывающих предприятий.
1 Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 2, с. 253. ’Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 23, с. 384.
104
К выдающимся достижениям в области обработки металлов давлением относится создание в рассматриваемый период мощного кузнечно-прессового оборудования. Необходимо в первую очередь отметить паровой молот, построенный в 1842 г. английским машиностроителем и изобретателем Дж. Несмитом. Паровой молот дал возможность производить крупные поковки для различных машин и аппаратов, которые ранее изготовить с помощью даже самых крупных вододействующих молотов было нельзя.
К. Маркс, рассматривая становление капиталистического машинного производства в ’’Капитале”, обращает внимание на паровой молот Несмита, как на один из ярких примеров технического прогресса в области машиностроения. Он отмечал, что этот молот ’’весит более 6 тонн и падает перпендикулярно с высоты 7 футов на наковальню весом в 36 тонн. Он легко превращает в порошок гранитную глыбу и не менее способен к тому, чтобы вбить гвоздь в мягкое дерево рядом легких ударов”.
Одна из причин, побудившая Дж. Несмита построить мощный паровой молот — запросы бурно развивающего парового флота. Инженер Ф. Гумф- рие, руководивший постройкой одного из крупнейших пароходов ’’Великобритания”, писал в 1837 г. будущему изобретателю молота Дж. Несмиту: ”Я пришел к убеждению, что во всей Англии невозможно найти достаточно сильного молота для выковывания гребного вала и других частей машин, нужных для ’’Великобритании”. Как мне быть? Что Вы мне посоветуете сделать? Быть может, сделать этот вал из чугуна?” [3, с. 108].
Как видим, проблема создания парового молота была остро поставлена машиностроением за несколько лет до того, как изобретатель получил на него патент. Другая причина, побудившая Дж. Несмита заняться сооружением парового молота, — это стремление заменить машиной рабочую силу, чтобы ослабить последствия классовой борьбы рабочих, которая в период становления машинно-фабричного производства проявлялась в виде хронических стачек в английской железоделательной промышленности.
Ко второй половине XIX в. относится распространение на машиностроительных заводах нового вида оборудования для обработки металлов — гидравлических ковочных прессов, значительно расширивших возможности металлургической технологии. В 1851 г. на Лондонской всемирной выставке экспонировался 4-цилиндровый пресс усилием 2500 т, предназначенный для штамповки небольших деталей. В 1859-1861 гг. Дж. Газ- велл построил и установил в железнодорожных мастерских Вены свой первый пресс для штамповки паровозных деталей: поршней, крейцкопф, рессор, хомутов, кривошипов и др. Один из этих гидравлических прессов экспонировался в 1862 г. на Всемирной выставке в Лондоне [9].
Важное преимущество гидравлических прессов перед мощными паровыми молотами — отсутствие сильных ударов, сотрясающих почву и окрестности цехов и заводов. Прессы, свободные от этих недостатков, в ряде случаев постепенно вытеснили из производства паровые молоты, особенно большой мощности. Начиная с 60-г годов XIX в. появляются крупные гидравлические прессы для ковки стали, способные обрабатывать многотонные слитки для изготовления стволов орудий. Так, на одном из шеф-
филдских заводов в Англии для расковки слитка массой 36,5 т, предназначенного для ствола орудия, под 50-тонным молотом требовалось 3 недели и 33 промежуточных нагрева, в то время как слиток массой в 37,5 т под 4000-тонным прессом обрабатывался всего за 4 дня, для чего требовалось лишь 14 нагревов [9, с. 24].
К концу XVIII - началу XIX в. под влиянием общего развития машиностроения, паровой энергетики и металлургии создавались благоприятные условия для прогресса прокатного производства. В это время прокатка металлов утвердилась как самостоятельный процесс металлургического производства. Выделялись несколько основных групп прокатных станов, отличающиеся их функциональным назначением в производстве: обжимные, листовые и сортовые.
Прокатное производство - становится крупнейшим производителем различных полуфабрикатов и изделий для машиностроения, кораблестроения и железнодорожного транспорта. Прокатные заводы поставляют для обшивки военных судов броневые плиты. Наиболее крупные из них имели толщину 500 мм, длину 8 м и ширину 3 м. Впервые броневые плиты были успешно применены французами в Крымской войне 1855 г. Первоначально употреблялись броневые плиты из сварочного железа, полученные путем сварки нескольких отдельно изготовленных листов. Однако такие плиты были сравнительно мягкими и по мере увеличения мощности орудий корабли стали уязвимыми. После того, когда были найдены экономически дешевые способы получения литой стали, изобретательская мысль пошла по пути изготовления так называемых сдвоенных или ’’компаунд- плит”. Они состояли из двух листов, один из которых изготовлялся из стали, другой — из сварочного железа. Для прочного соединения листов эта двухслойная композиция в горячем состоянии подвергалась прокатке в гладких валках. Сталежелезные броневые плиты обладали повышенными эксплуатационными свойствами, сочетая в себе прочность стального слоя и ’’тягучесть” железного [11, с. 73—75].
С развитием прокатного производства неразрывно связан прогресс в области железнодорожного транспорта. Производство рельсов занимало большой удельный вес в системе металлургических предприятий большинства промышленно развитых стран Европы и США. До появления железнодорожного сообщения рельсовые дороги существовали в рудниках и на некоторых строительных объектах, по которым с помощью конной или канатной тяги передвигались вагонетки. Такие рельсовые колеи вначале были деревянными или каменными, а позднее для этого стали применять чугун. В 1810 г. будущий изобретатель паровоза, механик Киллингуорт- ских рудников Дж. Стефенсон применил на этих рудниках рельсы из шведского сварочного железа. Длина этих рельсов составляла в среднем 1,5 м. Для их изготовления применялись специальные штампы и крупные молоты. Одна тонна рельсов из сварочного железа стоили 300 франков золотом [11].
Производство катаных железных рельсов начинается с 20-х годов XIX в. с появлением паровоза. Паровозная тяга впервые была применена в 1825 г. в Англии на железной дороге Дарлингтон - Стоктон. В 1830 г. открывается железная дорога из Ливерпуля в Манчестер и в том же году вступает в строй железная дорога в США. В России первая железная дорога была
сооружена в 1834 г. на заводе в Нижнем Тагиле, по которой ходили паровозы М.Е. и Е.А. Черепановых.
С началом железнодорожного строительства повысились требования к качеству рельсов. В 1820 г. рельсы выпускались из сварочного железа длиной 4,57 — 5,48 м. Систематическая прокатка рельсов из сварочного железа началась лишь после создания специальных прокатных станов с профильными валками. Для этой цели вначале применяли двухвалковые станы. Наибольшая длина рельсов, выпускавшихся на прокатных заводах в конце 20—30-х годов XIX в., не превышала 7,25 м. Получение более длинных рельсов ограничивалось весом криц сварочного железа [3, с. 108; 11,с. 43].
Первый рельс из литой бессемеровской стали был прокатан в 1857 г. в Далласе (США). Литая сталь открыла широкие возможности для производства длинномерных рельсов, гораздо более качественных по сравнению со своими более ранними аналогами, о чем ниже будет рассмотрено особо [12,с.621].
Под влиянием промышленного подъема создались благоприятные условия для развития техники волочильного производства. Многократно возрастает потребность в проволоке и проволочных изделиях, волоченых прутках, полосах, профилях и трубках из железа, стали и цветных металлов. Проволока широко используется в текстильной промышленности, предъявившей большой спрос на чесальные кадры. В начале XIX в. на крупных текстильных фабриках интенсивно развиваются механические способы кардочесания шерсти и хлопка, заново перестраивается кардное производство.
Другими важными потребителями проволоки стала горная и строительная техника, где в течение первой половины XIX в. нашли широкое применение проволочные канаты и троссы. Первые проволочные канаты предназначались для шахтных подъемных машин. Они заменили менее прочные пеньковые и джутовые канаты, позволив вести добычу полезных ископаемых на более низких горизонтах.
Проволочные канты стали незаменимы при строительстве висячих мостов, в морском деле, на заводах, для передачи механической энергии на расстояние (канатные передачи). В России одна из канатных передач действовала в 60-х годах XIX в. на Петербургском пороховом заводе. Повышенный спрос на проволочные канаты уже в 40-х годах XIX в. привел к их машинному производству и к строительству во многих странах специальных проволочных заводов. В России производство проволочных канатов было введено на Кронштадтском заводе Морского министерства, а затем и на некоторых других отечественных предприятиях [14, с. 1].
По мере увеличения производства проволочных канатов велись интенсивные работы по повышению их эксплуатационной эффективности. В результате в 50-х годах XIX в. в Англии был разработан и введен в производство новый процесс термообработки высокоуглеродистой стальной проволоки — патентирование, резко повысивший прочность проволоки на разрыв. Автором способа патентирования был Дж. Хорсфелл, взявший в 1854 г. патент на получение патентированной стальной проволоки для фортепианных струн, а в 1856 г. - для проволочных канатов [15]. Сначала для изготовления высокоуглеродистой проволоки применялась дорого-
стоящая тигельная сталь, уступившая с 70-х годов XIX В. место более дешевой и доступной бессемеровской и мартеновской стали. Эксплуатационная стойкость стальных проволочных канатов в 4—5 раз превышала стойкость железных канатов. Срок их службы увеличился с 5,5 до 22 месяцев [16].
Стальная проволока также широко употреблялась для изготовления иголок, булавок, пружин, железная — для выделки гвоздей, винтов, болтов, цепей, колючей проволоки и многих других изделий.
Крупнейшим потребителем железной проволоки во второй половине XIX в. стал электрический телеграф. Гигантское расширение мирового рынка требовало совершенной связи не только между странами Европы, но и с колониями, расположенными на других континентах. В 1866 г. длина телеграфных линий составляла около 284 тыс. км, на прокладку которых пошло от 128 до 160 тыс. т железной проволоки. К концу XIX в. протяженность телеграфных линий возросла до 7830 тыс. км, потребовавших от 3510 до 4400 тыс. т металла [14; 17, с. 72].
Большой спрос на телеграфную проволоку стимулировал развитие технологии ее производства. Важное значение имела разработка способов получения длинномерной проволоки. Эту задачу успешно разрешил в 60-х годах один из английских заводов. В 1867 г. это предприятие экспонировало на Парижской всемирной выставке образец железной проволоки диаметром 6,57 мм, длиной 1590 футов (485 м) и массой 8 пудов (131 кг) [14].
Росло производство проволоки и проволочных изделий из цветных и благородных металлов. За исключением золотой и серебряной проволоки, употребляемых в ювелирном деле и выделке украшений, почти вся проволока из цветных металлов — меди, латуни, бронзы, цинка, олова, свинца, алюминия, платины шла на технические цели. Наиболее крупным потребителем медной и латунной проволоки было сеточное и проволочноткацкое производство. Проволочные сетки (сита) и проволочные ткани нашли большое применение в мукомольной и писчебумажной промышленности. В 1865 г. в Москве на мануфактурной выставке были широко представлены меднопроволочные ткани русских фабрик [18].
Проволока из благородных и цветных металлов производилась на золотоканительных фабриках. Наибольшего развития золотоканительное производство достигло в России, Франции, Германии и Австрии. По имеющимся данным, в России в 1814 г. было 24 золотоканительные фабрики, вырабатывавшие более 1040 пудов (17 т) проволоки и канители из меди, золота и серебра [19]. В 1843 г. лишь в Москве — центре отечественного золотоканительного производства числилось 22 фабрики, выпустивших продукции на сумму до 935 тыс. руб. серебром. Из этой суммы на крупнейшую в России Московскую золотоканительную фабрику С. Алексеева приходилось свыше 482 тыс. руб. Предприятие непрерывно росло. В 1814 г. на фабрике С. Алексеева числилось всего 29 рабочих, в 1843 — 140, в 1861—1862 гг. — уже 200 рабочих [17, с. 77].
Бурное развитие в первых десятилетиях XIX в. паровой энергетики наложило свой отпечаток на структуру и динамику развития волочиль-j ного производства. К традиционным видам продукции прибавились новые, непосредственно связанные с развитием паровой техники. К их числу 108
относятся дымогарные, конденсаторные и другие трубы, получившие широкое практическое применение уже в первой половине XIX в. Вначале' использовались паяные медные и латунные трубы, изготовлявшиеся из листового металла. Такие трубы не выдерживали больших давлений пара, сдерживая дальнейшее развитие паровой энергетики. Лишь после разработки в 30-х годах XIX в. новой технологии получения цельнометаллических труб методом волочения, была решена одна из важных проблем, связанных с дальнейшим усовершенствованием конструкций паровых машин и повышением их надежности и эффективности [20].
Общий промышленный подъем, характерный для развивающегося машинно-фабричного производства оказал влияние на качественное обновление техники чеканки металлов и связанных с ней основных технологических процессов. Монетно-чеканочное производство по ряду научно-технических разработок и применению новых машин и процессов обработки металлов находилось в числе наиболее передовых в техническом отношении отраслей металлообрабатывающей промышленности [1, с. 252—254].
РАЗВИТИЕ КУЗНЕЧНО-ПРЕССОВЫХ МАШИН
ПАРОВЫЕ МОЛОТЫ
По мере роста потребления металлов, непрерывно увеличивающихся запросов машиностроения в крупных поковках и деталях перед металлургией все настоятельнее ставилась задача создания более мощного и эффективного оборудования для обработки металлов давлением.
К концу XVIII в. ковка оставалась главным металлообрабатывающим процессом металлургической технологии и проблема совершенствования молотов, создания новых способов обработки металлов постоянно находилась в поле зрения металлургов и изобретателей.
Применявшиеся в мануфактурный период рычажные молоты с гидравлическим приводом ввиду их недостаточной мощности, производительности и некоторых других технико-экономических показателей уже не могли удовлетворить возросшим требованиям металлургического производства.
Усилия конструкторов и машиностроителей сконцентрировались на проблеме создания ковочного молота, приводимого в действие энергией пара. Одним из первых, кто сделал попытку решить эту проблему, был изобретатель универсальной паровой машины Дж. Уатт. В 1784 г. он, сразу после получения патента на паровую машину запатентовал и паровой молот. Сущность изобретения состояла в приспособлении паровой машины, снабженной маховым колесом, для привода распространенного в то время рычажного молота. Первый из изготовленных Дж. Уаттом паровых молотов весил 120 фунтов (54,5 кг) и поднимался на высоту 8 дюймов (203,2 мм). Затем он построил рычажный паровой молот с весом падающих частей в 7,5 центнеров (381,5 кг), который работал с частотой до 300 ударов в минуту. Изобретатель внес в конструкцию рычажного парового молота ряд усовершенствований. Однако кинематическая часть молота была уже устаревшей, сводя на нет большие возможности парового двигателя. Практического распространения паровой молот Уатта не получил
[21 j с. 273]. Нереализованным осталось также запатентованное в 1806 г. английским инженером У. Джевервиллем изобретение парового молота, в котором сжатый воздух служил отбоем [3, с. ПО; 22, с. 29].
Широкую дорогу паровому молоту открыл английский инженер Дж. Несмит, разработавший в 1839 г. конструкцию молота, распространившегося с 40-х годов XIX в. в металлургической и машиностроительных отраслях промышленности. Отличаясь простотой устройства, большой эффективностью, молот Дж. Несмита быстро революционизировал обработку металлов и заложил прочные основы для дальнейшего прогресса паровых кузнечных машин на многие десятилетия вперед.
Паровой молот Дж. Несмита сразу же показал свои неоспоримые преимущества перед распространенными в конце XVIII — начале XIX в. механическими рычажными молотами. Паровые молоты были во много раз мощнее и гораздо компактнее рычажных, позволяли обрабатывать крупные поковки металла благодаря большой высоте подъема бабы с бойком.
Именно эти важнейшие для любой развитой ковочной машины качества отсутствовали у механических рычажных молотов. Небольшой подъем бойка у рычажных молотов обусловливался присущей для них системой зацепления рычага (молотовища) с кулаками ведущего вала. Поэтому с увеличением размера поковки соответственно уменьшалась и сила удара ввиду сокращения расстояния от бойка до обрабатываемого металла. Поступательно движущиеся части молота не успевали накопить необходимую кинетическую энергию, что приводило к необходимости подвергать поковку многочисленными обжатиями, в процессе которых она остывала, не успевая получить необходимые конечные размеры и форму. Поковку вновь подвергали нагреву и дальнейшей обработке под рычажным молотом, что вело к непроизводительным потерям времени в технологическом цикле и увеличению угара металла при дополнительных нагревах поковки в пламенной печи.
На рйс. 37 изображен оригинальный набросок парового молота, выполненный Дж. Несмитом в 1839 г. Для наглядности преимуществ своего изобретения по сравнению с существующими кузнечными машинами Несмит поместил рядом с изображением парового молота и основных узлов и деталей к нему эскиз рычажного молота, наглядно графо-аналитически иллюстрируя его ограниченные технологические возможности.
Молот Дж. Несмита представлял массивную металлическую станину, по направляющим которой в вертикальной плоскости перемещалась баба с верхним бойком. Движение ей передавалось штоком, соединенным с поршнем парового цилиндра, расположенного в верхней части станины. Последняя устанавливалась на железной плите и крепилась к фундаменту болтами. Нижний боек монтировался на массивном шаботе. Управление молотом осуществлялось вручную. Для приведения его в действие рабочий, находящийся около молота, с помощью специального устройства открывал кран паропровода, соединенного с нижней частью парового цилиндра. В результате подачи пара поршень совершал движение вверх, поднимая одновременно шток и бабу с верхним бойком. Для совершения рабочего хода открывалась задвижка для выпуска пара из цилиндра, после чего начиналось падение бабы. Сила удара определялась суммарной
Рис. 37. Набросок парового молота Дж. Несмита. 1839г.
массой падающих частей (поршня, штока, бабы с бойком) и высотой их падения.
Необходимо отметить, что проект Несмита не был сразу воплощен им на практике. Для сооружения молота нужны были средства. К тому же, в это время был застой в английской железоделательной промышленности, и заводчики, которых Несмит ознакомил со своим изобретением, одобряя проект, вместе с тем, не проявляли желания строить молот. Это обстоятельство, а также отсутствие в то время у изобретателя свободных капиталов не позволили ему выкупить патент, за который полагалось уплатить около 500 фунтов стерлингов [23, с. 87]. Напомним, что когда Дж. Несмит начи- 111
нал в 1834 г. собственное дело в Манчестере, его капитал составлял всего 63 фунта стерлингов и 500 фунтов стерлингов, взятых в кредит у местных банкиров [24, с. 61; 25, р. 125].
Впервые молот системы Несмита был построен в 1840 г. во Франции механиком Бурдоном на заводах акционерного общества ’’Шнейдер и К0” в Крезо. Интересно отметить, что сам Несмит увидел свой молот там совершенно случайно во время посещения этого предприятия в 1840 г. Сопровождавший Несмита механик Бурдон показал ему большую кованую пароходную деталь, удивившую гостя своими размерами. Бурдон сказал, что отковать такую деталь удалось благодаря паровому молоту, конструкция которого была заимствована на его, Несмита, заводе в Патрикрофте. При посещении завода Бурдон, по его словам, получил возможность ознакомиться с "Книгой проектов”, в которой находились чертежи всех изобретений Несмита. Бурдон обратил внимание на чертеж парового молота, зарисовал его и по приезде во Францию быстро построил. История создания парового молота получила освещение в книге Джеймса Несмита ’’Автобиография”, вышедшей в Лондоне в 1883 г. [26].
Построенный Бурдоном на заводе в Крезо паровой молот (рис. 38) состоял из чугунной бабы, соединенной штоком с поршнем парового цилиндра. Распределение пара регулировалось золотником, приводимым в действие ручным рычагом. Баба двигалась вертикально по направляющим, образующим станину, опирающуюся на каменный фундамент четырьмя своими ’’ногами”. Отлитая из чугуна наковальня устанавливалась на массивных деревянных брусьях, обеспечивающих некоторое смягчение ударов при ковке.
Молот Бурдона предназначался для обработки наиболее крупных в то время поковок. Баба молота имела массу 2500 кг, а максимальная высота ее падения составляла 2 м [27, с. 136].
Патент на свое изобретение Дж. Несмит получил в 1840 г. В том же году на его заводе в Патрикрофте был построен паровой молот с массой бойка 30 центнеров (1524 кг). Этот молот по ряду своих конструктивных и эксплуатационных особенностей был более современным по сравнению с молотом Бурдона. Бурдон не использовал при постройке молота всех технических новшеств, которые были заложены в изобретении Несмита. Вместе с тем, заслуга французского механика состояла в том, что он по достоинству оценил изобретение Несмита и первым применил конструкцию молота его системы в производстве [3, с. 112].
Имеются сведения, что паровой молот системы Несмита вскоре был построен также в Германии на пароходном заводе близ Цвиккау, по чертежу директора этого предприятия Дорнинга (рис. 39) [21, с. 273].
Первые паровые молоты были простого действия и имели открытый сверху паровой цилиндр, ручной парораспределительный механизм. Появившийся паровой молот стал объектом оживленных интересов и деятельности металлургов и конструкторов, направивших усилия на совершенствование основных его узлов и увеличение силы удара.
Важнейшее значение имели разработки самого Несмита, внесшего в конструкцию молота целый ряд нововведений, значительно повысивших его эффективность. К их числу относится изобретение воздушной подушки, предусмотернной в верхней части цилиндра, Она предназначалась для 112
Рис. 38. Паровой молот Бурдона. 1841 г.Рис. 38. Паровой молот Бурдона. 1841 г.
Рис. 38. Паровой молот Бурдона. 1841 г.
Рис. 38. Паровой молот Бурдона. 1841 г.
предохранения верхней крышки парового цилиндра от разрушения при случайном ударе о нее поршня. Для этого в верхней части цилиндра над выпускным отверстием и крышкой было предусмотрено некоторое пространство. В процессе движения поршня вверх он, перейдя выпускное отверстие, сжимал воздух, находящийся в верхней части цилиндра, создавая воздушную подушку. Другим положительным эффектом воздушной подушки являлось использование упругих свойств сжатого воздуха, отбрасывающего после рабочего хода поршень вниз и увеличивающего багодаря этому силу удара молота. Кроме того, Дж.Несмиту принадлежит также применение паровой подушки, которая создавалась за счет подачи пара в верхнюю часть цилиндра [9, с. 13].
Принципиально по новому подошел к созданию воздушной подушки Нилиус. Баба его молота была выполнена в виде пустотелого цилиндра, внутрь которого входил связанный с ним шток парового поршня. При подъеме поршень, двигаясь в паровом цилиндре, увлекал за собой вверх и пустотелую бабу (паровой цилиндр заменял здесь направляющие). При
1131138. Зак. 232
113
113
Ри с. 39. Паровой молот в работе. XIX в.
этом внутри пустотелой бабы образовывалась воздушная подушка. Конструкция парового молота Нилиуса вскоре была оставлена [9, с. 13—14].
В 1846 г. Конди предложил конструкцию парового молота, в которой поршень со штоком были неподвижными (рис. 40). Бабой служил паровой цилиндр, совершавший движение по отношению к неподвижному поршню. Пар подавался через пустотелый шток. Молот отличался большой массой падающих частей и компактностью. Крупный недостаток молота Конди состоял в том, что ударам подвергалась очень чувствительная часть молота — паровой цилиндр. Молот имел ограниченное применение [9, с. 14].
Вначале проблема повышения мощности паровых молотов решалась главным образом за счет увеличения массы бабы. Вместе с тем, предпринй-
Рис. 40. Паровой молот Конди. 1846 г.
мались также робкие попытки некоторых конструкторов использовать для увеличения силы удара небольшое давление пара над поршнем. К их числу относятся молоты Далена, Тюрка и Фарко. Однако молоты этого типа имели ограниченное применение.
Интересно, что изобретатели, выдвигая различные предложения, направленные на увеличение силы удара парового молота, вначале оставляли в стороне идею создания молота двойного действия - наиболее рациональной в технико-экономическом отношении системы паровых молотов.
Молот двойного действия (или молот с верхним паром) был предложен тем же Дж.Несмитом, а автоматическое парораспределение к нему его современником Вильсоном в 1843 г. Давление пара стало использоваться не только для подъема, но и для ускорения падения бабы. При подаче пара в верхнюю часть цилиндра, поршень отбрасывался вниз, увеличивая кинетическую энергию падающих частей молота. По аналогии с паровой машиной золотник приводился в движение струей пара, который попеременно впускался в верхнюю и нижнюю полость парового цилиндра, опуская или Поднимая бабу [9, с. 14].
В зависимости от мощности паровых молотов получили распространение несколько основных систем парораспределения. Из них две — золотниковое и клапанное применялись наиболее широко. Золотниковое парораспределение было характерно для небольших паровых молотов, а клапанное — для молотов большой мощности. Указанные системы управлялись с помощью специальных рычагов и тяг вручную или автоматически. При автоматическом режиме механизм парораспределения был связан с бабой молота. Автоматическое изменение хода обычно производилось во всех молотах по окончании подъема бабы на наибольшую допускаемую высоту, что предупреждало возможные аварии, которые могли произойти от удара поршня о верхнюю крышку цилиндра или от удара бабы в нижний сальник цилиндра [21, с. 275].
В зависимости от мощности паровых молотов применялась та или иная система привода их в действие. Крупные молоты, как правило, были простого действия, небольшие молоты — двойного действия, а молоты средней мощности изготавливались как простого, так и двойного действия.
По мере развития машинно-фабричного производства изменялись функции кузнечной обработки в металлургии и машиностроении. Раньше, при кричном переделе молот не только был составной частью основного технологического оборудования, связанного с получением компактного кричного железа, но и применялся на конечной стадии производства для отковки из него разнообразных полуфабрикатов и изделий (полосы, прутки и т.п.). В технологическую схему пудлингового производства, ставшего в рассматриваемый период основным в железоделательной промышленности, вместо кузнечной обработки крицы под молотом был введен прокатный стан, с помощью которого осуществлялись одновременно обжим крицы в калиброванных валках и прокатка сортового железа. В результате частично отпали трудоемкая кузнечная обработка крицы под молотом и последующая ее расковка на прутки и полосы, которые с большей эффективностью стали изготавливать прокаткой. Молот сохранился в железоделательном производстве в основном для предварительного слабого обжатия крицы, поступающей в валки прокатного стана.
Вместе с тем, в условиях бурного развития машиностроения непрерывно возрастала потребность в крупных кованых деталях для разнообразных машин и механизмов. Машиностроение становится средоточием специализированных цехов по кузнечной обработке металла, стимулируя создание мощных паровых молотов. Их значение еще более возрастает после появления в 50—60-х годах XIX в. массовых способов производства литой стали. Бессемеровский и мартеновский процессы получения литой стали, революционизировавшие черную металлургию, предоставили в распоряжение машиностроителей крупные стальные отливки, обработка которых потребовала сверхмощных паровых молотов. Среди потребителей таких молотов были ооудийные, судостроительные, механические и другие заводы.
Мировые достижения в области конструирования и сооружения паровых молотов, проблемы их технологического применения в производстве живо интересовали русских ученых и инженеров. Молот Несмита почти сразу же после его появления был принят на вооружение отечественной промышленностью. В 1848 г. в Англии были закуплены для России два паровых молота, установленные на Екатеринбургской механической 116
Рис. 41. 50-тонный паровой молот Обуховского пянппа 1870г.
фабрике и Воткинском заводе ”со всеми нужными устройствами дня проварки и ковки различных частей паровых машин” [4, с. 303]. В то время машиностроительная промышленность России находилась в стадии оживленного развития, связанного, в частности, с проблемой производства паровых машин для речных и морских судов. В 1867 г. механиком А.З. Сафроновым по проекту известного русского ученого И.А. Тиме на Луганском заводе был построен один из первых в России паровых молотов простого действия [22, с. 30].
Одним из ведущих отечественных предприятий, оборудованных мощным кузнечным производством, был Обуховский завод в Петербурге, на котором в 1863 г. началось изготовление стальных артиллерийских орудий. В 1865 г. здесь установили крупнейший по тем временам паровой молот простого действия системы Моррисона с массой падающих частей 35 т. Этот молот был в состоянии обрабатывать стальные слитки массой 8—12 т [28, с. 305; 29, с. 38].
В 1872 г. Обуховский завод экспонировал на Московской политехнической выставке ствол 12-дюймового артиллерийского орудия, изготовленного из стального слитка массой 40 т. С 1873 г. предприятие приступило к выпуску стальных кованых валов для крупных судовых двигателей. Оно располагало 12 паровыми молотами. Среди них был 50-тонный паровой Молот, переоборудованный в 1870 г. из установленного там ранее 35-тон- ного мэлота. Вновь созданный 50-тонный молот (рис. 41) представлял уникальное техническое сооружение. Второй молот такой же мощности существовал лишь в Германии на заводе Круппа в Эссене (рис. 42).
Рис. 42. 50-тонный паровой молот Фрица, установленный на заводе Круппа в Эссене. Начало 70-х годов XIX в.
Шабот молота Обуховского завода, отлитый из чугуна, состоял из 4 частей и имел массу 460 т. Установка такого шабора потребовала сооружения огромного бетонного фундамента, для которого был вырыт котлован длиной 25,6 м, шириной 14,3 м и глубиной 9,8 м. По проекту отечественных специалистов каждая из двух станин молота имела свой собственный фундамент, между которыми был сооружен фундамент для шабота. Станины молота располагались одна от другой на расстоянии 8 м. Шток диаметром 250 мм прикреплялся к бабе по системе сферической опоры с помощью четырех клиньев с болтами. Парораспределительный механизм, выполненный в виде скользящего золотникового устройства и клапанной коробки, находился внутри. Молот мог делать до 25 ударов в минуту при высоте подъема 2,9 м. Для ковки слитка диаметром 0,9 м, весом 13 т в заготовку диаметром 0,6 м и длиной 2,75 м требовался один час. У молота располагались две печи с выдвижными подинами, обслуживаемые двумя кранами [28, с. 307-308].
В 1873 г. на Всемирной промышенной выставке в Вене экспонировалась модель 50-тонного молота двойного действия, построенного на Пермском пушечном заводе. Молот строился с 1872 по 1873 г. и являлся самым крупным в мире молотом двойного действия. В Европе наиболее мощный паровой молот двойного действия с массой падающих частей 35 т находился в Вульвичском арсенале (Англия). Молот Пермского завода был устроен таким образом, что при необходимости мог работать и как молот простого действия. Он имел усовершенствованное золотниковое парораспределение, а также простую и удобную для эксплуатации станину мостового типа, получившую впоследствии наибольшее распространение. Шабот, отлитый в виде цельной усеченной пирамиды, в 12 раз превышал массу падающих дестей молота и составлял 600 т. Отливка такого огромного шабота из чугуна была выполнена впервые в мире. Для этого в здании кузницы установили 14 вагранок и 3 воздуходувные машины. Отливка шабота производилась одновременно из всех вагранок, что гарантировало от расслоения металла, которое могло произойти, если бы плавки велись отдельно.
Пермский молот примечателен не только тем, что имел цельный шабот, но и значительной высотой подъема бабы, составляющей 3 м. Молот имел усиленный шток диаметром 275 мм. Весил молот 1442 т и работал при давлении пара 4 атм [28, с. 310; 30, с. 5].
Интенсивно развивалось производство кузнечного оборудования, в том числе тяжелых паровых молотов, в Англии, Франции, Германии и США. В 1877 г. во Франции на заводе ’’Шнейдер и К0” в Крезо был установлен 100-тонный паровой молот, на котором ковали стальные слитки массой в 120 т. Затем молоты такой же мощности появились на другом французском предприятии и в Италии на заводе Терни. Наиболее тяжелый 125-тонный паровой молот был построен (1891 г.) в США на заводе Вифлеемской компаниии. Все эти сверхмощные молоты были простого действия [9, с. 19].
На этом производство гигантских молотов прекратилось, так как выявились большие трудности в их производстве и эксплуатации. Сильные удары молотов вызывали сотрясения зданий цехов, почвы в окрестностях Промышленных предприятий, что стало опасным для целостности окружающих строительных сооружений и самих молотов. Им на смену пришли
гидравлические ковочные прессы, развитие которых рассматривается далее.. Здесь же отметим, что паровые молоты меньшей мощности продолжали совершенствоваться и широко применяться в различных отраслях промышленности не только на протяжении второй половины XIX в., но и в течение первых десятилетий текущего столетия.
РЫЧАЖНЫЕ МОЛОТЫ
До появления в 40-х годах XIX в. паровых молотов усилия конструкторов и технологов, работавших в области кузнечной обработки металлов, были направлены на повышение эффективности широко распространенных в производстве рычажных молотов. Их продолжали еще широко применять в различных отраслях промышленности вплоть до 60—70-х годов XIX в., когда паровые молоты уже были признаны наиболее перспективным кузнечным оборудованием, занявшим главенствующее положение на крупных металлургических и машиностроительных заводах. Столь длительное и весьма устойчивое функционирование в производстве рычажных молотов обусловливалось непрерывной их технической модернизацией. Важнейшими факторами, способствующими "продлению жизни’’ рычажного молота, необходимо отметить следующие: использование для привода молота парового двигателя, переход от деревянной (или смешанной) конструкции молота к металлической, некоторые изменения в механизме передачи энергии двигателя к рабочему органу молота. Все это способствовало повышению эффективности рычажных молотов, их эксплуатационной надежности. Следует иметь в виду, что рычажный молот стоил недорого по сравнению с паровым и был более доступен для мелких и средних предприятий.
Наиболее распространеным в рассматриваемый период типом рычажных молотов были хвостовые. До' середины XIX в. они еще нередко приводились в действие гидравлическими колесами, но на крупных предприятиях для этих целей употреблялись паровые двигатели. Крупнейшие рычажные хвостовые молоты обладали весьма большой мощностью. Масса ударной части таких молотов достигала 8 т при высоте падения 0,5 м. Тяжелые рычажные молоты нередко еще можно было встретить в конце XIX — начале XX вв. на некоторых металлургических заводах, где их традиционно использовали для "вытяжки” и ’’выглаживания” стальных полос [27, с. 130].
С конца XVIII - до 70-х годов XIX в. общая кинематическая схема рычажного молота не подверглась сколько-нибудь существенным изменениям. В основе конструкции был все тот же рычаг с кулачковым зацеплением.
В первой половине XIX в., по описанию немецкого металлурга А. Леде- бура, вододействующие рычажные хвостовые молоты часто применяли для обработки железа, стали и меди на заводах, расположенных в гористых, богатых водою местностях. По его данным, в одной из распространенных тогда конструкций рычажных хвостовых молотов молотовище изготовлялось из вязкого дерева и было упрочнено предохранительными кольцами. На конец молотовища насаживалось стальное ’’стремя”, на которое в процессе работы молота нажимали вниз стальные кулаки, расположенные на валу подливного водяного колеса. Молотовище входит в толстое железное кольцо с двумя цапфами, подшипники которых закреплены в двух чугунных стойках. В качестве отбоя служит специальная плита, украшенная ,20 j
Рис. 43. Рычажный хвостовой молот Д.А. Хенкеля. Последняя треть XIX в.
на упругом деревянном основании, расположенная ниже кулачного зацепления. Масса ударной части молотов этого типа колебалась от 50 до 350 кг. Легкие молоты работали с частотой до 300 ударов в минуту, а тяжелые — до 120 ударов в минуту при высоте подъема около 480 мм. При отсутствии источников водяной энергии эти молоты приводились в действие паровым двигателем. Одним из существенных их недостатков являлась неизменяемая высота подъема головы молота, в результате чего при ковке изделий крупного размера уменьшалась сила удара. Кроме того, сила удара здесь не была постоянной и зависела от частоты падений молота [21, с. 257—260].
Эти недостатки были частично устранены немецким инженером Д.А. Хенкелем, спроектировавшим рычажный молот (рис. 43), в котором вместо подъемных кулаков была применена специальная кулиса, получающая качательное движение от шатуна / кривошипа через двуплечный стальной рычаг g, имеющий свою точку вращения h. Левый конец рычага, входящий в прикрепленный к хвосту молотовища железный хомут к при своем опускании производит подъем головы молота. Передача движения кривошипному валу осуществляется ременной передачей, а для устойчивой работы молота на этом валу насажено маховое колесо d. Молот делал до 400 ударов в минуту при высоте подъема бойка 150-180 мм [21, с. 260-261].
Рычажные хвостовые молоты широко применялись и в России для вы- тяжки стальных полос, из которых изготовлялись ножи, клинки, сошники, напильники и другие изделия. Они устанавливались, в основном, на небольших предприятиях. Мощность молотов колебалась в больших пределах — от 50 до 250 кг, совершающих от 300 до 100 ударов в минуту при подъеме от ОД до 0,55 м.
На Уральских заводах с помощью хвостовых молотов ковали все производимое там кровельное железо, используя для этого крупные, так называемые разгонные и гладильные молоты. Головы таких молотов изготовлялись из чугуна или железа и имели массу 640—1040 кг [28, с. 310].
падающие, ФРИКЦИОННЫЕ, РЕМЕННЫЕ, I ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ И ПРУЖИННЫЕ МОЛОТЫ
Развитие металлообрабатывающей и машиностроительной промышленности сопровождалось непрерывным расширением номенклатуры применяемых в производстве кузнечных машин. Среди них немаловажное значение приобрели падающие молоты, с ранними представителями которых мы имели возможность уже познакомиться в предыдущих разделах. Рассматриваемый период характеризовался определенным прогрессом в области совершенствования простейших и создания новых видов падающих молотов и их технологического применения. К падающим относят молоты, баба которых после подъема с помощью специальных механизмов опускается вертикально под действием собственного веса.
Простейший падающий молот, основанный на подъеме бабы с бойком с помощью каната или ремня вручную (копровый молот) нередко применялся на некоторых предприятиях еще в конце XVIII — начале XIX вв., а в специфических производствах даже в начале XX в. Так, в ювелирных мастерских использовались для штамповки мелких изделий миниатюрные падающие молоты с массой бабы (гири) 5—40 кг. Баба подвешивалась на перекинутый через ролик веревке, за конец которой мастер поднимал ее в исходное положение. Перемещалась баба по двум направляющим, обеспечивающим строго вертикальное фиксированное ее падение на обрабатываемую заготовку. Существовали падающие молоты, где подъем бабы осуществлялся специальной подножкой рычажного типа, к которой прикреплялся конец веревки. Для ее подъема необходимо было нажать на подножку, после чего следовало автоматическое падение бабы.
Аналогичные по устройству, но намного более мощные падающие молоты применялись в начале XIX в. на ряде отечественных, главным образом оружейных, заводов, где возникли штамповочные производства. Штамповка обеспечила массовое изготовление совершенно одинаковых по форме и размерам деталей, что дало возможность реализовать в производстве ружей принцип взаимозаменяемости. Такие штамповочные производства существовали на заводах в Туле и Сестрорецке.
На Тульском оружейном заводе штамповка ружейных деталей была введена в 1819 г. Для этого применялся падающий молот, состоящий из тяжелого чугунного стула (наковальни), на верхней поверхности которого располагалась нижняя часть штампа. Верхняя его часть укреплялась на падающей бабе. Молот имел две направляющие, о назначении которых говорилось выше. Баба поднималась рабочими вручную с помощью каната. Изделия штамповали из предварительно нагретой металлической , полосы [31, с. 73].
В начале 30-х годов XIX в. на Камско-Воткинском заводе производили штамповку подков, используя вначале падающий молот с канатом, приводимый в действие вручную, а затем молот с приводом от водяного колеса [4, с. 307-308]. Примерно такая же технология штамповки взаимозаменяемых деталей для изготовления частей ружейного замка существовала и на европейских заводах. Еще в 20-х годах XVIII в. во Франции была сделана попытка ввести для этих целей штамповку ружейных деталей. Но тогда это начинание не увенчалось успехом. Лишь в конце XVIII в. во Франции процесс штамповки стал на практическую основу. На английских заводах 122
Рис. 44. Фрикционный молот с доской системы Гассе. Вторая половина XIX в.
этот способ был введен несколько ранее, но лишь для штамповки одной, весьма простой детали — ружейного курка [4, с. 308].
Стремление механизировать падающий молот привело к созданию различных конструкций кузнечных машин с ременным приводом и промежуточным фрикционным, эксцентриковым и кривошипным механизмами. Сюда же мы условно причислим и пневматические молоты. Не потеряла своего практического значения и система пружинных молотов, известных нам с XVII в. Некоторые из них были модернизированы на новой технической основе и весьма широко использовались в пройз- водстве в рассматриваемый период. Все эти молоты обладали сравнительно небольшой мощностью, отличались компактностью и небольшими габаритами.
Во фрикционном падающем молоте подъем бабы осуществляется с помощью прикрепленной к ней деревянной доски (рис. 44). На направляющих молота установлены два ролика, вращающихся в разные стороны. Один из них может быть отодвинут или прижат к проходящей между ними доске. В момент прижатия одного из вращаю
щихся роликов, благодаря трению, возникающему между роликами и дос
кой, баба поднимается вверх. Для падения бабы достаточно отвести от
доски один из роликов. Сила удара молота регулируется высотой подъема бабы.
Фрикционные падающие молоты с доской использовались во второй половине XIX в. на многих зарубежных и отечественных заводах для штамповки легких поковок и изделий. Значительное распространение, например, получил молот системы Гассе. По данным И.А. Тиме (1899 г.), один из фрикционных молотов с массой падающих частей в 250 кг был установлен на Петербургском монетном дворе [32].
Широко применялись приводимые падающие молоты с ремнем. Мощность этих молотов допускала штамповку достаточно крупных деталей. В представленном на рис. 45 штамповочном молоте американского производства баба подвешена на ремне, прикрепленном верхним концом к свободно сидящему на валу ролику. Для подъема или спускания бабы ролик вводится в зацепление с одной из двух зубчатых муфт, движение которым 123
Рис. 45Рис. 46Рис. 47Рис. 45Рис. 46Рис. 47
Рис. 45Рис. 46Рис. 47
Рис. 45Рис. 46Рис. 47
передается двумя ременными шкивами, вращающимися в разные стороны. Включение и выключение молота приводится ножной педалью. При высоте подъема бабы в 300 мм, молот совершает 100 ударов в минуту [21, с. 262]. .
Более разнообразной в рассматриваемый период стала группа пружинных молотов. Один из наиболее распространенных пружинных молотов американского производства представлен на рис. 46. Молот устроен таким образом, что с помощью кривошипа и шатуна движение передается вначале пружине и уже от нее — бабе. Стальная пружина, выполненная в виде'полуокружности, стянута металлическими тягами, соединенными шарнирно с бабой молота. Баба движется вертикально по направляющим станины молота. В покое баба находится в подвешенном состоянии над наковальней даже при самом низком положении кривошипа. Пружина висит на шатуне. Расстояние между бойком молота и наковальней, при необходимости может регулироваться.
При вращении кривошипа и достижении шатуном крайнего верхнего положения пружина, стянутая тягами, быстро согнется таким образом, что ее концы сблизятся друг с другом. В тот же момент оба звена шарнирной тяги, под влиянием веса бабы изменят свое положение, образуя между собой тупой угол. В процессе вращения кривошипа баба, быстро накапливая кинетическую энергию, отклоняется от своего первоначального положения, совершая возвратно-поступательные движения вверх и вниз. При установившемся режиме работы молота звенья шарнирных тяг изменяют в такт с движением бабы величину угла. При отклонении бабы в крайнее верхнее положение шарнирные тяги, образуя тупой угол с вершиной наверху, воспринимают на себя растягивающее напряжение пружины. В начальный момент движения бабы вниз на нее одновременно начинают действовать в одном направлении ее собственный вес, давление шатуна и натяжение пружины. В результате обеспечивается высокая скорость падения бабы, обладающей большой кинетической энергией. Вес падающих частей таких молотов колебался от 7,5 до 400 кг. Легкие пружинные молоты делали до 450 ударов в минуту при высоте подъема бабы 150 мм, более тяжелые—до 100 ударов в минуту при высоте подъема бабы до 775 мм [21, с. 268-272].
Пружинные молоты этой конструкции строил в США один из филадельфийских заводов, затем их выпуск организовал завод Л.А.Ридингера в Аугсбурге.
В 70-х годах XIX в. кузнечное производство пополнилось принципиально новым видом кузнечного оборудования — пневматическими молотами. Их изобретение было своего рода ответом научно-технической мысли на запросы машиностроителей разрешить проблему создания более эффективного отбоя в кузнечных машинах. Применяемый, в частности, в молотах пружинный отбой имел существенный недостаток, состоящий в том, что стальные пружины часто не выдерживали длительной эксплуатации, подвергаясь поломкам.
Рис. 45. Штамповочный молот с ремнем. 70-е годы XIX в.
Рис. 46. Кривошипно-шатунный пружинный молот. США. Вторая половина XIX в.
Р и с. 47. Пневматический молот Арнса. Германия. Последняя треть XIX в.
Идея использования воздуха, как упругого тела, способного расширяться и сжиматься при действии поршня в замкнутом цилиндре для увеличения силы удара молота, появилась в 60-х годах XIX в. В 1873 г. на Всемирной промышленной выставке в Вене уже демонстрировался пневматический молот Шулля. Устройством для ■ привода в действие бабы служил, как и в пружинных молотах, кривошип с шатуном, связанный воздушным цилиндром с поршнем.
Наибольшую известность получил пневматический молот Арнса, выпускавшийся Кальским машиностроительным заводом ”Л.В. Бреер, Шумахер и К0 ” близ Кельна (рис. 47). Кривошип этого молота, приводимый в действие ременной передачей, связан с поршнем, осуществляющем возвратно- поступательное движение в неподвижном цилиндре. В нижней части цилиндра находится верхний конец бабы, выполненный в виде поршня. Между верхним и нижним поршнями заключен воздух, количество которого может быть изменено открыванием и закрыванием крана, помещающегося сбоку цилиндра. При подъеме поршня, связанного с кривошипом, воздух подвергается сжатию. В момент опускания поршня воздух, расширяясь, отбрасывает его вниз с повышенной скоростью. Для уменьшения силы удара молота часть воздуха может быть выпущена в атмосферу из цилиндра с помощью крана.
Были созданы и другие системы пневматических молотов (молот системы Шмидта), работающие по тому же принципу, но отличающиеся некоторыми конструктивными особенностями. К 80-м годам XIX в. уже существовали пневматические молоты с весом падающих частей до 108 т [22, с. 29-30].
Рассматриваемый период в истории пневматических молотов можно характеризовать как начальный этап их развития. Широкое распространение эта группа кузнечных машин получит позже и будет рассмотрена в следую^ щем разделе. 1
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ I
Появление крупных паровых молотов выявило ряд их недостатков, затруднявших их технологическое использование и эксплуатацию. Прежде всего это проявилось в сильных ударах, сотрясающих почву, что стало опасным для целостности окружающих кузнечные цеха строительных сооружений, производственных построек и самих паровых молотов.
Перед инженерами и конструкторами встала ответственная проблема создания принципиально нового кузнечного оборудования, свободного от указанных недостатков. Научно-техническая мысль пошла по пути создания кузнечных машин для обработки металлов давлением статического (неударного) действия. В результате были созданы гидравлические прессы, революционизировавшие кузнечное производство.
Появление гидравлических прессов относится к концу XVIII в. В 1795 г. Дж. Брама, английский механик и изобретатель, владелец крупного машиностроительного предприятия в Пимлико, в предместье Лондона, взял патент на гидравлический пресс, предназначенный для выполнения разнообразных тяжелых работ. Пресс состоял из большого и прочного цилиндра с поршнем внутри. С дном цилиндра сообщался нагнетательный насос- Вода перегонялась в цилиндр, постепенно приподнимая поршень. В процессе.
работы над прессом изобретатель разрешил ряд сложных технических проблем. Одна из них состояла в обеспечении герметичности между поршнем и стенками цилиндра. При действии поршня вода в больших количествах просачивалась через зазор в другую часть цилиндра, не обеспечивая нужного давления. Эту задачу помог разрешить Дж.Браме его сотрудник, будущий известный изобретатель и машиностроитель Г. Модели. Он предложил уплотнение поршня в виде самоуплотняющегося манжета, без которого гидравлический пресс фактически не мог действовать. Для этого в углублении, на боковой поверхности поршня, вместо прежнего сальника Г. Модели поставил кольцеобразный вкладыш из крепкой кожи, выпуклый сверху и вогнутый снизу. При заполнении цилиндра водой под высоким давлением края кожаного манжета раздвигались, плотно прижимаясь к поверхности цилиндра и закрывали собой зазор [33, с. 156—162].
Изобретатель парового молота Дж. Несмит отмечал, что уплотнение по системе Модели также важно ’’для гидравлического пресса, как давление пара для локомотива. Без этого пресс не мог бы действовать как следует. Если бы Модели ничего не изобрел, кроме самозадерживающегося клапана, этого одного достаточно, чтобы обессмертить его” [33, с. 175].
Построенный Дж.Брамэй пресс вначале использовался для перемещения и подъема тяжелых металлических конструкций. Так, Дж. Стефенсон применил его для поднятия гигантских конструкций строящегося через реку Темзу Британского моста. Каждый пресс воспринимал на себя нагрузку весом до 1114 т. С помощью гидравлического пресса Брамы был спущен на воду крупный пароход ’’Great Hasten”. Пресс применяли для разрезания железных полос, вытаскивания плотинный свай, корчевания деревьев и для выполнения других работ, требующих сверхмощных механизмов.
Через два года в 1797 г., Дж. Брама выдвинул идею применения гидравлического пресса для изготовления свинцовых труб путем выдавливания или экструдирования металла через кольцевидное очко матрицы [12, с.627].
Однако практическая реализация этого предложения была осуществлена другим инженером - Т. Бурром, построившим в 1820 г. гидравлический пресс для прессования свинцовых труб (рис. 48). На конце плунжера находился пресс-штемпель, диаметр которого был немного меньше внутреннего диаметра контейнера. Последнее необходимо для того, чтобы пресс- штемпель мог свободно перемещаться в контейнере. На торце пресс-штем- пеля укреплялась стержневидная оправка или игла, диаметр которой соответствовал внутреннему диаметру прессуемой трубы. Внешний диаметр свинцовой трубы определялся диаметром матрицы. Перед прессованием пресс-штемпель опускался в крайнее нижнее положение, затем в контейнер заливался жидкий свинец. После застывания металла в верхней части контейнера устанавливалась матрица, ввинчивающаяся в специальное гнездо с нарезкой. Процесс прессования начинался с подъемом плунжера и связанного с ним пресс-штемпеля, в результате чего в контейнере создавалось гидростатическое давление, значительно повышающее пластичность металла. В результате из контейнера выпрессовывалась бесшовная свинцовая труба с заданными значениями внешнего и внутреннего диаметров [12, Р. 627]. Разработанный Т. Бурром метод получил впоследствии название Метода прямого прессования.
Рис. 48. Схема устройства гидравлического пресса Т. Бурра для прессования свинцовых труб. 1820 г.
Рис. 49. Схема освинцевания электрического кабеля на гидравлическом вертикальном прессе Барелла. 1879 г.
1 — контейнер пресса; 2 — пуансон (пресс-штемпель); 3 — матрица; 4 — электрический кабель; 5 — освинцованное изделие.
Т. Бурр впервые доказал возможность и перспективность гидравлически кого пресса для обработки металлов и сплавов. После его работ гидравлт^Н ческий пресс становится объектом повышенного внимания металлурговИЦ технологов, стремившихся использовать возможности нового технического средства в различных производствах. К середине XIX в. определились два основных направления технологического применения гидравлического пресса: первое — для экстрударования металла из контейнера пресса через г очко матрицы и, второе — для изменения формы металлической заготовки путем воздействия на нее бойков и штампов пресса.
До 90-х годов XIX в. метод экструзии применяли исключительно для обработки высокопластичных при обычных условиях металлов — свинца, олова и их сплавов. Трубы и прутки были основными полуфабрикатами, изготовлявшимися экстру дарованием на гидравлических прессах. С 70-х годов XIX в. возникает новая область использования экструзионных прессов — злектрокабельное производство. В 1879 г. французский инженер Барелл сконструировал гидравлический пресс для наложения свинцовой оболочки на электрический кабель, что позволило начать производство водоустойчивых, в частности подводных (морских и океанских) телеграфных и телефонных кабелей, связавших страны и континенты. Из представленной на рис. 49 схемы наложения свинцовой оболочки на электрический кабель мы видам, что принятый Бареллом способ экструзии в общих 128
чертах напоминает разработанный ранее способ Бурра для производства свинцовых труб. В том и другом случае свинец выпрессовывается из очка матрицы в виде трубы. В способе Барелла роль иглы выполняет непрерывно передвигающийся в процессе прессования электрический кабель, на который одновременно накладывается свинцовая оболочка. Для наложения оболочки в контейнер заливался расплавленный свинец. После его отвердевания пресс включался. Прессование проводилось при температуре 200- 250 С. Под давлением пресс-штемпеля металл тек по направлению к матрице двумя потоками. В очаге деформации металл сваривался, образуя на изделии сплошную свинцовую оболочку [12, р. 627].
Барелл сыграл большую роль в расширении сферы применения процесса прессования в производстве. Дав оригинальную конструкцию вертикального гидравлического пресса для наложения свинцовой оболочки на электрические кабели, он тем самым внес выдающийся вклад в развитие электро- кабельной техники. Разработанный им способ наложения защитной пбоппч- ки на электрические кабели сохранился в основе своей до настоящего времени.
Развитие процесса экструдирования высокопластичных металлов - свинца, олова и их сплавов побуждало специалистов-металлургов к перенесению полученного опыта на прессование трудно деформируемых металлов и их сплавов. Особенно большой был спрос на трубы из меди и ее сплавов для паровой энергетики. Потребовались новые, более мощные гидравли- геские прессы. Впервые проблему прессования медных труб и прутков осуществила в 1893 г. фирма ’’Троус Коппер Компани”, построившая спе- гиальный пресс высокого давления. Для прессования применяли нагретую до температуры 850° С медную заготовку и помещали ее в вертикальный контейнер гидравлического пресса. Затем сверху в контейнер опускался плунжер, соединенный с гидравлической системой пресса, который прошивал в центре заготовку. При этом металл выпрессовывался вверх, образуя короткий полый цилиндр. Так появился новый, так называемый обратный метод прессования металла. Внутренний диаметр отпрессованного цилиндра соответствовал диаметру пуансона, а внешний - внутреннему диаметру контейнера. После выемки из контейнера дно цилиндра отпиливалось. Эта короткая труба обычно служила заготовкой для последующей холодной ее прокатки (на оправке) и волочения до заданных размеров. Получаемые способом обратного прессования трубы большого диаметра нашли широкое применение для производства набивных валиков в текстильной промышленности. Первенство в этом занимала промышленная Англия [12, р. 628].
Дальнейшее развитие техники и технологии прессования медных сплавов связано с деятельностью английского инженера А. Дика, построившего в 1894 г. гидравлический пресс, отличающийся от известных прессов существенной особенностью. В нем контейнер для заготовки с матрицедержате- лем был отделен от основной конструкции гидравлического пресса, являясь само сто ятельным его узлом. Это позволило увеличить размеры контейнера, вес прессуемых слитков и мощность самого гидравлического пресса [12, р. 628; 34].
Прессование становилось важной областью обработки металлов давлением. С его появлением заметно упало, а вскоре и совершенно исчезло
производство латунных и медных труб по методу Ч. Грина (1838 г.), основанному на отливке пустотелой заготовки с помощью специального сердечника и последующем ее волочении на цепном стане [12, р. 629].
С 40—50-х годов XIX в. предпринимаются попытки использовать гидравлический пресс для ковочно-штамповочных работ (Фокс, 1847 г.). В 1851 г. гидравлический ковочный пресс экспонировался на Международной промышленной выставке в Лондоне. Этот пресс, снабженный четырьмя гидравлическими цилиндрами, обеспечивал давление в 1500 т и предназначался для штамповки небольших предметов малой толщины. Однако дальнейшего распространения этот пресс не получил [9, с. 19; 27, с. 39]. Известно также о попытках использования в 1857 г. гидравлического пресса для кузнечных работ французским инженером Б. Дюпортейлем [27, с. 39].
Однако начало промышленному применению гидравлических ковочных прессов положил английский инженер, директор мастерских государственных железных дорог в Вене Дж. Газвелл. Предприятие было расположено з черте города,вблизи жилых построек и установка здесь парового молота сказалась невозможной. Дж. Газвелл ищет пути из создавшегося положения и приходит к выводу о возможности замены парового молота гидрав- чическим прессом (рис. 50) [32, с. 158]. В 1859—1861 гг. спроектированный им пресс был изготовлен и установлен в железнодорожных мастерских (рис. 51). Пресс Дж. Газвелла обслуживался мощной паровой машиной цвойного действия с горизонтальными цилиндрами, диаметром 1200 мм, триводившей в действие одной скалкой два насоса одновременно. Благо- царя большому различию диаметров парового и гидравлических Цилиндров, удалось создать очень высокое тогда давление — 400 атм. Вода от этих насосов направлялась в рабочий цилиндр пресса, плунжер которого приводил в действие подвижную траверсу с укрепленным на ней верхним Зойком (или штампом). Движение подвижной траверсы направлялось четырьмя массивными колоннами. Подъем траверсы осуществлялся штангой, связанной с поршнем небольшого гидравлического цилиндра, расположенного над прессом [9, с. 21—22].
Стул пресса Дж. Газвелла был снабжен наковальней, которую при необходимости можно было менять. Управление прессом производилось вручную посредством рычагов. Пресс мог по желанию оператора осуществлять периодические и непрерывные давления с различной скоростью. Он предназначался для штамповки паровозных деталей — поршней, крейцкопф, рессорных хомутов, кривошипов и др. [27, с. 39].
Первые из построенных Дж. Газвеллом гидравлических прессов имели мощность 700, 1000 и 1200 т. Вслед за ними были изготовлены еще несколько более крупных прессов усилием 3000 т и более. Прессы Дж. Газвелла успешно демонстрировались на Всемирных промышленных выставках в Лондоне (1862 г.) и в Вене (1873 г.). С целью увековечения выдающегося изобретения Дж. Газвелла, чертежи первых его гидравлических прессов в 1873 г. были снятые натуры в железнодорожных мастерских и переданы на хранение в Консерватории Искусств и Ремесел в Вене [27, с. 39].
В последующие десятилетия шло быстрое распространение гидравлических прессов в промышленности, создавались новые, в том числе гигантские по мощности гидравлические прессы. К концу 80-х - началу 90-х годов XIX в. мощность прессов достигала 14000 т [21, с. 297].
Рис. 51. Общий вид мастерской, оборудованной гидравлическим ковочным прессом Газвелла. Вторая половина XIX в.
Другим знаменательным событием в истории кузнечной техники второй половины XIX в. явилось создание специального гидравлического пресса для ковки слитков. Дж. Газвелл, создавая свой пресс лишь для штамповки деталей, эту задачу перед собою не ставил. Имеются сведения, что ковку слитков пытался освоить в 1861 г. в Англии Гледхилл, но дальше экспериментов дело не пошло [9, с. 23]. ■
Основоположником этого направления был английский инженер и предприниматель Д. Витворт. Как видно из творческой биографии Дж. Витворта, проблема обработки металлов с помощью прессового оборудования живо интересовала его. В 1865 г., увлеченный работами Дж. Газвелла, Дж. Витворт применяет гидравлический пресс для прессования жидкой стали с целью получения плотного беспузырчатого слитка. Продолжая работы в области прессования, Дж. Витворт ставит смелую задачу использования огромных технологических возможностей гидравлических прессов для получения непосредственно из слитков необходимых полуфабрикатов и готовых изделий.
О гидравлическом прессе Дж. Витворта, запатентованном во Франции в 1875 г., дает общее представление рис. 52. Пресс состоит из четырех колонн, укрепленных в фундаментной плите. На верхней части колонн расположена неподвижная траверса с двумя гидравлическими подъемными цилиндрами. С их помощью перемещается вверх и вниз подвижная траверса, на которой внизу установлен штамп. Оригинальность изобретения состоит в том, что автор соединил подвижную траверсу, несущую гидравлический цилиндр и приспособление для быстрого подъема, спуска^ и установки траверсы в определенном положении. Такая компоновка! 132 I
узлов пресса замечательна тем, что при коротком ходе поршня она дает возможность обрабатывать изделия различной высоты. В прессе предусмотрен также механизм для поворачивания заготовки, способствующий более равномерной обработке металла заготовки по всему ее объему [27, с. 40].
Впервые гидравлический пресс Витворта был применен для ковки слитков в 1884 г. В то время ковка орудийных стволов велась на паровых молотах, которые с появлением пресса Витворта стали быстро терять свою роль в этой области кузнечной обработки. Преимущества гидравлических ковочных прессов перед паровыми молотами оказались бесспорными. Так, в Англии на одном шеффильдском металлургическом заводе для ковки ствола орудия из слитка массой 36,5 т под 50-тонным паровым молотом требовалось 3 недели и 33 промежуточных нагрева; с применением же гидравлического пресса усилием 4000 т ковка слитка массой 37,5 т заняла всего 4 дня и потребовала лишь 15 промежуточных нагревов [9, с. 23].
Прессы Дж. Витворта получили широкое распространение не только для ковки слитков, но и в производстве броневых плит, изготовлении стволов артиллерийских орудий, крупных валов. Прессы хорошо зарекомендовали себя также в процессах фасонной ковки. Они выпускались мощностью 2000, 5000 и 10000 т. Крупнейшим был пресс усилием 14000 т, установленный в 1891—1893 гг. в США на Вифлеемском заводе (Пенсильвания), Для привода этого пресса в действие потребовалось 16000 л.с. суммарной мощности паровых двигателей. Колонны пресса, поддерживающие верхнюю траверсу, располагались друг от друга на расстоянии 4,4 м. Свободное пространство для работы под подвижной траверсой составляло 5,2 м. Пресс имел два гидравлических цилиндра диаметром 1270 м. Они были установлены на шарнирах, поэтому прессование слитков под углом производилось без затруднений. Вода подавалась в пресс четырьмя насосами, диаметр цилиндров которых составлял 280 мм, при ходе поршня — 1430 мм [27, с. 43].
Кроме названных основных систем гидравлических ковочных прессов, в последней трети XIX в. на международном рынке появились прессы и некоторых других машиностроительных заводов. Так, 4000-тонный пресс выпускала в г. Шеффилде фирма братьев Дэви. Несколько моделей гидравлических прессов усилием до 6000 т производил завод ’’Делаттр и К0” в г. Феррнер ля-Гранд. Ковочный пресс системы Далена выпускал машиностроительный завод ”Л.В. Брейер, Шумахер и К0” в г. Кальке [21, с. 299; 27, с. 43-53].
Применение гидравлических ковочных прессов привело к серьезным техническим преобразованиям на крупных металлургических и машиностроительных заводах. В результате наиболее тяжелые паровые молоты стали замещаться мощными гидравлическими прессами. В 1893 г. демонтировал свой 125-тонный молот Вифлеемский завод в США. Завод Круппа в Эссене заменил 75-тонный паровой молот прессом в 2000 т. Снял свой 108-тонный молот итальянский завод Терни, установивший вместо него 4500-тонный пресс завода Дэви.
С этой же проблемой столкнулись и отечественные специалисты и предприниматели. Большую работу по изучению состояния и тенденций разви-
тия мировой техники кузнечного производства в связи с появлением гидравлических ковочных прессов провела специальная Комиссия по реорганизации Обуховского завода в Петербурге. Необходимость ’’усиления механических средств завода” обусловливалась увеличением заказов военного ведомства на тяжелые артиллерийские орудия, что потребовало технического обновления производства предприятия. Напомним, что Обуховский завод был ведущим в России по числу и суммарной мощности установленных в его ’’молотовой мастерской” паровых молотов, в том числе молотов тяжелых. Поэтому вопрос о соотношении в производстве паровых молотов и гидравлических прессов, перспективности того и другого вида кузнечного оборудования приобрел в 80-х годах XIX в. острую технико-эк он омическую направленность.
Комиссия работала в течение 1885 и 1886 гг. В нее вошли известные ученые и инженеры-производственники. Комиссия посетила ведущие металлургические и машиностроительные заводы Европы и смогла сделать квалифицированные выводы по интересующим русских специалистов вопросам.
О посещении предприятия Витворта Комиссия отмечала, что ’’ковальные пресса”, установленные на этом заводе, ’’представляют собой нечто самое современное из всего, что мы видели. Пресса эти силою от 3 до 4 тысяч тонн,а производимое ими давление определяется от 214 до 314 т на 1 кв.д. Никакое описание не может дать понятия о впечатлении, производимом этою работой на каждого, знакомого с заводским делом. Надо собственными глазами видеть всю работу пресса и его устройство, чтобы судить о той изумительной силе, простоте ее приложения и о тех удобствах и прочности, с какой пресс придает требуемую форму обжимаемой им массе металла. При нас на заводе Витворта, была прокована болванка весом в 17 т, при наружном диаметре в 49,5 д. Она обжималась на штревеле, вставленном в высверленный канал. В течение 15 минут ее довели по всей длине до диаметра 38 д., причем вся работа была исполнена одним мастером с двумя рабочими.
Через несколько дней мы были на одном из лучших заводов Франции, в. С.-Шамон. Там при нас ковали болванку под 100-т молотом, в проковочной мастерской, снабженной всеми современными усовершенствованиями. На устройство этой прекрасной мастерской денег, очевидно, не жалели и, по словам талантливого директора заводов Общества, г. Монгольфе, она обошлась в 5 миллионов франков. Но когда мы увидели работу под этим молотом, одним из самых сильных в Европе, и сравнили его с тем, что мы видели у Витворта, — мы невольно выразили сожаление о сделанных затратах.
Напрасно инженеры завода пытались доказать, что под молотом металл находится в лучших условиях обработки, чем при прессе, — мы ясно видели, что нам говорили это лишь в защиту существующих устройств . . . Отныне, и мы в этом убеждены, большие паровые молоты теряеют свое прежнее значение. Значение же прессов вполне понятно и оценено лучшими заводами, и хотя Витворт держит в секрете как самое устройство пресса, так как и всю работу под ним, тем не менее достигнутые им результаты настолько осязательны и серьезны, что значение их в настоящее время никем не оспариваются. Вследствие этого, заводы Армстронга, Каммеля, 135
Викерса и Джона Брауна, решились на устройство новых отделов, предназначенных для постановки ковальных мастерских в полном ходу, и стоимость затрат для этой цели определяется некоторыми заводами в 2500000 рублей” [29, с. 141—142].
В результате Обуховский завод стал оснащаться мощным гидропрессо- вым оборудованием. В 1886 г. Витворт получил от Обуховского завода заказ на изготовление 3000-тонного гидравлического пресса, который в течение 1890—1891 гг. был собран и пущен в эксплуатацию. Одновременно 15- и 50-тонные молоты на этом предприятии были демонтированы. Несколько позже, весной 1898 г. на Обуховском заводе установили мощнейший гидравлический пресс усилием 7500 т системы завода ”Л.В. Брейер, Шумахер и К0” (Германия), приводимый в действие с помощью трех гидравлических цилиндров. Кроме того, для создания бокового давления на заготовку в прессе были предусмотрены еще два гидравлических устройства, усилием 1200 т каждое [9, с. 25]. Пресс развивал максимальное гидравлическое давление на поршень в 2,5 т. на кв.д. Вскоре завод пополнился 1500 т и 800 т гидравлическими прессами [29, с. 250, 258].
В России, кроме Обуховского завода, гидравлические ковочные прессы были установлены на ряде других наиболее крупных предприятиях, в том числе на Таганрогском, Харьковском, Луганском; Балтийском и некоторых других заводах [28, с. 311-312].
ТЕХНИКА ЧЕКАНКИ МЕТАЛЛОВ.РЫЧАЖНЫЕ ЧЕКАНОЧНЫЕ ПРЕССЫ
Рубеж XVIII—XIX вв. характеризовался существенными качественными сдвигами в области техники чеканки металлов. Под влиянием прогресса в области машиностроения и паровой энергетики на монетных дворах большинства промышленно-развитых стран происходила техническая модернизация производства, коснувшаяся практически всех основных производственных процессов и технологического оборудования.
Появление и распространение с конца XVIII в. винтовых чеканочных прессов системы П. Дро с ручным приводом, но с автоматизированной подачей кружков под штемпель и съемом с пресса готовых монет, повысило эффективность процесса чеканки, облегчило условия труда рабочих. Перевод этих чеканочных машин на паровой привод, стимулировал дальнейшее их распространение в производстве. Благодаря введению в конструкцию винтовых прессов названных усовершенствований этот старейший и традиционный вид технологического оборудования продолжал повсеместно применяться для чеканки монет вплоть до 20—30-х годов XIX в., т.е. до появления в производстве новой чеканочной машины — рычажного монетного пресса.
Изобретателем первого в мире рычажного пресса для чеканки монет был русский изобретатель, горный инженер И.А. Неведомский. Пресс построен им в 1810-1811 гг. на Петербургском монетном дворе. В течение 1812—1813 гг. изобретатель занимался усовершенствованием пресса, которому вскоре суждено будет сыграть революционизирующую роль в технике чеканки металлов. В память об изобретении И.А. НеведомскиМ 136
рачажного пресса на Петербургском монетном дворе были отчеканены два медных жетона. На первом из них, датированном 1811 г. и соответствующем по размеру 15-копеечной серебряной монете, выбита надпись: ’’РОС. ИЗОБРЕТЕНИЕ. СПБ. И.Н.” (И.Н. — Иван Неведомский — Авт.). Второй жетон датирован 1813 г. Он отчеканен на кружке для 2-копеечной монеты. На лицевой стороне жетона в венке из лавровой и дубовой веток размещена надпись: ’’РУССКОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ. И.Н.” [35, с. 5; 36, с. 61].
Созданию рычажного чеканочного пресса предшествовало тщательное изучение И.А. Неведомским опыта и достижений в области чеканки в отечественном и европейском монетном производствах. Для выявления наиболее перспективных направлений развития техники чеканки, он обратился к историческим материалам. Историко-технический анализ развития монетно-чеканочного производства позволил И.А. Неведомскому сделать важные теоретические выводы о том, что винтовому прессу в монетном деле может быть противопоставлено более эффективное техническое средство — рычажный чеканочный пресс.
Результаты исследований И.А. Неведомского изложены в книге ’’Описание машины для тиснения монеты, изобретенной И. Неведомским”, опубликованной в 1811 г. Издание этой книги взял на свой счет известный русский историк, почетный член Академии художеств А.Н. Оленин, заинтересовавшийся постройкой И.А. Неведомским рычажного монетопечатающего пресса.
Автор книги всю историю чеканочной техники в монетном производстве разделяет на ’’три главные эпохи”, ”из коих первая есть употребление вертикальных ударов или ускорительного действия падающих тел; вторая винтовой натиск посредством горизонтального удара воротяги; третье действие одного натиска посредством сложных рычагов; существенная разность между сими способами состоит единственно в большей или меньшей скорости сжимания металлических кружков” [37, с. 19].
Проанализировав работу быстро распространявшихся в начале XIX в. чеканочных винтовых прессов системы Дро, Неведомский отмечает их положительные и отрицательные стороны. ’’Преимущества машин Дро перед обыкновенными печатными станами, — подчеркивает он, — суть следующие:
Большая скорость печатных машин посредством воздушного снаряда ...
Накладывание кружков самою машиною, от чего руки монетчиков не подвергаются опасности.
Средство бить монету в кольцо, не снимая онаго со штемпеля.
Неудобства машин Дро состоят:
Великая сложность во всех частях машины, требующая большой точности и искусства, как при ее управлении, так и починках, которые с немалыми издержками сопряжены бывают.
Неравномерность в ударах печатных машин при малейшей неисправности воздушного снаряда, от чего не могут сообщаемы быть монетам Штемпельные изображения с надежною ясностью, а окружность не касаясь кольца остается не гладкою, или же чрезмерно сильными ударами изображение гуртика почти совсем теряется.
Чрезмерная скорость снималки, от чего не токмо портятся кружки, но подтверждается и механизм самой машины.
Большие затруднения при печатании мелкой монеты по причине тонкости снималки, многосложностью ее механизма и большой длины шеек у нижних штемпелей для вертикального движения кольца необходимой.
Опасность раздробления штемпелей от ударов без кружков происходящих, что при печатании мелкой монеты от малейшей неисправности воротяжных подпорок случиться может.
Весьма медлительная установка штемпелей по причине сложности их укреплений.
Расходы на употребление деревянного масла при смазывании воздушных поршней и других частей машин ...” [37, с. 21—22].
Характеризуя далее свой рычажный пресс И.А. Неведомский отмечает следующее:
”В новоизобретенной машине замена винта сложными рычагами, приносит следующие выгоды:
Простота отделки рычагов в сравнении с винтом и удобное приложение их к верхнему штемпелю.
При действии винтовых печатных машин сила штемпельного натиска сопротивлением постепенно уничтожается. Напротив того сложными рычагами увеличивается до бесконечности ...
Безопасность штемпелей от раздробления по причине определительной глубины натиска. Посредством сей же определительности в глубине натисков и самые монеты быть равномерно сжимаемы, получать одинаковую плотность, а гуртик может всегда сохраниться в надлежащем его виде.
Поелику действие отбоя или отражения не происходит в противную сторону, как при винте, но ускоряет движение махового колеса: следственно и без воздушного снаряда можно произвести тоже, что Дроцовыми (Дро) машинами, да с большею еще скоростью, если бы сие не было сопряжено с необходимыми повреждениями штемпелей и других частей машины.
Нет никакой надобности в больших укреплениях машины к строению, в коем она находится, ибо сила не выходит из печатного стана, а отражение не может причинить большого потрясения . ..
Весьма удобное приложение силы к коленчатому валу, как то: посредством рукоятки, зубчатых колес и прочее.
Простота утверждения и установки верхнего штемпеля.
Легкий способ накладывания кружков на штемпель, посредством коего многие неудобства при печатании мелкой монеты в кольце отвращаются.
Движимость нижнего штемпеля, от чего весь сложный механизм кольца, в Дроцовой (Дро) машине находящийся, заменяется двумя простыми рычагами, а сверх того нет надобности делать длинные шейки у нижних штемпелей.
Употребление нониуса с большими выгодами сопряженное, которое при печатании медалей и переводе штемпелей может быть нарочито полезно.
Знатное уменьшение трения во всех частях машины.
Сбережение расходов на деревянное масло” [37, с. 23].
Неведомский отмечал, что изготовление машин его системы будет об-
Рис. 53. Рычажный монетопечающий автоматический пресс ИА. Неведомского. 1811 г.
ходиться в несколько раз дешевле по сравнению с постройкой машин конструкции Дро, работающих на Петербургском монетном дворе в комплекте с ’’воздушными снарядами”. Кроме того, он указывал на гораздо более простое управление и обслуживание рычажных чеканочных прессов. По мнению И.А. Неведомского прессы его конструкции вполне могут заменить также винтовые прессы, применяемые на монетных дворах для ’’прорезки” (штамповки) монетных кружков, а также в ряде других металлообрабатывающих производств [37, с. 25].
И.А. Неведомский впервые дал глубокий теоретический анализ винтовых прессов и изобретенного им рычажного пресса. К текстовому материалу книги приложены чертежи рассмотренных им машин, в том числе: винтового пресса системы Дро с ручным приводом, оборудованного устройствами для механической подачи кружков под штемпеля и автоматического сбрасывания отчеканенных монет; винтового пресса системы Дро с приводом от ’’воздушного снаряда” и изобретенного им рычажного чеканочного пресса.
На рис. 53 представлены оригинальные чертежи общего вида и основных узлов пресса Неведомского, опубликованные в его книге. В соответствии с описанием автора, они обозначаются следующим образом: ”№ 1. Лицевой вид печатной машины со всем ее снарядом. № 2. Сложение верхнего штемпеля. №3. Разрез исподного (нижнего штемпеля). №4. Поверхностный вид накладного механизма и нижнего штемпеля. № 5. Механизм для определения глубины штемпельных натисков. №6. Чертеж для математических определений действия силы” [37, с. 13].
Несмотря на явные преимущества рычажного пресса Неведомского перед винтовыми прессами и на острую необходимость технического переоснащения Петербургского монетного двора, изобретение нашего соотечественника не получило поддержки в России. Книгой Неведомского воспользовались иностранные предприниматели, в частности германский заводчик Л. Ульгорн, по достоинству, но по своему оценивший новаторство русского инженера. Учитывая перспективность новой машины, Ульгорн
Рис. 54. Цех, оборудованный механическими рычажными чеканочными прессами. Вторая половина ХЕХ в.
на своем заводе в Гревенбрайхе (близ Ахена) приступил в 1817 г. к производству рычажных чеканочных прессов русского изобретателя Неведомско- го, но без каких-либо ссылок на действительного изобретателя машины [38, с. 763; 39, с. 42].
С 1818 г. рычажные прессы системы Неведомского быстро распространяются в Европе под названием ’’ульгорновского станка”. Впервые из них завод Ульгорна поставил на германские монетные дворы: в 1818 г. в Дюссельдорф и в 1820 г. - в Берлин. Желая увековечить свою фирму, ставшую производителем новейшего пресса, Ульгорн в 1828 г. выпустил по этому поводу специальную медаль. Однако своего имени на медали поместить не рискнул. В 1870 г. построенные на его предприятии рычажные прессы функционировали уже на 38 монетных дворах мира, в том числе и на Петербургском монетном дворе.
Вслед за Ульгорном изготовление рычажных чеканочных прессов поставил у себя французский заводчик Тоннелье. Прессы предприятий этих двух заводчиков имели одну кинематическую основу и устройство и отличались лишь незначительными конструктивными изменениями.
В 1840 г, ульгорновские машины были установлены на Петербургском монетном дворе и успешно работали там до конца рассматриваемого периода. В 50-х годах XIX в. Петербургский монетный двор приобрел несколько машин фирмы Тоннелье, однако в середине 60-х годов XIX в. они были демонтированы [39, с. 42] (рис. 54).
В 1876 г. сын и наследник Ульгорна увековечил имя своего отца как ’’изобретателя” рычажного чеканочного пресса медалью по случаю выпуска 200-го станка. В 1878 г. предприятие Ульгорна закрылось и выпуск прессов с внесенными в их конструкцию некоторыми изменениями, организовали другие фирмы: ’’Людвиг Леве и К0”, ’’Луиз Шуллер” в Гёппингене и некоторые другие заводы. Так, в отличие от ульгорновских прессов,, машины фирмы ’’Людвиг Леве и К0” отличались тем, что в них (как и в 140
прессах Тоннелье), ступка, в которую вставляется верхний штемпель, имеет возможность подниматься и опускаться в пазах. В результате штемпель перемещается не по дуге, как в прессах Ульгорна, а вертикально. Благодаря этому штемпель в момент соприкосновения с заготовкой, оказывает на нее давление всей площадью, а не краем. Равномерное распределение усилия чеканки на всю площадь штемпеля повышает его эксплуатационную стойкость. Кроме того, в прессах фирмы ’’Людвиг Лёве и К0” предусмотрено новое предохранительное устройство, предупреждающее удар верхнего штемпеля о нижний, в случае если между ними не окажется кружка. Это же устройство срабатывает, если под штемпелями, по какой-то причине окажутся сразу два кружка [39, с. 42].
Собственную систему защиты штемпелей ввела на своих прессах и фирма ’’Луиз Шуллер”. В отличие от ульгорновской системы, в случае каких- либо нарушений в работе машины, фирма предусмотрела устройство, дающее возможность без остановки всего пресса отключать узел чеканочного штемпеля от главного вала пресса. Кроме того, фирма ’’Луиз Шумахер и К0” внесла усовершенствование в механизм включения пресса, заменив ульгорновскую систему сцепления машины с приводным валом, осуществляемую посредством цапф, фрикционным сцеплением, обеспечившим плавный пуск агрегата [40, с. 618].
Одним из существенных недостатков прессов Ульгорна являлась недостаточная надежность работы пресса при чеканке тонких монет. Отчеканенная монета как известно, плотно держится в печатном кольце и требует определенного усилия для выдавливания. При освобождении такой монеты из кольца она подбрасывается механизмом вверх. Даже небольшие сотрясения устройства влекут за собой подбрасывание следующего тонкого кружка из подающего стакана, вместо падения в печатное кольцо. Над этой проблемой многие годы работала фирма ’’Луиз Шуллер”, однако положительное техническое решение было найдено гораздо позже [40, с. 903].
Обычно один рычажный чеканочный пресс обслуживался двумя рабочими, из которых один подкладывал в трубку монетные кружки и следил за ходом работы машины, а другой занимался осмотром отчеканенных монет. Разбраковка готовых монет почти на всех монетных дворах производилась визуально вручную, а на Лондонском и Брюссельском монетном дворах — посредством особых станков.
С появлением пресса системы Неведомского в развитии технологии чеканки монеты возникло новое направление, ставшее главенствующим в мировой технике монетного производства. Прежних убеждений твердо придерживались лишь специалисты Лондонского монетного двора, продолжавшие широко применять винтовые чеканочные прессы системы Болтона и Уатта. Утверждалось, что при всех недостатках винтового пресса за ним остается серьезное премущество — ’’эластичность удара”, обеспечивающая более длительную эксплуатацию штемпелей. По данным английских монетных дворов последней трети XIX в., при чеканке монеты на винтовых прессах эксплуатационная стойкость штемпелей достигала 50 000—60 000 и более. Однако и на Петербургском монетном дворе, как утверждают источники, ’’бывали примеры такой стойкости штемпелей”. Необходимо подчеркнуть, что наиболее совершенные винтовые прес-
Рис. 55. Ручной винтовой чеканочный пресс в действии. Начало XIXв.
сы имели несколько большую производительность по сравнению с рычажными прессами. Благодаря ’’короткому ходу снималки”, они в минуту чеканили 70 кружков, в то время как рычажные прессы за то же время могли отчеканить от 50 до 60 монет [39, с. 42].
Следует иметь в виду, что винтовой пресс был в рассматриваемый период основным техническим средством, с помощью которого производились практически везде медальерные работы. Более того, в этой области чеканки до конца XIX в. изготовление разнообразных медалей, жетонов и других специальных изделий осуществлялось на ручных винтовых прессах. По данным известного отечественного специалиста в области техники чеканки металлов Н.П. Фрллендорфа (с 1905 г. он был начальником Петербургского монетного двора), опубликованным в 1883 г., механические винтовые прессы существовали лишь на Парижском монетном дворе. По его данным, медальерные прессы, применявшиеся на монетных дворах Берлина, Брюсселя, Лондона, России были в общем однотипными по конструкции. Винты делались массивными из прочной литой стали, трехниточными. На Берлинском монетном дворе работали прессы, с диаметром винта 5 ^ дюйма (149,3 мм), шагом сцепления 5 ^6 дюйма (131,7 мм), глубиной и шириной винтовой нарядки 3/4 дюйма (19,1 мм). Длина ”во- ротяги” составила 1 сажень (2,13 м), каждая ’’груша” весила 5 пудов (82 кг).
В Брюсселе, в частной мастерской Гарта, работал еще более крупный ручной винтовой пресс, с диаметром винта 8 ^ дюйма (216,7 мм), с шагом сцепления 10 дюймов (254,0 мм), шириной и глубиной винтовой нарезки 2 дюйма (50,8 мм). Воротяга имели длину 3 сажени (6,4 м) при весе каждой груши 12 пудов (197 кг).
В процессе работы узлы и детали винтовых прессов подвергались большим нагрузкам и сотрясениям, требующим сооружения массивных фундаментов. На Берлинском монетном дворе фундаменты для медальерных винтовых прессов состояли из бутовой кладки, на которую устанавливалась чугунная станина. Она прикреплялась к основанию болтами и располагалась на 30 дюймов (0,76 м) ниже уровня пола. После этого станину до высоты пола обкладывали песчаником на цементном растворе. Промежуток между станиной и кладкой забивался рядом двойных клиньев из красного бука шириною 2 и длиною 28 дюймов (0,05 и 0,71 м). С внешней стороны песчаниковая кладка укреплялась железными стяжками (рис. 55).
В медальерном производстве перевод процесса чеканки с ручного на механический привод стоял острой технической проблемой вплоть до последней трети XIX в. Н.П. Фоллендорф, изучавший причины затруднений, связанных с механизацией чеканки в медальерном деле, писал в 1883 г.: ’’Задача заменить при винтовых прессах ручную силу механическою, оставалась до последних лет, не вполне разрешенною. Хотя гг. Болтон и Уатт устроили на монетном дворе в Лондоне, монетотеснительные винтовые станки, приводимые в движение паровой силой, но станки эти могут употребляться лишь для чеканки монеты, так как винт их может делать с небольшим пол-оборота. Чеканка же медалей и других предметов с рельефными изображениями, требующая несравненно большей силы удара, оставалась повсеместно ручною. Быстрота удара, отбой винта после удара, круговое движение винта и вместе с тем повышение и понижение, возрастающая скорость хода, все это вместе взятое затрудняло разрешение задачи применения к нему паровой силы [39, с. 77].
Впервые эту проблему удалось разрешить французскому изобретателю Шере, владельцу механического предприятия в Париже, создавшему в 1861 г. приводной винтовой пресс для чеканки медалей. Вместо воротя- ги (коромысла) с тяжелыми шарами на концах, Шере применил 22-пудо- вый чугунный обод с железными спицами, скрепленными с верхней торцевой частью винта. По всей окружности обод обтягивался прочным кожаным ремнем. Для приведения винта в действие обод поочередно соединялся с двумя чугунными фрикционными дисками, насаженными на вал, снабженный холостым и ременным шкивами, посредством которых он получал вращение от парового двигателя. Диски были расположены диаметрально противоположно с обеих сторон обода. Для приведения в действие пресса специальным механизмом (обычно ножной педалью) один из фрикционных дисков вводился в соприкосновение с ободом, в результате чего он вместе с винтом получал вращательное движение. При этом винт отходил вниз на расстояние, равное рабочему ходу пресса. Для подъема винта в исходное положение с ободом вводился в соприкосновение второй фрикционный диск, который вращал его в противоположном направлении и таким образом возвращал винт со штемпелем в исходное верхнее положение [39, с. 77—78; 40, с. 193].
На прессах системы Шере не только чеканились медали, но и производились работы, связанные с переводом рисунка с маточников на рабочие штемпеля. В 1872 г. с помощью винтовых прессов изготовлялись штемпеля на Парижском монетном дворе. Кроме того, винтовые прессы служили для’’прорезки” (штамповки) медальных кружков.
Рис. 56. Механический винтовой пресс завода ’’Болле и Джордан” в Берлине. 1884 г.
В 70—80-х годах XIX в. прессы системы Шере использовались в медальерных производствах на многих монетных дворах мира. В 1879 г. они были установлены в России на Петербургском монетном дворе [40, с. 193].
Вслед за фирмой Шере аналогичные винтовые прессы начал производить завод ’’Болле и Джордаун” в Берлине (рис 56) и предприятие Л. Шуллера в Гёппингене. Общим для прессов этой системы является 3-ходовой винт с круто поднимающейся нарезкой, позволяющей ускорять его опускание и тем самым увеличивать давление штемпеля на заготовку. Прессы проектировались таким образом, чтобы при необходимости их можно было легко переоснастить на ручной привод. Для этого вместо фрикционного обода, служащего, кстати, и маховым колесом, устанавливали воротя- гу с тяжелыми шарами [21, с. 292—294].
Развитие техники чеканки сопровождалось непрерывным совершенствованием способов изготовления штемпелей, ростом их потребления. В условиях интенсификации монетного и медальерного производств, обусловленных механизацией и частичной автоматизацией чеканочных прессов, резко возросли требования к эксплуатационной стойкости штемпелей. Большое внимание уделялось совершенствованию способов гравировки и художественной их отделки. Штемпельное дело, непосредственно связанное с прогрессом техники чеканки, постоянно находилось в поле
зрения крупнейших специалистов-металлургов, ученых и талантливых художников.
В России, например, сразу же после учреждения Петербургского монетного двора правительство, в целях использования иностранного опыта, пригласило из-за границы группу лучших медальеров. Кроме своей основной работы резчиков-художников, они руководили также ’’Медальерной школой для детей”, подготавливающей для Монетного двора ’’обязательных рабочих”. В 1863 г., после освобождения крестьян от крепостной зависимости, медальерная школа была закрыта. Подготовку мастеров-медальеров продолжили в учрежденном при Академии художеств медальерном классе. В 1868 и 1871 гг. при Академии были учреждены три стипендии для учеников, желающих посвятить себя медальерному искусству. Петербургский монетный двор ежегодно выделял Академии художеств 2000 рублей для выдачи вознаграждения авторам лучших произведений. В 1893 г. при преобразовании Академии медальерный класс был закрыт и подготовка медальеров была сосредоточена непосредственно на Монетном дворе [41, с. 62-63].
Технология изготовления штемпелей включала следующие основные операции: отковку из стальной заготовки чернового штемпеля-маточника, гравировку штемпеля-маточника, изготовление с его помощью переводного, а затем рабочего штемпеля [42, с. 613—615].
В 20-30-х годах XIX в. на Лондонском монетном дворе для выделки чеканочных штемпелей применяли высококачественную мелкозернистую литую сталь Бирмингемских и Шеффилдских заводов [43, с. 329]. Из заготовки отковывался черновой штемпель, поступавший затем на ’’откалку”, в результате которой металлу, путем отпуска, придавалась необходимая пластичность. После тщательной очистки и полировки рабочей поверхности, штемпельная заготовка передавалась граверу. Работал гравер набором стальных инструментов, делая углубленный рисунок. Проверка правильности и качества изображения производилась путем изготовления оттиска штемпеля на глине или на мягком металле. Штемпель закаливали с большой тщательностью, строго соблюдая установленные опытным путем технологические режимы. Для избежания возможных повреждений гравированной плоскости штемпель покрывали защитной массой, в состав которой входило масло, смешанное с угольным порошком. Иногда для этой цели применяли белую глину; широкое распространение получила предохранительная масса, состоящая из льняного масла и ’’ламповой сажи”. Как отмечалось в 1831 г., ”сия масса тонким слоем накладывается на резьбу штемпеля, который лицевой стороной кладется в тигель и совершенно засыпается угольным порошком. После чего штемпель должно нагревать до надлежащей температуры, т.е. почти до вишневого каления” [44, с. 148].
Затем следовали закалка штемпеля в воде и постепенное его охлаждение на воздухе. Особенность закалки состояла в том, чтобы поверхностный слой получил наибольшую твердость при относительной вязкости сердцевины штемпеля. Благодаря такой композиции материала штемпелю придавалась высокая эксплуатационная стойкость на истирание и противостояние динамическим нагрузкам, возникающим при чеканке. На следующей операции штемпель подвергали слабому отпуску, после чего он становился
Зак. 232
’’менее ломким” при обрамлении его в холодном состоянии ’’раскаленным до красна” железным кольцом.
После полировки рабочей поверхности штемпеля работа над ним заканчивалась. Получали так называемый штемпель — маточник, который служил для изготовления переводных штемпелей. Оттиск изображения с маточного на переводной штемпель производился на винтовом прессе. При этом переводной штемпель, во избежание его растрескивания и износа маточного штемпеля, после нескольких оттисков подвергался промежуточным отжигам. Таким же образом с помощью, переводного штемпеля изготавливали и рабочие штемпеля. После их опиловки, закаливания и полировки они употреблялись для чеканки монет и медалей. Наличием стального кольца на штемпеле ограничивалось течение металла в стороны при чеканке. Кроме того, кольцо сообщало краям изделия ровную и блестящую поверхность. Иногда на кольце вырезалась надпись, переходящая при чеканке на гурт монеты. В этом случае кольцо делалось разъемным, состоящим из 3 частей. На Лондонском монетном дворе одним хорошим штемпелем обычно чеканилось от 3 до 400 тысяч монет. Однако были случаи, когда эти цифры значительно перекрывались благодаря удачно выбранной стали и ее термической обработке [44, с. 151—154].
Парижский монетный двор с 1826 г. употреблял у себя штемпеля, изготовлявшиеся исключительно из цементной стали, получаемой из Германии. Поставщиком штемпелей для всех французских монетных дворов была мастерская известного предпринимателя Тиолье.
Технология производства штемпелей в его мастерской мало чем отличалась от способов, существовавших на Лондонском монетном дворе. Штемпель состоял из двух частей: стального сердечника и опоясывающего его железного кольца. Размеры штемпелей определялись массой и формой монеты (медали). По имеющимся данным, для чеканки 5-франковой монеты применялся штемпель диаметром у основания в 30 линий (76,2 мм), высотой стального сердечника 16 линий (40,6 мм). Кольцо изготавливалось из высококачественного древесного железа и отличалось массивностью. Толщина кольца составляла 6 линий (15,2 мм), а его высота — 14 линий (35,5 мм). Стальной сердечник на 2 линии (5,0 мм) выступал выше кольца. В процессе изготовления штемпеля к его основанию припаивался небольшой железный цилиндр, предназначенный для закрепления его в токарном станке. На станке обтачивали ’’головку или конусообразную часть штемпеля, придавая оной по железному лекалу, вид весьма острый с вогнутыми боками пирамиды, вышина которой составляет 1/4 основания” [45, с. 127].
Дальнейшая работа над маточником заключалась в механической обработке рабочей поверхности, гравировке и термообработке. С помощью маточника изготавливались переводные и рабочие штемпеля. В среднем один штемпель позволял отчеканить 15 тысяч золотых монет с высоким содержанием меди и до 61 тысячи 5-франковых монет (золотосеребряные монетные сплавы обладают большей пластичностью) [45, с. 136].
На Варшавском монетном дворе в конце 30-х годов XIX в. для выделки чеканочных штемпелей применялась литая сталь Гентсмана. Штемпеля выдерживали до износа 4000 ударов пресса [46, с. 315].
К наиболее крупным техническим достижениям в области производи
ства чеканочных штемпелей относится разработка и практическое применение во второй половине XIX в. способа механического копирования лепных моделей, воплощенного в создании штемпелерезных машин. С их появлением расширились возможности дальнейшего развития технологии нарезки штемпелей, повышения художественного уровня монетного и медальерного искусства.
Способ механической нарезки штемпелей состоял в следующем. В увеличенном масштабе изготавливалась восковая модель, чаще с выпуклой гравировкой. С восковой модели снималась отливкой гипсовая модель, с которой формовкой и отливкой, в свою очередь, изготовлялась чугунная модель. Машина имела два параллельных вала, на одном из которых закреплялась на его конце чугунная модель, а на другом — подлежащий гравировке стальной брусок. С пуском машины оба вала начинали равномерно вращаться. Одновременно, находящийся на рычаге штифт надавливал на середину модели и постепенно передвигался к периферии. При этом он описывал на модели путь по спирали и, следуя по рельефу рисунка, двигал рычаг вперед и назад. Эти движения рычага в уменьшенном виде передавались находящемуся на его другом плече резцу, который, описывая на стальном бруске ту же спираль, но в уменьшенном виде, снимал с металла тонкую стружку. После многократной обработки бруска, в процессе которой рычаг каждый раз нажимал на резец с большей силой, на нем получалось несколько уменьшенное изображение рисунка модели. Недостающие на стальной штемпельной заготовке более тонкие линии наносили ручным гравированием.
Полученный таким образом маточный штемпель обычно имел выпуклую форму, что облегчало его финишную гравировку. Затем штемпель обтачивали, придавая краям необходимую конусность, затем подвергали закалке и обрамляли железным кольцом. Последующая технология была аналогична уже описанной выше. Здесь, также как и в более ранний период, с помощью штемпеля-маточника изготавливали переводной или ’’образцовый штемпель”. Этот штемпель, в свою очередь, служил для выделки третьего, так называемого ’’модельного штемпеля” с выпуклой чеканкой. Модельным штемпелем размножали штемпеля рабочие. Операция перевода (’’выбивания”) изображения повсеместно осуществляли на специальных ручных винтовых прессах, называемых ’’зенкверками” [42, с. 614-616].
Появившиеся в начале 60-х годов XIX в. штемпелерезные машины, несмотря на их огромные технологические возможности, вначале распространялись весьма медленно. Среди первых предприятий начали их применять монетные дворы Рима, Мюнхена, Берлина и Лондона. В 1871 г. штемпелерезные машины были заказаны Петербургским монетным двором в Берлине у механика Вагнера. Н.П. Фоллендорф, командированный Петербургским монетным двором на европейские предприятия для ’’подробного описания штемпелерезной машины”, отмечал простоту ее конструкции, большую надежность в работе, высокое качество резьбы. ’’Виденные мною штемпелерезные машниы, — писал он, — составляя повторение приобретенных С.-Петербургским монетным двором машин не представляют ничего особенно замечательного, кроме крайней простоты их. Таким образом, в Риме рычаг, составляющий главную, основную часть машины,
поднимается и нажимается на модель с помощью руки и противовеса, облегчающего ручную работу.
В Мюнхенской машине, как об отличительной особенности можно упомянуть о нажиме, производимом вместо груза пружиною. Сравнивая впрочем результаты, получаемые на нашей новой штемпелерезной машине с тем, что мне удалось видеть, я полагаю, что при терпении и знакомстве с делом, наши медальеры нисколько не отстанут в машинной обработке маточников от медальеров иностранных” [39, с. 67—68].
Стойкость штемпелей колебалась в широких пределах и зависела отв многих факторов, в том числе — от вида чеканочного оборудования и пра-Я вильности его обслуживания, химического состава и механических свойствЯ обрабатываемых металлов и сплавов и от качества самих штемпелей.Я В 70—80-х годах XIX в. на Петербургском монетном дворе изготовля-Я дись штемпеля, выдерживающие в среднем 20—25 тыс. оттисков, а в отдель-Я ных случаях - до 150 тыс. оттисков. Качество штемпелей, изготовляв-Я шихся отечественными мастерами не уступало лучшим европейским ана-Я логам. Известны случаи, когда штемпеля выдерживали 300 тыс. и дажеЯ 500 тыс. чеканок [39, с. 52; 42,- с. 614].Я
РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВАЯ
В истории техники прокатки рассматриваемый период особый, характе-Я ризующийся созданием в системе металлургической промышленности Я крупных прокатных заводов и производств. По сравнению с предыдущим Я XVIII столетием, когда прокатное производство находилось в стадии т своего становления, XIX в. ознаменовался крупнейшими техническими сдвигами в развитии прокатных машин, непосредственно связанными с прогрессом машиностроения, железнодорожного строительства, паро- вой энергетики и металлургической технологии.Я
Прокатка становится важнейшим процессом обработки металлов давЯ лением, оттеснившим по масштабам вырабатываемой продукции кузнечЯ нечную обработку металлов. Создание нового и совершенствование су^Я шествующего прокатного оборудования привлекает внимание ученых йЯ инженеров. В первой половине XIX в. в Англии, Германии и ФранцийЯ появляются машиностроительные фирмы, специализирующиеся на изго-Я товлении металлургического, в том числе прокатного оборудования, пот-Я ребность в котором непрерывно возрастает. Именно в это время реали-Я зуются многочисленные изобретения и технические идеи, коснувшиесяЯ широкого спектра проблем, связанных с разработкой новых способов Я прокатки и созданием конструкций прокатных станов. Среди них немало Ц опередивших свое время изобретений, предложенных в XVIII в., но не воплощенных тогда на практике.
На протяжении рассматриваемого периода непрерывно расширялся сортамент продукции прокатных производств. Огромных масштабов достиг выпуск катаных железных рельсов, различных видов профилей, полосового и листового металла, труб и проволоки. Прокатное производство превратилось в крупного потребителя железа, стали и цветных металлов. Расширяется парк основного прокатного оборудования.
Руководствуясь современной классификацией, все применявшиеся в течение первых 60—70 лет XIX в. прокатные станы можно отнести к одной из следующих групп: обжимные, заготовочные, сортовые, листовые л полосовые, трубопрокатные и детале прокатные.
В рассматриваемый период по существу были заложены основы современного прокатного машиностроения. Появились и получили распространение конструкции прокатных станов с горизонтальными и вертикальными валками. Наряду с известными ранее и широко применяемыми в XIX в. двухвалковыми станами, в производстве появились трехвалковые станы, расширившие возможности технологии прокатки. За период с конца XVIII до последней трети XIX в. значительно пополнился парк прокатных машин, в основу которых были положены принципы рационального конструирования рабочих клетей и их оптимального расположения в агрегатах. Кроме одноклетьевого дуо-стана, известного нам из предшествующей истории и трансформировавшегося в рассматриваемый период в мощное оборудование для обжима крупных заготовок и слитков, в XIX в. было разработано несколько новых типов прокатных станов, отличающихся друг от друга расположением рабочих клетей. В их числе станы: линейные, сдвоенные, ступенчатые, непрерывные и полунепрерывные.
ПРОКАТНЫЕ СТАНЫ ОДНОКЛЕТЕВЫЕ,С ЛИНЕЙНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ
РАБОЧИХ КЛЕТЕЙ И СДВОЕННОГО ТИПА
На рубеже XVIII—XIX вв. основным прокатным оборудованием являлся одноклетевой прокатный стан дуо, применяемый для прокатки листов, полос, прутков и проволоки из железа и некоторых цветных металлов. Рассматриваемый период характеризовался широким распространением прокатных станов в различных областях металлургического и металлообрабатывающих производств. Прокатный стан сыграл революционизирующую роль в становлении и широком распространении нового процесса получения сварочного железа — пудлингования, ставшего ведущим в XIX в. вплоть до появления массовых способов получения литой стали.
Приоритет в создании промышленного способа получения сварочного, железа методом пудлингования принадлежит английскому металлургу Г. Корту, осуществившему его в 1784 г. В 1783 и 1784 гг. Г. Корт получил два патента на способ пудлингования, в котором накатанная в печи крица, после проковки под молотом, в горячем виде обжималась в калиброванных валках прокатного стана, превращаясь в полосовое железо. В процессе прокатки происходило уплотнение металла и освобождение его от жидких шлаков. Применение прокатных валков в схеме пудлингования — наиболее оригинальная особенность изобтения Г. Корта. Оно чрезвычайно сократило трудную операцию обработки крицы под молотом и во много раз интенсифицировало процесс. Крупнейшие английские предприниматели вскоре использовали процесс Корта на своих металлургических заводах. Так, завод Р. Крауше, изготовлявший раньше на ковочных молотах не более 10 т полосового железа в неделю, после получения от Корта права на его изобретение, увеличил выработку полосового железа до 10 тыс. т в год.
Для определения качества пудлингового железа в Англии при Адмиралтействе была создана в 1787 г. специальная экспертная комиссия. В соответствии с положительным заключением комиссии Адмиралтейство постановило ’’впредь употреблять это железо на якоря и другие корабельные принадлежности королевского флота” [33, с. 10]. Англия по темпам развития пудлингового производства, в течение ряда лет занимала авангардные позиции. В конце XVIII — начале XIX в. пудлинговый процесс начал распространяться в других странах. Некоторая задержка во введении процесса Корта в мировой железоделательной промышленности вызывалась по мнению некоторых специалистов, сложностью изготовления прокатных валков [47, с. 4].
Появление процесса пудлингования не было случайным, а обусловливалось сложившимися к 80-м годам XVIII в. технико-экономическими предпосылками. С одной стороны, с 60-х годов в Англии развернулись работы по переделу чугуна в железо в отражательных печах, ставящие целью отойти от общепринятой технологии получения железа кричным способом. С другой, — возрос технический уровень и мощности прокатного оборудования, для привода которого (т.е. за 2 года до первого патента Г. Корта) было выдвинуто предложение применить паровой двигатель. По всей вероятности Г. Корт был прекрасно осведомлен о совершающихся в то время в Англии технических и производственных достижениях. Биографы Г. Корта отмечают, что ’’его заслуга состоит именно в оценке известных уже способов, испытанных им самим и другими, в применении их к практике в усовершенствованном виде. Это умение оценить лучшие способы, собрать детали в одно целое, показывает практического проницательного человека и, в известном отношении, почти гениального. Заслуга приведения чужих изобретений в такие формы, которые приносят пользу, также велика, как заслуга тех, которые делают открытия, но по недостатку такта и опытности не могут применить их к практике” [33, с. 99—100].
Рассматривая применение прокатных валков для обжатия пудлингового железа Корт, в отличие от некоторых его современников — металлургов, утверждал, что при прокатке из металла ’’выдавливаются землистые части и металл очищается от шлака и так называемых выгорок, и приводится в волокнистое и твердое состояние” [33, с. 99]. Г. Корт рекомендовал технологию, при которой крица вначале обжималась до заданного размера под молотом, а затем уже поступала в валки прокатного стана для окончательной обработки.
Представляют интерес так называемые ’’качающиеся” станы, применявшиеся для обжатия криц. Изобретатель стана, в котором валки попеременно вращались то в одну, то в другую сторону, был английский металлург Дж. Вилкинсон. Созданный им в 1792 г. качающийся стан можно считать далеким прообразом появившихся в 50—60-х годах XIX в. мощных обжимных реверсивных прокатных станов — блюмингов и слябингов [48, с. И].
В 1824—1825 гг. станы для прокатки пудлингового железа появились в Германии на заводах в Рассельштейне, Лендерсдорфе и Веттере [48, с. 14].
Двухвалковые прокатные станы по типу ранее применявшихся для 150
обработки кричного железа, в конце 20-х г. XIX в. стали также использоваться для прокатки рельсов, спрос на которые быстро возрастал в связи с бурным развитием железнодорожного транспорта. В 1828 г. английский металлург Д. Беркиншау построил профилированные валки для прокатки рельсов, после чего началось их производство в Англии на заводе в Бед- лингтоне. Первая партия рельсов прокатывалась длиной 12—15 футов (3,6—4,5 м). Вскоре длину рельсов удалось увеличить до 21—24 футов (6,3—7,2 м). После этого в течение нескольких последующих лет длина железнодорожных рельсов оставалась прежней в связи с большими затруднениями, связанными с получением крупных заготовок сварочного железа [49, с. 2; 50, с. 7].
Заготовкой служили ’’пакеты”. Средняя часть пакета собиралась из ’’сырого железа”, а часть пакета, образующая ’’поверхность катания” — из твердого мелкозернистого железа. Для подошвы пакета шло ’’волокнистое катаное железо”. Для изготовления рельса длиной 6 м применяли пакет с размерами 240X100X1100 мм весом около 260 кг. Один погонный метр таких рельсов весил 34 кг. Прокатку рельса производили в 5—8 проходов через обжимные и ’’сварочные” ручьи и затем пропускали его 6—8 раз через ручьи чистового стана. Диаметр валков колебался от 450 до 500 мм при длине бочки 1200-1500 мм [11, с. 43].
В России рельсопрокатное производство стало развиваться с 40-х годов XIX в. в связи с началом постройки Николаевской железной дороги, соединившей Петербург и Москву. Первые рельсы были прокатаны в 1843 г. на Выксунских заводах около г. Мурома. Валовое их производство началось в 1845 г. на заводе Гута-Банкова в г. Домброве (ныне Польская Народная Республика). Затем делается попытка ввести прокатку рельсов на уральских заводах — Нижнетагильском, Алапаевском, Юрюзанском. Однако производство рельсов прочно установилось лишь на Нижнетагильском заводе Демидова. Профильное железо прокатывалось на Воткинском заводе, который в 1857 г. выполнил ответственный заказ на изготовление углового катаного железа для колокольни Петропавловского собора в Петербурге. Прокатку рельсов поставил у себя также Путилов- ский завод, но в 1866 г. производство было прекращено и возобновилось вновь в начале 70-х годов после получения на них крупного правительственного заказа. С 1869 г. производство рельсов создается на юге России, а с 1874 г. рельсы начинает изотавливать Брянский рельсопрокатный завод и ряд других отечественных предприятий [47, с. 3].
Характеризуя развитие техники прокатки необходимо отметить, что вплоть до 30—40-х годов XIX в. для привода прокатных станов наряду с паровым двигателем еще широко применялось гидравлическое колесо. Так, на Верх-Исетском заводе (Урал) в 1800 г. работали вододействующие листопрокатные станы, оборудованные клетями дуо с водяным охлаждением валков. Каждый валок приводился во вращение от самостоятельного гидравлического двигателя. Водяные колеса располагались по обе стороны рабочей клети. Станы с самостоятельным гидравлическим приводом каждого валка, появившиеся на западноевропейских заводах еще в первой трети XVIII в. весьма широко применялись в первой половине XIX в. на многих металлургических заводах [48, с. 13]. На эту особенность обратил внимание академик А.И. Целиков, отметивший, что благодаря такой систе-
ме привода не лимитируются габариты деталей, передающих вращение прокатным валкам, и конструкция стана в целом отличается значительной простотой [51, с. 6].
Однако наиболее прогрессивным был привод, в котором передача энергии от двигателя к прокатным валкам передавалась с помощью зубчатой передачи. С появлением парового привода, повысившего мощность прокатного стана, шестеренная клеть становится, как правило, обязательной его принадлежностью. Несмотря на некоторые потери энергии на трение, зубчатая передача, имеющая сравнительно небольшие габариты и высокий кпд, обладающая большой долговечностью и надежностью внесла в конструкцию прокатного стана компактность, возможность рационального конструирования новых типов и размеров прокатного оборудования.
На рубеже XVIII—XIX вв. быстро развиваются так называемые линейные прокатные станы, состоящие обычно из двух (иногда трех) расположенных рядом рабочих клетей дуо. Верхние валки первой и второй рабочих клетей жестко соединялись друг с другом и, кроме того, с верхним зубчатым колесом шестеренной клети с помощью шпинделей, снабженных муфтами. Таким же образом нижние валки соединялись с нижним зубчатым колесом шестеренной клети, вал которого был связан с двигателем.
Линейные станы впервые начали применяться для прокатки криц в 1787 г. на заводе в Уэльсе (Англия) металлургами Корком и Пауелем (рис. 57). Крица пропускалась через первый ручей, затем передавалась поверх стана на противоположную сторону клети и пропускалась во второй ручей. Аналогичным образом металл пропускали и через остальные ручьи прокатного стана, вплоть до отделочного. Каждый раз при задаче прокатываемой заготовки в валки ее кантовали на 90°. Число пропусков в ручьях зависело от того, какого размера хотели получить изделие. Нередко металл пропускали через первый и второй открытые ручьи, по два и даже по три раза [27, с. 26-28].
Диаметр валков у подобных обжимных станов колебался от 400 до 600 мм, вращающихся со скоростью от 25 до 40 об/мин. Валки делали длиной от 1200 до 1600 мм. На каждом валке нарезалось от 7 до 12 ручьев. Для облегчения удаления в процессе прокатки жидких шлаков между поверхностями валков предусматривался некоторый зазор. С этой же целью ручьям придавалась закругленная форма. В описанной системе одна прокатная клеть, оснащенная квадратными ручьями, была обжимной, а вторая — с прямоугольными ручьями, являлась чистовой. Прокатанные полосы пудлингового железа разрезали ножницами, сортировали в пакеты и сваривали в заготовки для последующей прокатки их в сортовое железо и другие изделия [27, с. 28—29].
Особенность линейного стана состоит в том, что прокатные валки обеих клетей вращаются с одинаковой скоростью. В связи с широким распространением станов этой системы в Англии, она получила название английской, в отличие от французской, в которой клети располагались в две линии (сдвоенная система расположения клетей) [52, с. 880]. Обращаясь к материалам предыдущего раздела нетрудно заметить, что истоки развития линейной системы прокатных станов имеют более глубокую историю. Напомним о прокатно-резательных станах первой треи XVIII в. западноевропейских и русских заводов, широко применявших линейную систему, 153
в которой верхний и нижний валки прокатной клети были соединены соот ветственно с верхним и нижним валками резательной клети.
На рис. 58 показано устройство проволочно-прокатного стана линейного типа, изображенного в 1828 г. Карстеном. В стане, наряду с двумя клетями дуо установлена еще клеть трио, придавшая агрегату компактность и значительно ускорившая процесс прокатки. Клеть трио позволила прокатывать заготовку в двух направлениях. Валки АВС клети трио снабжены 12 ручьями, из которых первый имеет овальную, остальные квадратную форму с постепенно уменьшающимися размерами. Длина валков клети трио — 18 дюймов (457,2 мм), диаметр — 8 дюймов (203,2 мм). Валки MN длиной 8 и диаметром 8 дюймов располагают двумя ручьями овальной формы, из которых один резервный. Размеры валков РР чистовой клети соответствуют валкам предыдущей клети дуо, но снабжены двумя ручьями круглой формы, один из которых запасной.
Этот трехклетевой проволочно-прокатный стан приводился в действие паровым двигателем через шестеренную передачу. Шестерня F, соединенная непосредственно с приводным валом паровой машины, находится в зацеплении с шестерней Е, которая, в свою очередь, сопряжена с шестерней D. Каждая из них с помощью специальных муфт соединена с соответствующим прокатным валком клети трио. Прокатные валки первой клети дуо, таким же образом связаны с верхним и средним прокатными валками клети трио. Верхний валок чистовой клети дуо получает вращение от нижнего валка предыдущей клети дуо, а нижний — непосредственно от нижнего валка клети трио (на рисунке соединительный вал с муфтой не показан).
В процессе прокатки железная заготовка сначала поступает в клеть трио, проходя через овальный калибр и затем последовательно через 8 или 9 квадратных калибров поочередно в верхнем и нижнем ряду. Потом заготовка направляется в клеть дуо с овальными ручьями и по выходе из нее — в чистовую клеть. Готовая проволока, выходя из чистовой клети наматывается на приемный барабан. В процессе прокатки она пробегает в валках 2 или 3 отверстия одновременно. При заготовке длиною 2 фута (610 мм) и площадью поперечного сечения в 1 кв. дюйм (645 кв. мм), пропущенной через все ручьи прокатного стана, получалась проволока диаметром 4‘/2 линии (11,4 мм) длиною 36 футов (11 м). Для прокатки такой заготовки требовалось 36—40 с. Этого было достаточно, чтобы нагретый в печи металл в процессе движения от первого до последнего калибра
находился в горячем состоянии. Скорость валков колебалась от 225 до 250 об/мин [52, с. 273-274].
В бельгийской металлургической промышленности применялись преимущественно прокатные станы линейного типа, заимствованные в Англии. Позже эту систему прокатки, ввиду ее широкого распространения в Бельгии, стали обычно называть бельгийской [52, с. 880].
Следует подчеркнуть, что прокатное производство в Бельгии достигло в первой половине XIX в. высокого технического уровня. В 40-х годах на некоторых заводах изготовляли катаную железную проволоку диаметром 4 и даже 3 мм [52, с. 636].
Английская (бельгийская) система прокатки эффективно применялась в начале 50-х годов на некоторых предприятиях Германии, в том числе на заводе в Саарбрюккене, где было установлено 5 прокатных станов линейного типа. Станы состояли из клети трио и нескольких клетей дуо. Каждая пара валков вращалась в разных направлениях. По выходе из валков проволока в виде петли направлялась по смонтированному на полу желобу к следующей клети. Рабочий, вооруженный клещами, захватывал конец проволоки и задавал ее в валки. Прокатка проволоки длиной 130— 150 футов (40—45 м) длилась 5 мин 15 с. Так прокатывалась обычно железная проволока диаметром 5,5 мм. Вес отрезка катаной проволоки лимитировался размером кричной заготовки и обычно весил около 6 кг [52, с. 880; 53]. Прокатные станы с линейным расположением рабочих клетей применялись также для прокатки листов и полос.
Основной недостаток станов с линейным расположением рабочих клетей — большие потери времени при передаче металла от одной клети в другую, а также невозможность производить прокатку с различными скоростями по мере увеличения длины изделия. Этот недостаток удалось устранить созданием уже упоминавшейся французской системы. Автором изобретения был Ф. Томе, который в 1838 г. впервые отделил обжимную клеть от чистовой. Она была поставлена отдельно перед чистовой линией, состоящей из нескольких клетей, прокатные валки которых вращались с повышенной скоростью, обеспечивающей большую производительность стана.
Металлурги разных стран неоднозначно относились тогда к той и другой системам прокатных станов. В 1852—1853 гг. французская система появилась в Германии, а затем в ряде других промышленно-развитых стран. К 50—60-м годам XIX в. английская и французская системы уже были общепризнанными в мировой металлургической и железоделательной промышленности [48, с. 369; 52, с. 880].
В процессе дальнейшего развития техники прокатного производства на основе французской системы была создана так называемая ступенчатая система, отличающаяся наличием в стане нескольких линий. Иногда прокатные станы этой системы называли ’’немецкими”. Они обеспечивали еще более высокую производительность за счет повышения скорости прокатки на каждой ступени. Ступенчатая система вскоре стала наиболее эффективной в технологии прокатки [48, с. 369].
По мере увеличения размера и массы заготовок сварочного железа, а затем и в связи с появлением еще более крупных слитков литой стали, перед металлургами и учеными встали новые проблемы, связанные, в част-
ности, с созданием более мощных, совершенных и разнообразных по конструкции прокатных станов. К числу крупнейших достижений в области техники прокатки металлов необходимо отнести создание и широкое распространение в производстве станов трио, реверсивных станов дуо и разработку конструкций так называемых универсальных станов, характери- зующихся наличием в конструкции горизонтальных и вертикальных валков.
Идея создания трехвалкового стана была высказана еще в первой тре- ти XVIII в. шведским металлургом Хр. Полемом [12, с. 63]. Как было показано выше, станы этой системы, позволившие пропускать металл в двух направлениях без реверсирования вращения валков, появились в производстве лишь в начале XIX в. и применялись для прокатки сортового металла. Успешная их эксплуатация явилась стимулирующим началом для дальнейшего их развития и распространения в других областях прокатного производства, в частности, для изготовления крупных профилей, листов и полос.
Над проблемой создания разнообразных конструкций трехвалковых прокатных станов почти одновременно работали специалисты нескольких стран. В 1856 г. в г. Могола (Швеция) был установлен прокатный стан трио, созданный инженером О.Е. Карлсундом [12, р. 63].
Наиболее широко конструкторские работы, связанные с созданием и развитием трио-прокатных станов развернулись в 50-х годах XIX в. в США. Лидером стал американский специалист Джон Фриц создавший в 1857 г. мощный стан трио (для прокатки рельсов), снабженный приспособлениями для подачи металла в валки и механизмами для передвижения его в агрегате [51, с. 10]. Стан мог прокатывать крупные слитки бессемеровской стали массой до 3—5 т. Работы Джона Фрица по дальнейшему совершенствованию трехвалкового прокатного стана велись совместно с его братом Джорджем Фрицем. В результате ими был разработан ряд прокатных установок, послуживших своего рода образцами для новейших конструкций, появившихся в последующие годы. Братьям Фриц принадлежит, в частности, конструкция прокатного стана трио с неподвижным средним и с устанавливающимися верхним и нижним валками. Их станы предназначались преимущественно для прокатки крупного фасонного и сортового металла. Братья Фриц внесли ряд технических новшеств в конструкцию уже известных в то время подъемных столов и рольгангов с паровым приводом. Кроме того, они усовершенствовали свои станы установкой гидравлических кантов ательных и передаточных устройств. Станы системы братьев Фриц отличались высоким уровнем механизации. Обжимные станы трио с устанавливающимися валками служили не только для изготовления крупной и мелкой квадратной заготовки, но также и для прокатки слябов и сутунки (плоская стальная заготовка) [48, с. 25].
Значительный вклад в усовершенствование прокатных станов трио внес соотечественник братьев Фриц А. Голлей. Первым плодом его трудов был прокатный стан трио с неподвижными верхним и нижним валками. В 1871 г. АТоллей, следуя идеям братьев Фриц, создал стан трио (блюминг) с устанавливающимися валками для прокатки из Слитков бессе-
меровской стали железнодорожных рельсов и крупного сортового металла [48, с. 25].
По имеющимся данным в Англии, в Даулесе в 1865 г. применяли прокатный стан трио с неподвижно укрепленными валками для обжатия стальных бессемеровских слитков. Но в связи с недостаточной его эффективностью в 1867 г. для этих целей там стали применять реверсивный стан дуо.
На рис. 59 изображен французский стан трио 60-х годов XIX в. с подъемным столом, действующим с помощью парового привода. Станы этого типа оснащались валками диаметром 500-600 мм (иногда 720 мм) и имели длину бочки от 1500 до 1800 мм. Стол для подъема заготовок располагался с одной стороны стана [48, с. 14].
В Англии над проблемой конструирования прокатных станов плодотворно работал инженер Б. Лаут. Ему принадлежат оригинальные разработки, связанные с созданием различных типов прокатных станов, в том числе листопрокатных станов трио, в которых была решена проблема, исключающая изгиб валков в процессе прокатки. Эта проблема, связанная с получением равномерных по толщине листов, остро встала перед специалистами с тех пор как началось массовое листопрокатное производство’. Для уменьшения изгиба валков обычно шли простейшим путем, увеличивая их диаметр. Однако привод утяжеленных валков, как известно, сопряжен с непроизводительным расходом энергии. На эти техникоэкономические стороны прокатки и обратил внимание Б. Лаут, предложивший конструкцию стана трио, в клети которого между нижним и верхним валками был расположен средний рабочий валок небольшого диаметра. Верхний валок являлся для среднего валка опорным, предотвращающим его изгиб. Средний и верхний валки были передвижными, поэтому паровой двигатель приводил в движение нижний валок. Прокатываемая заготовка сначала пропускалась в одном направлении между верхним и средним валками и затем — в обратном направлении между средним и нижним валками. Стан Лаута впервые был установлен в 1862 г. на металлургическом заводе в Бирмингаме. Эта система станов трио, оказавшаяся исключительно эффективной в технологии листовой прокатки, затем получила распространение в других областях прокатного производства [12, с. 69, 619].
Большие качественные изменения произошли в начале второй половины XIX в. в конструкциях дуо-прокатных станов. Необходимость обработки крупных заготовок и слитков выдвинула перед металлургами и специалистами задачу создания надежных и эффективных способов реверсирования валков прокатных станов дуо. Первые конструкции этих реверсивных станов имели реверсивные передачи и муфты, приводившиеся в действие сначала вручную, а позднее с помощью гидравлических устройств и представлявшие собой обычно разновидность фрикционных муфт. В качестве одного из первых сортовых станов с реверсивными муфтами, предназначенных для изготовления рельсов из литой стали, можно привести стан, установленный в Англии в 60-х годах на заводе в Даулесе. В Германии до 1867 г. на Саарбрюккенском металлургическом заводе в Бурбахе уже работал первый дуо-реверсивный прокатный
Ри с. 59. Обжимной стан трио для сварочного железа. Стан оборудован с одной стороны подъемным столом с паровым приводом. Франция, ок. 1860 г.Ри с. 59. Обжимной стан трио для сварочного железа. Стан оборудован с одной стороны подъемным столом с паровым приводом. Франция, ок. 1860 г.
Ри с. 59. Обжимной стан трио для сварочного железа. Стан оборудован с одной стороны подъемным столом с паровым приводом. Франция, ок. 1860 г.
Ри с. 59. Обжимной стан трио для сварочного железа. Стан оборудован с одной стороны подъемным столом с паровым приводом. Франция, ок. 1860 г.
стан, служивший для изготовления двутавровых балок и швеллерного железа. Несмотря на изобретения и усовершенствования реверсивных муфт для станов дуо, дальнейшее развитие стана пошло по пути реверсирования самого двигателя.
В 1866 г. Делен сообщил об успешных работах, связанных с применением для листопрокатного стана дуо реверсивной сдвоенной паровой машины. В 1867 г. в Англии инженер Дж. Рамсботтом применил сдвоенную реверсивную паровую машину для привода валков дуо-прокатного стана, предназначенного для изготовления крупных полупродуктов [48, с. 38].
Реверсивные станы дуо заняли в 60-70-х годах XIX в. прочное положение в системе прокатного производства на заводах черной металлургии. Развитие реверсивных дуо-прокатных станов имело огромное преобразующее значение: резко снизилась роль малопроизводительных прокатных станов линейного типа, а также нереверсивных дуо-станов. В производстве крупных полуфабрикатов и изделий реверсивные блюминги дуо успешно конкурировали с блюмингами 3-валковыми. Реверсивные станы дуо непрерывно расширяли сферу своего применения и в других областях прокатного производства. В 70-х годах XIX в. почти совершенно вышли из употребления крупно- и среднесортные станы дуо с постоянным вращением валков, уступив место реверсивным станам дуо и станам трио [48, с. 212-213].
В числе важнейших изобретений в области техники прокатки необходимо отметить создание универсального прокатного стана. Особенность универсального стана состоит в том, что в нем наряду с парой горизонтальных валков предусмотрена также пара вертикальных валков, предназначенная для обжатия металла с боков. Эти станы применяются в тех случаях, когда затруднена кантовка изделия.
Универсальный прокатный стан был изобретен в 1848 г. Деленом — директором сталелитейного завода Хёрде в Вестфалии (Германия). Этот стан, обладающий рядом больших преимуществ перед обычными станами, дал возможность изменять в сравнительно широких пределах размеры изделий без замены валков, что обусловило его более высокую производительность и Экономичность [27, с. 69, 295]. На универсальном прокатном стане изготовляли достаточно широкий ассортимент изделий, в том числе полосы и рельсы. В начальный период развития сталерельсового производства прокатку рельсов осуществляли на прокатных станах с одной парой обжитых и одной парой чистовых валков. В 1868 г. Маррель предложил вести черновую прокатку на универсальном реверсивном стане с изменящйым давлением. Для этого валки раздвигались и захватывали поданную в них болванку. Верхний валок опускали после каждого пропуска рельса пока он не сходился вплотную с нижним. В процессе прокатки рельс обжимался двумя вертикальными валками. Затем его пропускали через чистовые ручьи без дополнительных вертикальных валков [11, с. 44—45].
Рассматриваемый период характеризовался также и другими многочисленными изобретениями и техническими новшествами в области техники и технологии прокатного производства. К их числу относится, в частности, создание прокатных станов доппель дуо (станы двойного дуо)
Рис. 60. Схема устройства стана бесслитковой прокатки Г.Бессемера. Англия. 1857 г.
с рабочей клетью состоящей из горизонтальных валков, расположенных попарно в двух вертикальных плоскостях. Пропущенная через нижнюю пару валков заготовка затем поступала в верхние валки, двигаясь в противоположном направлении. В начале 60-х годов XIX в. станы доппель дуо применяли в Англии на заводе в Даулесе для прокатки двутавровых балок из сварочного железа [48, с. 13].
Рассматриваемый период примечателен не только серьезными качественными сдвигами в области процессов продольной прокатки, но также формированием новых способов и процессов прокатки, связанных, в частности, с производством стальных бандажей для железнодорожных колес, прокаткой труб и др.
К числу новейших металлургических процессов, к которым в XIX в. было привлечено внимание металлургов, относится бесслитковая прокатка. Основоположником этого направления в технологии был английский металлург Г. Бессемер, запатентовавший в 1857 г. способ получения металлических листов путем заливки жидкого металла в зазор между вращающимися в разные стороны горизонтальными валками (рис. 60). На спроектированной изобретателем установке впервые был получен стальной лист толщиной 1,0 мм и длиной 1,2 м. В агрегате в одном процессе были совмещены; литьё, кристаллизация и деформация металла. Процесс бесслитковой прокатки не получил при жизни изобретателя практического развития, но оказал большое влияние на последующие научно-технические разработки в этой области металлургии. Более систематические и широкие исследования, связанные с технической реализацией процесса бесслитковой прокатки развернулись в последней трети XIX в. в США, а затем и в других странах [27, с. 77].
НЕПРЕРЫВНЫЕ ПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Идея создания прокатного стана непрерывного действия давно занижала ученых и изобретателей. Некоторые ранние попытки построить такой стан, относящиеся к последней трети XVIII в., несмотря на их безусловную прогрессивность, не могли тогда получить практического воплощения в сцлу неблагоприятных социально-экономических условий.
К числу первопроходцев — прокатчиков относится механик Нижнетагильского металлургического завода Е.Г. Кузнецов, создавший в 1775 г. модель непрерывного прокатного стана для изготовления четырехугольного пруткового железа. Стан состоял из двух пар горизонтальных валков. В процессе прокатки заготовка автоматически передавалась из первой пары валков во вторую, в результате чего повышалась производительность и отпадала необходимость вторично пропускать ее через прокатные валки. В 1777 г. изобретатель построил большую действующую модель своего непрерывного прокатного стана, а в 1778 г. — настоящий стан производственного назначения. Однако пустить его не удалось из-за недостаточной мощности водяного колеса [4, с. 144; 54, с. 11—12].
В 1798 г. непрерывный прокатный стан с горизонтальными валками предложил в Англии У. Хезлидайн. Стан состоял из трех прокатных клетей дуо (рис. 61), связанных друг с другом направляющими, по которым прокатываемая полоса последовательно передавалась из клети в клеть. Изобретение У. Хезлидайна не было реализовано [48, с. 13].
Первых практических результатов удалось добиться в 60-х годах XIX в. английским изобретателям Ч. Уайлю и Дж. Бедсону. Ч. Уайль получил в 1861 г. патент на изобретение непрерывного прокатного стана, состоящего из гЪризонтальных и вертикальных валков. Дата первой конструкции стана У ай л я до сих пор не установлена. Однако достоверно, что непрерывные станы еголсонструкции к концу 60-х годов XIX в. работали на нескольких английских заводах. Они имели две, иногда три прокатные клети дуо с попеременно чередующимися горизонтальными и вертикальными валками, располагающие одним квадратным калибром. Прокатные станы Ч. Уайля служили для обжатия криц и заготовок из сварочного железа. Их считают как бы прообразом появившихся в 80-х годах XIX в. непрерывных заготовочных и сутуночных станов [48, с. 13].
Непрерывные прокатные станы Бедсона сыграли исключительно важную роль в развитии сортовой и проволочной прокатки. Изобретение Дж. Бедсоном непрерывного прокатного стана закреплено патентом, выданным ему в июле 1862 г. Непрерывный стан Бедсона состоял из нескольких пар вертикальных и горизонтальных валков (от 13 до 16), расположенных друг за другом на расстоянии, несколько меньшем длины прока- тываемой полосы (рис. 62). Такая система расстановки клетей обеспечивала автоматическую задачу прокатываемого металла в валки. Попеременная горизонтальная и вертикальная расстановка валков не требовала периодической кантовки заготовки во время ее перемещения от клети к клети. Скорость валков возрастала по мере уменьшения площади поперечного сечения прокатываемой полосы, что повышало скорость прокатки. Дне. Бедсон прокатывал заготовку весом 25 фунтов (11,33 кг) за 15 с, что Но его словам, составляло четверть обычного времени. Кроме того, вместо
Г~~
Рис. 61. Непрерывный прокатный стан с горизонтальными валками, запатентованный в 1798 г. У. Хезлидайном. Англия.
Рис. 62. Непрерывный прокатный стан Дж. Бедсона, запатентованный в 1862г. Англия.
обычного для прокатного стана штата в 6 человек новый стан обслуживалодин рабочий и мальчик. Производительность стана составляла до 20 т же-лезной проволоки за десятичасовую смену. Не желая перегружать двига-тель, Бедсон ограничивался заготовками до 50 фунтов (22,66 кг). В произ-водстве применяли заготовки 45 кг и даже большей массы, позволявшиеполучать катаную проволоку длиной до 200 м и более. Так, на Парижскуювсемирную выставку 1867 г. один из английских заводов представил об-разец железной проволоки диаметром 6,57 мм, длиной 485 м и массой130 кг, изготовленный из пудлингового железа. При этом пакет железапрокатывали предварительно на сортопрокатном стане в квадратную за-готовку 31 X 31 мм длиной 18 м. Свернутую в моток заготовку помещалив газовую печь Сименса. Заготовка извлекалась из печи постепенно, помере движения проволоки в валках стана. Прокатка продолжалась 3 мии.Стан состоял из 13 пар валков. Первая пара вращалась со скоростью12 об/мин, последняя —300 об/мин [ 12, с. 621; 5 5].J
I
Несмотря на преимущества непрерывных прокатных станов, их распространение сначала шло сравнительно медленно. Перелом произошел в начале 70-х годов, после того как пудлинговое железо уступило место бессемеровской и мартеновской сталям [56].
Прокатка литой стали на непрерывных станах резко повысила его производительность, и крупные заводы, главным образом в Америке, стали их совершенствовать. В 1869 г. непрерывный стан Бедсона был построен на заводе Вашбурна в Ворчестере (США), где по инициативе Ч. Моргана в схему прокатки включили непрерывную нагревательную печь и автоматический барабан для намотки катанки. Производительность стана возросла с 7 до 50 т в смену. В 1878 г. Морган предложил реконструировать стан Бедсона. Для предохранения подшипников вертикальных валков от окалины он установил их горизонтально и ввел направляющие для кантовки заготовки.
Усовершенствованный непрерывный прокатный стан системы Бедсона получил к концу XIX в. большое распространение. При введении одновременной прокатки нескольких заготовок (валки имели до четырех ручьев) и увеличении скорости прокатки до 17 м/с (последняя пара ручьев) производительность непрерывных станов возросла до 200 т катаной проволоки за десятичасовую смену. По скорости непрерывные проволочные станы почти в 2 раза превзошли наиболее совершенные прокатные станы других типов, прокатывающих проволоку петлями (стан системы Гаррета с четырьмя линиями клетей имел максимальную скорость прокатки до 9— 10 м/с) [57].
ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ качественные изменения\ В КОНСТРУКЦИЯХ ВОЛОЧИЛЬНЫХ МАШИН.
\ ВОЛОЧИЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
ПРОВОЛО ЧНОВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫС ВЕРТИКАЛЬНЫМИ БАРАБАНАМИ
До середины XIX в. на проволочных заводах большая часть волочильного оборудования приводилась в движение энергией падающей воды, хотя к этому времени в ряде отраслей промышленности уже получили значительное распространение паровые двигатели. Групповой привод гидравлического двигателя был использован при создании многобарабан- ных волочильных станов, где несколько барабанов располагалось на одном столе и прйводилось в движение от общего вала.
Механизм передачи энергии гидравлического колеса к волочильному барабану состоял из горизонтального вала, вращаемого гидравлическим ко- весом, и двух цевочных колес (в дальнейшем конических шестерен) . Одно колесо насаживалось на горизонтальный вал, а другое — на вертикальный вал волочильного барабана. В многобарабанных станах на общем горизонтальном валу располагалось несколько шестерен, сцепленных с соответ- ствующими шестернями волочильных барабанов.
При конструировании барабанных волочильных станов стремились Наиболее экономично сгруппировать максимальное число барабанов на °бщем столе, что вызывалось необходимостью более рационального ис-
163
Рис. 63. Волочильный стан с 12 барабанами Г.А. Строганова. Россия. 1838 г.Рис. 63. Волочильный стан с 12 барабанами Г.А. Строганова. Россия. 1838 г.
Рис. 63. Волочильный стан с 12 барабанами Г.А. Строганова. Россия. 1838 г.
Рис. 63. Волочильный стан с 12 барабанами Г.А. Строганова. Россия. 1838 г.
пользования производственных площадей, а также стремлением упростить передачу и распределение энергии от двигателя к волочильным барабанам. К 30-м годам XIX в. в производстве применялись волочильные станы, на которых устанавливалось до десяти волочильных барабанов с соответствующим числом устройств для закрепления волочильных досок и отдаточных приспособлений с протягиваемой проволочной заготовкой.
Наиболее смелая конструкторская мысль шла по линии увеличения числа устанавливаемых на одном столе барабанов. Так, в 1838 г. в России была выдана привилегия Г.А. Строганову на волочильный стан с 12 барабанами. ’’Машина сия скоростью своего действия, — указывается в привилегии, — превосходит все известные сего рода машины, производя с помощью 12 катушек (барабанов. — Н.Л. ) 840 аршин в минуту” [17, с. 80]. Изобретатель указывает, что стан (рис. 63) может приводиться в действие силой воды, пара, лошади или человека. Согласно описанию, он предназначен для волочения толстой и тонкой проволоки. Расчеты показывают, что при производительности 597 м (840 аршин) проволоки в минуту на 12 барабанах средняя скорость волочения на этом стане составляет 0,83 м/с. Это несколько превышает скорости барабанных машин толстого волочения, применявшихся на передовых заводах того времени. Так, на крупнейшем железопроволочном заводе в Эшвейлере (Германия) волочильные машины этого типа работали со скоростью 0,6 м/с.
Эксплуатация мцогобарабанных станов в первых десятилетиях XIX в. показала, что с увеличением числа барабанов затрудняется их конструирование, так как многие элементы станов, за исключением передаточных механизмов и некоторых других деталей, выполнялись из дерева. Большие нагрузки, передаваемые при волочении на деревянные узлы и части машин, заставляли /конструкторов упрочнять их за счет увеличения их веса и габаритов. Так/, 12-барабанный стан Г.А. Строганова, большая часть элементов которого выполнена из дерева, имел длину около 12 м и ширину 2 м.
Развитее техники волочения толстой проволоки предъявило повышенные требования к прочности конструкций станов. С 20-х годов XIX в. на западноевропейских заводах появляются волочильные станы, изготовленные из металла. Однако до конца XIX в. для этих целей еще широко применялось и дерево.
В первой половине XIX в. наметилось разграничение барабанных станов по мощности. Их классифицировали на две основные группы — толстого и тонкого волочения. Однако в первое время эта техническая классификация была весьма условной. Часто один и тот же волочильный барабан служил для волочения и толстой и тонкой проволоки. Во второй половине XIX в. барабанные станы подразделяли на три основные группы — толстого, среднего, тонкого (иногда и тончайшего) волочения. Отличительные признаки одной группы от другой — размеры и конструкция барабанов, передаточного механизма, скорости волочения (по мере уменьшения диаметра проволоки скорости увеличивали). Однако следует отметить, что совершенствование всех станов сводилось к одной цели: создать более совершенный узел барабана и обеспечить плавный пуск стана. Общепринятой формой волочильного барабана был усеченный конус, обеспечивающий легкий съем мотка проволоки. Барабаны отливались из чугуна, обтачивались
и с внешней стороны шлифовались. По имеющимся данным в 1840— 1841 гг. для протяжки грубой проволоки диаметром 6,3—8,4 мм из катаной заготовки часто применялись чугунные ' барабаны диаметром 510— 610 мм и высотой 178—200 мм.
Волочильные барабаны для тонкой проволоки, как и в станах толстого волочения, делали коническими, но имеющими меньший диаметр и более простую конструкцию. Наиболее распространенные в первой половине XIX в. диаметры барабанов для тонкой проволоки — 180—230 мм.
Способы включения и выключения барабанов в значительной степени определяют эффективность волочения. Основные требования, предъявляемые к пуско-остановочному механизму, — простота устройства, безударное плавное включение, мгновенная остановка барабана, а также безопасность рабочего. В рассматриваемый период определились две системы включения барабанов — жесткое (ударное) и плавное. Преобладало наиболее простое жесткое включение. Его принцип основан на сцеплении вала с барабаном посредством двух деталей, одна из которых находится на валу, другая на барабане. Для включения требовалось поднять или опустить барабаны. В стане тонкого волочения включение производилось обычно поднятием барабана, в станах толстого волочения — его опусканием. Недостаток этого пуско-остановочного устройства заключался в наличии лишь одной пары ’’пальцев”, что приводило к преждевременному их износу от возникающих при пуске ударов. Известно и более совершенное пускоостановочное устройство. Оно имело несколько точек соприкосновения деталей зацепления. По имеющимся данным, в 40-х годах XIX в. применялись станы тонкого волочения, у которых сцепление барабана с валом происходило в двух точках. Для этого на конце вертикального вала крепилась планка, сцепляющаяся с двумя металлическими штырями на ребре жесткости барабана в момент его поднятия.
В конструкции станов для волочения толстой проволоки применялись более сложные и массивные пуско-остановочные устройства. Поэтому их включение производилось опусканием барабана, сцеплявшегося особыми деталями с расположенной под ним муфтой или диском, насаженных на вал. Именно такую систему сцепления предложил в 1838 г. Г .А. Строганов.
В практике железопроволочного производства широкое распространение получили пуско-остановочные устройства, в которых роль зубчатой муфты выполняли планка или диск, жестко насажденные на валу и сцепляемые с барабаном при помощи штырей. Перемещение барабана вдоль вала производилось ножной педалью. Опущенный барабан сцеплялся двумя штырями с насаженной на валу перекладиной.
Рассмотренные способы пуска и останова барабанов тонкого и толстого волочения применялись с небольшими усовершенствованиями до конца XIX в.
Опыт конструирования и эксплуатации волочильных станов привел к использованию автоматического останова волочильных барабанов. Однако это были весьма примитивные способы. Так, в станах тонкого волочения существовал принцип автоматического останова барабана при обрыве проволоки. В момент обрыва барабан под собственной тяжестью падал и расцеплялся с валом. Однако для останова барабана после его наполнения
проволокой необходимо было опускать его вручную, что представляло опасность травмирования рабочего.
В машинах для толстого волочения проволоки способ останова барабанов был еще менее совершенным: при обрыве проволоки барабан останавливался лишь ножной педалью или ручным рычагом. Обслуживая несколько барабанов, рабочий не успевал своевременно выключать барабаны, что приводило к значительным отходам металла и нередко к травмированию рабочих-волочильщиков.
С целью избежать отмеченных недостатков делались многочисленные попытки усовершенствовать схему автоматического останова волочильных барабанов. Так, в 1877—1878 гг. в Англии В.Р. Лейк взял три патента на усовершенствование схемы автоматического останова волочильных машин. В одном из патентов, кроме автоматического останова барабанов при обрыве, предусмотрены приспособления, предупреждающие разматывание и запутывание проволоки. Однако эти изобретения ввиду сложности эксплуатации не были реализованы в технике [17, с. 88].
Значительный сдвиг в разрешении проблемы создания более совершенной схемы автоматического останова волочильных барабанов относится к последнему десятилетию XIX в., когда для привода волочильных станов начали применять электрические двигатели. В 1896 г. в Англии Ш. Пайпер взял патент на приспособление для автоматического останова волочильных машин при обрыве проволоки или при вынужденном останове с использованием соленоида или электромагнита, соединенного с электромотором. С уменьшением (прекращением) нагрузки на электродвигатель ток в электромагните уменьшается (прекращается), пружина нажимает на тормоз, барабан останавливается.
Болыпдб значение в совершенствовании волочильных машин имели конструкторские разработки, связанные с введением системы плавного включения волочильных барабанов. Этот принцип был осуществлен во второй половине XIX в. тремя основными способами: применением для привода! барабана ременной передачи, применением фрикционной передачи и применением амортизирующих клещевых захватов в волочильных станах с жестким включением барабана и конической передачей.
Фрикционный привод волочильных барабанов начал применяться с 60-х годов XIX в. В 1866 г. английский инженер Ж. Кроссли взял патент на фрикционный способ привода волочильного барабана (взамен конических шестерен).
Фрикционная передача придала волочильной машине новое качество — плавность включения. Пуск волочильного барабана осуществлялся на малых скоростях с плавной доводкой до рабочей скорости. Фрикционная передача нашла применение главным образом в машинах небольшой мощности, предназначенных для волочения тонких сортов проволоки.
Амортизирующий клещевой захват предназначался для двух целей: как приспособление для захвата и протяжки толстой проволоки во время заправки ее через глазки волочильной доски и как механизм, смягчающий удары и рывки при пуске волочильной машины. В отличие от обычных клещевых захватов, цепь или другая связь прикреплялись к барабану через амортизирующее устройство, обычно через пружину. Амортизирующий захват начал применяться в последней четверти XIX в.
К числу технических новшеств, введенных конструкторами и технол<Я гами в волочильные машины в рассматриваемый период, необходимей отнести применение самоповорачивающегося волокодержателя и масляной ванны, в которой находилась смазочная жидкость. Использование самоповорачивающегося волокодержателя исключило перекос оси канала волоки относительно направления волочения. Появление масляной ванны, обеспечившей интенсивную смазку и охлаждение протягиваемой проволоки, относится к 50—60-м годам XIX в. (Англия).
Скорости волочения определялись рядом факторов—видом металла, толщиной протягиваемой проволоки. Обычно толстые сорта железной проволоки, диаметром 6,3—2,5 мм волочились со скоростью от 0,25 до 0,90 м/с. Для тонких сортов железной проволоки - от 1,25 и менее скорости достигали до 1,50 м/с. Один рабочий обслуживал один-два барабана толстого волочения и пять-шесть барабанов тонкого волочения. За 10-часовую смену рабочий протягивал до 10—15 кг тонкой проволоки, диаметром 0,2 мм [17, с. 90—92]. I
СТАНЫ ДЛЯ ВОЛОЧЕНИЯ ПРОВОЛОКИС ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ БАРАБАНАМИ
Появление в проволочной промышленности полновесной катаной заготовки и расширение сортамента на толстую волоченую проволоку привели к созданию волочильных станов новых конструкций. Для уменьшения габаритов стана барабаны стали устанавливать горизонтально. Такое же pacno-j ложение, кроме того, позволяло более удобно и легко снимать с машины тяжелые мотки проволоки, вес которых достигал от 30 до 130 кг.
Волочильный стан с горизонтальным расположением барабанов предложен в 1855 г. Кокером. Особенность конструкции — применение для привода волочильных барабанов червячной передачи. Именно это обстоятельство ограничивало широкое распространение волочильных станов с горизонтальными барабанами. В то время изготовление червячных передач представляло значительные технические трудности. Они применялись главным образом на железопроволочных заводах.
Совершенно отличны от станов системы Кокера волочильные станы с горизонтальными барабанами, появившиеся в последней трети XIX в. Они широко применялись в волочильных цехах золотоканительных производств. На русских заводах эти станы получили название лебедок или воротков. Эти машины имели самостоятельную станину для каждого барабана с соответствующим расположением механизмов. В волочильных лебедках барабаны делались из дерева во избежание царапания протягиваемой золоченой проволоки при ее намотке на барабан. По толщине протягиваемой проволоки волочильные лебедки делились на первую и вторую. На первой лебедке заготовка толщиной 7,0—6,0 мм протягивалась в проволоку диаметром 2,0—1,0 мм. Полученная проволока поступала затем на вторую лебедку и протягивалась до диаметра 0,85 мм. В первой лебедке волочение производилось на конический барабан, получавший движение от трансмиссионного вала приводным ремнем, через шестеренную пару. Наличие нескольких шестерней -позволило изменять по мере надобности скорость барабана. Волочильная доска крепилась к штанге, 168
свободно движущейся в направляющих параллельно оси барабана. Передвигалась штанга вручную, чем достигалась более равномерная намотка проволоки на барабан. Включение и выключение барабана производились ременной вилкой, передвигающей ремень с холостого шкива на рабочий и наоборот. Скорость волочения на лебедках не превышала 0,33 м/с [17, с. 92-94].
ТЕХНИКА ВОЛОЧЕНИЯ ТОНЧАЙШЕЙ ПРОВОЛОКИС НАМОТКОЙ НА КАТУШКУ
До второй половины XIX в. волочение тонкой проволоки велось вручную на катушку и волочильный круг. Основной недостаток этих ручных способов заключался в низкой производительности. В конце XIX в. высококвалифицированный рабочий мог изготовить в день на волочильном кругу не более 820 г проволоки диаметром 0,04 мм. С введением машинной обработки выработка возросла до 5,3 кг, т.е. более чем в шесть раз.
Первые машины с намоткой проволоки на катушки имели серьезные недостатки: в процессе волочения приходилось вручную раскладывать проволоку на катушку. Значительным усовершенствованием явилось создание автоматического раскладчика, положившего начало машинному волочению. Один из первых вариантов механизма для автоматической раскладки проволоки на катушку был предложен в 1882 г. И. Шпейтом (Германия). В 1883 г. им же взят дополнительный патент на волочильную машину с 12 катушками и автоматической раскладкой.
В этой системе волока во время работы машины совершает возвратно- поступательное движение вдоль катушки на всю ее длину, в результате чего проволока наматывается на катушку равномерно. Автоматическая раскладка проволоки на катушку получила широкое распространение на проволочных, кабельных заводах и золотоканительных фабриках.
На отечественных золотоканительных фабриках широко применялись волочильные станы с приемным устройством на катушки. По толщине протягиваемой проволоки станы классифицировали на три основные группы: станы для волочения проволоки с конечным диаметром от 1,0 до 0,8 мм (третья лебедка), станы для волочения проволоки диаметром от 1,0 до 0,25 мм (подтаскивательная машина) и станы тонковолочильные, на которых проволока утонялась до толщины 0,03—0,04 мм. Включение и выключение механизмов вращения катушек осуществлялось при помощи холостого и коренного ременного шкива и ременной вилки. Но были известны и конструкции с фрикционным включением.
Большим усовершенствованием явилось появление устройства для поддержания постоянной скорости вращения катушки. Для этого были применены специальные конические шкивы с ременной передачей. Впервые эту систему применили в конструкции волочильной машины многократного действия в 1872 г. С наполнением катушки проволокой, т.е. с увеличением диаметра намотки, ее окружная скорость уменьшалась благодаря перемещению ремня по конической паре шкивов, передающих вращение катушке [17, с. 94-96].
Скорость волочения проволоки с приемом ее на катушки в золотоканительных производствах колебалась в пределах 0,74—2,3 м/с [85].
ВОЛОЧИЛЬНЫЕ МАШИНЫ С ПРЯМОЛИНЕЙНЫМ ДВИЖЕНИЕМПРОТЯГИВАЕМОГО МЕТАЛЛА
Цепные волочильные станы. Распространение в рассматриваемый период сортовых проволочно-прокатных станов в металлургических производствах содействовало крупным качественным сдвигам в технологии получе
ния толстых размеров проволоки, которую раньше изготовляли из литых ;
и кованых заготовок на волочильных станах с клещевым захватом. Про-«
болееболеекачественнуюкачественнуюиидешевуюдешевуюкатка позволила производить
более
более
качественную
качественную
и
и
дешевую
дешевую
цию — катанку. Роль клещевых волочильных станов в проволочной про-1
. мышленности стала заметно падать.
Прокатка железной и стальной проволоки к 30-40-м годам XIX в. I
прочно вошла в практику металлургических заводов. Прокатка прутков из цветных металлов и сплавов, например из меди, началась не ранее сере- ’ дины XIX в., поэтому металлообрабатывающие предприятия еще про- должали применять до 50—60-х годов XIX в. разнообразные рычажно- j
клещевые станы.
Однако способ волочения при помощи клещевого захвата совсем не исчез. Потребность в новых видах продукции — прутках, полосах, трубах больших сечений, не позволяющих сматывать их в бунты, обусловила создание нового типа стана с клещевым захватом и прямолинейным движением протягиваемого металла — цепного волочильного стана.
Огромное влияние на развитие волочильных машин с прямолинейным движением протягиваемого металла оказала паровая энергетика, поста: вившая перед металлургией проблему цельнотянутых труб.
Развитие трубного производства началось с появлением изготовлявшихся из листов свинцовых паяных труб, которые затем подвергались калиб- i рованию волочением. В начале XIX в. появились бесшовные трубы. ? Способ изготовления бесшовных труб сводится к отливке свинца в формуя со стальным стержнем. На стержне, диаметр которого соответствовал, внутреннему диаметру трубы, в калиброванных валках происходила pac-j катка или волочение заготовок (патент Д. Вилкинсона от 1790 г., Англия).^ В 1804 г. Г.А. Алдерсон предложил отлитые свинцовые трубы перед воло-j чением покрывать оловом, что дало возможность протягивать более длин-1 ные трубы до 3—3,5 м. Медные (паяные) и железные (сварные) шовные: трубы, производство которых началось в начале XIX в., также калибро-: вались волочением. Позже был разработан способ получения свинцовых труб прессованием, который был перенесен с некоторыми изменениями на технологию производства прессованных тянутых труб из латуни и других сплавов цветных металлов [12, с. 626].
В 1838 г. английский изобретатель Ч. Грин предложил изготавливать цельнотянутые трубы из меди и ее сплавов из отлитой полой заготовки. Он разработал технологию отливки трубной заготовки, применив длт этого стальной стержень. В 1851 г. Хардинг и Кристоф (Франция) раз работали способ изготовления цельнотянутых труб из стали. Стальную бол ванку просверливали и волочили через волоку с оправкой, имеющет форму ’’желудя”. Впоследствии операция сверления заготовки была за менена процессом прокатки на валковом прошивном стане братье! М. и Р. Маннесман (1855 г.) [12, с. 626; 17, с. 108].
Разработанная в первой половине XIX в. технология производства труб в дальнейшем легла в основу трубоволочильного производства.
Принцип действия цепного стана основан на движении непрерывной цепи механизма с клещами по горизонтальной или слегка наклонной плоскости. Рабочий ход, во время которого производится волочение, соответствует определенному расстоянию перемещения клещей от волочильной доски. Для осуществления очередного рабочего хода клещи отводятся назад к волочильной доске.
Аналогичный принцип волочения, в котором протягиваемый металл движется прямолинейно, заложен в уже известных нам волочильных устройствах воротового типа - волочильной скамье, конных воротах и некоторых других. Эти простейшие устройства, не потерявшие своего значения и в первой половине XIX в., явились основой, на которой развивались волочильные механизмы, приведшие к появлению цепного волочильного стана в начале XIX в. В делах Луганского литейного завода найден чертеж цепного волочильного стана для протягивания проволоки от 6 до 50 мм, действовавшего в слесарной мастерской в 1831 г.
Цепные волочильные станы 60-х годов XIX в. были уже оснащены совершенными для своего времени устройствами для захвата металл^. На Адмиралтейских Ижорских заводах (данные 1865 г.) в меднотрубном производстве использовались цепные волочильные станы с литой станиной, оборудованные подвижными каретками (рис. 64).
Все первые из известных цепных клещевых станов имели существенный недостаток — возврат каретки после рабочего хода осуществлялся вручную. В 1899 г. Г .А. Мунц и А.И. Эстбэри предложили приспособление для автоматического возврата каретки цепного клещевого стана, предназначенного для волочения труб, прутков, проволоки и полос. Обратное движение каретки осуществлялось при помощи нагруженного каната, наматываемого на специальный валик.
После введения в схему цепного волочильного стана приспособления для автоматического возврата каретки его конструкция приняла вполне современный вид. Практическое использование цепных волочильных станов с автоматическим возвратом каретки относится к первому десятилетию XX в. Во второй половине XIX в. появились также станы с червячными передачами. Описание такого стана дал в 1878 г. В.С. Кнаббе. Цепь приводилась в движение звездочкой от ременного шкива через червячную пару. Однако ввиду более сложного изготовления передаточного механизма станы с червячной передачей применялись реже.
По мере развития цепных станов непрерывно возрастала их мощность, повышались эксплуатационные характеристики, Длина хода каретки, не превышающая в первой половине XIX в. 4—5 м, увеличилась к концу XIX в. до 10 м. Скорости волочения на цепных станах были небольшими и зависели от их мощности. Более мощные станы имели меньшие скорости. По технологическим соображениям на крупных предприятиях часто устанавливались цепные станы различных мощностей. Например, на Адмиралтейских Ижорских заводах трубная медная заготовка протягивалась последовательно на нескольких цепных станах, каждый из которых отличался от предыдущего скоростью, габаритами и мощностью [17, с. 103—104].
Волочильные гидравлические прессы. Начало практического применения, волочильных гидравлических прессов относится к 60-м годам XIX в, Применявшиеся в то время цепные волочильные станы не обладали достаточной мощностью для волочения стальных труб больших сечений, Поэтому конструкторы стали использовать гидравлику. В 1864 г. в Англии началось производство труб на волочильных гидравлических прессах. Подобный волочильный пресс 60-х годов XIX в. состоял из четырех попарно расположенных гидравлических цилиндров диаметром 330 мм, снабженных поршнями с ходом в 3,6 м. Трубная заготовка помещалась между двумя цилиндрами и прикреплялась к центру поперечины. Рабочее давление сообщалось шестью двухдюймовыми насосами, способными развивать давление 3 т на 1 кв. дюйм, что составляет 800 т на каждую пару поршней. Скорость движения поршней соответствовала скорости волочения и равнялась 0,38 м/мин. Пресс весил 90 т [59].
Мощность описанного волочильного гидравлического пресса была достаточной для волочения стальных труб диаметром от 89 до 455 мм, трубчатых валов и других крупногабаритных изделий.
Волочильные гидравлические прессы, обладая большой мощностью, но низкой производительностью, получили распространение лишь на волочильных заводах (цехах), производящих трубы, полосы и профили больших сечений [17, с, 104].
РАЗВИТИЕ ВОЛОЧИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА
Наблюдавшийся в XIX в. подъем в технике волочения неразрывно связан с весьма важными усовершенствованиями в способах производства волочильного инструмента, с появлением новых материалов для его изготовления. В рассматриваемый период наряду с усовершенствованием волочильного инструмента из углеродистой стали появились волоки из легированных сталей, чугуна и твердых минералов — рубина, сапфира и алмаза.
В проволочном производстве широко использовались волочильные доски. Для изготовления изделий крупных сечений, таких как трубы и толстые прутки, употреблялись волоки с одним или двумя отверстиями, начало распространения которых совпадает с появлением цепных станов и волочильных гидравлических прессов. Огромное значение имело изобретение и быстрое распространение в проволочно-волочильном производстве волок из твердых природных минералов — сапфира, рубина и алмаза. Основным потребителем этих волок были золотоканительные фабрики, предприятия и цехи по производству тонкой проволоки из цветных металлов.
Лучшим материалом для изготовления волочильных досок для протягивания толстой проволоки считалась высокоуглеродистая сырцовая сталь, известная ранее под названием ’’дикой” стали. Из нее изготовлялись двухслойные доски, техника производства которых была известна и в предыдущий период. Волочильные доски для тонкой проволоки делались сплошными (однослойными), закаливаемыми после проковки. К числу таких волок относятся, например, венские волочильные доски, экспортировавшиеся Австрией во многие страны, в том числе и в Россию,
Габариты волочильных досок колебались в широких пределах: от нескольких десятков миллиметров длиной до полуметра и более.
Волочильные доски из легированных сталей, по имеющимся данным, вошли в употребление в 50-60-х годах XIX в. Вначале для этого использовали вольфрамовую сталь, хотя из-за дороговизны металла ее применение было ограниченным. Еще в 1868 г. волочильные доски из вольфрамовой стали были редкостью и имелись лишь на лучших проволочных заводах. К концу XIX в. наряду с вольфрамовой сталью в практику производства волочильного инструмента вошли марганцовистая и хромистая сталь.
Волочильные доски из чугуна (литые волочильные доски) стали распространяться со второй половины XIX в. Начало их промышленного использования положено изобретением в 1860 г. английскими фабрикантами П. Моором старшим и П. Моором младшим способа отливки досок из железа и стали в кокиль с готовыми отверстиями заданного диаметра и профиля. По описанию, волочильные доски предназначены для протягивания проволоки и труб. Способ Мооров применялся главным образом для отливки волочильных досок с крупными отверстиями. В качестве литейного материала использовали твердые сорта чугуна (белый или зеркальный) [52].
До 70—80-х годов XIX в. изготовление волочильных отверстий в стальных досках производилось вручную. Ручное производство волочильных досбк было чрезвычайно трудоемким, требовало большого искусства. Даже при одних и тех же условиях обработки свойства инструмента часто были различны.
В последней трети XIX в. делались попытки механизировать обработку стальных волочильных досок. В 1879 г. В.Р. Лейк предложил станок с механическим приводом для обработки отверстий в волочильных досках. < Однако механические способы обработки стальных волочильных досок 1 не получили в рассматриваемый период значительного распространения. ]
Появление в первой половине XIX в. волок из твердых минералов является одним из важнейших достижений в технике волочения проволоки. В 1819 г. Броке дон (Англия) взял патент на способ волочения проволоки через волоки, изготовленные из твердых минералов — сапфира, рубина и алмаза. Существует мнение, что зарегистрированное Брокедоном изобретение не исключает более раннего использования волок из драгоценных камней. Такая точка зрения, в частности, высказывается француз- [ ским специалистом Бонзелем. О том, что имелись предпосылки для более 1 раннего применения твердых минералов в качестве материала волок, сви-| детельствует и тот факт, что уже в 1704 г. швейцарский механик Де Бофре I изобрел усовершенствованные часовые подшипники, применив для этой j цели твердые просверленные драгоценные камни. В 1456 г. Луи фон Бер- ] ген из Брюгге изобрел способы шлифовки и гранения алмазов [60], I
Известия о появившемся в 1819 г. в Англии новом способе волочения \ тончайшей проволоки через твердые драгоценные камни сразу же прив- 1 пекли внимание фабрикантов и заводчиков. Уже в 1827 г. золотую, серебря- ■ ную и позолоченную проволоку волочили через твердые драгоценные ; камни в Англии и Франции. Эффективность нового способа объясняется ■ высокой твердостью и стойкостью этих минералов на истирание. Просвер- i ливая и полируя камни, Брокедон нашел, что твердость и механическая ] 1741
прочность их различна. Более легко просверливались хризоберил, рубин и сапфир, труднее алмаз. Твердость по шкале Бринелля алмаза 10000, сапфира — 1900. Для предотвращения разрыва камня его вставляли в металлическую оправу. Через волоку из рубина с диаметром отверстия 0,085 мм Брокедон протянул 1216 км (800 англ, миль) серебряной позолоченной проволоки, не обнаружив при этом износа канала волоки.
Волочение через стальную волочильную доску с таким же диаметром отверстия показало, что после протяжки около 3 км проволоки волока выходила из строя. Самые тонкие отверстия удалось просверлить в рубине и сапфире диаметром 0,022 мм.
Первые удачные эксперименты убедили Брокедона в перспективности использования твердых драгоценных камней для волочения всех применявшихся в проволочном производстве металлов (медь, железо, сталь, латунь, серебро и т.д.), о чем он не замедлил оговорить в патенте. Технические основы полирования отверстий в твердых драгоценных камнях, по утверждению автора, заимствованы из обычной практики огранки и полирования камней.
Очень высокая твердость рубинов, сапфиров и особенно алмазов требовала длительной и трудоемкой их обработки сверлением и полированием. Для просверливания отверстий в алмазах, шлифования и полирования волочильного канала применяли алмазный порошок. Первое время сверление и полирование волок осуществлялось вручную. Сверление одного алмаза занимало около трех недель. В 1867 г. Бекман (Германия) предложил станок для автоматического просверливания камней, что в дальнейшем значительно видоизменило этот процесс.
Механические способы сверления и полировки камней привели к широкому распространению в конце XIX в. алмазных волок. Для их изготовления камень разбивали на кусочки нужной величины, сверлили, полировали, затем вставляли в медную оправу и заливали оловом. Полученная таким образом волока (фильера) вставлялась в волокодержатель машины. Диаметры отверстий в алмазных волоках колебались от 0,022—0,04 до 3,0 мм. Алмазные водоки с диаметром отверстия выше 1,0 мм использовались редко из-за высокой стоимости: алмаз весом 1/6 карата стоил 5-6 руб, при весе в 5-6 карат стоимость повышалась до 250—300 руб.
Производство алмазных волок было сосредоточено в Милане (Италия) и в Треву (Франция), где функционировали две большие фильерные фабрики, широко экспортировавшие свою продукцию на мировом рынке 117,с. 116-119].
ГЛАВА 4
ТЕХНИКА ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМВ УСЛОВИЯХ ПЕРЕХОДА ПРОИЗВОДСТВА
К НЕПРЕРЫВНЫМ ПРОЦЕССАМИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ СИСТЕМАМ(70-е годы XIX — вторая половина XX в.)
ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯНАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССАВ МЕТАЛЛУРГИИ И ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
К 70-м годам XIX в. металлургия превратилась в крупнейшую и динамично развивающуюся отрасль тяжелой промышленности. На протяжении второй половины XIX в. потребность в металле непрерывно возрастала под влиянием прогресса машиностроения, интенсивного развития железнодорожного транспорта, судостроения, строительной индустрии. Мировая выплавка стали достигла в 1870 г. 7,65 млн. т и уже через 20 лет, в 1890 г. увеличилась почти в 3 раза, превысив 20,95 млн. т. В последующие годы ее выпуск быстро увеличивался. За период с 1915 по 1929 г. выплавка стали в мире возросла с 80,65 до 121,88 млн. т. Однако затем произошел резкий спад производства в связи с кризисом, охватившим все капиталистические страны. Некоторое оживление металлургической промышленности началось с 1932 г. [1, с. 7; 2, с. 10].
В настоящее время мировая выплавка стали превышает 700 млн. т.
Напомним, что быстрый рост литой стали был вызван крупнейшими тех-; ническими преобразованиями в черной металлургии в результате перехода от традиционных способов получения сварочного железа пудлингованием и кричным переделом к новым, высокопроизводительным способам выплавки литой стали. В 1856 г. английский изобретатель Г. Бессемер предложил переделывать жидкий чугун в литую сталь с помощью продувания через него воздуха в конверторе, а в 1864 г. французский металлург П. Мартен разработал способ получения литой стали в регенеративных пламенных печах. Важное значение имело таки® создание в 1878 г. английским металлургом С. Томасом процесса получения литой стали из жидкого фосфористого чугуна. Бессемеровский, мартеновский и томасовский способы производства литой стали заняли в рассматриваемый период главенствующее положение в черной металлургии. Однако в последние десятилетия текущего столетия мартеновский процесс, как менее экономичный, повсеместно вытесняется быстро прогрессирующим производством литой стали в кислородных конверторах [3, с. 327—328; 4, с. 20].
Важное направление в развитии производства литой стали связано с улучшением качества металла. В последние десятилетия разработаны и широко применяются в промышленности способы переплава стальных электродов, метод электрошлакового переплава, внепечное рафинирование, обработка металла синтетическими шлаками, продувка аргоном и другими инертными 176
газами, вакуумирование и др. В современной металлургической технологии все более широко используются новые способы разливки металла, непрерывное литье, значительно повышающие качество заготовок и ряд других [4, с. 14—15].
Начиная с 70-х годов XIX в. на более высокий уровень поднялась цветная металлургия. Вовлечены в производство практически все известные цветные и редкие металлы, получены многочисленные их сплавы и композиционные материалы, широко применяемые в новейших и традиционных областях техники. С легкими цветными и редкими металлами — алюминием, магнием, титаном, бериллием и их сплавами связаны крупные достижения в области авиационной и ракетно-космической техники [5, с. 12—20].
Непрерывно развивалось производство качественной стали и специальных сплавов на основе железа, к получению которых было приступлено в последней трети XIX в. Их применение в различных отраслях промышленности, подняло на новый уровень машиностроение, все виды транспортной и энергетической техники, производство металлургического оборудования и технологию металлообработки. С качественной металлургией неразрывно связано развитие порошковой металлургии, обеспечившей получение широкой гаммы металлических материалов и полуфабрикатов из них для различных областей новой техники. Благодаря порошковой металлургии стало возможным получение заготовок и изделий из тугоплавких металлов — вольфрама, молибдена, тантала и некоторых других широко применяемых в светотехнической и электровакуумной технике. Исключительно важную роль сыграла порошковая металлургия в создании твердых сплавов, революционизировавших обработку металлов давлением и резанием. Успехи в атомной энергетике, двигателестроении, вычислительной технике, радиоэлектронике, инструментальной промышленности и машиностроении непосредственно связаны с прогрессом в области получения новых материалов, изготовляемых методом порошковой металлургии [6-7].
В 30—50-х годах сформировалось новое направление в металлургии, связанное с получением сверхчистых металлов и вызванное потребностями в них новейших отраслей техники. Глубокая очистка дала возможность выявить действительные свойства металлов, глубже познать их природу и использовать полученные результаты для разработки новых высокопрочных материалов с заранее заданными свойствами [8].
Развитие металлургии и обработки давлением в рассматриваемый период характеризовалось все более усиливающимся воздействием на производство достижений науки. Фундаментальное значение имели выдающиеся работы металлурга Д.К. Чернова, заложившего основы современного металловедения и термической обработки стали [9, с. 62—78].
По мере развития металлургии и машиностроения непрерывно возрастало и возрастает значение в производстве процессов обработки металлов давлением. Большая часть выплавляемых металлов и сплавов используется в технике в деформированном состоянии. Так, в черной металлургии уже в 70—80-х годах XIX в. около 50—60% производимой стали перерабатывалось на прокатных заводах в листы, профили, трубы, полосы и другие полуфабрикаты и изделия. В настоящее время доля катаной стали в разви-
тых странах мира уже достигает 80—87%. Предполагают, что в последующие годы это соотношение будет возрастать [4, с. 6].
С ростом серийного и массового производства в машиностроении и других отраслях возросла роль кузнечно-штамповочного производства. Напомним, что процессы обработки давлением широко применяются для изготовления особо ответственных деталей машин и механизмов. Так, в конструкциях самолетов около 90% деталей кованые, штампованные и прессованные. Современное автомобилестроение потребляет до 85—90% штампованных полуфабрикатов и изделий. В тепловозах доля кованых илистовых штампованных деталей составляет более 60%. В авиационной промышленности 40% титановых сплавов используются в различных областях новой техники и промышленности в виде поковок и штамповок [5, с. 208].
Широкое развитие техники обработки металлов давлением — следствие высокой ее производительности и экономичности в расходовании металла на единицу готовой продукции. По мере создания крупных технических сооружений и машин происходит качественное обновление оборудования для обработки металлов давлением, повышаются его мощности, производительность, создаются автоматизированные и комплексно-механизированные производства, оснащенные электронно-вычислительными системами управления производственными процессами.
Научно-технический прогресс в области обработки металлов давлением неразрывно связан с фундаментальными исследованиями в области теории пластической деформации, у истоков которой стояли многие зарубежные и отечественные ученые и специалисты. Кроме Д.К. Чернова, открывшего ■ впервые в 60-х годах XIX в. линии скольжения в пластически деформируемом металле, аналогичные наблюдения независимо от Д.К. Чернова описал Л. Людерс. В 1867 г. X.Треска показал, что при переходе металла: в пластическое состояние необходимо, чтобы независимо от схемы напря- ’ женного состояния максимальное касательное напряжение, равное полуразности двух главных нормальных напряжений, достигло некоторой критической величины. В 1868 г. он сделал первую попытку применить! для исследования напряженно-деформированного состояния уравнение i О. Коши. Основное положение, высказанное X.Треска, подтвердил в 1871 г.! Б.Сен-Венан. Он также использовал в исследованиях уравнение О. Коши и показал, что для перехода металла в пластическое состояние необходимо, чтобы максимальное касательное напряжение достигло значения, равного пределу текучести металла на растяжение. Среди зарубежных исследователей, внесших весомый вклад в теорию обработки металлов давлением, необходимо особо отметить Г. Закса, Э. Зибеля, А. Надаи, П. Бриджмена.
Таким образом, уже в конце XIX в. были сформулированы основные положения пластической деформации и создан основной математический аппарат, используемый для решения практических задач в наше время.
Среди отечественных ученых проблемой пластичности и обработкой, металлов давлением занимался профессор А.П. Гавриленко. Изданный им в 1897 г. фундаментальный труд "Механическая технология металлов” оказал значительное влияние на развитие теоретических основ пластической деформации металлов.
Дальнейшее развитие теории и практики обработки металлов давлением в нашей стране связано с именами С.Н. Петрова, Н.С. Курнакова, Н.С. Вере-
щагина, А.А. Байкова, В.Е. Грум-Гружимайло, П.С. Истомина, С.И. Губкина, И.М. Павлова, А.А. Бочвара, А.И. Целикова, И.Л. Перлина, А.А. Королева, Н.И. Сведе-Швеца, А.П. Чекмарева, ВЛ. Северденко, Е.П. Унксо- ва, М.В. Сторожева, А.А. Ильюшина, А.Ф. Белова, И.Н. Фридляндера, П.И. Полухина, Н.И. Корнеева и ряда других [5. с. 156—160; 11, с. 8—9].
РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОГОПРОИЗВОДСТВА
МАШИНЫ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ (МОЛОТЫ)
С 70-х годов XIX в. и в течение последующих 50—70 лет в технике кузнечного производства преобладали преимущественно типы и разновидности уже известных паровых, рычажных, пневматических, падающих, пружинных и ременных молотов, описанных в предыдущей главе. В кузнечных цехах больших металлургических и машиностроительных предприятий по-прежнему ведущую роль играли паровые молоты простого и двойного действия. Однако с появлением гидравлических ковочных прессов дальнейшее распространение крупных паровых молотов прекратилось. Так, установленный в 1891 г. на Вифлеемском заводе в США самый мощный в мире 125-тонный паровой молот (рис. 65) вскоре был демонтирован и заменен гидравлическим ковочным прессом [12, 21].
В процессе совершенствования и развития парового молота изобретательская мысль пошла по пути освобождения его от двух основных недостатков — низкого теплового коэффициента полезного действия и сотрясающего удара, опасного не только для зданий, но и для самого молота. Кроме того, уделялось внимание рационализации выполнения отдельных кузнечных операций. В результате были разработаны конструкции бес- шаботных молотов с двусторонним вертикальным или горизонтальным ударами, не требующих громоздких фундаментов и не вызывающих сотрясение зданий. Известны также и другие конструкции усовершенствованных молотов, в которых эти недостатки в той или иной степени были устранены, например в молотах с нижним цилиндром.
По конструкции станин можно выделить два основных типа паровых молотов, применявшихся в производстве — одностанинные и двухстанинные. Одностанинный молот удобен в работе, так как имеет около наковальни больше свободного места. Однако эта конструкция более восприимчива к перекосам и смещению одних частей молота относительно других при сильных ударах. В связи с этим, одностанинные молоты обычно строились небольшой мощности с массой падающих частей до 0,75 т. К числу распространенных одностанинных молотов относится паровой молот двойного действия системы Массея (Англия). В молоте Массея направляющие отсутствуют. Вместо них направляющим для штока с бабой служит сальник. Благодаря простоте и удобству регулировки, а также надежности в эксплуатации молоты системы Массея получили широкое распространение в процессах свободной ковки. Применялись также одностанинные молоты с направляющими системы Ригби. Как правило, в одностанинных молотах делается один общий фундамент для станины и для шабота.
Двухстанинные (или арочные) молоты имели надежные направляющие
Рис. 65. 125-тонный паровой молот Вифлеемской металлургической компании. США. 1891г.
для бабы, обеспечивающие их устойчивую и более надежную работу. Недостаток этих молотов состоит в том, что в связи с наличием двух станин уменьшается площадь рабочего места, что затрудняет работу с крупными заготовками.
Для разрешения этой проблемы конструкторы пошли по пути созда-1 ния так называемых мостовых молотов, у которых паровой цилиндр j располагается на мостовой ферме, поддерживаемой двумя опорами, далеко отстоящими друг от друга.
Двухстанинный молот устанавливают на массивной металлический плите, прикрепляемой к ней болтами. Через отверстие в плите проходит шабот, представляющий стальную отливку, масса которой в 10—15 раз, а у штамповочных молотов в 20—30 раз больше массы бабы. Шабот помещается на бетонном фундаменте, на котором предусмотрена, кроме того, прокладка из деревянных брусьев [13, с. 209-210].
В 30-х годах паровые молоты строились с массой падающих частей от 25 кг до 15тибольше. Высота подъема бабы в зависимости от конструкции и размера молота — от 0,7 до 1,0 м, иногда до 3 м. Число ударов при автоматическом управлении в молотах небольшой мощности доходило до 500 в минуту и в более крупных — от 30 до 150 в минуту.
Важным направлением, связанным с повышением экономичности молотов, явилось использование для привода вместо пара сжатого воздуха, подаваемого в цилиндр от центрального компрессора. Существенный недостаток паровых молотов состоял в большом расходе пара, достигавшего 10 т на 1 т поковок. Именно это обусловило использование для привода молотов небольшой мощности нового энергоносителя — сжатого воздуха. Преимущества состоят в том, что воздух не конденсируется и исключается необходимость постоянно держать котел под паром.
Использование для привода молотов пара и сжатого воздуха внесло коррективы в терминологию, появилось новое понятие — паровоздушные молоты. По определению профессора А.И. Зимина, разработавшего современную классификацию кузнечных машин, к паровоздушным относятся молоты, имеющие паровоздушный привод, состоящий из рабочего цилиндра и распределительных органов, т.е. молоты, работающие паром или сжатым воздухом [14, с. 12].
В рассматриваемый период происходило непрерывное совершенствование приводных молотов: рычажных, фрикционных, пружинных (рессорных) и пневматических. Большую роль в процессе рационализации конструкции молотов имело распространение в первые десятилетия XX в. электрического привода. С появлением электрического двигателя конструкции приводных молотов стали более компактными, удобными в работе, надежными в эксплуатации и более экономичными.
С историей кузнечной техники связаны имена многих зарубежных и отечественных ученых, инженеров и изобретателей, которые своим творчеством способствовали техническому прогрессу в области кузнечной обработки металлов, стремились поставить на новую основу развитие кузнечных машин. Появляются многочисленные изобретения на кузнечные машины, для привода которых применялись принципиально новые энергоносители. Делаются попытки создать так называемые газовые молоты, основанные на принципах действия двигателя внутреннего сгорания. Еще в 1889 г. Пикней взял патент на такой молот. В 1882 г. французский физик М. Депре запатентовал электрический молот, основанный на принципе соленоида. В последней четверти XIX в. было выдано несколько патентов на газовые и электрические молоты. Однако в то время они практического распространения не получили.
В 1923 г. советские ученые Япольский и Костенко предложили конструкцию электрического молота, названного ’’магнитофугальным”. Принцип действия этого молота основан на спрямлении магнитного поля, увлекающего якорь, получающий вместо вращательного движения поступательное. Молот был построен и показал в работе вполне удовлетворительные результаты [15, с. 27].
В 20-х годах быстро распространяется принципиально новый тип ковочных машин — ротационных. В этих машинах рабочий орган совершает вращательное движение вместе с инструментом, воздействующим на заготовку
181
с разных сторон. Они предназначены для обжима и вытяжки прутков и труб в фасонных бойках. Обычно с помощью ротационных машин отковы
ваются изделия, имеющие форму тел вращения. Эти машины незаменимы при горячей обработке тугоплавких металлов, в частности спеченных воль-1 фрамовых заготовок, предназначенных для изготовления проволоки и! нитей ламп накаливания. Производство ротационных машин было широко I поставлено в 20-х годах иностранной фирмой ’’Арно Лоозе”, поставляв- * шей их в другие страны. В 1923 г. несколько ротационных машин посту- 1
пили в нашу страну и использовались для производства вольфрамовой
проволоки в ’’Вольфрамовой лаборатории” кабельного завода им. Т. Баскакова. В конце 20-х годов небольшое производство ротационных ковочных машин было создано в СССР по заказам Государственного электротехнического треста (ГЭТ). Выпускались машины трех размеров, соответствующих определенным диаметрам обрабатываемых вольфрамовых заготовок: № 1 — диаметр 8,0—2,5 мм; № 2 — 2,5—1,75 мм; № 3 — 1,75— 0,95 мм [16].
Следует отметить, что в нашей стране в первые годы Советской власти
металлургическое машиностроение как отрасль еще находилось в стадии
становления и много кузнечных машин ввозилось из-за границы. Лишь
в годы довоенных пятилеток производство кузнечно-прессового оборудования было поставлено на широкую промышленную основу. В начале 1938 г. при Наркомате станкостроения было создано Главное управление
кузнечно-прессового оборудования, в систему которого вошло несколько заводов. В 1940 г. отечественные машиностроительные предприятия выпустили 4,7 тыс. единиц кузнечно-прессового оборудования. В 1967 г. их выпуск достиг 41 тыс. и в 1985 г. — 52,7 тыс. единиц [17, с. 106—113].
В последние десятилетия отечественная машиностроительная промышленность сделала большой шаг вперед в создании новых типов штамповоч
ных молотов, успешно эксплуатирующихся на многих предприятиях нашей страны, в том числе в системе авиационной и автомобильной промышленности. Так, Новокраматорский машиностроительный завод (НКМЗ) с 1958 г. выпускает молоты с массой падающих частей 16 и 25 т. Широкое’ распространение получил 16-тонный паровоздушный штамповочный молоту МПЧ (рис. 66). Советские ученые и конструкторы решили целый ряд слож-; ных проблем, связанных с усовершенствованием конструкций молотов и созданием новых их типов. Проведены, в частности, большие работы по изысканию рациональных конструкций вибрационных фундаментов шабот- ных молотов большой мощности. Так, успешно решена проблема создания виброизолированного фундамента самого крупного паровоздушного, штамповочного молота МПЧ с массой падающих частей 25 т. Этот молот ] имеет скорость подвижных частей не 7, а 6 м/с, в связи с чем для обес-1 печения энергии удара 617 400 Дж масса бабы увеличена до 35 т. При этом снижены напряжения в штоке и бабе и уменьшен диаметр цилиндра] [5, с. 217]. |
Непрерывно повышающиеся требования к точности крупногабаритным горячештампованных полуфабрикатов и изделий стимулируют развитие мощных бесшаботных молотов. В европейской промышленности зксплуаИ тируются бесшаботные молоты с эффективной энергией удара 980 0008 787 000 и 490 000 Дж. В США по лицензии фирмы ’’Беше” фирмой ”ЛеЧ 182 1
Рис. 66. Паровоздушный штамповочный молот МПЧ с массой падающих частей 16 т НКМЗ.
Диш” построен бесшаботный молот с энергией удара 13 5 2400Дж. Этот молот позволяет штамповать изделия для авиации массой до 15 т.
В СССР ВНИИметмашем совместно с НКМЗ спроектирован и изготовлен в 1975 г. самый крупный в мире бесшаботный молот с энергией удара 1470000 Дж. О грандиозности этого молота говорят следующие его технические данные: высота над полом 12 м, масса верхней бабы 140 т, масса нижней бабы 150 т, суммарный ход баб 2000 мм, расстояние между направляющими станинами 2200 мм, длина баб 3700 мм, давление энергоносителя 11 атм, число ходов в минуту 30 [5, с. 220].
МАШИНЫ СТАТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ (ПРЕССЫ)
По мере прогресса машиностроения в металлообрабатывающих производствах непрерывно возрастала роль кузнечно-прессовых машин. Наряду с молотами они все более широко применялись в технологии объемной и } листовой штамповки. Удельный вес процессов объемной и листовой штам- I повки резко возрос с конца 40—50-х годов XX в. под влиянием развития | серийного и массового производства в машиностроении. Технический про-1 гресс в автомобилестроении, приборостроении, самолетостроении, судо-1 строении и многих других отраслях промышленности неразрывно связан! с широким распространением в машиностроении прессовых кузнечных! машин, поднявших процессы объемной и листовой штамповки на более! высокий уровень. Распространение штамповки повысило эффективность Я производства по сравнению со свободной ковкой не только за счет увели-1 чения производительности, но и благодаря значительной экономии металла. Я
Штампованные детали изготовляются с гораздо меньшими (в 2—3 раза) ] припусками на последующую обработку по сравнению с коваными. !
Следует подчеркнуть, что известные в 70—80-х годах XIX в. основные типы кузнечно-прессовых машин на новой технической основе продолжали распространяться и в рассматриваемый период. Основные из них — прессы гидравлические, большая группа механических прессов, к которым относятся различные конструкции кривошипных, винтовых и фрикционных Л машин, а также прессы гидромеханические.I
Прогресс в машиностроении непрерывно стимулировал развитие кузнеч- Я но-прессового оборудования — росли производительность, надежность и® мощность машин.*
Особенно крупные достижения были сделаны в развитии гидравлических прессов. К концу 20-х — началу 30-х годов в Германии и некоторых других странах создаются новые конструкции тяжелых гидравлических штамповочных прессов. В 1930 г. там был построен самый крупный по тому времени гидравлический штамповочный пресс усилием 6300 тс (61,8 МП) для изготовления авиационных деталей из легких сплавов. В 1931 г. в Германии сооружаются два штамповочных пресса усилием по 15000тс (147 МН), которые применялись накануне и в годы второй мировой войны. В 1939 г. французские машиностроители создали гидравлический штамповочный пресс усилием 20000 тсХ196 МН).|
В СССР в предвоенные годы велись работы по проектированию несколь-1 к их мощных гидравлических штамповочных прессов. Одновременно в 1 Германии в 1939 г. был сделан заказ на пресс усилием 10000 тс (98 МН) 1 для получения штамповок из алюминиевых сплавов. Однако Великая | Отечественная война помешала этим планам [5, т. 1, с. 224].|
Как и в первых конструкциях гидравлические штамповочные прессы | выпускались преимущественно вертикального типа. Из значительных! технических усовершенствований, повысивших эффективность гидравли- я ческих прессов, необходимо отметить введение в схему привода так на-! зываемого мультипликатора (от латинского — умножающий, увеличи-1 вающий). В качестве мультипликатора служил паровой цилиндр, уста-■ навливаемый в верхней части пресса, поршень которого посредством! штока соединялся с гидравлическим цилиндром. Чтобы произвести нажа- ■
тие на поковку, в верхнюю часть мультипликатора впускался пар под давлением 6-10 ат. За счет введения мультипликатора можно было довести рабочее давление до 600 ат. Прессы, оснащенные мультипликаторами, получили название парогидравлических. В результате введения мультипликатора снизилась стоимость установки парогидравлического пресса по сравнению с чисто гидравлическими, оснащенными насосами и аккумуляторами высокого давления. Однако эксплуатация парогидравлических прессов сопряжена с большим расходом пара. У гидравлического пресса с насосным приводом в отличие от парогидравлического имеется возможность осуществлять непрерывный рабочий ход. У гидравлического пресса с аккумулятором подводящая воду гидравлическая сеть постоянно находится под высоким давлением (от 200 до 350 ат). Установка же с мультипликатором имеет сравнительно короткую сеть, которая находится под давлением лишь во время рабочего хода. В связи с этим стало возможным увеличить давление воды до 400—600 ат. Столь высокое давление позволило значительно уменьшить диаметр рабочих цилиндров у парогидравлических прессов, сделав их более компактными и дешевыми [11, с. 156; 13, с. 216—218].
Широкое распространение гидравлических штамповочных прессов сопровождалось совершенствованием производства, повышением точности и качества штамповок, экономией металла. К середине 40-х годов применявшаяся ранее свободная ковка под паровыми молотами стала быстро вытесняться штамповкой на гидравлических прессах. К 1945 г. ряд крупных советских машиностроительных заводов перешел на технологию штамповки вагонных и паровозных осей на гидравлических прессах вместо существовавшей ранее технологии изготовления их способом свободной ковки. В некоторых кузнечно-прессовых цехах, оборудованных мощными ковочными гидравлическими прессами, стали изготовлять штамповкой шестиколенчатые валы и другие виды изделий.
В середине 30-х годов советские металлурги и машиностроители освоили производство цельно штампованных вагонных колес диаметром 950 и 1050 мм из стальных заготовок массой 2750 кг. По старой технологии отковывались отдельно колесные центры и бандажи с последующей их горячей посадкой на обод колесных центров [17, с. 109—110].
Следует отметить, что на вновь созданных в 30-х годах советских машиностроительных заводах существовали крупные и технически хорошо оснащенные преимущественно современным прессовым оборудованием цехи. Много кузнечно-прессовых машин СССР импортировал из-за границы. На автомобильных и тракторных заводах в 30-х годах применялась высокопроизводительная горячая штамповка в многоручьевых штампах. Широкое распространение в автомобильной, тракторной, вагоностроительной, судостроительной, приборостроительной, авиационной и других отраслях промышленности получила листовая холодная штамповка. Листовой штамповкой изготовлялось более 60% деталей для некоторых марок автомашин. Кроме того, в довоенные годы впервые на советских заводах распространяется крупногабаритная листовая штамповка [20, с. 110].
Всевозрастающая потребность в крупногабаритных штамповках неустанно стимулировала деятельность научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций во многих странах. Одним из крупных маши-
ностроительных предприятий, специализирующихся на выпуске кузнечно- | прессового оборудования, была германская фирма ’’Шлеман”. В 1940 r.J эта фирма изготавливает для производства крупногабаритных штамповок" ■ из легких сплавов четыре мощных штамповочных гидравлических пресса усилием 147 МН, а в 1942 г. завершает монтаж штамповочного гидравлического пресса усилием 294 МН. Фирма ’’Шлеман” имела давние традиции в выпуске мощного прессового оборудования. Изотовленный ею пресс усилием 147 МН в основе своей повторял конструкцию уже применявшихся до этого гидравлических прессов, предназначавшихся для ковки тяжеловесных стальных слитков. Новый пресс был выполнен четырехколонным с базовыми деталями в виде цельных или составных отливок большой массы. Другой уже упомянутый штамповочный пресс усилием 294 МН представлял восьмиколонную конструкцию. Основание и поперечины были собраны из массивных стальных литых балок. Известными производителями мощных штамповочных гидравлических прессов были фирмы - ’’Места”, ’’Юнайтед”, ’’Леви” [5, т. 2, с. 209-210].
Советские металлурги разработали и применили в годы Великой Отечественной войны технологические процессы, связанные со штамповкой на вертикальных универсальных гидравлических прессах таких крупногабаритных поковок, как лопасти воздушных винтов, носков, картеров авиационных двигателей, крыльчаток с двусторонним оребрением и др.
Вторая половина XX в., характеризующаяся мощным воздействием достижений научно-технической революции на все сферы материального производства, одной из первых отраслей затронула металлургическое машиностроение и, в частности, производство кузнечно-прессового обо- । рудования.Д
Крупнейшие сдвиги произошли в проектировании и сооружении мощ- j ных гидравлических прессов, которые, в свою очередь, дали большой импульс прогрессу металлургической и машиностроительной технологии. Создание сверхмощных гидравлических кузнечно-прессовых машин с полным правом может быть отнесено к крупнейшим достижениям XX века.
В 50-х годах наша промышленность приступила к созданию уникальных комплексов мощных гидравлических штамповочных прессов. Работы на стадии проектных заданий и координации деятельности научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций координировались Всесоюзным научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом металлургического машиностроения (ВНИИметмаш). Большой вклад в создание мощного гидропрессового оборудования внесли Новокраматорский машиностроительный завод и Уральский завод тяжелого машиностроения. Детищем Уральского завода явились два гидравлических пресса усилием 294 МН, изготовленные в 1950-х гг. В 1960 г. Новокраматорский завод построил уникальные штамповочные гидравлические прессы усилием 735 МН (рис. 67). Изготовление самых мощных в мире прессов усилием 735 МН по обычной колонной схеме с цельнокованными цилиндрами и собранных из литых элементов поперечин и оснований не представлялось возможным. Машиностроители применили принципиально новую технологию соединения основных элементов пресса: станина и поперечины были собраны из катаных и кованых плит, соединенных элек-
Рис. 67. Гидравлический пресс усилием 735 МН (75000 тс) Новокраматорского ма- широстроительного завода.
трошлаковой сваркой. Не менее 65% массы деталей были выполнены из проката [5,т. 2, с. 212, 214].
Советский Союз по производству сверхмощного прессового оборудования добился огромных успехов, до сих пор занимая в этой области металлургического машиностроения передовые позиции. В 1967 г. наша страна принимала участие в Международной выставке на 27-м парижском авиационном салоне, где демонстрировался в диапозитивном изображении советский вертикально-штамповочный пресс усилием 735 МН. Здесь же были выставлены образцы крупногабаритных штамповок силовых балок, 187
Рис. 68. Гидравлический пресс в комплекте с индукционной нагревательной печью.
подмоторных рам, кронштейнов, изготовленных на этом прессе из сплава В93. Французский журнал ’’Металлургический бюллетень” 6 июня 1967 г. отмечал, что Советский металлургический павильон на парижской выставке производит необычайно сильное впечатление, что он охватывает широкий ассортимент полуфабрикатов из сплавов титана, алюминия, хрома, ниобия и молибдена. По размерам полуфабрикатов русские значительно ушли вперед [5, т. 2, с. 375].
В 1976 г. Новокраматорский машиностроительный завод изготовил по заказу Франции гидравлический пресс усилием 637 МН, в котором были учтены внесенные ВНИИметмашем некоторые усовершенствования, обеспечившие большую жесткость конструкии по сравнению с прессами усилием 735 МН. Пресс был установлен на заводе в г. Иссуаре и в июне 1977 г. выдал первую продукцию [5, т. 2, с. 383].
В системе металлургических производств непрерывно возрастало значение процесса прессования металлов экструдированием. Выше было показано, что в XIX в. уже были известны прямой и обратный способы прессования путем выдавливания металла из контейнера через отверстие матрицы. В основу процесса положено свойство металла повышать пластичность при высоком гидростатическом давлении. С созданием в 1894 г. А. Диком экструзионного гидравлического пресса высокого давления процесс прессования начал быстро распространяться на предприятиях цветной металлургии. Прессование стали применять для обработки пластичных металлов и сплавов — меди, латуни, алюминия и его сплавов, магния и его сплавов, медно-никелевых сплавов, алюминиевых бронз, олова, свинца и др. В последние десятилетия прессование является составной частью, технологических процессов, связанных с обработкой титана,
бериллия и их сплавов, разнообразных новых легких и специальных сплавов. Процесс прессования через матрицу оказался наиболее экономичным и технологически рациональным для получения широкого сортамента профилей, прутков, проволоки и труб из цветных металлов, обеспечивая в то же время, достаточно высокую точность размеров прессованных изделий ( ± 0,3 мм и менее). По мере распространения в производстве новых металлов и сплавов совершенствовалась и обновлялась технология прессования. Наряду с холодным прессованием большое развитие получило горячее прессование трудно деформируемых металлов (рис. 68).
В процессе развития прессового производства перед учеными и конструкторами непрерывно ставились задачи, связанные с созданием новых видов прессов. Наряду с широкораспространенными горизонтальными прессами конструкции Дика, в производстве стали применяться вертикальные гидравлические прессы. По мощности они значительно уступают горизонтальным гидравлическим прессам и более сложны в эксплуатации. Однако вертикальные прессы имеют свои неоспоримые преимущества: низкая стоимость; занимают меньшую площадь; возможность изготовлять трубы с минимальной разностенностью и малого диаметра; большая производительность; меньшие отходы [11, с. 98].
Гидравлические экструзионные прессы сыграли большую роль в совершенствовании некоторых технологических процессов, связанных, в частности, с получением высококачественных труб и некоторых других изделий (использование в прокатке и волочении взамен литых прессованных заготовок, приближающихся по форме и размерам к готовым изделиям).
В первых десятилетиях XX в. прессование на гидравлических прессах получило широкое распространение в промышленности.
В нашей стране гидравлические прессы впервые появились в начале 20-х годов на заводе ’’Красный выборжец” в Ленинграде и затем на Коль- чугинском заводе по обработке цветных металлов. В 1923—1924 гг. на заводе ’’Красный выборжец” был установлен 1000-тонный гидравлический пресс ’’Дика”, на котором изготовляли из алюминия прутки и фасонные профили, а также трубные заготовки длиной 2 м и диаметром 2X3 дюйма (50,8X76,2 мм). Это были первые в нашей стране опыты по получению заготовок для труб прессованием. О своих производственных достижениях металлурги завода сообщили 8 ноября 1923 г. Высшему Совету Народного хозяйства [5, т. 1, с. 92, 95].
В последние десятилетия процесс прессования широко применяется также для обработки труднодеформируемых металлов и сплавов — сталей, титановых сплавов, вольфрама и молибдена. Прессованием получают сплошные профили с площадью сечения 0,3—1500 см2, круглые прутки диаметром 0,6—60 см и трубы диаметром 0,8-120 см и, кроме того, ряд других полуфабрикатов и изделий.
НОВЫЕ СПОСОБЫ И МАШИНЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
Достижения науки и техники второй половины XX в. обусловили успешное применение в кузнечно-штамповочном производстве принципиально новых технологических способов, основанных на деформации обрабатываемого тела путем приложения к нему высокого всестороннего давления
жидкости или газа. Появление новых способов обработки связано с общим ’ научно-техническим прогрессом, качественными сдвигами в области машиностроения, предъявившего спрос на. новые изделия из труднодеформируе- мых материалов. К их числу относится большая группа жаропрочных и j высоколегированных сталей, сплавов тугоплавких металлов — вольфра- 1 ма, молибдена, титана и др. Новые способы распространились и на область j порошковой металлургии, обеспечивающей получение монолитных, бес-1 пористых материалов и изделий из них.’
Проблемой использования высоких давлений в науке и технике ученые и специалисты заинтересовались еще в конце XIX — начале XX в. Именно в этот период в ряде стран начались исследования свойств жидкости и газов при высоких давлениях и температурах, эффекта высокого всестороннего давления на твердое тело. В 30-40-х годах делаются практические шаги | по созданию камер высокого давления, разработке методов и приборов для j измерения высоких давлений, изучения свойств многих твердых тел в ] состоянии высокой плотности. Создаются камеры высокого давления, 3 позволившие вести исследования при давлениях до 100 тыс. кг/см2.|
Крупный вклад в развитие физики и техники высоких давлений внес 1 американский ученый П.У. Бриджмен. В 1946 г. за усовершенствование 1 методов получения высоких давлений, исследования свойств различных ’ материалов в десятки и сотни тысяч атмосфер ему была присуждена Нобе- - левская премия. Проблемой высоких давлений занимались и многие другие специалисты.
В СССР работы в области физики высоких давлений велись в довоенные годы в ряде лабораторий и научно-исследовательских институтов. На их 1 основе в составе Академии наук в 1954 г. была создана Лаборатория высоких давлений, возглавляемая профессором, впоследствии академиком Л.Ф. Верещагиным. В 1958 г. на основе Лаборатории создается Институт физики высоких давлений АН СССР, разработавший большой комплекс научно-технических проблем, связанных с созданием сверхмощного оборудования и исследованиями физических свойств твердых тел при высоких давлениях. За цикл работ в области физики высоких давлений, в частности за разработку методов измерений деформации твердых тел, скорости звука и других исследований, Л.Ф. Верещагин в 1952 г. был удостоен Государственной премии, а в 1961 г. — Ленинской премии (в 1960 г. под его руководством впервые в нашей стране получены синтетические алмазы).
Эти и другие работы положили начало развитию техники высоких давлений, применению результатов исследований в различных отраслях промышленности, одной из которых стало кузнечно-штамповочное производство.
В результате, металлургическая технология пополнилась новыми машинами — гидростатами, газостатами и гидростатическими прессами. По оценкам академика А.И. Целикова, гидростаты и газостаты перспективны в порошковой металлургии для получения различных металлов и сплавов повышенного качества, а гидростатические (гидроэкструзионные) прессы — для получения изделий из металлов и сплавов с пониженными пластическими свойствами.
Гидростаты и газостаты представляют камеры или контейнеры, в которых процесс деформации обрабатываемого тела осуществляется в резуль- 190
тате приложения к нему высокого всестороннего давления жидкости или газа (процесс гидро- или газопрессования). Большое преимущество обработки порошков металлов в гидростатах или газостатах состоит в резком повышении скорости кристаллизации при переходе металла из жидкого состояния в твердое. В настоящее время этот способ широко применяется в производстве быстрорежущих и жаропрочных сталей, а также изделий из твердых сплавов. Способ реализован в производстве на основании исследовательских и опытно-экспериментальных работ, проведенных во ВНИИ- метмаше коллективом ученых, во главе с Б.В. Розановым. Изготовление нового оборудования начал в содружестве с ВНИИметмашем Коломенский станкостроительный завод. Машины рассчитаны на давление в камерах от 2000 до 10 000 кгс/см2. Размеры камер гидростатов и газостатов: диаметр от 150 до 415 мм, длина от 500 мм и более. Применение гидростатов и газостатов оказалось также эффективным для залечивания усталостных микротрещин деталей машин, срок ресурса которых близок к концу.
К процессу гидростатического прессования изобретательская мысль обратилась еще в 30-х годах XX в. В 50-х годах коллектив ВНИИметмаша, используя первые опыты советского инженера Курневича, а также исследования Бриджмена и Верещагина, разработал конструкции гидростатических прессов. Эти машины, созданные ВНИИметмашем совместно с Ижорским машиностроительным и Коломенским станкостроительным заводами, рассчитаны на рабочее давление в контейнере до 20 000 кгс/см2 и общее осевое усилие от 250 до 1600 тс. Способом гидропрессования получают прутки, профили, а также детали, имеющие форму тел вращения из металлов с низкими пластическими свойствами [4, с. 137—140].
В последние десятилетия в технике все более широко применяются способы взрывного штампования и электромагнитной формовки.
При взрывном штамповании возникающая при сгорании заряда взрывчатого вещества ударная волна деформирует заготовку, придавая ей форму сопряженной с ней матрицы. Впервые процесс взрывного штампования был предложен в 1940-х годах в Харьковском авиационном институте и с 50-х годов стал широко применяться в производстве крупногабаритных деталей ракет и самолетов. В качестве передающей среды здесь применяют жидкость или газ. Существуют установки для взрывного штампования в атмосфере разреженного газа и в вакуумной камере. Установка состоит из углубленного в землю железобетонного, облицованного металлом бассейна с водой. В него полностью погружается матрица с помещенным над ней зарядом. Матрица обычно изготавливается из мягких сталей, алюминия и даже пластмасс. В момент взрыва заготовка силой ударной волны принимает форму матрицы. Взрывное штампование позволяет * снизить трудоемкость изготовления деталей по сравнению со штампованием на прессах до 10 раз.
Сущность электромагнитной формовки состоит в деформировании заготовок силами, возникающими при взаимодействии электромагнитных полей, образующихся в результате разряда мощной конденсаторной батареи. Существует, кроме того, так называемая электрогидравлическая штамповка, представляющая разновидность штамповки электромагнитной. В электрогидравлической штамповке ударная волна создается жидкостью в результате электрического разряда.
РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА |
В рассматриваемый период развитие техники прокатного производства отличалось динамичностью, совершенствованием известных типов прокатных станов, расширением их номенклатуры, повышением скоростных параметров.
Стремление повысить эффективность технологии прокатного производства диктовало необходимость дальнейшего развития систем прокатных станов на основе наиболее рационального размещения в них рабочих клетей. Эта задача решалась с учетом назначения стана, числа проходов металла между валками и заданной производительности.
Кроме известных ранее одноклетевых, линейных, сдвоенных, ступенчатых и непрерывных прокатных станов, уже описанных в предыдущей главе, в рассматриваемый период получили распространение также новые, более сложные системы станов: полунепрерывные; с последовательным ("кросс-коунтри”) и шахматным расположением рабочих клетей [18—24].
Непрерывно совершенствовались на новой технической основе системы одноклетевых станов дуо и трио, воплощенные в различных типах блюмингов, слабянгов, станах для холодной прокатки листов, лент, труб, занимающих до сих пор важное место в различных областях прокатного производства. Не потеряли своей актуальности станы линейные, служащие для прокатки заготовки, сутунки, листового, фасонного и сортового металла [18, с. 144]. Продолжалось дальнейшее развитие сдвоенных прокатных станов с расположенными друг за другом клетями, каждой из которых придается заданная скорость прокатки. Многократно возросла роль прокатных станов со ступенчатым расположением прокатных линий, появившихся еще в последней трети XIX в. и применяемых в проволочно-прокатном производстве (система Гаррета). Широчайшее распространение получили в процессах горячей прокатки заготовки, листового, полосового, сортового металла и другой продукции непрерывные прокатные станы. Развивались различные конструкции полунепрерывных прокатных станов, отличающихся наличием в схеме непрерывной обжимной или черновой групп, соединенных с чистовой группой станов линейного типа. Полунепрерывные станы эффективны для прокатки изделий сложного профиля. В этом случае непрерывная прокатка осуществляется в обжимных и черновых клетях, а предчистовые и чистовые клети располагаются в одну или несколько линий.
В последние десятилетия возросла роль "последовательных прокатных станов”, называемых также станами ’’кросс-коунтри”, состоящих из системы полунепрерывных сорговых станов. Прокатка на этих станах происходит в процессе движения полосы по зигзагообразной линии. При этом полоса периодически во время обратного пути движется параллельно, но в противоположном направлении. Рациональная компоновка станов позволяет уменьшить длину прокатного цеха. Иногда в полунепрерывные станы этого типа кроме клетей дуо вводятся и клети трио.. Передача прокатываемой полосы от одной линии к другой осуществляется с помощью рольгангов с косорасположенными роликами. Система кросс- коунтри ведет начало от станов, применявшихся в Англии с 70-х годов XIX в. [18, с. 16].
Видь све]
Рис. 70. Прокатный стан трио ко
Зак. 232
Начавшееся в первые десятилетия XX в. широкое распространение электрического привода революционизировало развитие техники прокат- - К и металлов. Электрический двигатель открыл широчайшие перспективы 13- Зак. 232
роизводства тов прокат, скоростныхо про ИЗВОД- прокатных абочих кде- эдов метал-х, ступенча- 1дущей гла- сже новые, звательным й [18-24]. ве системы ах блюмин- 5, занимаю- юго произ- жащие для го металла прокатных [3 которых )ль прокат- явившихся прокатном ! получили )ГО, сорто- ы. Развива- нов, отли- вой групп, шепрерыв- ля. В этом черновых у или не-трокатных х из систе- нах проис- При этом раллельно, к а становроизводства тов прокат, скоростныхо про ИЗВОД- прокатных абочих кде- эдов метал-х, ступенча- 1дущей гла- сже новые, звательным й [18-24]. ве системы ах блюмин- 5, занимаю- юго произ- жащие для го металла прокатных [3 которых )ль прокат- явившихся прокатном ! получили )ГО, сорто- ы. Развива- нов, отли- вой групп, шепрерыв- ля. В этом черновых у или не-трокатных х из систе- нах проис- При этом раллельно, к а становВидъ сверху.Видъ сверху.Рис. 70. Прокатный стан трио конца XIX - начала 20-х годов XIX в.Рис. 70. Прокатный стан трио конца XIX - начала 20-х годов XIX в.непрерыв- . Передача зтся с пома кросс- '0-х годовнепрерыв- . Передача зтся с пома кросс- '0-х годов
роизводства тов прокат, скоростных
о про ИЗВОД- прокатных абочих кде- эдов метал-
х, ступенча- 1дущей гла- сже новые, звательным й [18-24]. ве системы ах блюмин- 5, занимаю- юго произ- жащие для го металла прокатных [3 которых )ль прокат- явившихся прокатном ! получили )ГО, сорто- ы. Развива- нов, отли- вой групп, шепрерыв- ля. В этом черновых у или не-
трокатных х из систе- нах проис- При этом раллельно, к а станов
роизводства тов прокат, скоростных
о про ИЗВОД- прокатных абочих кде- эдов метал-
х, ступенча- 1дущей гла- сже новые, звательным й [18-24]. ве системы ах блюмин- 5, занимаю- юго произ- жащие для го металла прокатных [3 которых )ль прокат- явившихся прокатном ! получили )ГО, сорто- ы. Развива- нов, отли- вой групп, шепрерыв- ля. В этом черновых у или не-
трокатных х из систе- нах проис- При этом раллельно, к а станов
Видъ сверху.
Видъ сверху.
Рис. 70. Прокатный стан трио конца XIX - начала 20-х годов XIX в.
Рис. 70. Прокатный стан трио конца XIX - начала 20-х годов XIX в.
непрерыв- . Передача зтся с пома кросс- '0-х годов
непрерыв- . Передача зтся с пома кросс- '0-х годов
Зак. 232
Начавшееся в первые десятилетия XX в. широкое распространение ■Электрического привода революционизировало развитие техники прокатки Металлов. Электрический двигатель открыл широчайшие перспективы 13- Зак. 232 193
В расе отличал ос ных стан параметре
Стрему, ства дик: станов н; гей. Эта з ла между
Кроме тых и нег ве, в рас более слс (”кросс-к
Непрер одноклете гов, слабя щих до а водства. I прокатки [18, с. Р станов с придается ных стано] еще в пос произволе в процесс в ого метау лись разлр чающихся соединенш ные станы случае неп клетях, а СКОЛЬКО Л$
В после станов”, ш мы полунс ходит в П] полоса пе] но в npoi позволяет ные станы прокатывае мощью ро__
-Nvw^uviivav/iwnnDUvm pvjinJXtlMn. VHClCMa KpOCU'
коунтри ведет начало от станов, применявшихся в Англии с 70-х годов XIX в. [18, с. 16].
К числу сравнительно новых видов прокатного оборудования относятся "шахматные станы”, число рабочих клетей у которых соответствует количеству проходов для прокатки. В процессе прокатки металл проходит через валки каждой клети только один раз. Скорость прокатки увеличивается по мере роста длины полуфабриката. Расположение значительной части рабочих клетей в шахматном порядке дает определенные экономические выгоды, позволяя экономить производственные площади. Шахматные станы получили широкое распространение как в черновых, так и в чистовых линиях. Особенность прокатки на шахматных станах состоит в том, что заготовка поступает в следующую клеть лишь после выхода ее из предыдущей клети. Подача металла из клети в клеть происходит автоматически благодаря косому расположению роликов в передней части рольганга.
В процессе создания и совершенствования указанньтх выше систем прокатных станов, металлургам-технологам и конструкторам прокатного оборудования приходилось решать множество сложных научно- технических проблем. Одна из них состояла в совершенствовании и создании новых систем привода, отвечающих технико-технологическим условиям бурно развивающегося прокатного производства.
К концу XIX в. в прокатном производстве широко применялись различные системы привода, основанные на использовании паровых машин и механических устройств, передающих движение от двигателя к прокатным станам. Появившаяся в 60-х годах XIX в. дуо-реверсивная паро- зая машина, использованная Дж. Рамсботтомом для привода валков прокатного стана, о которой упоминалось ранее, дала большой стимул дальнейшему развитию различных систем станов реверсивного типа. Однако это лишь была часть проблем, которые приходилось решать специалистам в процессе развития техники прокатного производства. С усложнением схем и конструкций прокатных станов, связанных, в частности, с удаленностью рабочих клетей и отдельных линий от общего парового двигателя, соответственно возникали трудности передачи им энергии. Наиболее распространенным был групповой привод, основанный на передаче энергии от двигателя к прокатным станам посредством ременных и канатных передач. Для выравнивания хода неравномерно нагруженного двигателя на его валу обычно устанавливалось маховое колесо, снабженное тяжелым ободом. Нередко оно одновременно служило и ведущим шкивом, связанным ременной или канатной передачей со шкивом шестеренной клети прокатного стана. Сообщенная маховику во время ускорения хода машины кинетическая энергия расходовалась на все остальное время работы стана для более плавного и равномерного его действия. Маховик стал обязательной принадлежностью крупных нереверсивных (иногда реверсивных) станов дуо и станов трио, имею- Шх постоянное направление вращения валков. Важное преимущество станов с маховиком — возможность использования для привода нереверсивных прокатных станов менее мощных по сравнению с реверсивными станами двигателей.
Начавшееся в первые десятилетия XX в. широкое распространение электрического привода революционизировало развитие техники прокатки металлов. Электрический двигатель открыл широчайшие перспективы 13-Зак. 232 193
Р и с. 6 9. Общий вид блюминга. 193 0-е годы.Р и с. 6 9. Общий вид блюминга. 193 0-е годы.
Р и с. 6 9. Общий вид блюминга. 193 0-е годы.
Р и с. 6 9. Общий вид блюминга. 193 0-е годы.
для дальнейшего прогресса прокатных станов, повышения их мощности, надежности, компактности и экономичности. Важнейшая положительная особенность электропривода — плавность включения и быстродействие. Электрический привод дал возможность точно регулировать скорости прокатных валков в отдельных клетях, определяемые технологией производства, а также создать станы с автоматизированным управлением.
Основные части прокатного стана — рабочая клеть и привод постоянно были объектом изобретательской деятельности металлургов и конструкторов. Наиболее сложные технические проблемы приходилось решать при проектировании и создании крупных обжимных (блюминги, слябинги) и сортовых прокатных станов, требующих мощных двигателей, массивных передаточных механизмов, надежньгх в эксплуатации рабочих клетей, а также комплекса устройств, обеспечивающих подъем, транспортировку и кантовку слитков и заготовок в процессе прокатки [25—26].
Для избежания потерь энергии при передаче ее от главного двигателя к валкам прокатного стана решалась проблема максимального приближения его к двигателю. В условиях группового парового привода, значительная часть энергии терялась в ременной и канатной передачах и, кроме того, в шестеренных клетях, помещаемых между валом ведущего шкива передачи и прокатным станом. Каждая шестерня соединялась посредством шпинделей с соответствующим валком прокатного стана. Подобная система привода была характерна не только для прокатных станов дуо, оснащенных двухшестеренной клетью и двумя шпинделями, но и для станов трио, оборудованных трехшеогеренной клетью и таким же числом соединительных шпинделей (рис. 69).
Лишь с появлением электрического привода удалось упростить и сделать более рациональным и экономичным привод прокатного стана. Двигатель был приближен к стану и значительно повысил его технико-экономические показатели. Впервые электрический двигатель для привода валков прокатного стана был успешно применен в 1897 г. в Германии. В самом начале XX в. в ряде стран развернулись работы, связанные с использованием в прокатных станах реверсивных электрических двигателей. В 1902 г. К. Ильчнер создал дуо-реверсивный прокатный стан с электрическим реверсивным приводом, показавшим его большие преимущества перед существовавшими до этого системами с паровыми двигателями. В 1906 г. прокатный стан с реверсивным электрическим двигателем создается на заводе в г.Тршинец (современная Чехословакия). С этого времени начинается широкое распространение электрического привода в технике прокатного производства. Вплоть до 20-х годов текущего столетия основным был привод, состоящий из одного электрического двигателя, который посредством главной соединительной муфты приводил в движение шестеренную клеть. Эта система до сих пор широко применяется для привода Различных типов прокатных станов. В станах дуо движение обычно сообщается нижней шестерне, а в клетях трио — средней или нижней шестерне. Последние в свою очередь связаны соединительными шпинделями с универ- сальными головками — трефами валков прокатного стана (имеют кресто- °браэные концы). В прокатных станах с поднимающимся верхним валком Используются хорошо известные еще в первой половине XIX в. конструк- Щ$и длинных шпинделей универсально-шарнирного типа [19, с. 10].
Наиболее прогрессивной системой привода рабочих валков, получивших широкое распространение в современных прокатных станах, стал привод, в котором каждый валок приводится в действие индивидуальным электродвигателем.
Заметим, что этот принцип был известен еще в начале XVIII в. и применялся на вододействующих заводах, где каждый рабочий валок прокатного стана приводился в действие от самостоятельного гидравлического колеса. Аналогичный вододействующий дуо-прокатный стан построил известный шведский металлург К. Полем в первой трети XVIII в. на монетном дворе в Касселе. В дальнейшем система привода прокатных валков от индивидуальных гидравлических двигателей применялась на европейских и русских заводах в начале XIX в. [19, с. 6—7]. Основная причина, которая побуждала наших предшественников придавать каждому рабочему валку индивидуальные гидравлические двигатели, состояла в их небольшой мощности, не обеспечивающей одновременную работу обоих валков при прокатке крупных поковок сварочного железа [4, с. 7; 18, с. 13].
Система индивидуального электрического привода каждого валка получила преимущественное распространение в крупных прокатных станах, в частности, в реверсивных дуо-блюмингах. Вращение передается через приводные валы и универсальные шпиндели. Начало развитию реверсивных блюмингов этой системы относится к первой половине 1920-х годов и связано с работами английских металлургов. В 1924 г. на заводе в Скиннингрове (Англия) был создан мощный прокатный стан с индивидуальными электроприводами валков. Вскоре станы этой системы стали выпускать американские заводы [18, с. 13].
Повышение требований к точности размеров катаных полуфабрикатов и изделий вызвало необходимость дальнейшего совершенствования способов прокатки, создания станов с многовалковыми клетями, уменьшающими или исключающими прогиб валков в процессе прокатки и придающими конструкции необходимую жесткость. Начало этому направлению было положено, как мы уже знаем, Б. Лаутом, 3-валковый: прокатный стан которого с одним рабочим и двумя опорными валками уже 136 лет успешно применяется в листопрокатном производстве (рис. 70, см. вкл.).
Логическим продолжением развития 3-валкового прокатного стана явился 4-валковый стан (кварто). В нем два рабочих валка опираются на два опорных валка большего диаметра. Все валки расположены в одной вертикальной плоскости. Эта конструкция обеспечивает создание жесткого рабочего валка большой длины. Соотношение диаметров рабочих и опорных валков обычно составляет в этих станах 1:2, иногда 1:2,5. Приводными являются два рабочих валка, соединенных с шестеренной клетью. Станы кварто получили широкое распространение в технологии горячей и холодной прокатки тонкого листа и ленты из стали и цветных металлов. Идея создания 4- валкового стана была высказана в XIX в. Однако при разработке конструкции стана встретились серьезные технические трудности, разрешить которые удалось лишь в начале XX в. К концу 20-х - началу 30-х годов станы кварто уже достаточно широко применялись в промышленности. По сравнению с тонколистовыми станами дуо станы кварто позволили изготавливать более тонкую стальную ленту, иногда даже без 196
Рис. 71. Общий вид стана кварто ”200”. 1970-е годы.
промежуточных отжигов. По имеющимся данным (1932 г.) при прокатке стальной ленты шириною 100 мм и толщиною 1,5— 0,22 мм на стане дуо требовалось 11 пропусков с 5-ю промежуточными отжигами, а для прокатки такой же ленты на стане кварто — 4 пропуска без промежуточных отжигов (рис. 71).
Стремление к дальнейшему совершенствованию тонколистовой прокатки привело к созданию в последние десятилетия шести-, двенадцатИ- и двадцативалковых прок атных станов.
Стан 6-валковый состоит из двух рабочих валков и четырех опорных. Конструкция этих станов более сложная по сравнению с 4-валковыми. Поэтому применяют их реже. Однако они дают возможность получать изделия с меньшими допусками. В 6-валковых станах приводными являются рабочие валки.
Станы 12- и 20-валковые имеют два рабочих валка, каждый из которых опирается на два опорных. Многовалковые станы обладают высокой прочностью и жесткостью конструкции при сравнительно малом диаметре Рабочих валков. В этих станах приводными обычно делают валки рабочие.
К числу крупнейших достижений в области обработки металлов давлением относится изобретение способа прокатки бесшовных труб. Идея способа была высказана в 1860 г. инженером и предпринимателем Рейнхардом Маннесманом (Германия). В 1885 г. он и его брат Макс Маннесман взяли патент на валковый прошивной стан, в котором нагретая сплошная заготовка или слиток превращались в толстостенную короткую трубу или
гильзу. На рис. 72 показана схема прокатки труб по способу Маннесманов. Устройство состоит из двух вращающихся в одном направлении валков 1, оси которых расположены под углом друг к другу (косорасположенные валки). Возникающая между валками и заготовкой сила трения Т направлена под углом к оси заготовки. В процессе взаимодействия заготовки и валков она разлагается на две составляющие силы Ру иР2, Сила Ру, являясь касательной к окружности заготовки, приводит ее во вращение; сила Р2 направлена параллельно оси заготовки, сообщая ей поступательное движение. При одновременном вращательном и поступательном движении
Р и с. 7 2. Схема прокатки труб по способу немецких инженеров М. и Р. Маннесманов, запатентованному в 1885 г.
1 — конические валки; 2— заготовка; Т — сила треиия; Р, — сила, касательная к окружности заготовки; Р2 — сила, параллельная оси заготовки; 3 — оправка.
заготовка надвигается на помещенную перед ней оправку 3, которая препятствует ее поступательному движению. В результате периферийные слои металла вытягиваются валками по винтовой линии вдоль оправки, выходя из конусов в виде трубы.
Процесс Маннесманов был впервые опробован в заводских условиях в 1887 г. Установка состояла из шести машин. Самая крупная из них могла прошивать сплошные заготовки диаметром до 2254 мм. В 1891 г. Маннес- маны создали пильгер-стан для раскатки толстостенной короткой гильзы в длинную трубу с нормальной толщиной стенки. Стан для раскатки состоял из двух валков, имеющих калибры переменного сечения по окружности.
На основе своих патентов Маннесманы создали в 1890 г. в Германии крупнейший концерн ’’Маннесманренен верке”, ставший вскоре ведущим поставщиком труб на мировом рынке. В 1893 г. трубопрокатный стан Маннесмана с огромным успехом экспонировался на Всемирной выставке в Чикаго. Присутствовавший там знаменитый американский изобретатель Т.А. Эдисон на вопрос, что больше всего произвело на него впечатление на Выставке, сразу же ответил, что это бесшовная стальная труба, изготовленная Маннесманом [27, р. 63—64,629].
В связи с непрерывным ростом скоростей прокатки, достигших в последней трети XIX в. 10 м/с, возникла необходимость автоматической передачи прокатываемой полосы из клети в клеть или из одного ручья в другой одной и той же клети. Существовавшая до 70-х годов XIX в. практика ручного обслуживания стана, при котором рабочий должен был ’’поймать” выходящий из ручья конец заготовки и ’’завести” его в следующую пару валков, стала затруднительной и опасной. Эта задача была решена созданием специальных приспособлений — автоматических проводок (обводок). В 1877 г. Мак-Каллип предложил проводку для передачи прокатываемой полосы из верхней пары валков одной клети в нижнюю пару валков другой клети. Изобретение Мак-Каллипа и некоторых других 198
инженеров дало толчок дальнейшим работам в этой области. В 1910 г. инженер Шепф предложил проводку в черновой линии стана, обеспечившую автоматическую задачу полосы в валки овального калибра. Вскоре появилась проводка Тобера, которая, однако, распространения не получила. Значительный вклад в совершенствование проводок внес инженер Моза- нер. Созданием автоматических проводок Шепфа и Мозанера была успешно разрешена проблема безопасных условий эксплуатации и высокопроизводительной работы прокатных станов [18, с. 41].
Достижения науки и техники коснулись практически всех сторон прокатного производства, которое само стало важнейшим фактором развития тяжелой индустрии и машиностроения. По мере расширения сортамента на катаную продукцию углублялся процесс специализации прокатных станов, повышались их мощности и технико-экономическая эффективность. Уже в 70-х годах XIX в., когда в черной металлургии происходил переход от сварочного железа к литой стали, мировое прокатное производство способно было удовлетворить потребности бурно развивающейся индустрии, транспорта и новой техники в крупногабаритных полуфабрикатах и изделиях из стали массой в десятки тонн. Существовавшие уже тогда крупные обжимные станы - блюминги и слябинги, на которых ранее прокатывали крупные пакеты сварочного железа, начали перестраиваться на обработку более крупных слитков литой стали. Первые опыты по прокатке слитков литой стали относятся к 60-м годам XIX в. Однако в это время еще господствовала металлургия сварочного железа и даже такие ответственные изделия, как броневые плиты для военного флота, изготавливались из него повсеместно. В 1861 г. английской фирме ’’Джон Браун и сын” удалось прокатать броневую плиту толщиной 350 мм и весом 20 т. С 1876 г. в Англии началось изготовление упрочненных двухслойных броневых плит. В 1856 г. русский металлург, управляющий Холуницким за-- водом В .С. Пятов построил стан для прокатки броневых листов толщиной 4,5 дюйма (114 мм). Привилегия на способ прокатки с описанием прокатной машины была выдана В.С. Пятову в 1859 г. Там же в 1892 г. была разработана технология прокатки броневых плит из литой мартеновской стали, принятых на вооружение Королевского флота. В Германии на заводе Круппа в 1902 г. катались из стальных слитков плиты длиной 12,8 м, шириной 3,35 м и толщиной 304,8 мм [27, р. 615].
К началу XX в. мировая металлургическая промышленность располагала тремя основными системами блюмингов — реверсивными двухвалковыми, нереверсивными двухвалковыми и трехвалковыми. В течение ряда лет между приверженцами этих систем существовало своего рода соревнование. Наиболее динамично развивалась система реверсивных двухвалковых блюмингов, которые не только заняли господствующее положение в европейской металлургической промышленности, но и начали быстро распространяться в первые десятилетия XX в. в США — родине трехвалкового прокатного стана. Нереверсивный двухвалковый блюминг оказался неконкурентоспособным и применялся в производстве ограниченно.
Наибольшее распространение получили одноклетевые реверсивные ДУо-блюминги. К концу 30-х годов они уже представляли достаточно хороню механизированные станы. Так, для подъема и опускания верхнего палка использовался механизм, состоящий из электрического нажим- 199
ного устройства и гидравлического урав нов сшивателя (рис. 69), Станы оборудовались механическими рольгангами, тяжелыми направляющими линейками, манипуляторами. Реверсирование валков осуществлялось изменением направления вращения главного двигателя. Мощность электрических двигателей достигала 3500—8500 л.с. Наиболее распространенные размеры валков блюмингов: диаметр 850-1150 мм, длина 2200- 2900 мм. Скорость прокатки колебалась в пределах 2,6—6,2 м/с. В зависимости от мощности стана и размеров прокатываемых слитков на реверсивном дуо-блюминге прокатывалось в сутки от 3000 до 5 000 т блюмов. Производительность блюминга для слитков массой 7 т и размером 200 х х 200 и 240 х 240 мм достигала 1,6 млн, т и более в год. Эти данные соответствуют показателям ряда европейских и американских металлургических предприятий, в том числе германских заводов в Оберхаузене и Брукхаузене, фирмы ’’Август Тиссен” в Гамбурге, американских заводов ’’Джонс и Кауфлин”, ’’Спарроус Пойнт” и др. [2, с. 274—279].
В зависимости от условий и характера производства на заводах иногда применялись обжимные станы непрерывной прокатки. Так, в США в начале 30-х годов насчитывалось 4 непрерывных блюминга, в том числе один 8-клетевой, работавший на заводе Форда в Детройте, Первые четыре клети этого стана были оснащены валками диаметром 1067 мм, а остальные 4 клети имели валки диаметром 813 мм. Известен единственный случай применения в это время непрерывного блюминга, состоящего из 9 рабочих клетей. Такой блюминг работал в США на заводе Гэрри в комплексе с двумя непрерывными заготовочными станами.
До начала 30-х годов советская металлургическая промышленность пользовалась в основном прокатным оборудованием, доставшимся от царской России. Всего на советских заводах до 1932 г. работало 11 блюмингов, из них 8 — в южных районах страны и 3 — на Урале [2, с. 274—281]. Перевооружение отечественных сталепрокатных заводов началось в годы первой пятилетки с созданием собственной базы прокатного машиностроения. Первый советский обжимной стан — блюминг 1150 был построен в 1932 г. Ижорским машиностроительным заводом и установлен на Макеевском металлургическом заводе. Второй аналогичный блюминг был изготовлен для Днепродзержинского металлургического завода (ныне Днепровский завод им. Ф,Э. Дзержинского). Стан приводился в действие электромотором мощностью 8000 л.с. и мог прокатывать слитки массой 7 т, За период с 1931 по 1933 г. на советских заводах было установлено ,8 мощных блюмингов 1150,4 блюминга 950, из которых 10 станов построили советские заводы тяжелого машиностроения (Ижорский, Краматорский и Уралмаш), а два стана получены из Германии. С 1937 г. в СССР сооружается первый слябинг, разработанный коллективом НКМЗ и пущенный на заводе Запорожсталь. В том же году здесь устанавливается обжимной заготовочный стан 800 и непрерывный тонколистовой стан 1680. В 1939-1940 гг. производство пополняется блюмингом 115 0, непрерывным заготовочным станом 720, крупными станами кварто для холодной прокатки листов и другим оборудованием [19, с. 23-24].
В предвоенные годы отечественное прокатное производство сделало огромный качественный скачок как по росту объема выпуска проката, так и в области развития прокатных машин и технологии. Черная и цветная 200
металлургия располагала практически всеми видами прокатного оборудования, находящегося и на вооружении зарубежных прокатных заводов, В 1940 г. выпуск проката в СССР достиг 13,5 млн. т, что в 3,4 раза превысило уровень производства проката в России в 1913 г. [19, с. 25].
Рассматривая развитие техники прокатки металлов до первой половины XX в,, необходимо хотя бы кратко остановиться на непрерывных станах, получивших широкое распространение не только в виде самостоятельных агрегатов, но и в различных комбинированных процессах прокатного производства. Успешное применение в 60—70-х годах XIX в. непрерывных станов в мелкосортной и проволочной прокатке (см, главу 3), явилось стимулирующим началом для расширения сферы их использования для производства других видов изделий, В 1894 г. американская фирма ’’Морган Констракшн Компани” в Ворчестере сконструировала и построила первый непрерывный заготовительный стан, Затем последовала серия попыток применить непрерывный стан для прокатки листов и полосового металла.
В 1902 г. на заводе в Теплитце (Австрия) был создан стан, состоящий из двух клетей трио, служащих для подката слитков,и непрерывной чистовой линии, состоящей из пяти клетей дуо. Исходной заготовкой был сляб толщиной 203,2 мм и весом 453,9 кг, который сначала прокатывался в горячем состоянии в трио клетях до толщины 76,3 мм. Затем полупродукт нагревался в печи и снова прокатывался в трехвалковом стане до толщины 7,62 мм. После этого следовала прокатка на непрерывной линии, в которой каждая клеть отстояла друг от друга на расстоянии 2,74 м. Скорость вращения валков была рассчитана таким образом, чтобы прокатываемая полоса одновременно находилась во всех пяти клетях. Валки непрерывных клетей имели диаметр 625,4 мм и длину 1498,6 мм. Из-за небольшой скорости прокатки (около 2,0 м/с) и неравномерности готовой полосы по толщине работы затянулись и в 1907 г. они были прекращены. Потребовалось еще 25 лет интенсивного труда металлургов и специалистов, чтобы непрерывный полосовой прокатный начал распространяться в промышленности [27, р. 620].
Мы уже отмечали, что на рубеже 20—30-х годов текущего столетия в США уже существовали прокатные станы, включающие группы непрерывных блюмингов и непрерывных заготовочных станов, Эта система прокатки, названная американской, быстро развивалась в последующие годы.
К ней возвратились американские металлурги в 1923 г., создавшие на заводе в Эшленде широкополосовой непрерывный стан. Однако освоить прокатку длинных полос со сматыванием их в рулоны не удалось. Проблема непрерывной прокатки на широкополосовом стане с длиной бочки валков 1070—1220 мм была решена в 1926 г. на заводе в Бэтлере. С этого времени начинается распространение непрерывных полосовых прокатных станов в американской промышленности, а затем и в других странах. Вскоре по этой схеме было построено более 40 широкополосовых станов. Среди них были станы с черновой группой, в которую входили одна или Две реверсивные клети. Аналогичный стан с длинной бочки валков 1680 производства НКМЗ был пущен в 1938 г. на заводе ’’Запорожсталь”. Он служил для прокатки слябов толщиной 70—120 мм, шириной 1200— 201
11
1
1
Ри с. 73 Схема широкополосного стана 2000 с непрерывной черновой группой. Введен в действие в 1975 г. на Череповецком металлургическом заводе
1 — методические печи; 2 — черновая группа клетей (три последние — непрерывные) ; 3 — летучие ножницы; 4 — чистовая группа клетей; 5 — душирующий рольганг; 6 — первая и вторая группы моталок
Ри с. 74. Схема литейно-прокатного стана с кристаллизатором роторного типа для алюминиевой проволоки. СССР. 1961 г.
— промежуточная ванна; 2 —■ дозатор; 3 — кристаллизатор; 4 — поперечное сечение кристаллизатора; 5 — летучие ножницы (аварийные) ; 6 — схема расположения валков в двух смежных клетях; 7 — трехвалковый непрерывный стан; 8 - моталки
Р и с. 75. Схема агрегата непрерывной разливки и прокатки стальной проволоки. СССР. 1970-е годы
— машина непрерывного литья; 2 — ножницы летучие гидравлические; 3 — зачистная машина; 4 — индукционный нагреватель; 5 — планетарный стан; б — тянущие ролики; 7 — ножницы летучие; 8 — черновая горизонтальная клеть; 9 — черновая вертикальная клеть; 10 — блок чистовых клетей; 11 — ножницы летучие барабанные; 72 — моталки сортовые; 13 — устройство для уборки бунтов
66Рис. 74Рис. 74
6
6
Рис. 74
Рис. 74
1500 мм и длиной до 2,5-5 м. Стан включал черновую и чистовую группы. Во вторую группу и входили шесть непрерывных клетей кварто. Впоследствии эта схема широкополосовых прокатных станов была усовершенствована. В ряде стран — Японии, США, ФРГ и некоторых других созданы в 60-х годах широкополосовые станы, отличающиеся меньшей растянутостью, повышенной производительностью и обеспечивающие получение горячекатаных листов толщиной до 1,2 мм и менее. Сокращение длины станов было достигнуто благодаря введению в схему непрерывной черновой группы. I
В 1975 г. Череповецкий металлургический завод ввел в действие широ- кополосовый стан 2000, спроектированный и построенный советскими машиностроителями. Здесь впервые в мировой практике удалось осуществить непрерывную прокатку в черновой группе (рис. 73). Академик А.И. Целиков подчеркивал, что постройка и успешное освоение этого стана открыли новую страницу в создании широкополосовых станов третьего поколения. В создании стана принимали участие НКМЗ, ВНИИ- метмаш, НИИэлектропривод и НИИтяжпромэлектропроект [4, с. 78-79] J
Вторая половина текущего столетия характеризовалась глубоким про-] никновением достижений научно-технической революции в сферу прокат-^ ного производства. К 50-м годам были решены многие проблемы, связан-^ ные с механизацией и частичной автоматизацией прокатных станов и трудов емких производственных процессов. Создается более мощное прокатное! оборудование, обеспечивающее получение крупноразмерных полуфабрикатов и изделий. Разрешаются сложные научно-технические проблемы, связанные с разработкой литейно-прокатных агрегатов, в которых объединены процессы непрерывного литья слябов, блюмов или другой заготовки с прокаткой, повышающих эффективность производства. Важное преимущество литейно-прокатных агрегатов — использование первичной теплоты слитка при его дальнейшей пластической деформации и достижение полной непрерывности в процессах литья и прокатки. При этом обеспечивается резкое повышение производительности труда, уменьшаются масса оборудования и производственные площади.
В последние десятилетия сделан крупный шаг вперед в реализации старых и разработке новых способов совмещения прокатки с непрерывным литьем. Предложенный в 1855 г. Г. Бессемером способ бесслитковой прокатки стал отправной вехой для дальнейших напряженных исследований в СССР, США и некоторых других странах. Советские ученые и специалисты начали заниматься проблемой бесслитковой прокатки в 30-х годах на предприятиях черной и цветной металлургии. В 1938 г. на заводе ’’Серп и молот” была смонтирована первая установка бесслитковой прокатки стали, на которой удалось получить стальные полосы толщиной 1,5—6,0 мм. В это же время на заводе ’’Красный выборжец” в Ленинграде проводились работы по осуществлению бесслитковой прокатки алюминия.
На реальную практическую основу процесс бесслитковой прокатки был поставлен в послевоенные годы. Первая в СССР промышленная установка бесслиткового литья и прокатки алюминия была создана в 1965 г. под руководством Ф.Т. Маленка и успешно внедрена на Ленинградском заводе по обработке цветных металлов. В отличие от предложения Г. Бессемера, в этой установке жидкий металл подавался в межвалковое пространство 204
снизу вверх [5, с. 116—117]. Кроме названного способа, были разработаны и другие их варианты. В одном из них процесс кристаллизации отделен от процесса деформации; здесь прокатка начиналась позже того, как сердце- вина слитка находилась еще в жидком состоянии (впервые способ применен в Австрии и затем в ФРГ). В другом способе прокатка непрерывно формирующегося слитка осуществлялась после окончания кристаллизации. Этот способ стал объектом систематических исследований ученых ВНИИметмаша и ЦНИИчермета. В результате ВНИИметмашем под руководством П.И. Софийского совместно с Запорожским алюминиевым заводом был разработан так называемый литейно-прокатный стан с кристаллизаторами роторного типа, где были совмещены процессы непрерывного литья и прокатки. В 1961 г. этот стан вступил в строй (рис. 74) для производства алюминиевой проволоки. На рис. 75 изображен разработанный во ВНИИметмаше под руководством А.И. Целикова и В.В. Носаля стан, в котором машина непрерывного литья радиального типа совмещена с непрерывным станом для изготовления изделий квадратного сечения. Стан состоит из одноручьевой непрерывно-литейной машины, планетарного стана с двусторонним обжатием и непрерывного стана для прокатки катанки диаметром от 5 до 12 мм [4, с. 55-59].
В условиях функционирования и развития столь сложных систем прокатного производства, резкого повышения скоростей прокатки, достигших у современных проволочных станов 60-70 м/с и у листовых - 40—50 м/с, потребовались коренные, преобразования в управлении прокатными станами и технологическими процессами. Революционизирующим фактором стала вычислительная техника, использование которой в прокатных производствахпозволило автоматизировать основные и вспомогательные участки технологических линий, оптимизировать режим работы прокатных станов, повысить производительность труда.
ЭВМ передаются функции: оперативного учета производства и слежения за прокатываемым металлом; программного управления нажимным устройством и манипуляторными линейками; автоматического управления скоростными режимами главного привода и транспортно-кантующих механизмов; оптимизации скоростных режимов.
В первой половине 60-х годов в технически развитых странах средства вычислительной техники применялись в десяти реверсивных станах горячей прокатки (США, Италия, Англия, Франция, Канада). В конце 60-х годов создаются и вводятся в действие рядом зарубежных фирм большие цифровые системы комплексного управления и планирования прокатным производством. По имеющимся данным многоступенчатые системы успешно применяются на металлургических заводах — ’’Энсидеса” (Испания), ’’Парк Гейт” и ’’Бритиш стил корпорейшн” (Англия), ’’Эстель” (Нидерланды, ФРГ), ’’Италиедер” (Италия), ”Син ниппон сэйтецу” (Япония), ’’Сасилор сосьете рез асье де Лоррен” (Франция) и др. В это время около 20% обжимных станов развитых капиталистических стран были оснащены управляющими ЭВМ. Среди комплексно-автоматизированных станов того периода был 45-дюймовый слябинг на заводе Лакаванна (США). Несколько позже фирма ’’Дженерал электрик” автоматизировала блюминг на комбинате СИСАК в' Югославии. Программное управле-
ние блюмингами и слябингами было введено в начале 60-х годов в ФРГ [28, с. 4-9].
В последующие годы темпы внедрения управляющих ЭВМ в прокатное производство возросли. В 1972 г. в Англии фирмой ’’Бритиш стил корпо- рейшн” на заводе в Скантроп был пущен двухклетевой блюминг 1400/1060 с проектной производительностью 3 млн. т в год. Управление блюмингом обеспечивается двумя ЭВМ Марч-2140 с запоминающим устройством.
В СССР работы по использованию ЭВМ в управлении обжимными, листовыми сортовыми прокатными станами начались в начале 60-х годов. Использовались ЭВМ типа ’’Днепр”, УМ 1-НХ, УМ-1 и ВНИИЭМ, созданные отечественной промышленностью. Так, в разработанном ВНИИметмашем полосовом стане 300, установленном на Криворожском металлургическом заводе, использовали компьютер, регулирующий ширину прокатываемого штрипса перемещением вертикальных валков. В последние годы ЭВМ все более распространяются в отечественной прокатной технике, так как широкора^пространенные локальные системы автоматизации уже не могут дать желаемого эффекта. К числу производств с высоким уровнем автоматизации относятся крупнейший в Европе цех широкополочных балок с мощным блюмингом 1500 и полунепрерывным универсальным балочным станом для управления которыми применены ЭВМ третьего поколения. Введение в эксплуатацию этого производства позволило в 10—12 раз расширить сортамент экономических профилей проката в нашей стране и сэкономить около 100 тыс. т металла в год. В 1977 г, автоматизированный прокатный стан, оснащенный ЭВМ, пущен на Нижнетагильском металлургическом комбинате [29].
Как видим, рассматриваемый период характеризовался интенсивным развитием техники прокатного производства, увеличением видов и групп прокатных станов, повышением их мощности и скоростных параметров.
НОВЫЕ МАШИНЫ И ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ■
В ВОЛОЧИЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ■
По мере развития металлургии в металлообрабатывающих производствах, в том числе волочильном, происходили крупные технические сдвиги, расширялись сортамент и номенклатура изготовляемых изделий на проволоку и проволочные изделия, всевозможные виды труб и профилей из черных и цветных металлов. Все это стимулировало научно-техническую мысль, деятельность ученых и специалистов, работавших в области технологии волочения металлов, а также конструкторов, занятых созданием новых машин и производственного оборудования.
Примечательная особенность рассматриваемого периода — появление в проволочной промышленности принципиально новых волочильных машин многократного действия, революционизировавших проволочное производство. Существенные изменения произошли также в технике волочения металлов с прямолинейным движением протягиваемого металла, что проявилось в дальнейшем развитии цепных станов периодического действия и непрерывных цепных станов. Существенные изменения произошли в совершенствовании волочильного инструмента.л
РАЗВИТИЕ МАШИН МНОГОКРАТНОГО ВОЛОЧЕНИЯ
70-е годы XIX в. — важный этап в развитии техники волочения металлов, обусловленный появлением и широким распространением машин многократного волочения, ставших в рассматриваемый период основным видом технологического оборудования в проволочной промышленности.
В машине многократного волочения обрабатываемый металл одновременно протягивается через несколько последовательно расположенных волок. Машины многократного волочения позволяют в несколько раз повысить выходную скорость волочения благодаря постепенному увеличению скорости от предыдущей волоки к последующей, По принципу действия их можно классифицировать на две основные группы: 1) машины многократного волочения со скольжением; 2) машины многократного волочения без скольжения.
В машинах многократного волочения со скольжением скорость движения проволоки в установившемся режиме волочения меньше окружной скорости тяговых роликов (проволока скользит по их поверхности).
При многократном волочении без скольжения протягиваемая проволока наматывается на тянущий ее барабан так же, как при однократном волочении, и с помощью специальных приспособлений передается автоматически на следующий барабан.
Создание и совершенствование волочильных машин со скольжением. Первый патент на машину многократного волочения со скольжением взяли братья Д. и Э.Вуудз в 1871 году в Англии (рис. 76). Согласно патенту проволока протягивается через четыре последовательно расположенные волочильные доски посредством промежуточных вертикальных тяговых барабанов и отделочного барабана. Барабаны приводятся в действие при помощи конической зубчатой передачи от общего вала, находящегося под столом. В патенте указано, что изобретение позволяет применять заготовку для волочения более толстую (6,04 мм), чем обычно (имеется в виду однократное волочение) [30, с. 136].
Вслед за этими патентами появилось еще несколько заявок на изобретение волочильных машин многократного действия со скольжением, отличающихся расположением тяговых роликов, их конфигурацией, компановкой механизма привода и некоторыми другими техническими особенностями (Д, Присс и Д. Уилкинс, 1872 г., Англия; С.Г. Берне, 1884 г., Англия; Л. Герценберг и К. Нестман, Рига; В.Корнлейн, 1879 г., Германия и ряд др.),
В 1888 г. машины многократного волочения экспонировались на выставке в Глазго (Англия). Но их распространение в промышленности шло медленно. Первыми оценили достоинства этих машин владельцы предприятий золотоканительной промышленности. В конце 80-х — начале 90-х годов их уже применяли на некоторых европейских золотоканительных фабриках, в том числе в Германии — на фабрике Штибера, во Франции - на Лионской золотоканительной фабрике, В 1892 г. машины многократного волочения были введены в России на Московской золотоканительной фабрике товарищества ’’Владимир Алексеев” директором и председателем правления предприятия К.С. Алексеевым (Станиславским) [31, с. 25].
Эта интересная сторона деятельности выдающегося актера .и реформато-
Рис. 76. Схема устройства волочильной машины многократного действия со скольжением проволоки братьев Вуудз. Англия. Патент 1871 г.
1 - волочильные доски; 2 - промежуточные вертикальные барабаны; 3 — отце- лочный приемный барабан; 4 — дополнительная волочильная доска.
ра сценического искусства до сих пор не получила должного освещения в научно-технической литературе. Фабрика, о которой идет речь, была основана в 1785 г. его прадедом, купцом и коммерции советником С. Алексеевым. В 1882 г. К.С. Станиславский начал службу в конторе золотоканительной фабрики, уделяя одновременно много внимания производственнотехническим вопросам золотоканительного дела. Он устанавливает творческие связи с инженерами и специалистами западноевропейских и отечественных фирм, с известными учеными. Обнаружены архивные документы, характеризующие деятельность К.С. Станиславского, связанную с созданием на золотоканительной фабрике крупнейшего волочильного производства, оборудованного новейшими машинами многократного волочения. Машины были закуплены К.С. Станиславским во Франции во время его заграничных командировок в 1892 и 1895 гг. [32].
Найденные в архивах золотоканительной фабрики документы показывают, что в конце 1893 г. на предприятии уже работало две таких машины. Это новейшее волочильное оборудование давало возможность получать из весьма толстой заготовки сразу готовую проволоку диаметром 0,07 мм, а при необходимости и еще тоньше.
С конца 1892 и в течение 1893 гг. К.С. Станиславский приступил к технической реорганизации производства золотоканительной фабрики товарищества ’’Владимир Алексеев” путем объединения ее с другой родственной фирмой, принадлежавшей торговому дому ”П. Вишняков и А. Шамшин”. Найден проект реконструкции предприятия, разработанный Станиславским. Проект изложен на 17 листах и отличается оригинальным подходом к решению конкретных технических задач. Здесь и инженерные расчеты, связанные с расстановкой нового и имеющегося оборудования по корпусам и цехам предприятия, и схемы устройства трансмиссий, передающих движение от главных паровых двигателей в соответствующие цехи предприятия, и обоснование потребного количества паровых котлов, паровых двигателей, кузнечного, прокатного, волочильного и другого оборудования. Фабрика превратилась в крупнейшее, оснащенное новейшими машина-j ми предприятие отечественной золотоканительной промышленности. С ним уже не могли конкурировать даже известные французские, немецкие ч итальянские фабрики -[32]. I
В 1896 г. на Московской золотоканительной фабрике волочение тонкой и тончайшей проволоки осуществлялось в основном на высокоскоростных машинах многократного действия, К этому времени там было установлено в общей сложности 30 машин многократного действия, в том числе четыре машины 8-фильерные, одна машина 9-фильерная, одна машина — 13-фильерная, четыре — 14-фильерных, девять — 15-фильерных, десять — 17-фильерных и одна машина двойная на 28 фильер 1.
Возвращаясь к анализу развития машин многократного волочения со скольжением, следует подчеркнуть, что они непрерывно совершенствовались по мере выдвижения со стороны потребителей новых требований к качеству и сортаменту проволоки. Большое внимание уделялось уменьшению габаритов и веса машин, в результате чего в конце XIX в. на смену громоздким машинам многократного действия с прямолинейным расположением тяговых роликов пришли машины более компактные, с тяговыми роликами ступенчатого типа. Появление машин со ступенчатыми роликами позволило повысить скорости волочения от 12 до 20 м/с (вместо 5,0—5,5 м/с для машин прямоточного типа). Машины со ступенчатым расположением тяговых роликов требовали для установки в 2 раза меньше производственной площади [34, с. 140].
После второй мировой войны рядом стран созданы машины для тонкого волочения медной проволоки со скоростями 25 м/с (фирма ’’Синхро”, модель С-12, США), к концу 40-х годов изготовлены машины со скоростями волочения 40 м/с (машина ’’Робертсон”, Англия). Машины многократного волочения со скольжением применяют преимущественно для производства проволоки из цветных металлов и сплавов средней прочности.
Современная номенклатура машин многократного волочения со скольжением весьма разнообразна как по внешнему виду, так и по техникоэкономическим параметрам. По размеру протягиваемой проволоки машины многократного волочения классифицируются на несколько групп: толстого волочения - диаметр заготовки от 10,0 до 8,0 мм, диаметр готовой проволоки — от 1,5 до 3,5 мм, скорость волочения — 30—40 м/с; среднего волочения — диаметр заготовки от 4,5 до 2,0 мм, диаметр готовой проволоки — от 0,2 до 1,6 мм, скорость волочения — 25—60 м/с; тонкого волочения — диаметр заготовки от 3,0 до 0,6 мм, диаметр готовой проволоки — от 0,1 до 0,4 мм, скорость волочения — 30-60 м/сек; тончайшего волочения - диаметр заготовки от 0,9 до 0,15 мм, диаметр готовой проволоки — от 0,02 до 0,2 мм, скорость волочения — 28—80 м/с; наитончайшего волочения - диаметр заготовки от 0,2 до 0,1 мм, диаметр готовой проволоки — 0,01 до 0,05 мм, скорость волочения 20—30 м/с [34, с. 220].
К числу недостатков машин многократного волочения со скольжением относятся: дополнительное трение при скольжении проволоки по тяговым Роликам, износ поверхности роликов от скользящей по ней проволоке. Дефекты на проволоке от скольжения по поверхности тяговых роликов.
*ЦГИА г. Москвы (Центральный государственный исторический архив г. Москвы), ф. 883, оп. 3, д. 388, л. 21-22.
Рис. 77. Устройство машины многократного действия без скольжения с аккумулЯ рованием проволоки Коннора. Англия. Патент 1915 г. Я
Именно эти обстоятельства стимулировали создание и развитие машин многократного волочения без скольжения, получивших в рассматриваемый период широкое распространение в сталепроволочном производстве.
Машины многократного волочения без скольжения с аккумулированием проволоки. Настойчивые усилия конструкторов, поставивших задачу разработать конструкцию машины многократного волочения без скольжения, предназначенную для протяжки проволоки из стали и различных высокопрочных сплавов цветных металлов, была успешно осуществлена в первом десятилетии текущего столетия.
В 1915 г. английский специалист Р.Д. Коннор взял патент на первую волочильную машину без скольжения с магазинными барабанами. Машина Коннора имеет четыре барабана, из которых три промежуточных и один отделочный, или приемный. Промежуточные барабаны снабжены штангами для накапливания на них проволоки в процессе волочения. Привод барабанов осуществляется от общего вала, через пару конических шестерней, передающих движение вначале валу отделочного барабана, а от него пустотелым валам промежуточных барабанов. При включении машины начинали вращаться все барабаны — тяговые и отделочный (рис. 77).
В 1919 г., в Англии выдан патент на машину многократного действия без скольжения с аккумулированием проволоки М. Ховарсу и братьям Ралендс, в которой для снятия проволоки с промежуточных барабанов использованы вращающиеся поводки (диск с направляющим ушком) [30, с. 156, 158].
В 20-х годах было подано несколько заявок на машины с поводковым съемом проволоки. Одна из них принадлежит Чехословацкой фирме ’Торнозаводское и металлургическое общество” в г. Брюнне, запатентовавшей свое изобретение в СССР.
Применявшиеся в первое время системы включения барабанов обладали рядом недостатков. Основной из них состоял в том, что при остановке
одного из барабанов вращаются предыдущие, перекручивающие проволоку. В 1927 г. этот недостаток включения был устранен изобретением В. Накена (Германия), предложившего оригинальную систему управления машиной. Нововведение состояло в том, что при включении одного из барабанов — промежуточных или отделочного включаются или выключаются все предыдущие барабаны. Это достигается благодаря их поднятию или опусканию, в связи с чем происходит механическое сцепление или расцепление вала барабана с общим валом машины.
Существенным шагом вперед явилось создание конструкций с индивидуальным приводом каждого барабана. В отличие от машин с общим приводом данная система более гибка в управлении, конструкция машины имеет меньшие габариты, и вес, так как отсутствуют общий вал, механизмы сцепления (муфты) и другие детали. В 1930 г. В. Накеном запатентована волочильная машина с индивидуальным приводом для каждого барабана, в которой к электрической схеме применен ранее разработанный им принцип включения барабанов. Электрическая схема включения электромоторов сблокирована так, что при включении или выключении одного из барабанов включаются или выключаются все предыдущие. В 1931 г. он взял дополнительный патент на усовершенствование данной машины.
Разработанная Накеном система управления машиной была принята в начале 30-х годов немецкой фирмой ’’Кратос”, затем советскими заводами [35].
Таким образом, с начала 30-х годов машинЬ! многократного действия без скольжения с магазинными барабанами, в результате рационализации основных конструктивных элементов, получили вполне завершенный вид, что способствовало их широкому практическому применению в волочении цветных и черных металлов. Немецкая фирма ’’Кратос” выпускала преимущественно машины с поводковой системой съема проволоки с промежуточных барабанов. Американская фирма Морган специализировалась на производстве машин системы Коннора.
Советские станкостроители создали в 30-х годах ряд высокоэффективных машин многократного волочения без скольжения. К их числу относится, например, машина МВА-1-4 конструкции Гипромеза. Установленная скорость волочения стальной проволоки, диаметром 2,4 мм достигала 2,5 м/с, что соответствовало мировому уровню.
Машины многократного волочения без скольжения с осиальной и поводковой системой съема проволоки с промежуточных барабанов до сих пор занимают ведущее место в производстве проволоки из малоуглеродистой стали, алюминия, дюралюминия и других металлов и сплавов. Однако существенный недостаток этих машин состоит в скручивании проволоки при ее прохождении с одного промежуточного тягового барабана на другой. Это обстоятельство не позволяет применять их для волочения среднеуглеродистых, высокоуглеродистых и легированных сталей.
Скручивание проволоки решили устранить путем изменения системы съема. Один из них предусматривает для каждого перехода два барабана вместо одного. Эти два барабана имеют общую ось вращения и могут быть помещены один над другим или концентрически. Машины многократного Действия с концентрическими барабанами начала строить английская фирма ’’Фармер Нортон и К0”, получившая на свое изобретение патенты в Англии
(1953 г.) и Германии (1954 г.). В сообщениях, появившихся в 50-х годах в английской печати приводятся некоторые технико-экономические характеристики новых шести- и семиволочных машин. Семиволочная машина, по данным М. Бонзеля, обеспечивает волочение стальной углеродистой проволоки со скоростью 8-15 м/с. Конечный диаметр проволоки от 1,2 до 0,45 мм. Охлаждение внешнего барабана производится воздухом, а внутреннего - водой [36—37].
К числу распространенных машин со сдвоенными барабанами относятся, например, западногерманские машины фирмы ’Терборн” и ’’Мальмеди”, предназначенные для волочения проволоки диаметром от 2 до 0,35 мм. Скорости этих машин колеблются от 12 до 20 м/сек, число барабанов - от 4 до 11. Заготовкой служат катанка диаметром 5,5—8,0 мм или толстая проволока диаметром от 3,5 до 4,2 мм [30, с. 167].
Советская машиностроительная промышленность производит несколько типов машин многократного волочения без скольжения. Среди них машина ВМА6/450, предназначенная для волочения проволоки диаметром 2,8 мм. Машина имеет 6 барабанов и обеспечивает скорость волочения 10 м/с.
Одной из особенностей машин многократного волочения без скольжения с аккумулированием проволоки является возможность использовать каждый барабан в режиме однократного волочения. У таких машин каждый барабаран имеет свой привод. Машины выпускаются в блочном исполнении, что позволяет транспортировать и монтировать их по частям.
Машины многократного волочения с противонатяжением. Развитие волочильного оборудования этого типа ведет начало от изобретения способа волочения с противонатяжением через одну волоку, запатентованного в 1924 г. в Германии В. Вейсенбергом. В патенте указано, что изобретение касается способа ’’вытяжки штанг и проволоки при помощи волочильного металлического органа, отличающееся тем, что материал до входа в волоку подвергается дополнительному напряжению на расстяжение при помощи натяжного устройства” [30, с. 168].
Открытие метода волочения с противонатяжением привлекло внимание ученых, конструкторов. В 1931 г. в США были опубликованы результаты экспериментов Френсиса и Томпсона, связанные с противонатяжением. Было показано, что волочение с противонатяжением имеет ряд преимуществ по сравнению с обычным волочением: экономится энергия, уменьшается трение в канале волоки и как следствие - увеличивается срок службы волочильного инструмента [38—39].
В изучение процесса волочения с противонатяжением внесли вклад советские ученые — И.Л. Перлин, С.И. Губкин, Е.В.Пальмов, М.К. Гурьянова, А.Л. Тарнавский, И.Н. Недовизий и др. [30, 40-41].
Начало практического использования принципа волочения с противонатяжением применительно к машинам многократного действия относится к послевоенному периоду. В 50-х годах машины с противонатяжением были выпущены рядом фирм США, Англии и СССР.
Наиболее ответственный и сложный участок машины — узел автоматического регулирования скоростей промежуточных и отделочного барабанов. Для каждого барабана существует свой привод, снабженный синхронным (иногда асинхронным) двигателем постоянного тока с параллельным возбуждением. Регулированием скорости вращения барабана достигается
установление рабочего режима машины, в результате чего устраняется скольжение проволоки по поверхности барабана. В более поздних электрических схемах автоматического регулирования барабанов применяется электронная аппаратура.
Развитие машин многократного волочения с противонатяжением пошло ю двум направлениям их конструктивного устройства. В результате появи- тись машины двух типов — петлевые и прямоточные.
В машинах прямоточного типа проволока движется непосредственно от эарабана к барабану, минуя натяжные ролики. В процессе волочения прово- пока находится под натяжением на всех барабанах.
Волочильные машины многократного действия с противонатяжением, эбладая более высокой скоростью по сравнению с машинами магазинного гипа, обладают перед последними крупным преимуществом: получаемая проволока не скручивается, что дает возможность протягивать проволоку фасонного профиля.
МАШИНЫ ОДНОКРАТНОГО ВОЛОЧЕНИЯ
Широкое распространение в рассматриваемый период высокоскоростных машин многократного волочения не исключило из производственного процесса традиционных машин однократного действия. Они по-прежнему продолжают широко применяться в производстве на операциях толстого и грубого волочения проволоки, а затем и труб, получаемых бухтовым способом. В связи с ростом потребления этой продукции шло непрерывное совершенствование машин однократного волочения (рис. 78).
Наибольшим изменениям подвергся привод и система включения барабанов. От трансмиссионных передач это оборудование стало переводиться с 20-х годов на индивидуальный электропривод, что позволило увеличить мощность, компактность и другие эксплуатационные качества машин. Повсеместно стало вводиться водяное охлаждение волочильных барабанов. С переводом оборудования на электрический привод наметилась тенденция более интенсивного развития волочильных машин однократного действия с горизонтальными барабанами, потребность в которых непрерывного возрастала в последние 50 лет в связи с ростом выпуска тянутой проволоки, труб и специальных профилей крупного сечения. Этим же обусловлено и развитие машин однократного действия с перевернутым вертикальным приемным барабаном. В отличие от традиционно расположенных барабанов, машины с перевернутым барабаном значительно облегчили труд оператора. После протяжки моток металла с помощью простейшего устройства, под действием собственного веса сам падает на стол машины, освобождая приемный барабан. К их числу относятся машины с перевернутым барабаном конструкции фирмы ’’Фармер Нортон и К0” (Англия), получившим распространение в промышленности. Фирма выпускает машины с механизированным съемом крупных мотков металла, обеспечивающим коэффициент использования машинного времени порядка 0,98 При волочении мотков массой до 1 т коэффициент использования машинного времени приближается к 1,0. Это оборудование используется для волочения и приема проволоки от 12,7 до 2,6 мм диаметром из черных и цветных металлов со скоростью до 4,1 м/с.
Рис. 78. Стан бухтового волочения труб ТБ-2800., 1970-е годы.
Все применяемые в настоящее время машины однократного действия по конструкции приемного устройства или расположению приемного барабана можно разделить на пять групп: 1) с вертикальным приемным барабаном; 2) с перевернутым приемным барабаном; 3) с горизонтальным приемным барабаном; 4) с приемом проволоки непосредственно на катушку; 5) с приемом проволоки на катушку через тяговую шайбу.
Скоростные параметры волочильных машин однократного действия в рассматриваемый период изменились незначительно. В среднем можно считать, что за последние 90—100 лет скорости волочения на машинах однократного действия возрослив 1,3-1,9 раза [30, с. 174-179].
СОЗДАНИЕ И РАЗВИТИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
ДЛЯ БЕЗОСТАНОВОЧНОГО ВОЛОЧЕНИЯ
Идея безостановочного волочения привлекла внимание исследователей еще в 30-х годах, после введения сварки мотков заготовки, использования высокоэффективного износостойкого твердосплавного волочильного инструмента. С применением сварки заготовки процесс волочения с входной стороны машины стал непрерывным. Отпала необходимость в перезаправке машины после схода каждого мотка заготовки. Благодаря сокращению неперекрываемых ручных операций (для выполнения которых рабочий должен останавливать всю машину или последний барабан машины) и увеличению доли машинного времени, повысились коэффициент использования и производительность оборудования. Однако для съема протянутого металла машину необходимо было останавливать.
Первый из известных нам способов непрерывного съема металла в мотках предложил советский ученый И.Л. Перлин, получивший в 1933 г. на изобретение авторское свидетельство. В предложенном приспособлении использована вращающаяся коническая деталь (’’юбка”), снабженная на боковой поверхности криволинейной направляющей. При вращении ’’юбки”, через направляющую проводку проволока наматывается на специальный конический барабан, с которого непрерывно снимается протянутая проволока [42].
Изобретение И.Л. Перлина послужило основой для дальнейшего развития этого принципа. Известно несколько подобных предложений как в СССР, так и за границей. Практическая реализация непрерывного съема проволоки в мотках относится к началу 50-х годов. В Советском Союзе в 1953 г. по инициативе и при участии В.Ф. Мосеева и А.М. Когоса (ЦНИИТМАШ) был изготовлен и опробован образец приспособления для непрерывной намотки проволоки, а в 1954 г. ими сделана заявка на усовершенствование конструкции.
К 1958 г. приспособления для непрерывной намотки проволоки в бухты были внедрены на многих отечественных заводах. Использование непрерывного волочения увеличило производительность и повысило коэффициент использования оборудования с 0,52 до 0,75.
Приспособление В.Ф. Мосеева, разработанное в ЦНИИТМАШе, обеспечивало непрерывный съем малоуглеродистой проволоки на скоростях волочения до 25 м/с и практически дало возможность работать при более высоких скоростях [30, с. 187].
Сведения в литературе об осуществлении непрерывного съема проволоки в мотках за рубежом появились в конце 1953 — начале 1954 г. (устройство с ’’летучей волокой”, установленной на вращающемся диске) [43].
Рассмотренные варианты пригодны лишь для проволоки из мягких металлов и сплавов (сталь низкоуглеродистая, цветные металлы), так как в процессе намотки на неподвижный барабан каждый виток проволоки перекручивается на 360°. Для непрерывной намотки проволоки из жестких металлов и сплавов (сталь средне- и высокоуглеродистая) предложено несколько вариантов приспособлений, работающих без перекручивания проволоки. Наиболее интересны приспособления В.Ф. Мосеева и Н.И. Крылова (СССР, 1956 г.), а также В.П. Ярошенко (СССР, 1959 г.). Испытание опытного образца приспособления В.Ф. Мосеева и Н.И. Крылова для непрерывной намотки высокоуглеродистой проволоки производили на Солнечногорском заводе им. И.И. Лепсе [44].
Большое значение в развитии процесса безо статочного волочения сыграло создание устройств, позволивших осуществлять непрерывный съем проволоки с волочильной машины на катушки. Известно несколько способов непрерывного съема проволоки с волочильной машины на катушку. Один из них основан на использовании двух спаренных катушек, установленных рядом, но имеющих самостоятельный привод. Сначала проволока принимается на первую катушку, и при ее наполнении она специальным механизмом переводится на вторую, порожнюю. Включение привода одной катушки влечет отключение другой. За время намотки проволоки на одну из катушек рабочий успевает снять наполненную и установить порожнюю. В про- 215
цессе волочения производится чередование намотки то на одну, то на вторую катушку, в результате чего и создается непрерывный процесс.
Сдвоенные катушки в комплекте с волочильной машиной дают значительный экономический эффект. Например, американская ”Кук инжине- ринг компани”, используя сдвоенные катушки в установке совмещенных процессов волочения и отжига медной проволоки диаметром 1,0-3,6 мм, достигает высоких скоростей волочения — от 10,3 до 15,7 м/с и более. Английская фирма ’’Винжет синхро”, работая по данной схеме, добилась повышения коэффициента машинного времени с 0,7 до 0,99. Непрерывный приемник со сдвоенными катушками годен для широкого ассортимента проволоки из цветных и черных металлов и сплавов [45—46].
РАЗВИТИЕ ВОЛОЧИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯС ПРЯМОЛИНЕЙНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПРОТЯГИВАЕМОГО МЕТАЛЛА
Цепные волочильные станы периодического действия. К концу XIX в. цепные волочильные станы получили в основном современное конструктивное оформление. Одним из важных усовершенствований можно считать предложенный в 1899 г. механизированный возврат тележки стана при помощи нагруженного троса.
В рассматриваемый период наряду со станами обычного типа (одинарными) нашли применение сдвоенные станы, наиболее распространенные до настоящего времени.
Проблема повышения производительности цепных станов решалась за счет следующих технических мероприятий: 1) многопруткового волочения; 2) регулировки скорости волочения; 3) усовершенствования механизированного возврата тележки; 4) автоматического захвата прутков и автоматического зацепления крюка; 5) механизированного сбрасывания прутков и труб со стана на стеллаж; 6) принудительной подачи изделия в волоку пневматическими или гидравлическими вталкивателями, исключающими заострение прутков и забивки концов труб; 7) механизированного надевания труб на оправу. Современные цепные станы силой 16 КН рассчитаны на скорости волочения от 0,17 до 3,4 м/с и станы силой 1250 КН - от 0,07 до 1,8 м/с [34, с. 242].
Непрерывный цепной волочильный стан. Непрерывный цепной волочильный стан имеет высокую производительность благодаря повышению коэффициента отдачи, снижает потери металла, сокращает основное и вспомогательное оборудование в производстве.
Этот вид цепного стана разработан в Советском Союзе в 1953 г. группой специалистов — А.И.Целиковым, Л.Е.Альшевским, Н.Ф. Ермолаевым и Б.С.Азаренко. На изобретение получен ряд авторских свидетельств. Непрерывность процесса в стане достигается применением ряда подающе- вытягивающих механизмов, между которыми установлены волоки или ролики, образующие круглый или иной формы калибр. Каждый из подающих механизмов состоит из двух бесконечных цепей, причем каждая цепь захватывает две звездочки. Одна из звездочек приводит цепь в движение, другая служит для натяжения цепи (рис. 79).
Бесконечная цепь состоит из втулочно-роликовых звеньев, соединенных между собой через каждые два-три шага осями. На осях закреплены
Рис. 79. Схема непрерывного цепного стана для волочения труб и прутков. СССР. 1955 г.
1 — конец трубы; 2 — волочильные ролики; 3 — бесконечная цепь; 4 — цепная звездочка; 5 и 7 — нажимные винты; б — опорная балка; 8 — труба; 9 — опорные ролики.
подающие элементы, по длине которых сделан полукруглый ручей, соответствующий диаметру трубы. Конец трубы по периметру поперечного сечения зажимается подающими элементами, а необходимое усилие зажатия обеспечивается нажимными винтами, которые передают это усилие через опорную балку, тарельчатые пружины и опорные стойки. Стойки через опорные ролики передают усилие зажатия подающим элементам. Усилие, необходимое для вталкивания или выталкивания трубы иэ волочильного очка при заданной величине обжатия, создается за счет сил трения. Вышедший из волоки конец трубы захватывается следующим механизмом, чем создается непрерывность процесса волочения.
Для синхронизации движения цепей привод каждого подающего механизма имеет самостоятельную шестеренную клеть с индивидуальным электромотором с переменным числом оборотов или общим, при наличии редуктора со сменными шестернями.
Созданный в СССР непрерывный стан с усилием волочения 5 тонн был установлен в 1960 г. на Московском трубном заводе. Он предназначался для волочения труб (прутков) диаметром 13—26 мм со скоростью 25—76 м/мин. Один непрерывный стан при работе со скоростью 75 м/мин заменял 4 и более цепных станов обычного типа. При установившемся процессе волочения машинное время работы стана составляет 90—95% [47].
ВОЛОЧИЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
В конце XIX — начале XX в. в ряде стран широко развернулись исследования по получению новых материалов для волочильного инструмента и усовершенствованию техники его производства. В результате этих исследований в 20-х годах были созданы твердые сплавы — износостойкие металлические материалы с весьма большой твердостью, сохраняющейся на
достаточно высоком уровне при нагреве до 900—1000 °C. Были получены два типа твердых сплавов: литые и порошковые.
Твердосплавный инструмент привел к большим техническим преобразованиям волочильного производства. В результате в несколько раз повысилась производительность волочильного оборудования, возросли скорости и изменилась технология волочения, повысилось качество продукции, улучшились условия труда.
Волоки из литых твердых сплавов. Из применявшихся в начале нашего столетия литых твердых сплавов необходимо отметить два основных вида — стеллиты и литые карбиды. Стеллиты представляют собой кобальтохромовольфрамовые сплавы, хорошо сохраняющие прочность при высоких температурах. Твердость стеллитов составляет 57—67 ед. по Роквеллу. Стеллиты применялись для изготовления волочильного инструмента до появления более совершенных литых карбидов.
К числу литых карбидов, нашедших применение в волочении, относятся воломит и эльмарид. Литые карбиды разработаны перед первой мировой войной Г. Ломаном (Германия). Наиболее твердым из них оказался карбид вольфрама, на основе которого позже получен сплав, названный воломитом. Содержание вольфрама в воломите колеблется от 70 до 95%, остальное составляют кобальт, никель, хром, железо и углерод.
Несмотря на ряд положительных качеств волоки из литых карбидов обладали и существенными недостатками: пористостью и небольшой механической прочностью. Поэтому в 20-х годах была разработана новая технология получения твердых сплавов методом спекания порошков, быстро распространившаяся в производстве.
Волоки из спеченных твердых сплавов. Основу этих сплавов составляет спеченный карбид вольфрама, сцементированный добавкой небольшого количества кобальта. В конце 20-х годов в ряде стран появились близкие по химическому составу спеченные твердые сплавы: в Германии под названием видна, в США — карболой и в СССР — победит [48].
Полученный в СССР в 1929 г. твердый сплав победит оказался высокоэффективным материалом для волочильного инструмента. По данным одного из советских заводов, пропускная способность волоки из победита с диаметром отверстия 5,0 мм составила до 90 т проволоки, причем износ отверстия не превышал 0,05 мм.
С появлением твердых сплавов значение чугуна и стали как материала для волочильного инструмента стало резко падать. В рассматриваемый период стальной волочильный инструмент применяли и применяют главным образом в виде втулок и оправок для протяжки изделий крупного поперечного сечения — прутков и труб, а также для выполнения небольших заказов на проволоку фасонного сечения.
Алмазные волоки. Одним из факторов, оказавших влияние на масштабы и развитие алмазного волочильного инструмента, было появление машин многократного волочения проволоки, экономическая эффективность которых резко повысилась в результате применения алмазных фильер. Другой важный фактор — резко возросший в конце XIX в. спрос на проволоку для проводов и кабелей, нитей накала электрических ламп, а также специальных видов проволоки, отличающейся строго определенным диаметром и качеством поверхности по длине.
В России волочение через алмазы впервые было введено в 80-х годах XIX в. на Московской золотоканительной фабрике товарищества ’’Владимир Алексеев”. По балансу 1893 г. на этом предприятии значилось огромное количество волок из драгоценных камней на сумму около 12 тыс. руб., из них 2197 алмазных и 1060 рубиновых и сапфировых. Поступали они в Россию из-за границы.
В 1894—1899 гг. на золотоканительной фабрике по инициативе председателя правления К.С. Алексеева (Станиславского) создается первый в России цех алмазного волочильного инструмента. Цех был оборудован 63 механическими станками для сверления и полирования волок и 18 станками для рассверливания (подправка волочильного отверстия). Алмазный парк фабрики, с учетом своих и выписанных из-за границы алмазов, определялся по состоянию на 1897—1898 гг. огромной по тому времени суммой — 60 000 руб. [31, с. 38-42].
В течение последних 80—90 лет резко возрос спрос на технические алмазы. Доля технических алмазов в общем объеме их добычи в капиталистическом мире превышает в настоящее время 80%. Из этого количества для изготовления волочильного инструмента применяется около 20% технических алмазов. С 50—60-х годов наряду с природными алмазами для изготовления волочильных фильер стали применять синтетические алмазы.
Из выпускаемых отечественной промышленностью синтетических алмазов для волочения проволоки используются синтетические алмазы марки АСБ, АСБ-5, АСБ-6, СКМ, СВ-15Б. Фильеры из синтетических алмазов обладают высокой износостойкостью. Так, через фильеры, изготовленные из алмаза марки АСБ-5, протягивается до 1850 т медной проволоки диаметром 1,76 мм (вместо 50т для твердосплавных волок).
Обработка алмазов сопряжена с большими трудностями, связанными с высокой их твердостью. Поэтому в технологию обработки алмазов в последние 40—50 лет были введены крупные технические новшества. Традиционная технология, основанная на механических принципах сверления и обработки отверстий в заготовках алмазных фильер, пополнилась принципиально новыми высокоэффективными способами. Развитие технологии пошло по линии использования ускоренных комбинированных способов обработки алмазных камней. В 50—60-х годах получил распространение комбинированный способ, включающий электроэрозионное сверление канала фильеры и механическую доводку полученного отверстия до строго заданных размеров с последующей шлифовкой и полировкой его поверхности с помощью абразивов. Примерно в те же годы был создан способ сверления алмазов, основанный на ультразвуковой обработке.
Еще более эффективным оказался способ обработки алмаза с помощью лазерного луча. Применение лазера для обработки алмазов и других сверхтвердых материалов началось в СССР в 60-х годах. В настоящее время в производстве алмазных фильер используются лазерные установки типа ’’Квант 9”. Лазерный луч в точке приложения имеет температуру 5500— 9000 °C, что позволяет расплавлять и превращать в пар любой из существующих в настоящее время материалов. Этот процесс обладает высокой производительностью [34, с. 196].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перед читателем прошла многовековая история техники обработки металлов давлением. Ее истоки, формирование и развитие неразрывна связаны с достижениями в области выплавки металлов и сплавов, общим техническим прогрессом, культурными и материальными потребностями общества. I
По оценкам ряда историков и специалистов, со времени открытия ме| таллов в мире было произведено около 20 млрд, т железа, стали и цвет! ных металлов, основная масса которых попадала к потребителю, пройдя предварительную обработку давлением. I
Техника, процессы обработки металлов давлением в течение многия столетий были органическим звеном металлургических производств, опре! деляя в конечном счете прогресс самой металлургии, возможности широ| кого использования металлов и сплавов для выделки орудий труда, оружия и предметов бытового назначения. Распространение металлов на этапе их освоения стало возможным именно благодаря открытию первого и важнейшего процесса обработки металлов давлением - ковки, позволившей сообщить металлу повышенную твердость и прочность, т.е. свойства и качества, обеспечивающие эффективную эксплуатацию орудий труда и технических средств в материальном производстве.
Уже на ранней стадии рабовладельческого способа производства возни! кают новые процессы, близко стоящие к ковке — штамповка и чеканк! металлов, распространяется процесс волочения. Новые способы обработ! ки способствовали повышению эффективности металлургических и метал^ лообрабатывающих производств, созданию новых отраслей, в том числе монетного (чеканка монеты) и ювелирного ремесел (волочение проволоки из благородных и цветных металлов).
Эти четыре процесса обработки давлением — ковка, штамповка, чеканка и волочение, непрерывно совершенствовались и в условиях феодального способа производства воплощались в машины и достаточно сложные механические устройства, для привода которых с XIV в. начали применяться гидравлические двигатели. В числе первых на вододействующий привод были переведены наиболее трудоемкие процессы обработки металлов — ковка, волочение толстой железной проволоки. Следует подчеркнуть, что появление в XIV в. двухстадийного способа получения железа явилось одним из решающих факторов развития вододействующих молотов. С их появлением стала возможной обработка тяжеловесных криц железа, поставляемых железоделательными заводами.
Зарождение в недрах феодального общества первых металлургических предприятий мануфактурного типа, способствовало развитию техники обработки металлов, совершенствованию традиционных и появлению новых способов обработки. К их числу относится способ обработки металлов давлением в прокатных валках, появившийся, по имеющимся данным, в XV в. и затем распространившийся на предприятиях черной и цветной металлургии. Изобретение прокатного стана представляло крупнейшее техническое достижение металлургии позднефеодального способа производства. С его появлением резко возросла производительность труда в производстве металлических листов, полос, прутков и проволоки. Прокатный стан внес крупные изменения в технологические схемы производства полуфабрикатов и изделий, которые ранее изготовлялись с помощью ковки и частично волочения.
В концу XVIII — началу XIX вв., т.е. к периоду первой промышленной революции, процессы обработки металлов давлением были широко распространены на металлургических и машиностроительных предприятиях. Именно в этот период ряд процессов обработки металлов давлением вводится в нарождающейся машиностроительной промышленнности. Особую роль в машиностроении начинают играть процессы кузнечно-штамповочного производства. Широко применяются и распространяющиеся в первой половине XIX в. паровые молоты, служащие для свободной ковки, обработки металла в штампах.
В условиях становления и развития машинно-фабричного производства в технике обработки металлов давлением происходят крупные качественные сдвиги: резко повышаются мощности и производительность паровых молотов, прокатных станов и волочильных машин, создаются новые их разновидности и конструкции, обеспечивающие непрерывно растущие потребности техники и машиностроения в производстве различных видов продукции.
Потребности общества в материальных благах всегда являлись движущим фактором технического прогресса. Развитие капиталистического машинно-фабричного производства с особой остротой поставило перед металлургией и машиностроением ряд проблем, связанных, в частности, с созданием принципиально новых технических средств, в том числе машин и оборудования для обработки металлов давлением. В результате изобретается и получает широкое распространение паровой молот Дж. Несмита, выдвигаются идеи создания принципиально новой техники обработки давлением — прессования. Под влиянием качественных изменений в машиностроении и широкого распространения в производстве универсального парового двигателя техника обработки металлов давлением развивалась вплоть до 70-х годов XIX в. динамично, непрерывно-пополняясь новыми машинами. Большие изменения происходили в области совершенствования и преобразования технологии обработки металлов давлением. Подчеркнем, что в XIX веке были, в основном, завершены принципиальные конструктивные разработки систем машин, составивших основу современной техники обработки металлов давлением. Кроме уже упоминавшихся паровых молотов, совершивших настоящие революционные преобразования в кузнечно-штамповочном производстве, быстро прогрессировала и прокатная техника. Процесс прокатки металлов основывался на определенной диффе-
ренциации в производстве прокатного оборудования, включая обжимные, листовые, полосовые и сортовые прокатные станы. Наряду с дуо-прокат- ными нереверсивными и реверсивными станами были созданы станы трио, расширившие возможности технологии прокатки черных и цветных металлов.
Огромное влияние на развитие техники обработки металлов давлением оказали преобразования в области черной металлургии, в частности, переход в 50—70-х годах XIX в. от производства пудлингового и кричного сварочного железа к выплавке литой стали. Появление бессемеровского и мартеновского способов получения литой стали сделало возможным изготавливать более крупные и более качественные слитки. Это, в свою очередь, поставило перед конструкторами кузнечно-прессовых и прокатных машин новые задачи, связанные с необходимостью повышения их мощности, разработкой новых типов оборудования и рационализации основных технологических процессов. Продолжались поиски новых методов и способов обработки металлов давлением. Одно из крупнейших технических нововведений связано с созданием прокатного стана для изготовления стальных бесшовных труб (установка Маннесмана, 1885 г.).
На развитие техники обработки металлов давлением большое влияние оказал появившийся на рубеже XIX—XX вв. электрический привод, давший мощный импульс развитию машин для обработки металлов. Особенно важную роль сыграл электрический привод в преобразовании прокатного и волочильного оборудования. Достижения в области гидравлики и техники высоких давлений способствовали прогрессу гидравлических прессов, ставших с конца XIX в. одним из эффективных видов машин кузнечно-штамповочного производства. В это же время создаются разнообразные конструкции механических молотов, в том числе — фрикционные, ременные, пневматические, пружинные, а в первой половине XX в. делаются попытки использовать для обработки металлов электрический молот.
Последняя треть XIX — начало XX в. характеризовались крупными сдвигами в технике волочильного производства. Наиболее существенные преобразования в этой сфере обработки металлов произошли благодаря изобретению и широкому распространению в проволочной промышленности волочильных машин многократного действия.
Вторая половина XX в. характеризовалась мощным воздействием научно-технического прогресса на развитие техники и технологии обработки металлов давлением. Одним из революционизирующих факторов стала вычислительная техника, позволившая автоматизировать основные и вспомогательные процессы обработки металлов, оптимизировать режимы работы машин и оборудования, повысить их производительность.
Современная техника обработки -металлов давлением, воплощенная в сложных машинах и агрегатах, функционирующих в системе комплексномеханизированных и автоматизированных производств — итог творчества ученых, инженеров и изобретателей разных стран, народов и эпох.
ЛИТЕРАТУРА И ИСТОЧНИКИ
Глава!
Техника в ее историческом развитии. От появления ручных орудий труда до становления техники машинно-фабричного производства. М.: Наука, 1979. 412 с,
A History of Technology. VoL I. Oxford, 1955. 827 p.
Monal F.R. A Chronology of wire and wire products. - Wire and wire products, 1945, vol. 20, Nil.
Зворыкин A.A., Осъмова Н.И., Чернышев В.И., Шухардин С.В. История техники. М.: Соцэкгиз, 1962. 77 с.
Селимханов И.Р. Разгаданные секреты древней бронзы. М.: Наука, 1970. 79 с.
ЧерныхЕ.Н. Металл—человек—время. М.: Наука, 1972. 208 с.
Лукас А. Материалы и ремесленные производства древнего Египта. Пер. с англ. М.: ИЛ, 1958. 747 с.
Померанцев Б.Н. Металлургия меди. Сухой путь. Спб.: Изд. К.Л. Риккера, 1903. 300 с.
Иессен А.А. Из истории древней металлургии Кавказа. М.; Л.: Соцэкгиз, 1935. 420 с.
Пиотровский Б.Б. Ванское царство (Урарту). М.: Изд. вост, лит., 1959. 284 с.
Максимов М.М. Очерк о золоте. М.: Недра, 1988. 112 с.
Потемкин С.В. Благородный 79-й. Очерк о золоте. М.: Недра, 1988. 176 с.
Картер Г. Гробница Тутанхамона. Пер. с англ. М.: Изд. вост, лит., 1959. 262 с.
Арциховский А.В. Введение в археологию. М.: Изд. МГУ, 1947. 262 с.
Маккей Э. Древнейшая культура долины Инда. Пер. с англ. М.: ИЛ, 1951. 143 с.
Данилевский В.В. Русское золото. История открытия и добычи до середины XIX в. М.: Гос. науч.-техн. изд-во лит-ры по черной и цветной металлургии, 1959. 380 с.
Яковлев В.Б. Развитие способов производства сварочного железа в России. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 219 с.
Черепнин Л.В. Образование русского централизованного государства в XIV— XV веках. М.: Соцэкгиз, 1960. 899 с.
Рыбаков Б.А. Ремесло Древней Руси. М.: Изд-во АН СССР, 1948. 792 с.
История Москвы. М.: Наука, 1980. 559 с.
Мезенин Н.А. Занимательно о железе. М.: Металлургия, 1972. 199 с.
Колчин Б.А., Панченко В.В. Термическая обработка стали в Древней Руси (X- XII вв.). - Вестник машиностроения, 1951, № 6, с. 77-80.
Колчин Б.А. Черная металлургия и металлообработка в Древней Руси (Домонгольский период). М.: Изд-во АН СССР, 1953. 260 с.
Колчин Б.А. Техника обработки металла в Древней Руси. М.: Машгиз, 1953. 160 с.
Колчин Б.А. Металлообрабатывающее ремесло Древней Руси. - КСИИМК, 1951, вып. 41, с. 67—68.
Струмилин С.Г. История черной металлургии в СССР. М.: Наука, 1967. 442 с.
Dick О. Die Feile und ihre Entwicklung — sgeschichte. Berlin, 1925. 251 S.
Ледебур А. Металлургия чугуна, железа и стали. Т. I. Часть общая. Спб.: Изд. книжного магазина В. Эриксон, 1896. 347 с.
Ледебур А. Механическая технология металлов. Часть I. Отдел 4: Ковка, прессование, прокатка н волочение. Пер. с нем. Л.А. Боровича. Спб: Изд. Г.В. Гольстеиа, 1899. 382 с.
A History of Technology. VoL II. Oxford, 1957. 802 p.
Порецкий С.В. Курс кузнечного дела. Т. II. Машины кузнечного производства. Введение. Молота. Л.: ОНТИ НКТП. Главная ред. литературы по машиностроению и металлообработке, 1935. 352 с.
Кодрон К. Горячая обработка металлов. Т. II. Производственные процессы горячей обработки металлов. М.: Макиз, 1929. 326 с.
Бек Т. Очерки по истории машиностроения. Т. I. Пер. с нем. М.; Л.: Гос. технико- теорет. изд-во, 1933. 300 с.
Покровский Ю.М. Очерки по истории металлургии. Часть I. М.; Л.: ОНТИ НКТП СССР, 1936. 198 с.
Бекасова Л.М. Развитие кузнечного производства. - Металлург, 1958, № 9, с. 35-37.
Дальгоф Э. Монетное производство. - Промышленность и техника. Т. VI, 1903, 624 с.
Sydenham Е. The coinnage the Roman republic. N.-Y., 1976.
Толстой И.И. Древнейшие русские монеты Великого княжества Киевского. Нумизматический опыт. Спб.: 1882.
Векслер А., Мельникова А. Московские клады. М.: Московский рабочий, 1988. 253 с.
Petrie W.M.F. The Royal Tombs of the Earliest. Dynasties, part II. L., 1901.
Petrie W.M.F. The Arts and crafts of Ancient Egypt., 1910.
Shafer H. Agyptische Goldschmied - learbeiten. Berlin, 1910.
Fontenay E. Les nouvelles fouilles d’Abydos, 1895-96. Paris, 1899. Taf. 8.
Moller G. Die Metallkunst der olten Adypter. Berlin, 1925.
Ахматов П. Техника и химия до времен алхимии (отчет Имп. Моск, технич. училища). 1873-1874.
Куфтин Б.А. Археологические раскопки в Триалети. Т. 1 Тбилиси, Изд-во АН Груз. ССР, 1941.
Куфтин Б.А. Археологические раскопки 1947 года в Цалкинском районе. Тбилиси, Изд-во АН Груз. ССР, 1948.
Ломан Н.К. Развитие техники волочения металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 235 с.
Adam А.Т. Wiredawing. — Journal of the Society of Chemicel Industry, 1917. Vol. 36. N5,p. 241.
“Technik des Kunstandwerks im Zehnten jahrhundert. Des Theophilus Presbyter Diver- sarum Artium Schedula”. Berlin, 1933.
Biringuccio V. The pirotechnia of V. Birinduccio. N.-Y.: 1943.
Глава 2
Техника в ее историческом развитии. От появления ручных орудий труда до становления техники машинно-фабричного производства. М.: Наука, 1979. 412 с.
Труды Уральского политехнического института им. С.М. Кирова. Сб. 40. Из истории черной металлургии Урала. Св.: Свердловское книжное изд-во, 1957. 199 с.
Струмилин С.Г. История черной металлургии в СССР. М.: Наука, 1967. 442 с.
Стоскова Н.П. Первые металлургические заводы России. М.: Изд-во АН СССР 1962. 106 с.
Крепостная мануфактура в России. Тульские и Каширские заводы. Ч. I. Туль ские и Каширские железные заводы. Л.: Изд-во АН СССР, 1930. 503 с.
Бакланов Н.Б. Техника металлургического производства XVIII века на Урале М.; Л.: ОГИЗ. Гос. соц. эконом, изд-во, 1935. 324 с.
Геннин В. Описание Уральских и Сибирских заводов. Предисловие академик! М.А. Павлова. М.: Гос. изд-во ’’История заводов”, 1937. 661 с.
Покровский Ю.М. Очерки по истории металлургии. М.; Л.: Объединенное научно техн, изд-во НКТП СССР, 1936. 198 с.
Очерки истории техники в России. Горное дело. Металлургия. Энергетика. Маши ностроение. С древнейших времен до 60-х годов XIX в. М.: Наука, 1978. 372 с 10. Тумский К.И. Канительная промышленность в России и за границей. М.: Изд Департамента торговли и мануфактур, 1901. 167 с.
Соловьев С.М. История России с древнейших времен. Спб.: Изд. Т-ва ’’Обществен ная польза”. Т. 4, 1895, с. 1239.
Ломан Н.К Развитие техники волочения металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 235 с.
Ломан Н.К, Кречетникова Ю.И. История завода ’’Электропровод”. М.: Энергия, 1967. 335 с.
Encyclopddie ou dictionaire raisonne des sciences, des arts et des metiers. Par Diderot et d’Alembert. Paris, 1771, V. 6, p. 33-35.
Монетные дворы. - Энциклопедический словарь. Издатели Ф.А. Брокгауз и И.А. Ефрон. Т. Х1ХА. Спб.: Типо-литография И.А. Ефрона, 1896, с. 763-765.
Деммени М. Сборник указов по монетному и медальерному делу в России, помещенных в полном собрании законов с 1649 по 1881 гт. Вып. 1. Спб.: Изд. вел. кн. Георгия Михайловича, 1887. 568 с.
Уздельников В.В. Монеты России. 1700-1917. Под ред. чл.-корр. АН СССР В.Л. Янина. М.: Финансы и статистика. 1986. 500 с.
Шлаттер и Нартов. Историческое описание до монетного дела принадлежащее, по 1778год. - Горный журнал, 1832, ч. III, с. 234-254.
Спасский А.Г. Петербургский монетный двор. От возникновения до начала XIX века. Л.: Изд-во и тип. Гос. Эрмитажа, 1949. 72 с.
Винклер П. Из истории монетного дела в России. Спб.: Тип. П.П. Сойкина, 1897. 179 с.
Данилов В. Описание Санктпетербургского Монетного двора. - Горный журнал, 1825, кн. 1, с. 85-95.
Любомиров П.Г. Очерки по истории металлургической и металлообрабатывающей промышленности в России (XVII, XVIII и нач. XIXв.). Л.: Гос. соц.-эконом, изд- во, 1937. 307 с.
Яковлев В.Б. Развитие способов производства сварочного железа в России. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 219 с.
Beck L. Die Geschichte des Eisens..., Bd., Braunscweig, 1893—1895.
Agricola G. De re metallica. Basel, 1556.
Biringuccio V. The pirotechnia of V. Biringuccio. N.-Y.: 1943.
Бёк T. Очерки по истории машиностроения. T. I. M.; Л.: Гос. технико-теорет. изд- во, 1933. 300 с.
Swedenborgius В. De Ferro. Dresdae et Lipsilae, 1734.
Beck L. Die Geschichte des Eisens..., Bd. 3. Braunscweig, 1895.
Rinmann S. Anledning till stall och jernsforald - lingen och des forbettring. Stockholm., 1772.
Пономарев H.A. О времени, месте появления и устройстве первых водяных мельниц. - Труды ИИЕиТ. Т. 13. История машиностроения и транспорта. М.: Изд- во АН СССР, 1956, с. 101-122.
ЛедебурА. Механическая технология металлов. Ч. I. Отдел 4: Ковка, прессование, прокатка и волочение. Пер. с нем. Спб.: Издание Г.В. Гольстена, 1899, с. 215-382.'
Виргинский В.С. Горно-металлургическое производство Франции во 2-й половине XVIII века. - Труды ИИЕИТ. Т. 20. История металлургии. М: Изд-во АН СССР, 1959, с. 153-383.
Порецкий С.В. Курс кузнечного дела. Т. II. Машины кузнечного производства. Л.; М.: Главная ред. лит-ры по машиностроению и металлообработке, 1935. 352 с.
Кодрон К. Горячая обработка металлов. Т. I. Теоретические и экспериментальные основы процессов горячей обработки металлов. М.: Моск, научн. изд-во ’’Макиз”, 1929. 515 с.
Покровский Ю.М. Очерки по истории металлургии. М.; Л.: Объединенное научно- технич. изд-во НКТП СССР, 1936. 198 с.
Courtivron G., Bouchu В. L’art des forgeset fourneaux a fer. Paris, 1762.
Сидоров А.И. Очерки из истории техники. Вып. 2. М.: Гос. технич. изд-во, 1928.
64 с.
Pantheus J.A. Voarchadumia contra Alchimiam. Venice, 1530.
A History of Technology. Vol III. Oxford, 1957.
Zonca V. Novo teatro di machine et edificii. Bertelli, Padua, 1607.
Cous S. De Les raisons des forces mouvantes. Francfort, 1615.
Hessus HE. Urbs Noriberga, Noribergae, 1532.
Gass W. Vom draht und den Altenaer drahtrollen. - Beitrage zur Geschichte der technik und Industrie, 1931-1932, Bd. 21, S. 133-142.
22522515. Зак. 232
225
225
Morral ER. A Chronology of wire and wire products. - Wire and wire products, 1945, Vol 20, Nil.
Lewis K.B. The Shape of Things to come. - Wire and wire products, 1942, VoL 17, N 1, p. 15-27,56-61.
Lewis K.B. Wire Drawing Ten Centuries old, Made Its Real Advances in last Handred Years. - The Iron Are, 1932, Vol. 130, N 2, p. 58.
Баташов H.C., Гагарин Е.И. Е.Г. Кузнецов - выдающийся мастер XVIII века. М.: Машгиз, 1953. 96 с.
Целиков А.И., Смирнов В.В. Из истории развития отечественного прокатного машиностроения. - Труды ИИЕиТ, Т. 21. История машиностроения. М.: Изд-во АН СССР, 1959, с. 3-43.
A History of Technology. Vol V. Oxford, 1958.
Векслер А., Мельникова А. Московские клады. M.: Московский рабочий, 1988. 253 с.
Дальгоф Э. Монетное производство. - Промышленность и техника, Т. VI, 1903, с. 595-618.
Сперанский М.Н. Практическое описание монетного производства в Екатеринбурге 1780 г. М.: Имп. О-во истории и древностей российских при Моск, ун-те, 1907. 29 с.
Спасский И.Г. Изобретатель Неведомский. К двухсотдватцатипятилетию Монетного двора. Л.: Изд. Гос. Эрмитажа, 1949. 28 с.
Пишке Г. Описание устроенных при Утрехском Монетном дворе чеканных станов, приводимых в действие давлением воздуха. — Горный журнал, 1835, ч. I, № 3, с. 571-579.
Feldhaus ЕМ. Die Technik der vorzeit, der Geschichthchen zeit und der NaturvdBcer. Leipzig und Berlin, 1914, S. 199.
Dohner O.H. Die Entwicklung der Mechanisierung bei der Herstellung von Eisen und Stahldrahten. - Beitrage zur Geschichte der Technik und Industrie, Berlin, 1924, Bd. 4, S. 193.
Захаров Я. О делании золотой или позолоченной проволоки. — Технологический журнал, 1805, т. 2, ч. 3, с. 55.
The mechanical inventions of Leonardo da Vinci. - Engineering, 1875, Vol. 19, 5/111, p. 180-183.
Ломан H.K., Белоусова A.H., Кречетникова Ю.И. Заводу ’’Электропровод” 200 лет. М.: Энергоатомиздат, 1985. 336 с.
Глава 3
Техника в ее историческом развитии. От появления ручных орудий труда до становления техники машинно-фабричного производства. М.: Наука, 1979. 412 с.
Зворыкин А.А., Осьмова, Чернышев В.И., Шухардин С.В. История техники. М.: Соцэкгиз, 1962. 772 с.
Покровский Ю.М. Очерки по истории металлургии. М.; Л.: Объединенное научно- технич. изд-во НКТП СССР, 1936. 198 с.
Очерки истории техники в России. С древнейших времен до 60-х годов XIX века. М.: Наука, 1978. 376 с.
Яковлев В.Б. Развитие способов производства сварочного железа в России. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 219 с.
Диогенов Г.Г. История открытия химических элементов. М.: Учпедгиз, 1960. 232 с.
Соболевский П.Г. Известие о платиновом производстве в России. Спб.: Тип. К. Крайя, 1835. 19 с.
Плоткин С.Я. Петр Григорьевич Соболевский. Жизнь и деятельность выдающегося ученого XIX в. М.: Наука, 1966. 127 с.
Порецкий С.В. Курс кузнечного дела. Т. 2. Машины кузнечного производства. Л.; М.: Главная ред. лит-ры по машиностроению и металлообработке, 1935. 352 с.
Ледебур А. Механическая технология металлов. Ч. II. Примеры из специальной технологии. Спб.: Изд. Г.В. Гольстена, 1899, с. 73-219.
Кодрон К. Горячая обработка металлов. Пер. со 2-го франц, изд. Т. III. Производственные процессы горячей обработки металлов. М.: Акц. о-во Моск, научн. изд-во ’’Макиз”, 1929. 383 с.
226
A History of Technology. Vol V. Oxford, 1958.
О механической выделке кард. — Журнал мануфактур и торговли, 1832, № 3, с. 53.
Лабзин Н.Ф. Проволока, ножевый товар и мелкие слесарные изделия на парижской всемирной выставке 1867 года. Спб.: 1868. 74 с.
Luckman J.E. Early wiere History. - The wire Industry, 1945, vol. 12, N 139, p. 355- 356.
’’Записки Русского технического общества’’, 1879, ч. И, с. 285.
ХТ.ЛаманН.К. Развитие техники волочения металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1963. , 235 с.
"Журнал мануфактур и торговли", 1866, т. VII, № 3, с. 61.
"Ведомость о мануфактурах в России за 1813 и 1814 гг.”. Спб.: Тип. Воен, м-ва, 1816. 457 с.
Описание машины, употребляемой для выгибки медных труб в мастерской г-на Каве. - Горный журнал, 1837, ч. I, кн. III, с. 633.
Ледебур А. Механическая технология металлов. Ч. I. Общая технология. Отделы 1-5. Спб.: Типо-литография А. Лейферта, 1899, с. 1-554.
Родионов Г.В. Машины ударного действия. Новосибирск: Кн. изд-во, 1953, с. 3-30.
Мезенин Н.А. Повесть о мастерах железного дела. М.: Знание, 1973. 223 с.
Загорский Ф.Н., Загорская ИМ. Генри Модели (1771-1831). М.: Наука, 1984. 145 с.
Nasmyth James. - Encyclopaedia Britanica, 1964, vol. 16, p. 125.
Nasmyth J. An autobiography. L.: 1883.
Кодрон К. Горячая обработка металлов. Т. I. Теоретические и экспериментальные основы процессов горячей обработки металлов. Пер. с 2-го франц. изд. М.: Моск, иауч. изд-во "Макиз”, 1929. 515 с.
Очерки истории техники в России (1861—1917). М.: Наука, 1973. 404 с.
Колчак В. История Обуховского сталелитейного завода. Спб.: Тип. Морского Министерства в Главном Адмиралтействе, 1903. 384 с.
Суслов П.В. Кузнечно-прессовое оборудование. М.: Машгиз, 1956. 420 с.
Гамель ИХ. Описание Тульского оружейного завода в историческом и техническом отношении. М.: Тип. А. Семена, 1826. 372 с.
Тиме Ив. О некоторых горнозаводских машинах. Спб.: Тип и хромолит. А. Тран- шеля, 1875. 159 с.
Смайле С. Биографии промышленных деятелей. Спб.: Изд. С.В. Звонарева, 1872. 311 с.
Истомин П.С. Прессование металлов. М.; Л.: Цветметиздат, 1932. 220 с.
Спасский ИГ. Изобретатель Неведомский. К двухсотдвадцатипятилетию Монетного двора. Л.: Изд. и тиа Гос. Эрмитажа, 1949. 28 с.
Спасский ИГ. Петербургский Монетный двор от возникновения до начала XIX века. Л.: Изд-во и тиа Гос. Эрмитажа, 1949. 72 с.
Описание новой машины для тиснения монет, изобретений И. Неведомским. Спб.: Тип. губ. правления, 1811. 27 с.
Монетные дворы. - Энц. словарь Брокгауза и Ефрон, т. XIX , 1896, с. 763-765.
Фоллендорф Н.П. Современное состояние монетного дела в России и Западной Европе. СПб.: Жури. "Технический сборник", 1883. 88 с.
Прозоровский Д.И. Свод сведений, относящихся до техники и истории медальерного искусства. Ч. I. Специальная. Спб.: Тип. Акад, художеств, 1844. 199 с.
Дедько А.Г. Материалы для истории С.-Петербургского монетного двора (1905— 1912 гг.). Спб.: Тип. И. Бораганского, 1914. 322 с.
Дальгоф Э. Монетное производство. - Промышленность и техника, т. VI, 1903, с. 595-618.
Записки о приготовлении штемпелей для монет и медалей (пер. с франц.). - Горный журнал, ч. IV, кн. II, 1837, с. 329-350.
Бранд (перевод Г. Варвинского). О приготовлении штемпелей для оттиска медалей и монет. - Горный журнал, ч. IV, 1831, с. 144-155.
Теплое. Приготовление штемпелей на Парижском монетном дворе. - Горный журнал, ч. I, кн. I, 1834, с. 119-137.
О Варшавском монетном дворе. - Горный журнал, ч. I, № 1-2, 1838, с. 303-315.
227
Родзевич-Белевич А.Ф. Детали прокатных устройств с атласом из XIX таблиц. Ч. I. Текст. Новочеркасск, Электро-Типография Ф.М. Туникова, 1912. 124 с.
Пуппе И. и Штауберг Г. Прокатное дело. Т. И. Пёр. с нем. Л.; М.: ОНТИ НКТП СССР, Главная ред. лит-ры по черной металлургии, 1937. 544 с.
Верещагин Н.С. Введение в изучение прокатных станов и определение работы, необходимой для продольной прокатки. Спб.: Типо-питогр. Шредера, 1908. 266 с.
Верещагин Н.С. Курс заводских машин. Спб.: Литогр. И. Трофимова, 1908.
Целиков А.И., Смирнов В.В. Из истории развития отечественного прокатного машиностроения. — Труды ИИЕиТ, т. 21. История машиностроения. М.: Изд-во АН СССР, 1959, с. 3-43.
Beck L Geschichte des Eisens... Bd. 4,'Braunscweig, 1895.
Morral F.R. Chronology of wire and wire products. - Wire and wire products, 1945, Vol 20, N 11.
Мезенин НА. Уральский металл. M.: Металлургия, 1981. Ill с.
Ломан Н.К. 100 пет непрерывной прокатке. — Металлург, 1962, № 17., с. 35-36.
Ломан Н.К. 100-петие процесса непрерывной прокатки. - ВИЕиТ, 1963, вып. 14, с. 201-202.
Lewis К.В. The Shape of Things to come. — Wire products, 1942, Vol. 17, N 1. p.T5-27, 56-61.
Тумский К.И. Канительная промышленность в России и за границей. М.: Деп. торговли и мануфактур, 1901. 167 с.
Производство тянутых стальных трубок в Англии. — Техн, сб., 1866, № 4, с. 172.
Новая плющильная машина, изобретенная г. Брокедоном. - Журнал мануфактур и торговли, 1825, № 6, с. 100.
Глава 4
Красавцев Н.И. Перспективы развития доменного производства. М.: Металлург- издат, 1958. 558 с.
Татирченко ДМ. Металлургия чугуна, железа и стали. Л.; М.: Главная ред. лит-ры по черной металлургии, 1936. 390 с.
Техника в ее историческом развитии. От появления ручных орудий труда до становления техники машинно-фабричного производства. М.: Наука, 1979. 412 с.
Целиков А.И. Металлургические машины и агрегаты: настоящее и будущее. М.: Металлургия, 1979. 143 с.
История металлургии легких сплавов в СССР. М.: Наука: Т. 1. 1917—1945, 1983. 400 с.; Т.2. 1945-1987, 1988. 440 с.
Ломан Н.К. Из истории металлокерамических материалов. — В кн.: Новые материалы в технике и науке. Прошлое, настоящее, будущее. М.: Наука, 1966, с. 85-97.
Порошковая металлургия в СССР. История. Современное состояние. Перспективы. М.: Наука, 1986. 294 с.
Беляев А.И. Чистые металлы и их роль в технике и науке. — В кн.: Новые материалы в технике и науке. Прошлое, настоящее, будущее. М.: Наука, 1966, с. 66—76.
Федоров А.С. Творцы науки о металле. Изд. 2-е. М.: Наука, 1980. 217 с.
Унксов Е.П. О развитии теории обработки металлов давлением. - Кузнечноштамповочное производство, 1978, №6, с. 1-5.
Могучий Л.Н. Обработка металлов давлением. М.: Изд-во АН СССР, 1957. 199 с.
Суслов П.В. Кузнечно-прессовое оборудование. М.: Гос. научно-технич. изд-во машиностроительной пит-ты, 1956.
Чертков Г.В. Технология металлов. Л.; М.: ОНТИ НКТП СССР. Главная ред. машиностроительной и автотракторной лит-ры, 1937. 380 с.
Зимин А.И. Машины и автоматы кузнечно-штамповочного производства. Ч. I. Молоты. М.: Гос. научно-техническое изд-во машиностроительной и судостроительной лит-ры, 1953. 459 с.
Порецкий С.В. Курс кузнечного дела. Т. 2. Машины кузнечного производства. Л.; М.: ОНТИ НКТП, Главная ред. лит-ры по машиностроению и металлообработке, 1935. 352 с.
Алексенко-Сербин ТМ. Вольфрамовая проволока. - Техническая энциклопедия, т. 4. М.: Акц. об-во ’’Советская энциклопедия”, 1928. с. 465-470.
Очерки развития техники в СССР. Машиностроение. Автоматическое управпе- 228
ние машинами и системами машин. Радиотехника, электроника и электросвязь. М.: Наука, 1970. 443 с.
Пуппе И., Штаубер Г. Прокатное дело. Пер. с нем. Т. 2. Л.; М.: Главная ред. лит-ры по черной металлургии, 1937. 544 с.
Целиков А.И., Смирнов В.В. Из истории развития отечественного прокатного машиностроения. - В кн.: Труды ИИЕиТ, т. 21. История машиностроения. М.: Изд-во АН СССР, 1959, с. 3-43.
Очерки развитии техники в СССР. Техника горного дела и металлургии. М.: Наука, 1968. 406 с.
И. Кодрон К. Горячая обработка металлов. Пер. с франц. Т. I. М.: Акц. о-во Моск, научно-технич. изд-во ”Макиз”, 1929. 515 с.
Кодрон К. Горячая обработка металлов. Пер. с франц. Т. II. М.: Акц. о-во Моск, научно-технич. изд-во ”Макиз”, 1929. 326 с.
Кодрон К. Горячая обработка металлов. Пер. с франц. Т. III. М.: Моск, научно- технич. изд-во, 1929. 383 с.
Верещагин Н.С. Введение в изучение прокатных станов и определение работы, необходимой для продольной прокатки. Спб.: Типо-лит. Шредера, 1908. 172 с.
Верещагин Н.С. Станы для непрерывной прокатки. Спб.: Тип. Сойкина, 1913. 85 с.
Zewis К. В. The Shape of Things to come. - Wire and wire products, 1942, Vol 17, N l,p. 15-27,56-61.
A History of technologu. Oxford, 1958, Vol V:
Бычков Ю.А., Вульфов М.Я. Цифровое управление механизмами реверсивных станов горячей прокатки. М.: Металлургия, 1982. 168 с.
АСУ ТП современных балочных прокатных станов. М.: Металлургия, 1984. 152 с.
Ломан Н.К. Развитие техники волочения металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 235 с.
Ломан Н.К., Белоусова А.Н., Кречетникова Ю.И. Заводу ’’Электропровод” 200 лет. М.: Энергия, 1985. 335 с.
Белоусова А.Н., Ломан Н.К. Станиславский и техника. - Изобретатель и рационализатор, 1988, № 1, с. 32-34.
Тумский К.И. Канительная промышленность в России и за границей. М.: Деп. торговли и мануфактур, 1901. 167 с.
Ерманок М.З., Ватрушин Л.С. Волочение цветных металлов. М.: Металлургия, 1982. 272 с.
Бодунов Н.К. Волочильный станок типа МВА-1-4. - Производственно-технический информационный бюллетень Гл. упр. метиз. пром., 1939, № 1, с. 19.
Недовизий И.Н., Тарнавский А.Л. Скоростное волочение низкоугперодистой стальной проволоки. М.: Металлургиздат, 1954. 188 с.
Шпанир А. Новые волочильные станы фирмы Нортон. - Сталь, 1956, № 4, с. 380.
“The Journal Institute of Metals”, 1931, N 2, p. 313.
“bon and Steel Institute Carnegie Scolarsh. Memories”, 1931, Vol. 20, p. 87.
Перлин И.Л. Теория волочения. M.: Металлургиздат, 1957. 424 с.
Губкин С.И. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургиздат, 1947. 532 с.
Ломан Н.К Развитие техники волочильного производства. — Металлург, 1959, № 6, с. 36-38.
Bonzel М. Le trefilage de 1’acier. Paris, 1958.
Мосеев В.Ф. Исследование силовых воздействий при высокоскоростном волочении малоуглеродистой проволоки. Дне. на соискание ученой степени канд. техн, наук. М.: 1957.
Leonard W.O. Continuous Annealing of Soft Drawn Copper wire. - Wire and wire products, 1948, Vol. 23, p. 391.
Clarke F.J. Continuous Annealing and Spooling of Copper wire. - Wire Industry, 1957, Vol. 24, N 285, p. 841.
Целиков А.И., Альшевский Л.Е., Азаренко Б.С. Непрерывное волочение труб. Материалы Всесоюзного совещания работников трубной промышленности. М.: ЦНИИЧМ, 1962.
Зарубин Н., Мальков Л О сплавах металлокерамического типа (победит, карбо- лей, рамет, титанит и др.). — Вестник металлопромышленности, 1933, № 6, с. 68.
ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ
Агатархид Книдский, 1 в. 13
Агрикола Г. (Agricola G.), 1494-1555
60, 62, 63
Азаренко Б.С., 1953 г. 216
Алдерсон Г. A., (Alderson G.), 1804 170
Александр Македонский (Александр Великий) (Alexandros ho Me'gas), 356— 323 до н.э. 34
Алексеев (Станиславский) К.С., 1863- 193 8 2 0 7, 208, 219
Алексеев С-, 1751-1823 55,56, 99,108
Алексей Михайлович, русский царь, 1629-1676 54,5 7
Алиат, царь Лидийский 34
Альшевский Л.Е., 1953 г. 216
Аполлон 34
Аристотель (Aristoteles), 384—322 до н.э. 17
Арне (Arns), поел, треть XIX в. 125
Афина, Афина Паллада 22
Ахилл, Ахиллес 22
Байков А.А., 1870-1946 1 79
Барелл (Bareli), 1879 г. 128,129
Бедсон Дж. (BedsonG.), 1820-1884 161, 162,163
Бек Т. (Beck Т.), 1933 г. 83
Бекман (Beckmann), 1867 г. 175
Белов А.Ф., р. 1906 г. 179
Беркиншау Д., 1828 г. 151
Берне СТ. (Byrne SU.), 1884, 1885 гг.
207
Бессемер Г. (Bessemer Н.), 1813-1898 160, 176,204
Бирингуччо В. (Biringuccio V.), 1480-
1539 31, 48, 49, 60, 89, 96, 99
Блондей П. (Blondeau Р.), 1649 г. 85
Болтон М. (Boulton М.), 1728-1809 78,141, 143
Бонзель М. (Bonzel М.), 1934 г. 174, 211
Борис Александрович, вел. князь Тверской с 1425 г., ум. в 1461 г. 39
Бочвар А.А., 1902-1984 7 79
Бош Г. (Bosch G.), 1590г. 86
Брама Дж- (Bramah J.), 1748-1814 126, 127
Бранка Дж. (Branca G.), 1571-1645 (1640?) 83, 84
Браун Дж. (Brown L), 1861, 1871 гг. 136
Бриджмен П.У. (Bridgman P.W.), 1882- 1961 178,190,191
Бринелль Ю. А. 1849-19 25 19,175
Бриот Н. (Briot N.), нач. XVII в. 85
Б роке дон (Brockedon), 1819 г. 174, 175
Бурдон Ф. (Bourdon F.), 1842 г. 112, 113
Бурр Т. (Burr Th.), 1820 г. 127, 128, 129
Бушю Э.Дж. (Bouchy EJ.), 1714-1773 89
Варен, нач. XVII в. 85
Вашбурн И. (Washburn J.), 1869 г. 163
Вейгел К. (Weigel Ch.), 1698 г. 93, 94
Вейсенберг В. (Weisenberg В.), 1924 г. 212
Верещагин Л.Ф., 1909-1977 1 90,191
Верещагин Н.С., 1866-1923 1 78
Виланд 26
Вилкинсон Дж. (Wilkinson J.), 1728— 1808 750,170
Вильсон (Wilson), 1843 г. 115
Виниус А.Д., г. рожд. неизв. - ум. ок. 1652 г. 57,135
Витворт Дж. (Whitworth J.), 1803-1887 132,133, 134, 136
Витрувий (Vitruvius), 2-я пол. 1 в. до н.э. 75
Владимир Всеволодович (см. Мономах)
Владимир Давыдович, князь Черниговский 30
Владимир Святославич, князь Киевский, г. рожд. неизв. - ум. 1015 г. 36
Вулкан 26
Вуудз Дж. (Woods J.), 1871 г. 207, 208
Вуудз Э. (Woods Е.), 1871 г. 207, 208
Гавриленко А.П., 1861-1914 7 78
Газвелл Дж. (Haswell J.), 1859-1861 гг. 105,130,131,132
ГарретУ. (Garret W.), 1882 г. 163,192.
Гарт (Harte), вторая половина XIX в. 142
Гассе (Hasse), вторая половина XIX в. 123
Геннин В .И. (де Геннин Георг Вильгельм), 1676-175 0 51, 60, 64, 65, 68, 86,87,94
Гентсман Б. (Хантсмен) (Huntsman В.), 1704-1776 59,146
Геродот (Herodotos), р. между 490 И 480 - ум. ок. 425 до н.э. 14, 34
Герои Александрийский (Heronus Alex- candrinus), 1 в. 31
Герценберг JL, 1896 г. 207
Гесиод (Hesiodos), VIII-VII вв. до н.э.
13
Гессус Э. (Hessus, Hesse Е.), 1532 г. 85
Гефест 22, 26, 31
Гигес, 687-654 гг. до н.э. 34
Гиртий А., 46 г. до н.э. 35
Гледхилл (Gledhill), 1861 г. 132
Гловерт Ф., 1631 г. 54
Голлей A. (Holley А.), 1871 г. 156
Гомер (Homeros), вр. жизни между
XII и VII вв. до н. э. 13,16, 22, 42 Грин Ч. (Green Ch.), 1838 г. 131,170 Грум-Гржимайло В.Е., 1864-1928 179 Губкин СИ., 189 8-1955 179, 212 Гумфрис Фр. (Humphries Fr.), 1837, 1838 гг. 105
ГурьяноваМ.К. 212
Гэрри 200
Д’Аламбер Ж.Л. (D’Alembert Л.), 1717- 1783 85
Дален (Daelen), вторая треть XIX в. 115, 134
Дарий I (Дараявауш), 522-486 гг. до н.э. 34
Де Бофре Я (De Baufre J.) 1704 г. 174 ДеверельУ. (Deverell W.), 1806 г. 110 Делен Р. (Daelen R.), 1813-1887 159 Деметрий I Полиоркет (Demetrios Poli- orketes), ок. 337-283 гг. до н.э. 34
Демидов (заводчик) 151
Демосфен (Demosthenes), ок. 384-322гг.
до н.э. 23
ДепреМ. (Deprez М.), 1843-1918 181 Дженкс И. (Jenks J.), 1667 г. 86 Джера 9
Дидро Д. (Diderot D.), 1713-1784 85 Дик A. (Dick А.), 1894 г. 129,182,189 Диодор Сицилийский (Diddoros Sikelio- tes), ок. 90- ок. 21 гг. до н.э. 13
Дмитрий Иванович Донской, 1350—1389 37
Докучаев И., 60-70-е годы XVIII в.
55, 99
Доннер О. (Db'hner О.), 1924 г. 44
Дорнинг112
Дро П. (Droz Р.), 1721-1790 77, 78, 136,137, 138,139
Дюамель А.Л. (Duhamel A.L.), 1700- 1781 61, 67
Дюпортейль Б. (Duportail В.), 1857 г.
131
Евреинов И., 1717 г. 55
Евреинов М., 1717 г. 55
Евкратид царь Бактрии, II в. до н.э. 34
Ермолаев Н.Ф., 1953 г. 216
Ефименко П.П. 17
Жамены (отец и сын), 1791 г.89
Заманин (мастер-чеканщик) 39
Закс Г. (Sachs G.) 178
Захаров Я.Д., 1765-1836 97, 99
Зибель Э. (Siebel Е.) 1 78
ЗимщАоН, 1895 4 9 74 187
Иван (мастер-чеканщик) 39
Иван III Васильевич, 1440-15 05 5 7
Иван IV Васильевич, 1530-1584 57
Ильмаринен 26
Ильчнер К., 1902 г. 195
Ильюшин А.А. р. 1911 г. 179
Истомин П.С., 1881-1948 179
Карлсунд О.Е., (Carlsund О.), 1856 г. 156
Карстен К.И.Б. (Karsten С.), 1828 г. 154
Клуэ Ж.-Ф., конец XVIII в. 89
Кнаббе В.С., 1849-1914 171
Ко Саломон де (Caus S. de), 1576-1626 81,83
Когос А.М., 1953 г. 215
Кодрон К. (Codron С.), 1929 г. 24
Кокер Дж. (Cocker I.), 1855 г. 168
Колосов К., 1717 г. 55
Конди Дж- (Condie J.), 1846 г. 114, 115
Коннор Р.Д. (Connor RD.), 1915 г. 210,211
Константин I (Constantinus), ок. 285-
337 гг. 35
Корк (Cork), 1787 г. 152,153
Корнеев Н.И. 1904-197 6 1 79
Корнлейн В. (Kornlem W.), 1879 г. 207
Королев А.А. 179
Корт Г. (Cort Н.), 1740-1800 92, 102, 103, 149,150
Корягин Н.И. 7
Костенко М.П., 1923 г. 181
Коши О.Л. (Cauchy A.L.), 1789-1857
178
Крауше Р. (Crawshay R.), конец XVIII в. 149
Крез (Kroisos), 595-546 гг. до н.э. 34
Кристоф Л. (Christoph L.), 1851, 1862гг.
170
Кроссли Ж. (Crossley G.), 1866 г. 167
Крупп A. (Krupp А.), 1812-1887 117, 118, 134
Крылов Н.И., 1956 г. 215
Ксенофонт (XenophJn), род. ок. 430- 355 или 354 гг. до н.э. 34
Кузнецов (Жепинский) Е.Г., 1725-1805 92,161
Курнаков Н.С., 1860-1941 178
Курневич, 50-е гг. XX в. 191
Лазарев, 1717 г. 55
Лаут Б. (Lauth В.), 1860, 1862 гг. 15 7, 196
Ледебур A. (Ledebur А.), 1837-1906. 20, 120
ЛейкВ.Р. (Lake W.R.), 1879 г. 167, 174
Ленин В.И., 1870-1924 50
Леонардо да Винчи (Leonardo da Vinci), 145 2-1519 79, 80,9 7, 98, 99
Ломан Г. (Loman Н.), 1914, 1921 гг. 218
Лорини Б., р. ок. 1545 г. - г. см. неизв.
83
Луи фон Берген, 1456 г. 174
Любарский В.В., 1795-185 2 104
Людерс А., 60-е гг. XIX в. 178
Мак-Каллип У. (Me. СаШр W.), 1877 Г.
198
Маленек Ф.Т., 1965 г. 204
Маннесман М. (Mannesmann М.), 1857- 1915 170,197,198,222
Маннесман Р. (Mannesmann R.), 1856- 1922 1 70,197,198,222
Маркс К. (Marx К.), 1818-1883 8, 14, 32, 33, 104,105
Маррель (Marrel), 1868 г. 159
Мартен П. (Martin Р.), 1824-1915 176
Мартынов И., 1631 г. 54
Массей А., 179
Меллер Г. (Moller G.), 1925 г. 41
Мерерука 19, 20
Милютин А., 1714 г. 55
Михаил Федорович Романов, 1596-1645
51,54
Модели Г. (Maudslay Н.), 1771-1831 127
Мозанер, нач. XX в. 199
Мономах Владимир Всеволодович, вел.
князь Киевский, 105 3-1125 36
Моор П. (Moor Р.) 174
Морган Ч.Х. (Morgan Ch. Н.), 1869, 1878 гг. 163
Моррисон (Morrison), 1851, 1867 гг. 117
Мосеев В.Ф., 1953, 1956 гг. 215
Мунц Г.А. (Muntz GA.), 1899 г. 171
Надаи A. (Nadai А.) 7 78
Накен В. (Nacken W.), 1924, 1930 гг. 210, 211
Неведомский И.А., 17 85-1814 79, 136, 137,139, 140, 141
Недовизий И.Н., 1954 г. 212
Несмит Дж. (Nasmyth J.), 1808-1890 105, 110, 111, 112, 113, 115, 116, 127, 221
Нестман К., 1896 г. 207
Нефферронтеп 20
Ника 34
Нилиус ИЗ, 114
НосальВ.В. 205
Ньюкомен Т. (Newkomen Т.), 1663- 1729 78
Оленин А.Н., 1763-1843 137
Орефьев (мастер-чеканщик) 39
Павлов И.М., 1900-1985 79
Пайпер Ш. (Pieper Н.), 1896 г. 167
Пальмов Е.В., 1895-1965 212
Панхьюз ДжА. (Pantheus J.A.), 1530 г. 80,81
Пауель (Pawel), 1787 г. 152, 153
Пейн Дж. (Paine,J.), 1728 г. 92
Перикл (Perikles), ок. 490-429 гг. до н.э. 23
Перлин И.Л., 1895-1977 179, 212,215
Петр I Великий, 1672-1725 52, 54, 55, 57
Петров С.Н., нач. XX в. 178
Пиета 35
Пикней (Puckney), 1889 г. 181
Плиний Старший (Гай Плиний Секунд) (Gaius Plinius Secundus), р. 23 или 24-ум. 79 г. н.э. 13, 23, 42, 75
Полем К. (Polhem Ch.), 1661-1751 89, 156,196
Полухин П.И., р. 1911 г. 179
Понселе 89
Присс Д. (Price J.), 1872 г. 207
Пурнелль Дж. (Purnell J.), 1766 г. 92
Пятов В.С., 1824-1892 199
Ралендс (бр.) (Rylands Bros.), 1919 г. 210
Рамсботтом Дж. (Ramsbottom J.), 1867 г. 159
Реомюр Р.А., (Reaumur RA.), 1863- 1757 59
Ригби 179
Ридингер Л.А., вторая пол. XIX в. 125
Ринман С. (Rinman S.), 1772 г. 61
Розанов Б.В. 191
Рудольф П (Rudolf), 1552-1612 53
Рудольф Нюренбергский (Rudolf Norim- bergae) 48, 53, 92
Рыбаков Б.А., р. 1908 г. 17, 26,27
Саргон II Ассирийский, 722-705 гг.
до н.э. 15
Сафронов А.3.117
Сварог 26
Сведенборг Э. (Swedenborg Е.), 1688- 1112 60,89
Сведе-Швец Н.И. 179
Святослав Ярославич, 1027-1076 27
Северденко В.П., 1904-1978 179
Сен-Венан Б. (Saint Venant В.), 1797- 1886 178
Сети I, правление ок. 1337-1317 гг. до н.э. 12
Сефлай 26
Симон Т. (Simon Т.), 1650-е гг. 85
Соболевский П.Г., 1782—1841 104
Софийский П.И., 1961 г. 205
Софокл (SophoBc^s), ок. 496-406 гг.
до н.э. 16, 23
Станиславский К.С. (см. Алексеев К.С.)
Стефенсон Дж. (Stephenson G.), 1781- 1848 706, 727
Сторожев М.В., 1896-1979 179
Страда Якоб де (Strada J. de), 1523— 1588 60
Строганов Г.А., 1838 г. 164,165, 166
Сгрумилин С.Г., 1877-1974 17
Суцелл 26
Тарнавский А.Л., 1954 г. 272
Татищев В.Н., 1686-1750 57
Теофил (Theophilus),X в. 44, 45,123
Тиме И.А., 1838-1920 77 7
Тиолье, 1826 г. 146
Тобер, нач. XX в. 799
Томас С.Дж. (Thomas SD.), 1850-1885 7 76
Томе Ф. (Thome F.), 1838 г. 755
Томпсон Ф.С. (Thompson F.C.), 1931 г.
272
Тоннелье, 50-60-е гг. XIX в. 140, 141
Тохтамьпд 17
Треска X., 1867 г. 178
Тутанхамон (Небхепрура), гг. правд, ок. 1400-ок. 1392 до н.э. 72
Тюрк (Turk), вторая треть XIX в. 775
Уайль Ч. (While Ch.), 1861 г. 767
Уатт Дж. (Watt J.), 17 36-1819 78, 109, 141, 143
Уилкинс Д. (Wilkins J.), 1872 г. 207
Ульгорн Д. (Ulgorn D.), 1764-1837 139, 140,141
Унксов Е.П., 1910-1989 7 79
Фарко (Farcot), вторая треть XIX в.
775
Федоров А.С. 7
Феодосий I Флавий, (Flavius Theodosius), ок. 346-395 гг. 35
Фердинанд II Штирийский, 1578-1619 54
Филипп II (Philipos), ок. 382-336 гг. до н.э. 34
Фирон, правитель Аргоса, VII в. до н.э. 33
Флюер (Fleuer), 1728 г. 97
Фокс Дж. (Fox J.), 184? г. 131
Фоллендорф Н.П., 1905 г. 79, 142, 143, 147
Фонтеней Е. (Fontenay Е.), 1899 г. 41
Форд Г. (Ford Н.), нач. 1930-х гг. 200
Френсис Е.Л. (Francis E.L.), 1931 г. 272
Фридляндер И.Н., р. 1913 г. 7,179
Фриц Джон (Fritz J.), 1857 г. 117,156
Фриц Джордж (Fritz J.), 1857 г. 756
Фурнье (Fournier), XVI в. 53
Хаммурапи, царств. 1792-1750 гг. до н. э. 27
Хардинг Дж.П. (Harding GT.), 1851, 1862 гг. 7 70
Хезлидайн У. (Hazeldine W.), 1763-1840 92,161, 162
Хельд, 1608 г. 53,54
Хенкель Д.А. (Henckel JA.), вторая половина XIX в. 121
Хетепхерес 72
Ховарс М. (Howarth М.), 1919 г. 270
Хорсфелл Дж. (Horsfall G.), 1854 г. 707
Цезарь Г.Ю., 102 или 100 - 44 гг. до н.э. 35
Цейзинг Г. (Zeisingk Н.), г. рожд. неизв.- ум. 1613 г. 60
Целиков А.И., 1904-1984 757, 7 79, 790, 204, 205, 216
Целтус К. (Celtus С.), 1502 г.
Цонка Витторио (Zonca V.), 1568-1602 80,82
Чекмарев А.П., 1902-1975 7 79
Черепанов Е.А., 1774-1842 107
Черепанов М.Е., 1803-1849 707
Чернов Д.К., 1839-1921 7 77, 7 78
Шафиров П.П., 1669-1739 55
Шепф, 1910 г. 799
Шере, 1879 г. 143,144
Шефер Г. (Schafer Н.), 1910 г. 41
Шлаттер И.А., 1708-1768 59
Шмидт (Schmidt), вторая пол. XIX в. 726
Шнитцер Леонард. 1466 г. 48
Шпейт И.В. (Spaeth J.W.), 1882, 1883 гг.
769
Шубад (Shubad), XXVI-XXV вв. до н.э. 41
Шуллер Л. (Scholler L.), вторая пол. XIX в. 144
Шулль Ц. (SchoU С.), 1873 г. 126
Эдисон Т.А. (Edison Т.А.), 1847-1931 198
Энгельс ф. (Engels F.), 1820-1895 8, 14, 33,104,105
Эстбэри А.И., 1899 г. 171
Юлий Цезарь (см. Цезарь Г.Ю.)
Юноиа (Juno) 33
Янус (Janus) 34, 35
Япольский 1923 г. 181
Ярослав Всеволодович, вел. князь Киевский, 1191-1246 29
Ярошенко В.П., 1959 г. 215
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Глава 1
ЗАРОЖДЕНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ ТЕХНИКИ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВ
ЛЕНИЕМ (с древнейших времен до XV в.) 8
Открытие и применение металлов. Развитие металлургии и металлообработки 8 1.2. Становление и развитие техники кузнечно-штамповочного производства . .19
Техника чеканки металлов * . . 32
Техника волочения металлов 40
Глава 2
РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ В ПЕРИОД МАНУФАКТУРНОГО ПРОИЗВОДСТВА (XV в. - конец XVIII в.) .50
Качественные изменения в металлургии и металлообработке . . . I 50
Механические вододействующие молоты. Техника кузнечного производ
ства 60
Развитие техники чеканки металлов* 72
Техника прокатного производства 79
Совершенствование техники волочильного производства на основе вододействующего привода 52
Глава 3
ТЕХНИКА ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ В ПЕРИОД СТАНОВЛЕНИЯ МАШИННО-ФАБРИЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА (конец XVIII - 70-е годы XIX вв. ) 102
Состояние и проблемы развития металлургии -. 102
Развитие кузнечно-прессовых машин 109
Паровые молоты 109
Рычажные молоты120
Падающие, 'фрикционные, ременные, пневматические и пружинные молоты'122
Гидравлические прессы126
Техника чеканки металлов. Рычажные чеканочные прессы136
Развитие техники прокатного производства148
Прокатные станы одноклетевые,с линейным расположением рабочих клетей и сдвоенного типа149
Непрерывные прокатные станы161
Принципиальные качественные изменения в конструкциях волочильных машин. Волочильный инструмент163
Проволочноволочильные станы с вертикальными барабанами163
Станы для волочения проволоки с горизонтальными барабанами 168
Техника волочения тончайшей проволоки с намоткой на катушку . . 169
Волочильные машины с прямолинейным движением протягиваемого металла170
Развитие волочильного инструмента173
Глава 4
ТЕХНИКА ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ В УСЛОВИЯХ ПЕРЕХОДА
ПРОИЗВОДСТВА К НЕПРЕРЫВНЫМ ПРОЦЕССАМ И АВТОМАТИЗИРОВАН
НЫМ СИСТЕМАМ (70-е годы XIX - вторая половина XX в.)176
Особенности проявления научно-технического прогресса в металлургии и
обработке металлов давлением. . . . . 176
Развитие техники кузнечно-штамповочного производства;179
Машины ударного действия (молоты)179
Машины статического действия (прессы)184
Новые способы и машины для обработки металлов 189
Развитие техники прокатного производства 192
Новые машины и прогрессивные технологии в волочильном производстве 206
Развитие машин многократного волочения207
Машины однократного волочения213
Создание и развитие технических средств для безостановочного волочения 214
Развитие волочильного оборудования с прямолинейным движением протягиваемого металла216
Волочильный инструмент217
Заключение 220
Литература и источники 223
Именной указатель 230
Научное издание
ЛАМАН Николай Константинович
РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ(с древнейших времен до наших дней)
Утверждено к печатиИнститутом истории естествознанияи техники АН СССР
Художник АЛ. Кущенко
Художественный редактор Н.Н. МихайловаТехнический редактор Г.И. АстаховаКорректор Г.В. Дубовицкая
УДК 669.018
Ламан Н.К. Развитие техники обработки металлов давлением с древнейших времен до наших дней. М.: Наука. 1989.236 с.
ISBN 5-02-005920-Х
В книге раскрыты история и закономерности, характеризующие качественные сдвиги в технике обработки металлов давлением в процессе перехода от ремесленного к машинно-фабричному производству. Показан вклад отечественных и зарубежных ученых в развитие обработки металлов давлением, в создание прогрессивных техно- логических процессов.
Книга предназначается материаловедам, металлургам и всем интересующимся историей науки и техники.
Рецензенты: Н.И. Корягин, А.С. Федоров
Редактор М.С. Райкова
2004070000-101 д 663-89. Кн. 2
055 (02)-90
© Н.К. Ламан, 1990
ISBN 5-02-005920-Х