История технологий обработки металлов

История развития металлообработки — от древнего мира до промышленной революции

Содержание:

История человеческой цивилизации тесно связана с историей добычи и обработки металлов. Очень давно, когда людям, уже научившимся обрабатывать камень, впервые попали в руки самородки меди, даже очень простые изделия из нее показались лучше и полезнее предметов, вытесанных из камня. Именно в процессе совершенствования навыков работы с металлом были созданы — поначалу примитивные, а впоследствии и более совершенные приемы металлообработки, ставшие базисом современной технологической культуры.
Значительная часть окружающих нас объектов материального мира создана из металлов. А все остальное, что к ним непосредственного отношения не имеет, было получено, изготовлено либо построено с использованием металлических станков, машин, инструментов и механизмов. Сегодня трудно себе представить жизнь населяющих Землю людей и устройство человеческого общества, если бы на планете не существовали металлы, или человек в свое время не научился их находить, добывать и обрабатывать.

Древний мир как колыбель современных технологий металлообработки

Специалисты – историки, изучающие древний мир, полагают, что первыми металлами, которые попали в руки человеку, были золотые и медные самородки, а также метеоритное железо. Временной интервал, который много тысячелетий спустя ученые XIX столетия назвали медным веком, охватывает значительный исторический и технологический период, пройденный человечеством — от первых экспериментов с найденными кусками самородной меди, до литья и ковки разнообразных предметов из металла, полученного из медной руды.

На различных континентах и в отдельных социумах человек научился работать с медью не одновременно, поэтому весь этот период историки датируют с запасом: V-III тысячелетиями до нашей эры. Не следует думать, что в это время уже произошел бурный расцвет технологий – в медном веке большая часть предметов быта и инструментов для обработки почвы по-прежнему изготавливалась из камня. Эпоха обработки меди только начиналась. Кроме того, изготовленные из меди предметы оказались слишком мягкими. Для украшений это не было недостатком, а вот медные орудия труда быстро деформировались и нуждались в восстановлении исходной формы при помощи ковки.

Сейчас можно только догадываться о том, какие эксперименты с огнем, кусками медной и оловянной руды привели древних людей к случайному созданию сплава, который оказался тверже обоих исходных металлов. Изготовленные из бронзы наконечники для стрел, топоры, иголки и другие инструменты ознаменовали наступление нового исторического и технологического периода в жизни человечества – бронзового века.

Первый социальный заказ: оружие, сельскохозяйственные орудия и украшения

Найденные археологами предметы, изготовленные из бронзы, меди и золота, свидетельствуют о значительно возросшем к 13-11 векам до нашей эры уровне навыков и приемов работы древних людей с металлами. А обнаруженные при раскопках следы медных и оловянных рудников того периода – о существовании достаточно полного и совершенного комплекса добычи нужных металлов и их последующей обработки. Описывая данный период, историки смело употребляют современные термины – «металлургия», «импорт меди и бронзы», и это говорит о подлинном расцвете производства металлов и торговли между образовавшимися в то же время городами – государствами, и плотно заселенными провинциями.

Основными металлическими изделиями, востребованными обществом в конце бронзового века, были инструменты для обработки земли, дерева и камня, разнообразное оружие и украшения. Многократно возросший уровень знаний и практических навыков работы с металлами заложил основы дальнейшего развития металлургии и начала использования железа. Считается, что более мягкий, чем бронза, и подверженный ржавлению металл, люди начали использовать, так как почти опустошили найденные ими месторождения олова. Железная руда встречается намного чаще. Это и послужило отправной точкой совершенствования способов добычи железа, изготовления из него и последующего закаливания всех необходимых предметов.

От железного века к эпохе новых способов металлообработки

Железный век пришел на смену бронзовому, и стал для человечества переходным периодом к открытию и началу повсеместного использования новых приемов обработки металлов. Люди уже дано освоили ковку, а теперь и примитивное литье металлических изделий, хотя эти способы не позволяли изготавливать все необходимые в быту и нужные для созидательной трудовой деятельности предметы.

Даже проблема чрезмерной мягкости железа при помощи многократного отжига и обогащения его углеродом была успешно решена – сначала некоторыми отдельными народами, а затем, с течением времени, этот способ распространился по всему миру. Однако для получения более совершенных изделий нужно было научиться делать в железных предметах отверстия. Частично эта проблема решалась в процессе литья, но этим способом было невозможно обеспечить точные отверстия небольшого размера.

Сверлить камень научились еще в Древнем Египте. Высеченные из кремня первобытные сверла успешно справлялись с этой задачей, но для сверления отверстий в металле они не годились. Намного позднее сверла в виде острого пера стали изготавливать способом ковки. Первобытное приспособление для сверления отверстий напоминало современный коловорот, который для большей эффективности утяжелялся мешками с песком. Но металлические спиральные сверла, частично напоминающие современные, научились изготавливать методом ковки только в Средние века.

Кроме сверления отверстий, в процессе изготовления металлических предметов нужно было научиться чисто обрабатывать их поверхность, которая после литья в простейшие формы редко получалась достаточно гладкой. Прогресс неуклонно подталкивал людей к необходимости обработки металлических заготовок при помощи режущих инструментов, изготовленных из более твердого металла. Но до появления способов обработки вращаю

щихся металлических деталей при помощи резца должно было пройти немало времени. Хотя начальные прототипы токарных станков, на которых можно было обрабатывать — пока только деревянные детали, существовали уже тогда.

Развитие точной механики как технологический фон совершенствования средств металлообработки – замки, часы, навигация

Значительным подспорьем для конструкторов первых приспособлений и станков, при помощи которых стало возможным обрабатывать литые металлические заготовки и изделия, стали технические новации и разработки, появившиеся в других областях практической деятельности человека. Учитывая важную роль мореплавания, которое имело большое значение для международной торговли и военного дела, многие видные ученые тех лет занимались совершенствованием навигационных приборов.

Даже первые механические часы с точным ходом, собранные талантливым английским механиком Джоном Гаррисоном в 1735 году, были задуманы как более совершенная замена примитивным морским хронометрам, не позволявших с нужной точностью определять координаты кораблей методом астрономической космографии. А прообраз современного секстанта – прибор с высокоточной оптикой, позволяющий определять местоположение движущегося судна, в 1730 году изготовил и опробовал английский физик Джон Хэдли.

Один за другим, точные механизмы появлялись в самых различных областях. В 1778 году английскому изобретателю Джону Баррону удалось создать первый штифтовой замок, в котором язычок запорного механизма удерживался несколькими штифтами. В эти же годы появились первые настенные и настольные часы с усовершенствованным спусковым механизмом, а механики уже вовсю экспериментировали с их уменьшенными копиями, которым вскоре было суждено стать прообразом переносных — карманных часов.

Все эти достижения были бы невозможны без металлообрабатывающих станков, при помощи которых удалось изготовить детали этих сложных механизмов. Повышенные требования к точности для деталей часовых механизмов, а также появление новых конфигураций обрабатываемых поверхностей породили массу новаторских изобретений в области металлообработки.

Благодаря этому были реализованы идеи создания конструкций, которые ранее невозможно было воплотить в жизнь. В свою очередь, новые решения авторов удачных конструкций впоследствии пригодились создателям станков, которые использовали некоторые идеи как отправную точку для повышения точности и совершенствования механизмов токарного станка.

Токарный станок и технологическая революция в металлообработке

Историки настаивают, что конструкция станка с двумя центрами, которые удерживали между собой деревянную деталь, была известна еще в середине VII до н.э. Деревянную заготовку вращали – то в одну, то в другую сторону специально выделенные для этой работы рабы. Древний «токарь» постепенно обтачивал заготовку примитивным металлическим резцом, но уже тогда результат такой работы оправдывал несовершенство конструкции и связанные с этим затраты времени и труда.

Со временем обрабатываемую деталь научились вращать при помощи лука с прослабленной тетивой, которая обхватывала, и при поступательном движении лука раскручивала заготовку. Опять же, это вращение совершалось попеременно в разные стороны. Более прогрессивный – ножной привод с шатуном, педалью и кривошипом, конструктивно напоминающий швейные машины недавнего прошлого, появился в XV веке. Это был переломный момент в развитии токарного станка – теперь деталь безостановочно крутилась в одном направлении, и мастеру стало работать намного удобнее.

Мощности усилия такого привода для обработки металлических деталей не хватало. Кроме того, точить твердые материалы, держа резец в руке, было почти невозможно. На помощь была призвана сила текущей воды, и водяное колесо на несколько веков стало основным движителем механизма токарного станка. Теперь и металлические детали стали подвластны умелому токарю, хотя резец по-прежнему приходилось держать в руках, опирая его на простейшую подставку.

И все же, для того чтобы облегчить токарные работы и сделать их более точными, потребовалась существенная доработка конструкции станка, затронувшие все его основные системы. Задача была поставлена, но механикам тех лет пришлось немало поработать, чтобы найти соответствующие технические решения. Самые интересные из них, разработанные в XVI веке французским ученым и математиком Жаком Бессоном, и изложенные им в трактате «Театр приборов и машин», оказали огромное значение на дальнейшее развитие принципов металлообработки.

Многие из идей этого гениального человека реализованы, и используются в конструкциях современных станков сегодня. В собственной разработке токарно-винторезного станка ученый предусмотрел возможность обработки деталей не только стандартной цилиндрической формы, но и любых конусообразных поверхностей.

Развитие технологии металлообработки в России

Пытливый ум и техническая сметка русского человека проявились задолго до того, как возникло понятие «техника». Исторические данные свидетельствуют, что еще в X веке на Руси умели изготавливать разнообразные металлические предметы быта, оружие и несложный хозяйственный инвентарь. Всего через несколько веков, когда формировались первые российские оружейные династии, для изготовления стволов уже тогда применялись простейшие станки с ручным приводом для сверления и токарных работ.

Не отставая от иностранных коллег, российские мастера еще в XV веке подключили свои станки к водяным мельницам, поручив воде вращать заготовки, закрепленные в токарном станке, и прообраз винтового сверла в сверлильном. Спустя почти два с половиной столетия революционный вклад в разработку принципов устройства токарных станков внес талантливый российский ученый Андрей Константинович Нартов – член Академии Наук, состоявший в чине статского советника.

В начале XVIII века, вернувшись из очередной заграничной поездки, царь — реформатор Петр I создал «царевы» токарные мастерские, руководить которыми назначил А.К.Нартова. Имея под рукой все наиболее совершенное, по меркам тех дней, оборудование, Андрей Константинович изобрел – ни много ни мало – механизированный суппорт токарного станка, конструкция которого без особых изменений используется и поныне.

До этой разработки токарю приходилось удерживать и перемещать резец вдоль обрабатываемой детали вручную. Суппорт Нартова не только решил эту проблему, но и за счет управляемого перемещения инструмента позволил выполнять на станках нарезку резьбы и зубьев шестерен. Значение этого изобретения для эволюции металлообработки трудно переоценить, и оно по праву входит в перечень технических новаций, оказавших существенное влияние на развитие производственных возможностей человечества.

Примерно в те же годы во весь голос заявили о себе и тульские оружейники. Талантливый механик – самоучка по фамилии Сидоров создал мощный агрегат, позволявший с большой точностью высверливать ружейные стволы. Его приводила в действие водяная мельница. Взяв разработку Сидорова за основу, не менее выдающийся механик и оружейных дел мастер Яков Батищев создал конструкцию станка, который мог сверлить стволы для 24 ружей одновременно.

В двух шагах от промышленной революции – темпы развития ускоряются

К середине XVIII века в России было создано множество заводов и фабрик, на которых, впрочем, пока по-прежнему интенсивно использовался преимущественно ручной труд. Чтобы создать условия для выпуска крупных партий товара, явно не хватало новых, высокопроизводительных станков и машин на всех ответственных и наиболее важных участках производства. Это понимали многочисленные русские механики, которые с энтузиазмом приняли участие в модернизации имеющегося, и создания нового промышленного оборудования. Знаменитый изобретатель Иван Ползунов создал конструкцию уникального станка для расточки цилиндров паровых машин, а не менее известный даже нашим современникам Иван Кулибин – особо точный станок для изготовления шестерен часовых механизмов. Не остался в стороне от естественных процессов замены устаревших средств производства легендарный ученый и выходец из народа М.В.Ломоносов. Он разработал конструкции шлифовального, лоботокарного и сферотокарного станков. Еще быстрее появлялось новое оборудование, и развивались технологии металлообработки в США и странах Европы. Важным событием для будущего стала конструкция французского механика из Лиона Жака Вокансона, представившего в 1851 году первый универсальный токарный станок — не лишенный недостатков, но очень прогрессивный для своего времени. Качественно нарезать резьбы токарный станок научил англичанин Д. Рамедон, в 1778 году порадовавший современников сразу двумя оригинальными конструкциями, выполнявшими эту задачу при помощи специальных резцов и набора сменных шестерен. Чуть позже идеи англичанина использовал в процессе создания специализированного станка для нарезки винтов француз Сено. Он запустил этот агрегат в 1795 году. В эти годы в Европе и США стремительно развивались процессы замены ручного труда машинным – явления, которое позднее назовут Великой индустриальной революцией. Оставалось всего 5 лет до появления конструкции по-настоящему универсального токарного станка Генри Модсли. И уже начал свои изыскания американец Эли Уитни – промышленник и изобретатель, впоследствии создавший первый действующий станок, выполняющий фрезерные работы . В России полномасштабная промышленная революция надолго задержалась, но на то были объективные причины, связанные, в первую очередь, с преимущественно аграрным укладом экономики. Но ход истории не остановить, и ближе к концу XIX века промышленный капитализм коренным образом изменил экономику царской России. К сожалению, из-за начавшегося с революции 1905 года времени потрясений, в полной мере воспользоваться его преимуществами стране не удалось.

Источник

История обработки металлов

С момента открытия металла человек задавался вопросом – как обработать этот материал, чтобы сделать его долговечнее и крепче. Технологии были нужны везде – от военного дела и сельского хозяйства до зарождавшейся ювелирной сферы.

В этой статье приведем краткий экскурс в историю обработки металла и расскажем, как технологии эволюционировали. Это поможет получить представление о том, как развивались процессы в металлургии.

Первые шаги металлургии

Сведения о первых металлургах доступны человечеству благодаря археологам. Доисторическая эпоха дала начало попыткам получить и обработать металл.

В то время на Земле были остатки метеоритов, давших в руки человека первое железо. Постепенно начиналась добыча и обработка золота и меди.

Первым методом обработки стала холодная ковка. Она использовалась чтобы придать железу форму. Первым изделием были детали оружия – острия копий, наконечники для стрел.

Ценный металл также пытались использовать для создания посуды и простых инструментов.

Первым рывком в металлургии стала выплавка стали. Ранние свидетельства об использовании такого подхода датируются XII веком до нашей эры. Тогда сталь плавили в Индии и использовали для этого сыродутные печи. Также подобными средствами пользовались в Анатолии и на Кавказе. Методы были удивительно похожими.

В Африке также пытались плавить железо и ковать его, чтобы создавать оружие. Из-за неспособности древних людей защитить сталь от коррозии, артефакты той эпохи дошли до нас в плохом состоянии, но доказательства все же есть.

Какие металлы стали обрабатывать первыми?

Все начиналось с меди. Человек находил первые месторождения случайно – тогда они находились близко к поверхности.

Еще за 8 тысяч лет до нашей эры человек пытался обработать медные слитки, но не использовал для этого профессиональных методов.

Получалось грубо, но это была лучшая альтернатива кости или заточенному дереву.

Следующим металлом, которое человечество добавило в свою копилку, стала бронза. Это продукт начала обработки металлов, когда их научились плавить и смешивать. Так появилась комбинация олова и меди, часто использующаяся в создании украшений.

Позволить себе такие изделия могли только самые богатые представители общества, но и сегодня реликты часто удивляют ювелиров нестандартным подходом к обработке и изяществом форм.

Считается, что человек не проводил никаких направленных экспериментов чтобы получить бронзу. Она была найдена случайно при смешивании.

Полученный сплав удивил твердостью и удобством в обработке – за счет добавления олова он был намного пластичнее используемых тогда материалов. Рецепт был закреплен, и кузнецы стали использовать его при создании орудий труда.

Изделия не так быстро выходили из строя, как каменные или медные, мало весили.

Первое тысячелетие до нашей эры ознаменовалось наступлением железного века. Уже по названию понятно, что в то время люди открыли для себя метеоритное железо и стали пытаться обработать. Но только в третьем веке до нашей эры этот материал стал применяться массово.

Пришло к тому, что вместо поиска метеоритов, богатых железом, его стали добывать из недр. Металл стал распространенным и большинство его аналогов отошли на второй план.

Какими были первые способы металлообработки

Первые орудия для обработки были примитивными. Так первый токарный станок был создан еще за 500 лет до нашей эры. На нем работало два человека.

Один быстро вращал вал, на котором были установлены тиски с зажатой деталью. Второй наносил резьбу. Интересно, что к обработке металла таким способом пришли не сразу.

Изначально токари точили кость и древесину.

Аналогичные средства также находят на территории Египта, Греции и некоторых других стран.

Внешне сильно походил на старые швейные машины с педальным приводом. Когда мастер нажимал на педали ногой, заготовка начинала вращаться. Оставалось только использовать долото для обточки. Так делались первые стержни, используемые в телегах, а также при создании других рабочих инструментов.

Важные этапы в обработке металла

Человек много думал над тем, как упростить приведение станка в действие. Постепенно от ручного вращения или нажатия ногой на педаль отказались в пользу использования воды.

Вода обеспечивала вращение заготовки с нужной скоростью. Это позволило увеличить количество изделий из стали, которые использовались в повседневной жизни.

В конце XVIII века обработка металла получила наибольшее распространение благодаря промышленной революции. Джон Уилкинсон предложил миру технологию обточки цилиндров, дающую качественный результат.

Современность

История развития металлообработки привела нас к тому многообразию методов, которые используются сегодня. Стимулом к совершенствованию металлургии в 20 веке стали войны. Созданные тогда технологии используются и сегодня.

В промышленности нашли свое применение несколько наиболее распространенных средств – это сварка, литье, механическая обработка и использование высокого давления прессом.

Новые технологии помогли повысить качество продукции.

Заказывайте оцинковку труб в «Точинвест Цинк»

Компания «Точинвест Цинк» предлагает заказчикам технологию горячего цинкования труб. Используем современные средства для того, чтобы увеличить продолжительность использования получаемой таким образом продукции.

• Накопленный опыт в цинковании – работаем с 2007 года.
• 3 собственных цеха для горячего цинкования и годовая производственная мощность 120 тысяч тонн в год.
• Точное соответствие требованиям с ГОСТ 9.307-89.

Используем оборудование таких брендов, как EKOMOR и KVK KOERNER.

Источник