Глава 1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

1.1. Кузнечное производство в древние и средние века

пласт чных кусков металлов, которые отделяли от самородков каменными изготовленыручными руб лами, а позже - топорами. Самородные металлы встречались часто, пр чем в глыбах массой в десятки, сотни и тысячи килограмм.

Золото могло ыть первым металлом, с которым человек познакомился который начал о ра атывать. И это, пожалуй, понятно: солнечный блеск золотых самородков мог в первую очередь привлечь внимание. Самые

камнем сталабАспользоваться для изготовления наконечников для стрел и копий, ножей, скре ков. О ра атывали их только в холодном состоянии при помощи каменных орудий. Видимо, древние «кузнецы» обратили внимание на то, что медь под ударами становится тверже и прочнее. А когда она попадала в костер, то делалась мягкой и податливой. Постепенно приобретался опыт изготовления все более сложных изделий: щитов, элементов защитных доспехов, тарелок, подносов, сосудов, украшений и т.д. Примерно серединой третьего тысячелетия до н.э. датируется котел из листовой меди, найденный в гробнице египетского фараона.

древн е золотые вещ цы – гре ни, кольца, серьги, найденные в Египте, 8000 лет назад. Тогда же стали использовать самородные серебро медь. Последняя лагодаря существенным преимуществам перед

особенно когда в процессе плавкиДметалла получили бронзу (сплав меди и олова). Самые древние предметы из бронзы найдены на территории рана, Турции, Ирака и относятся к У1 веку до н.э. Сплав получил название от

Начало века металлов наступило тогда, когда человек освоил процессы

плавки рудного металла, горячей обработки его ударом (ковка) и литья,

имени морского порта Бриндизи в Италии. ОнИимел большую прочность, чем медь, лучше принимал форму для отливки сложных изделий, хорошо полировался. Ремесло кузнеца является самым древним и берет свое начало именно в бронзовом веке, когда на кострах или в огневых ямах грели и плавили металл (медь и ее сплавы) при температуре 1100–1200 0С.

Одновременно с обработкой камня, дерева, кожи человек постигал тайны кузнечного мастерства. Во многих музеях мира хранятся кузнечные инструменты древних времен: небольшие круглые камни с кольцевым пояском - молотки, овальные плоские массивные камни – наковальни. На стенах храмов сохранились барельефы, изображающие людей, работающих каменными молотками. Установлено, что ковка метеоритного железа

4

применялась древними египтянами эпохи Древнего царства и жителями Месопотамии (территория между реками Тигр и Евфрат) еще за 3–4 тыс. лет до н.э. Америго Веспуччи нашел кузнечные изделия из самородного железа у индейцев Южной Америки в бассейне реки Ла-Плата.

Во втором тысячелетии до н. э. ремесло кузнеца распространилось во всех странах Древнего Востока, а затем к началу первого тысячелетия стало

ПредставимбАсе я на миг на месте древних металлургов на пороге наступления века железа. Горение обыкновенной древесины создает температуру 1000–1200 0С, достаточную для плавления меди и ее сплавов. Но чтобы выплавить чистое железо, нужна температура порядка 1500 0С. Печи и методы создания такой температурыДпоявятся через тысячелетия. А сейчас железо как новый материал необходим, потому что во многих случаях медь и бронза уже не годятся для изготовления изделий, свойства которых должны быть повышены. Правда, можно найти железо, в прямом смысле падающее с неба в виде метеоритов (железные метеориты содержат до 91 % железа, до 8,5 % никеля и других элементов). сточник пополнения запасов ненадежен и «поставка железа с небес» идет нерегулярно и в

и землекопов.

небольших количествах (5–6 тонн в сутки). Тем не менее, многие из

известных метеоритов носят на себе следы отделенияИместными жителями кусочков столь нужного им металла. И уже известно, как обрабатывать такое железо: ударять холодное многократно до определенного предела или нагревать его и проковывать при меньшей силе удара. Последнее, наверное, было установлено неожиданно, когда человек случайно ударил по извлеченному из костра неостывшему металлу и догадался, что его надо обрабатывать в раскаленном докрасна состоянии. В кострищах находили комочки металла, похожего на внеземной. Так может попытаться и в земных условиях получить кусковое железо?

И попытка удалась, о чем свидетельствует обнаруженное в Иране железо земного происхождения в форме комочков, датируемое 3000 годом до н.э.

5

В гробнице египетского фараона Тутанхамона, жившего в ХIV веке до н.э. (фотография золотой посмертной маски фараона – шедевра древних мастеров – приведена на рис. 4), лежали кованые кинжалы, украшенные порошковым золотом, амулет из железа, стоивший тогда наверняка намного дороже золота. Найденные при раскопках многие из орудий египтян изготовлены из железа и

начала в сыродутные ямы (углубления или канавы) слой за слоем выкладывали древесный уголь и размельченную железную руду. При

процесс прямого восстановления богатой железом окисленной руды. Получал сь куски спекшегося непроплавленного железа (губчатая масса) -

. Зерн стая, с темнозелеными отливами, ее поверхность напоминала комки лягушачьейбА“ крицы” (откуда и пошло название процесса - кричный). Ее обрабатывали вручную (рис. 1, рис.3). Уголь получали сжиганием дров в буртах без доступа к слорода.

Д

Рис. 1. Так ковали металл нашиИпредки [3]

На Руси в Х–ХII в. производство железа имело большое распространение, тем более что русские княжества находились в многочисленных районах месторождений железа. Его получали из озерной и болотной руды, которая представляла собой землистые комья красно-бурого цвета. Руда высушивалась и обжигалась. После такой подготовки процесс «варки» в сыродутных горнах (обмазанных глиной круглых ямах - «волчьих

6

ямах», а позднее в наземных домницах типа реторт) с подачей воздуха мехами позволял получать губчатый металл хорошего качества (рис. 2). Тяжесть труда и большая трудоемкость выплавки и переработки были под силу только сильным. Это выделило кузнецов из общины и превратило в ремесленников. Так как сложно было и удерживать куски горячего металла,

Си надставлять инструменты, и ударять по ним, в кузницах работали два человека – мастер и подручный.

и

бАРис. 2. Выплавка металла в домницах [1]

На гравюре рис. 3а (фрагментДгравюры) показан процесс плавки металла в горне; жидкий шлак стекает через боковое отверстие. Рабочие с помощью железных стержней извлекают из горна слипшуюся губчатую массу, состоящую из “зерен” металла и шлаковых включений. вое других рабочих уплотняют молотами крицу.

Крицу разрубали на части и били поИним в холодном состоянии, «выжимая из них соки» – сбивая корку с поверхности. Затем дошли до ковки в нагретом состоянии, когда стало легче удалять шлаки и различные примеси. Руда в сыродутном горне не расплавлялась, однако восстановленное железо получалось отменным по качеству, ничуть не хуже литого. Так получали железо египтяне, британцы, греки, славяне. Такое железо называли с в а р о ч н ы м. После разделки крицы на части и “выжимки” к работе приступали кузнецы.

Позже для плавки металла начали строить шахтные печи с естественной тягой, которые устанавливали на открытых местах (рис. 3б). Постепенно такие печи заменялись на печи с выпускным порогом и мехами для дутья. Руду и древесный уголь загружали сверху. В ХV в. строились печи уже с объемом до 2,0 куб. м и производительностью до 1500 кг.

7

Си бАа б Д

Рис.3. Выплавка железа, проковка крицы и изготовление изделий: а – получение крицы в горне; б – плавка железа в шахтной печи

К числу наиболее интересных памятников древнего кузнечного ремесла относится так называемый « железный столб» из чистого железа (99,72 %). Кутубова колонна (рис.5) на алтаре мечетиИКувват-уль- слам в крепости Лал-Кот, находящейся недалеко от старого г. ели, имеет надпись о том, что была поставлена во время царствования Самандрагупты (330–380 г. н.э.). Высота колонны над землей 7,3 м, масса 6,5 т. (рис.5). иаметр у основания 0,416 м, а вверху – 0,295 м. Установленная более 1600 лет тому назад, колонна прекрасно сохранилась. Внизу колонна отполирована руками многочисленных туристов и любителей «легкого счастья» (существует поверье, что если встать спиной к колонне и сомкнуть руки вокруг нее, заведя их снизу, то исполнятся все желания), а вверху она матово-черная. И удивительно то, что она не ржавеет. А ведь вплоть до начала ХIХ века не было известно способов получения температур, достаточных для расплавления чистого железо и литья из него крупногабаритных деталей. Доказано, что индийские кузнецы отковали ее из отдельных криц ручной ковкой!

8

кузнецам не только плавить металл и ковать из него изделия, но и лечить болезни, устраивать свадьбы, ворожить, строить плотины и оборонительные сооружения, судить.

Си

бАРис. 5. «Железный столб», г. ели (Индия)

Все это свидетельствует До почетном месте, которое отводилось кузнецам и кузнечному делу в древности и в средние века, и отводится сейчас. По сию пору, например, в Японии лучшим кузнецам присваивается титул «живое достояние Японии». И есть за что! При изготовлении ножей они используют кричный металл, спеченный из железистого песка. После многократной проковки крица протягиваетсяИв полосу, которая разрубается на две части и снова сваривается ковкой по плоскости. Этот процесс повторяется десятки и сотни раз. В результате получается «перевитый» металл – прочный и вязкий. При дальнейшей термической обработке, когда часть клинка покрывается глиной, получается нож с очень твердой кромкой. Такие технологические приемы использовались в разных районах мира. Используются и сейчас, в частности, мастерами предприятий г. Златоуста.

Уважительное отношение к профессии кузнеца и почет, который оказывался представителям этого ремесла, нашли свое выражение в ряде обстоятельств.

В Шотландии сравнительно недавно кузнецу предоставлялось право оформлять браки в кузнице над наковальней наряду со священником в церкви. Во многих странах из фамилий, связанных с профессией, наиболее распространенными являются «кузнечные» фамилии: так в России больше

10

всего Кузнецовых, много Ковалевых, у поляков – Ковальских. На Украине чаще всего встречаются Коваленко, Коваль, Ковальчук, у венгров – Ковач,

у немцев - Шмидт, у англичан и американцев – Смит, у французов –

Лефевр, Ферран, у финнов – Сяппинен, в Сирии – Хаддад, у латышей – Калейс и т.д.

СКак показывают исследования, уже в IV–V веках были развиты ремесла, использовавшие кованные железные и стальные инструменты. В это время кузницы уже строились отдельно от жилых построек (городище Березняки), причем некоторые з них были очень крупными для того времени.

Исследован я, относящиеся к более позднему времени – к IХ–Х векам – Мечипоказывают, что к этому времени на Руси уже использовали булатную сталь.

ковали з сыродутного железа со вставным стальным (рис. 6) .

бАРис. 6. Кованые булатные клинки

Основным оборудованием кузниц того времени были кузнечный горн - для нагрева металла, меха (ручныеДили ножные) – для подачи воздуха, наковальня. В качестве инструмента использовались боевые молоты (кувалды), кузнечные топоры (зубила), стержни для пробивки круглых и квадратных отверстий (бородки), клещи, фигурные подкладки для поковок сложного профиля, вставки в наковальню. С помощью простых инструментов кузнецы ковали разнообразные изделия (поковки) – от рыболовного крючка и гвоздя до многопудового плуга. в настоящее время ручная ковка (чаще всего художественная) производится такими же инструментами (рис.7). Многочисленные приемы ручной ковки в сельских кузницах (изготовление подков, тяжей, гвоздей и болтов, оковка колес,

Крестьянин не мог обойтись без косы и серпа, вил и плуга. Дружины встречали врагов мечами, копьями, стрелами, со щитами и шлемами. Уже в ХII веке шлемы делали не клепаными, а штампованными. К этому времени (ХII–ХIII века) относятся кованые плужные лемеха и сошники, серпы, косы, топоры, подковы и деревообделочный инструмент.

11

До самых петровских времен кузнец на Руси считался “мастером на все руки” – мастером и художником, которому поручали строительство укреплений, плотин и руководство другими важными и ответственными общественными делами.

По квалификации и мастерству русские кузнецы стояли на одном уровне с лучшими мастерами Запада и Востока. Они владели искусством кузнечной сварки стали. Их изделия, например замки со сложными пружинными механизмами и художественной отделкой, кольчуги, шлемы, оруж е охотно покупались за границей.

Пр мером высокого кузнечного оружейного мастерства может служить шлем князя Ярослава Всеволодовича, найденный на поле Липецкой битвы

12

Сиа бА Дб И

в

Рис. 7. Кузнечный инструмент и приемы работы с металлом: а – двурогая наковальня, клещи, молоты, протяжка металла, подкладные штампы; б – гибка, завивка; в – гибка на роге, гибка на оправке, закручивание [77]

13

Си бАг Д И

д

Рис. 7. Кузнечный инструмент и приемы работы с металлом: г – обжим, осадка, высадка, рубка; д – прошивка отверстий, рассекание, закручивание [77]

14

Си

Металлографическое и рентгенографическое изучение железных изделий показало, что к Х–ХIII векам н.э. техника обработки железа на Руси

достигала большого совершенства. Применяли наряду со свободной ковкой кузнечную сварку, пайку медью, полировку, термообработку. Кузнечной

часть топоров.

рубашкиР с.8. Вязание кольчугииз металлических колец А

сваркой изготавливали многослойныеДлезвия мечей, наваривали рабочую

К ХIII веку кузнецы в городах составляли значительные группы ремесленников. Появляются кузнецы, специализирующиеся на изделиях определенного вида: оружейники (рис. 9, рис. 10), гвоздочники, замочники и т.д.

В крупных городах на территории нашей страныИ(Новгород Великий, Псков,

Тверь, Калуга, Москва, Тула, Кострома, Ярославль) появляются особые улицы, посады, слободы, где проживали кузнецы.

Кузнечное ремесло достигло расцвета, а во многих технологиях – совершенства. Совершенствовались приемы работы с крупными изделиями. Например, при резке толстых и тяжелых листов использовали рычаги для перемещения рукояток ножниц (рис. 11).

В период татаро-монгольского ига произошел естественный спад производств и наметилось отставание Руси во многих областях (культура, ремесла, строительство, торговля) от Западной Европы.

Но уже в конце ХV века в г. Новгород Великий числилось 247 кузнецов. В г. Тула к 1595 г. было только самопальных кузнецов более 30. Они жили отдельно от гражданского населения и в связи с возросшими потребностями ковали оружие для казны.

15

СибАР с. 9. Кузнечное дело в ремесленный период (ХIII–ХV в.). Гравюра на дереве, 1475 г. [76]

Д И

Рис.10 . Оружейная кузница [1]

16

приводом (рис.12,д). Но и сейчасД, например, в Великобритании в ювелирном

производстве используются молоты, у которых баба поднимается по стойкам по схеме (б), но не руками, а ногой, продетой в петлю; руками можно держать клещи.

Применение молотов существенно увеличивало производительность труда, особенно при протяжке длинных прутковИи полос.

Кузнечные молоты ХVI–ХVII веков приводились в движение чаще всего силой воды и поэтому их называли водяными (рис.13, 14). Постоянное развитие промышленности требовало увеличения веса поковок, и к концу ХVIII века водяные молоты строились с падающими частями весом до 400 кг.

17

Си

бАРис.12. Схемы первых кузнечных молотов: а, б, в, д – с ручным подъемом ойка ( а ы); г – с приводом от водяного колеса

Хвостовые молоты с приводом от водяных колес начали применять на территории нашей страны с ХVIДвека. Первая «железцовая мельница» с «водяным» колесом, приводившая в действие «самоков», была построена на реке Лахоме в районе города Вычегда. В это же время (1548 – 1555 г.г.) начинает работать «железный» завод Соловецкого монастыря. Летописец этого монастыря писал: «От Сумского городу расстоянием двадцать верст на лесу, на ручью железный монастырский заводИ, именуемая пустынь, в ней часовня... да на ручью на пруду кузница с колесницею, в той кузнице два наковальня в колодах, третья наковальня в каменю, да молот большой, именуемый Казак, которым тянут железо водой».

До наших дней сохранились два таких молота в кузнице села Лисичево в Закарпатье [29]. Один из них (рис. 15) имеет массу падающих частей (или кулака) 120 кг, шабота (наковальни) – 500 кг. Качающийся рычаг-мотовище, на который насажен кулак, имеет длину 150 см до оси качания и длину “хвоста” 75 см. Привод осуществляется от боевого вала, вращаемого водяным колесом, и восьми кулачков, размещенных в металлической обойме на боевом валу. Управление молотом - специальной рукояткой, которая через рычаги управляет тяжелой грушеобразной гирей, перекрывающей отверстие для подачи воды на лопасти колеса.

18

Молот послушен в управлении и может работать как на одиночных, так и на автоматических ходах. Чувствительность механизма управления настолько высока, что мастерство кузнецов оценивают по умению закрыть кулаком молота спичечный коробок.

Рис.14. Протяжка полосы на рычажном молоте с приводом от водяного колеса (среднебойном)

19

Аналогичные молоты работали и в Москве. Так, в конце ХV века на реке Неглинной был построен первый в стране металлический завод – Пушкарская изба, а затем Пушечный двор. В книге «Москва в истории техники» Н. И. Фальковский писал: «В кузнечном амбаре был большой молот да наковальни, где ковали водою ствольные доски. Кулак молота

филиал Пушечного двора – «Ствольная мельница», предназначавшаяся для ковки «водою пушечных, мушкетных и карабинных стволов, железных досок, проволоки».

и

Там, где не было рек, строились молота с ручным приводом. Например, для обковки носков якорей в портовых мастерских использовался молот, конструкция которого показана на рис. 16. Баба весила до 200 кг. Первый

рычаг В упирался в верхний рычаг R пружинойИТ. С рычагом R соединялась скобой зубчатая рейка С. Валковая шестерня L, расположенная

бАРис.15. Хвостовой молот с приводом от водяного колеса, работающий в кузницеДс. Лисичево (Закарпатье) [29]

эксцентрично относительно оси основного вала, периодически сцепляясь с рейкой, опускала хвостовую часть рычага R. Он в свою очередь через демпфер Т нажимал на рычаг В. Баба поднималась вверх. На концах вала устанавливались маховики – колеса V. Веревка Е крепилась к цапфе Х, закрепленной на колесе. Для приведения молота в действие трое рабочих тянули за нее.

20

СРис.16. Молот с приводом от каната через пару «эксцентриково-зубчатое колесо – рейка»

бА

1.2. Разв т е кузнечно-штамповочного производства в XVII – XIX вв.

В ХVII веке центр железоделательного производства с водяными молотами переместился в Тулу. Богатый и предприимчивый кузнец Никита Антуфьев (Демидов) организовал первую железоделательную мануфактуру, для чего построил четырехсотметровую плотину на реке Тулице, поставил две высокие домны и пустил две фабрики, на которых с помощью водяных молотов ковали различные изделияД, От водяного привода не только работали молоты, но и качались меха, вращались токарные и сверлильные станки.

Однако наиболее интенсивное строительство железоделательных заводов с водяным приводом оборудования приходится на конец ХVII – начало ХVIII веков. Царь Петр 1 не жалел ни сил, ни средств для строительства Российского флота, а дляИэтого нужна была мощная металлургическая база. За короткие сроки построены крупные металлургические предприятия в Устюжине-Железопольской, Олонце, в районе г. Липецка, на Урале. В результате петровских преобразований уже в 1736 г. на 21 новом металлургическом заводе насчитывалось более 100 доменных печей (типа приведенной на рис.17) и около 500 кричных рычажных молотов, а к 60-м годам ХVIII века Россия вышла на первое место в мире по производству чугуна и железа. При этом демидовское железо «Старый соболь» считалось лучшим в мире. В 70-х годах в Москве уже было примерно 300 кузниц, в которых изготавливали разнообразные изделия бытового и военного назначения.

21

360 пушек городищенского завода с ядрами весом 4, 6 и 8 фунтов. Последующее развитие кузнечного дела шло в России по линии

Вологда – якорями и гвоздями, Муром – скобяным товаром, Холмогоры – замками, Бежецк – косами и серпами, Павлов-на-Оке – инструментом и ножами. С этого времени и пошли названия Кольчугино – под Москвой, Кузнецкий мост – в Москве и т.п.

Непрерывно совершенствуются технологииИи оборудование. Как изготавливали стержни с утолщением? Пруток доводили до требуемого диаметра в протяжном инструменте (справа вверху, рис. 18). Затем отмеряли длину и отрубали исходную заготовку приспособлением (слева вверху и внизу не переднем плане). Высадку производили в матрице со вставленным снизу выталкивателем. После окончания высадки деталь выталкивалась из матрицы с помощью рычага. За счет сменных инструментов станок являлся универсальным.

В конце ХVII – начале ХVIII веков для обработки давлением железа начинают применять прокатные станы-дуо с цилиндрическими валками, называвшиеся тогда «плющильными машинами» (рис. 19).

Для обработки цветных металлов (свинец, золото, серебро, медь) прокатные станы начали использовать значительно раньше. Первое упоминание о стане для прокатки свинца имеется в трудах Леонардо да

22

Винчи (1495 г.). Судя по тому, что он приводит чертежи довольно сложного прокатно-волочильного стана для изготовления стальных полос переменной толщины, процесс прокатки в то время был достаточно широко распространен. Однако до конца ХУIII века прокатку применяли для отделки предварительно откованных железных полос или в ювелирном деле для плющения проволоки.

Известный специалист - металлург В.Генин в книге, написанной в 1723 – 1734 г.г., так описывает процесс обработки давлением: «...железо, которое под молотами больш ми и колотушками – ковать нельзя и вытянуть под колотушкой мешкотно неприбыльно, а, однако, оное требуетца, то надлежит

шир

бА Д

Рис.18. Ручной станок для высадкиИголовок болтов

23

Си

бАРис.19. Так производили прокатку металла [1]

Д И

Рис.20. Заготовка древесного угля (углежжение) [1]

24

В конце ХVIII в. сделаны крупные изобретения, способствовавшие значительному прогрессу в металлургии, в частности, в обработке давлением. Долгое время железо и сталь выплавлялись с использованием древесного угля (рис. 20). Причем его требовалось все больше и больше. Дошло до того, что вокруг больших городов леса практически были

контакта с ок сляющим примеси воздухом подвергают перемешиванию металл ческ ми штангами. О разующиеся на поду печи небольшие комочки железа «накатывают» на штангу в крицу массой 40-60 кг. и вытягивают в окно 5. Пудлинговое железо хорошо сваривается, пластично, содержит мало серы, фосфора, неметаллических включений. «Нет производства, где бы мускульная сила человека ыла подвержена таким тяжелым усилиям и

Рис. 21. Пудлинговая печь: 1 – топка; 2 – порог, отделяющий топку от пода; 3 – под; 4 – свод; 5 – окно [76]

25

Для металлургии ХVII–ХVIII в.в. характерно расчленение производства на выплавку чугуна (доменный процесс), чугунолитейное дело (отливка готовых изделий), передел чугуна на железо, обработка железа. Выплавка чугуна производилась уже не в сыродутных, а в доменных печах (рис. 22) с использованием обогащенных разнообразных руд и флюсов. Печи работали

Сна древесном угле. Европейские домны [76] середины ХVIII в. имели высоту до 8 м, уральские до 13 м (при ширине до 4 м).

и бА Д И

Рис.22. Французская доменная печь ХУIII в.

26

Изобретение паровых машин для привода заводских механизмов (И.И. Ползунов в 1766 г. и Д.Уатт в 1784 г.) позволило создать мощные воздуходувки, обеспечившие получение чугуна на коксе. На рис. 23 представлена машина двойного действия с одним цилиндром, в который то снизу, то сверху подавался пар; противоположные полости соединялись вэто

Свремя с конденсатором, куда и уходил отработанный пар. Паровые машины для привода прокатных станов позволили обрабатывать железо из пудлинговых криц, минуя ковку. Началом применения прокатки для обработки железа сч тается 1784 г. (патент английского инженера Корта),

хотя в 1782 г. на Чермозском заводе был установлен стан для прокатки приводомкровельных л стов с от водяного колеса.

бА

Рис.23. Схема паровой машиныДдвойного действия ж. Уатта: в центре – вертикальный цилиндр с конденсатором; справа – котел сундучного типа [76]

Паровые машины приводили во вращение и трансмиссионные валы, располагавшиеся внутри производственных зданий. Посредством шкивноременных передач от этих валов приводились токарно-винторезные станки (токарно-копировальный станок А.К. Нартова, станок с самоходным

С переходом на промышленный выпуск больших количеств изделий осваиваются процессы штамповки - формовки поковок в полостях металлических инструментов - штампов. Первые попытки штамповать объемные заготовки сложной формы были предприняты на Тульском заводе мастером Василием Антоновичем Пастуховым в 1800 г. В 1817 г. он освоил изготовление ружейных курков. Примерно в это же время на Сестрорецком заводе (1819 г.) стали применять чеканку и выглаживание.

27

В 1826 г. инженеру П.Г. Соболевскому, основателю лаборатории департамента горных и соляных дел, удался наконец его опыт. Набив в форму для отливки монет измельченную в порошок губчатую платину, он подверг ее прессованию, а затем нагрел до 10000С. Невероятно, но получилась монета, которую нельзя отличить от литой.

Си

бАРис. 24. Волочильные механизмы с механическим приводом

Об этом П.Г.Соболевский сообщилД21 марта 1827 г. в Ученом Комитете по горной и соляной части и продемонстрировал платиновые монеты, медали, тигли и брусок платины весом 2,4 кг. Его статья «Об очищении и обработке сырой платины» была опубликована в четвертой книге «Горного журнала» за 1827 г. Вот что там написано: «Способ сей заключается в следующем: очищенную платину в губчатомИ(порошковом) виде набиваем мы холодную весьма плотно в толстую, железную кольцеобразную форму произвольной величины, сдавливаем ее сильным натиском винтового пресса и, вынув из формы, получаем плотный кружок, имеющий металлический блеск. В сем состоянии платиновый кружок не имеет ковкости, а сила сцепления частиц между собой не противостоит в нем сильным ударам; оный ломается и крошится. Для обращения таких кружков в ковкую платину надлежит только нагреть их до белого раскаления и при сей степени жара подвергнуть давлению того же пресса. От одного удара кружок платины вовсе изменяет вид свой; зернистое сложение его становится плотным и оный делается совершенно ковким... После такого обжатия кружки проковываются в полоски или прутки желаемого вида обыкновенным образом».

28

Через несколько лет академик Г.И.Гесс отметил: «... способ господина Соболевского отличается перед прочими своей простотою. Всей Европе известно, что вся уральская платина обрабатывается... способом в России, открытым Соболевским». Это важное свидетельство современников о приоритете российского ученого-металлурга в создании метода порошковой

В 1900бАг. наш соотечественник .Н. Ладыгин на Всемирной Парижской выставке демонстрировал электрическую лампочку с телом накала из вольфрамовой проволоки, полученной методом порошковой металлургии.

расплав ть его?

Амер канец Кул дж шел по стопам Соболевского. Он спрессовал вольфрамовую заготовку, нагрел ее, а затем ковкой придал нужную для последующего формо зменения форму. Окончательная обработка состояла в

волочен проволоки завивки ее в спираль.

С увеличением водоизмещения речных и морских судов и размеров готовых деталей молоты с водяным приводом перестали удовлетворять потребностям машиностроенияД. Идея использования пара в качестве энергоносителя для молота, как говорят, носилась в воздухе. Такая идея была высказана в 1831 году англичанином Уаттом.

Непосредственным поводом для создания парового молота была необходимость изготовления заготовки для гребного вала большого парохода. Такой молот был спроектированИшотландским инженером Джеймсом Несмитом в 1839 г. (рис. 25 и рис. 26, рис. 28). Его молот имел падающие части с массой около 3 тонн. Баба поднималась паром и свободно падала на поковку. Первый молот Несмита был построен в 1842 году. По идее Несмита несколько раньше (в 1839–40 г.г.) был построен молот во Франции на заводах Шнейдер-Крезо инженером Бурдоном; Дж. Несмит в 1829 г. построил фрезерный станок, а в 1836 г. изобрел поперечнострогальный станок [76].

Конструкция ковочного молота Несмита оказалась настолько удачной и хорошо продуманной, что в основных чертах сохранила свои очертания и пропорции до нашего времени (рис. 29). Обратим внимание на крепление типа «ласточкин хвост» штампов в штамподержателе и в бабе. Так крепят штампы и сейчас! И даже предусмотрены шпонки от смещения штампов и отверстия на их фронтальной поверхности для транспортировки.

29

В 1843 г. английский инженер Вильсном изобрел систему автоматического парораспределения, которая облегчила управление молотами. Современные схемы механизмов распределения энергоносителя представлены на рис. 27.

Распределительный механизм ковочного молота (рис. 27а) имеет постоянную кинематическую связь с бабой при любом режиме работы. Криволинейный рычаг поднимает или опускает золотник 1 относительно золотниковой втулки с окнами, через которые пар (или сжатый воздух)

Тюри, Франкибыли, Конди, Вуазен, Твет и Корбут, Рамсбот, Ригби и др.), но они были отвергнуты практикойАкак менее пригодные в работе и обслуживании. Мощность паровых молотов очень быстро росла и уже к 70-м годам ХIХ века в России ыло установлено два молота с массой падающих частей по 50 тонн - на Пермском заводе и на Обуховском заводе в г. Петербурге [5]. Изготовление и установка таких молотов были сопряжены с огромными трудностями, о чем можно судитьДпо следующим данным. Под фундамент молота Обуховского завода необходимо было выкопать котлован длиной 26 м, шириной 14 м, глубиной 10 м.

Уникальный 50-тонный молот был сооружен в 1871-1875 г.г. на Пермском (Мотовилихинском) заводе по проекту талантливого русского инженера Николая Васильевича Воронцова. И

При сооружении молота были приняты принципиально новые технические решения. В первую очередь это относилось к шаботу G

(рис. 30), который был отлит цельным и по тем временам представлял самую крупную отливку массой 635 тонн. Шабот отливали на месте в котлован, который был вырыт для его установки. Для этого вокруг котлована было смонтировано 14 вагранок (плавильных агрегатов), которые работали по согласованному графику таким образом, чтобы не происходило отслаивания отдельных порций металла при кристаллизации. Шабот отливали в кристаллизации металла его перевернули с помощью двух паровых машин.

30

Си

бАРис. 25. Наброски парового молота,

сделанные его изобретателем-инженером Несмитом Д И

Рис.26. Первый паровой молот Несмита (картина маслом самого Несмита)

31

Си бР с. 27. Схемы механизмов парораспределения молотов: а – ковочного;

– штамповочного; 1– золотник; 2–дроссель; 3–рукоятка дросселя; А4–управление золотника; 5–контроллер [42]

Д И

Рис. 28. Усовершенствованный молот Несмита (1856 г.); слева фигура изобретателя [76]

32

Станины молота F представляли собой квадратные колонны, склепанные из листовой стали толщиной 25 мм. Сверху на балках были укреплены две чугунные стойки E, которые в свою очередь были перекрыты архитравом K, а на нем укреплен паровой цилиндр S диаметром 7 футов (2,13 м) и высотой 14 футов (4,25 м). Величина хода поршня составляла 10 футов (3 м). Шток молота с массой 1600 пудов (26,3 т.) был откован вместе с поршнем. Давление пара 3,5 атм.

Молот был установлен на расстоянии 200 сажен (426 м) от берега реки Камы, поэтому грунт под молот и здание был укреплены сваями.

Здан е кузн цы, имевшее в куполе высоту до 11 сажен (23,5 м) и занимавшее площадь в 2830 м2, служило для размещения молота с паровыми

Франции

100 тонн, который ковал слитки массой 120 тонн. Такой же молот был

установлен в Итал (рис. 31). В 1891 г. в США (г. Вифлеем) был построен молот с массой падающих частей в 125 тонн. Такие молоты требовали колоссальных ра от для своей установки. Шаботы молотов имели массу

до 620 т, глубинойа став л сь они в ямы до 25 м. А Д И

Рис.29. Конструкция современного паровоздушного штамповочного молота: 1 – шабот; 2 – стойка; 3 – шток; 4 – цилиндр; 5 – крышка цилиндра;

6 – золотник; 7 – баба; 8 – кран [7]

33

Эксплуатация таких молотов вызывала сильные сотрясения почвы, оснований и грозила разрушению цехов и построек в окрестности. По этой причине во второй половине ХIХ века начали заменять крупные паровые молоты гидравлическими прессами, работающими по принципу давления, а не удара. Идея применения гидравлического пресса для прессования и ковки

Сбыла высказана в 1795 г. английским изобретателем Джозефом Брамой.

и бА Д

Рис.30. Молот с массой падающихИчастей 50 т

34

излагается принцип действия клапанов насоса: нагнетательного 4 и

сливного. Но основную идею предложил француз Блез Паскаль. В «Трактате о равновесии жидкостей» (1662 г.) сказаноИ: «Если полный сосуд воды,

закрытый со всех сторон, имеет два отверстия, одно из которых в сто раз больше другого, то помещая в каждое отверстие поршень, соответствующий этому отверстию, человек, нажимающий на малый поршень, будет создавать усилие, равное усилию 100 человек, нажимающих на поршень, площадь которого в сто раз больше».

В Европу пресс Брамы попал только после наполеоновских войн. Только в 1818 году машины, создающие «огромные силы», появились в Германии, во Франции... Принципиальная конструктивная схема пресса Брамы сохранилась до сих пор!

Созданию практически пригодного для работы пресса препятствовало и то обстоятельство, что до 50-х годов Х1Х века не было мощных насосов. Только в 1859 – 61 годах был построен крупный пресс в железнодорожных мастерских в г. Вене. Первые прессы развивали усилие в 7, 10 и 12 МН и

35

предназначались для изготовления паровозных деталей. В последующие годы гидравлический пресс занял прочное место в кузнечных цехах для ковки тяжелых деталей. Объясняется это тем, что крупные молота, непригодные к эксплуатации по условиям вибраций, оказались и менее экономичными, что видно из табл.1, в которой показано количество нагревов

и продолжительность ковки примерно одинаковых слитков на молоте и прессе.

Успехи применения гидравлическихДпрессов были так велики, что уже в 80-х годах ХIХ века не стали строить большие ковочные молоты, а существовавшие молоты с массой падающих частей 100-120 тонн заменили

прессами усилием 40–50 МН (рис. 33).

В дальнейшем ковочные машины стали строить с массой падающих частей

36

Таблица 1

Наряду с усовершенствованием паровых ковочных молотов и гидравл ческ х прессов (машин универсальных) в начале ХХ века были созданы молоты с различными видами приводов: фрикционные – с доской, с

Рис. 33.Гидравлический пресс усилием 45 МН, установленный вместо молота с массой падающих частей 108 т. (Италия).

Станина молота использована для монтажа подъемных устройств

37

Так, появились молоты с С – образной стойкой (рис. 34) и с С – образной стойкой и двумя бабами (рис. 37 а), на которых удобно осуществлять протяжку длинных заготовок, использовать подкладные штампы, выполнять последовательную штамповку с одного нагрева заготовки.

СПросты по устройству фрикционные молоты с доской (рис. 35) и канатами (рис. 36). У первого в качестве штока используется доска, верхний конец которой проходит между двумя вращающимися чугунными рол ками 1. При сбл жении роликов доска зажимается и за счет сил трения

подн мается, а при разведении – вместе с бабой падает вниз. Энергия удара падающихопределяется массой частей и высотой подъема бабы. КПД выше, чем у паровоздушных молотов.

бА Д

Рис. 34. Молот с С-образнойИстаниной

38

СроликиРис. 35. Молот с доской: аба1– ; 2 – ; 3 – педаль управления

А Д И

Рис. 36. Молот с канатом

39

Си бАа б

Рис. 37. Сдвоенный молот (а) и молот пружинно-рессорный (б)

Д И

Рис. 38. Пресс-молот винтовой фрикционный

40

цилиндрической поверхности которого приклепывалась накладка из фрикционного материала. Два вертикальных диска из чугуна приводятся во вращение от электродвигателя. Расстояние между дисками устанавливается на несколько мм больше диаметра маховика. Под действием системы управления диски поочередно прижимаются к маховику. При этом изменяется направление его вращения. Винт опускает ползун или поднимаетего.

Одновременно начали применяться механические кривошипные прессы (р с. 39), гор зонтально-ковочные машины (1885 г.), гильотинные

Изобретен металлургии и осо Аенно в о ра отке металлов давлением.

На военных заводах России применяли процессы точной объемной

штамповки, тогда как на Западе эти процессы не были известны, технологические процессы и оснастку для штамповки изделий сложной формы (рис. 42, рис. 43).

Д И

Рис. 39. Гильотинные ножницы для резки металла сечением до 400х400 мм (а) и кривошипный листоштамповочный пресс (б)

41

Рис. 41. Пресс-автомат с револьверной подачей для высадки головок на стержнях

42

Рис.43. Технология изготовления стакана из плоской круглой заготовки: вытяжка-свертка (а); раскатка (б)

43

Значительный вклад в развитие различных технологий обработки металлов давлением, создание и совершенствование кузнечноштамповочного оборудования внесли российские ученые: П.П.Аносов (металлургия, материаловедение), Д.К. Чернов (основы теории ковки, расчет гидравлического пресса), П.М. Обухов (металлургия), Н.В. Воронцов

44