Металлообработка в Средневековье

В IX в. из металла изготавливалось множество изделий, в том числе оружие, лемехи для плугов, бороны, заступы, элементы конской сбруи, подковы, гвозди, расширился ассортимент посуды и ювелирных изделий. В то же время началось изготовление прочного, работоспособного, стабильного металлического инструмента для металлообработки — молотов, наковален, пробойников, зубил, клещей, ножниц. Все эти инструменты уже способен был изготовить кузнец.
Важным достижением того века следует считать изготовление первых трех- и четырехгранных стальных напильников и начало обработки ими металлов. Тогда возникла обработка металлов резанием. Появилось понятие припуска под обработку и понятие шероховатости поверхности обработки.
Технология изготовления напильников мало чем отличалась от современной. Режущая часть напильника получалась насечкой с использованием зубила и молотка. Напильники производились как в Западной Европе, так и на Руси.
Резание и опиловка напильником существенно расширили возможности металлообработки — повысилась точность изготовления изделий. Стали изготавливать новые изделия, которые невозможно было сделать только ковкой, например дверные замки. С обработки деталей напильником появился слесарный метод.
В IX-XI вв. в Европе, включая Россию, началось изготовление и использование в работе сверл. Технология изготовления сверл аналогична современной. Форму сверлу придавали ковкой, затем сверло закаливали, а потом затачивали.
Сверла изготавливали двух видов: спиральные (типа бурав и свирель) и перовые. Это были праворежущие сверла (вращение слева направо) диаметром от 6 до 21 мм и длиной до 370 мм. В то же время уже были трехслойные (композиционные) сверла.
Эти сверла обладали способностью самозаточки. Сверло имело твердую сердцевину, сваренную с мягкими стальными обкладками. В процессе работы мягкие обкладки стирались (изнашивались) и постоянно оголяли слой твердой стали, т. е. в процессе работы всегда сохранялся острый режущий клин на лезвии сверла. Такие многослойные сверла изготавливали кузнечной сваркой.
Напильники с перекрестной насечкой, обеспечивавшие более качественную обработку, появились в XII в.
Русские и западноевропейские мастера достаточно широко применяли тогда сверлильные и токарные устройства с ручным и ножным приводами. Эти устройства использовались для обработки дерева, кости, металла. Режущий инструмент удерживался и перемещался руками. Уже в то время существовали различные типы резцов, похожие на современные проходные, отрезные и отчасти фасонные. В тогдашних токарных устройствах вращение придавалось заготовке, а в сверлильных устройствах — сверлу. Так в большинстве случаев делается и в настоящее время.
Ускоренному развитию технологии обработки металлов способствовали два важнейших изобретения человечества: колесо и порох. Колесо не только стало важнейшим элементом наземных транспортных средств, но и позволило преобразовывать энергию движущейся воды в энергию вращающегося водяного колеса. Изобретение водяного колеса дало источник дешевой энергии, что существенно облегчило различные виды механической обработки.
В XV в. токарные и сверлильные устройства стали оснащать водяными приводами. С этого началось рождение токарных и сверлильных станков — технологических машин.
Изобретение пороха привело к производству огнестрельного оружия, в первую очередь пушек. Пушки изготовляли из меди, бронзы, чугуна и стали. Вначале выполняли отливку ствола пушки, как правило, в землю по деревянной модели, а затем сверлили канал ствола и запальное отверстие.
Однако водяное колесо могло работать только при достаточном напоре воды, т. е. на реке требовался каскад плотин для подъема уровня воды. Но техника того времени позволяла построить плотину далеко не на каждой реке. Поэтому наряду с водяным колесом появился конный привод, в частности сверлильных станков. Сверло зажималось воротом, а ворот вращали кони, ходившие по кругу, что обеспечивало процесс сверления.
Такая же технология использовалась и при изготовлении ручного стрелкового оружия — пищалей, мушкетов, ружей. Канал ствола представляет собой весьма длинное отверстие сравнительно малого диаметра. Поэтому были созданы специальные сверла для глубокого сверления, впоследствии получившие название пушечных и ружейных. Конный привод применялся и при токарной обработке.
Важно, что в XV-XVI вв. началось изготовление трех- и четырехгранных метчиков. Метчик — металлорежущий инструмент для нарезания внутренней резьбы в предварительно просверленных отверстиях. Идея винтовой нарезки на сопрягаемых деталях для их соединения существовала раньше XV в. (в V в). Нарезка наружной части резьбы принципиальных затруднений не вызывала, а вот нарезка резьбы внутри отверстия была связана с определенными трудностями.
В древности на Руси внутренние резьбы нарезали так. Брали кожу, размеры которой с одной стороны равнялись длине диаметра отверстия, а с другой были несколько больше длины отверстия. В этом кожаном отрезке делали одну или несколько прорезей. Потом эту кожу с параллельными прорезями сворачивали в трубку, вставляли в отверстие и закручивали. Так прямолинейные прорези становились винтовыми. По этим винтовым прорезям, как по копиру, вручную резцами нарезали (выскабливали) резьбу в отверстии. В зависимости от количества прорезей резьба получалась однозаходной, если была одна прорезь, или многозаходной.
Нарезание резьбы происходило по меткам в кожаной вставке (в прототипе шаблона) — по прорезям. Отсюда произошел термин «метчик». Известно, что такими метчиками занимался еще Леонардо да Винчи. Этим великим мастером был сконструирован и построен станок для нанесения насечки на напильники. Он же впервые при создании техники учитывал проблемы эргономики. Для его машин и механизмов характерно соответствие формы и содержания, эстетического и функционального, а красота формы его машин заложена в самой их конструкции и в соразмерности их частей.
К концу XVI в. человечеством были освоены основные методы выплавки металлов, литья, холодной и горячей ковки, чеканки. Были заложены основы обработки металлов резанием, в том числе гравировки по металлу, опиловки напильниками, сверления, нарезания резьбы, шлифования и токарной обработки. Тогда были созданы работающие образцы механообрабатывающих станков и необходимые инструменты — сверла, резцы, напильники, метчики. В качестве абразивного инструмента применялись природные обработанные камни, так как они обладают свойствами шлифования.
Итак, к XVI в. сверлильные и токарные станки стали универсальными механизмами, с помощью которых производились различные изделия, в том числе стволы огнестрельного оружия, цилиндры насосов и воздуходувок.
История техники и технологий.