История зарождения основ проектирования режущих инструментов

История зарождения основ проектирования режущих инструментов

Сложно переоценить роль металлорежущего инструмента, применяемого на производствах различной направленности. Применяют данные устройства на специальных станках, когда нужно провести процедуру резки металлов: разные углы и формы. Достигается это за счет соприкосновения режущей поверхности инструмента с самим металлом, нуждающимся в обработке. Срез представляет собой металлическую стружку. Так и происходит резка, обработка деталей. Существует множество нюансов, связанных с обработкой и резкой металлов. Также в обилии представлены режущие инструменты. История открытия заводов и институтов, выпускающих и исследующих детали из металлов, рассмотрена в статье.

Из чащи веков…

История появления первых орудий труда и инструментов насчитывает тысячелетия. Изначально предок человека взял в руки палку, превращая ее со временем в дубинку. Труд и стремление выжить стали формировать настоящего человека, приближенного к его современному облику. Это, в свою очередь, предполагает развитие всех сфер деятельности. Возникают такие инструменты, как: скребки, топоры, разнообразные наконечники и др. Конечно, это был значимый шаг в развитии, облегчающий людям жизнь. Но на практике инструмент был сделан из дерева или камня. Это приводило к быстрой порче и непригодности инструментов из камня и дерева. Особенно актуальна проблема в последнем случае: деревянные орудия могли ломаться, быстро тупились. К тому же, они не всегда могли использоваться. Представьте ситуацию: нужно сделать углубление в скале. Какая речь может идти о деревянных инструментах?! Существовали различные условия и ситуации. В этом плане камень был лучшим товарищем, но на звание друга все равно не может претендовать. Да, им стало возможно выполнять различные необходимые манипуляции, но далеко не все те, что были необходимы первобытному человеку, совершающему каждый день открытия. Как следствие, нужно было нечто новое, способное двигать дальнейшее развитие. Ученые выяснили, что орудия труда и их усовершенствование приводило к новым и значимым открытиям.

Новые грани

Огромным прогрессом стала та эпоха, когда люди научились самостоятельно добывать огонь. Здесь следует подразумевать не те моменты, что молния ударила в дерево, и первобытный человек перенес огонь на палку. Осознание самостоятельной добычи, когда чиркали камень о камень, или использовали кремень. Благодаря пламени люди в период с III по I тысячелетия до н. э. научились плавить медь и олово. В результате, люди обрели новый металл, названный бронзой. Переоценить роль данного сплава невозможно. Бронза стала точкой отправления в мире, где человек стал постигать возможности металлов, научился обрабатывать их.

Но в эту эпоху не ушли в прошлое каменные орудия труда. Сочетание бронзы и камня дарило людям неплохие возможности. То, что раньше было недоступно, стало для древнего человека обычным явлением. Но останавливаться на достигнутом не позволила революция. Она двигала все дальнейшие открытия, открывая новые грани возможностей.

Железо — голова всему!

Однако настоящая революция произошла с открытием железа. Говоря более правильно, когда люди научились использовать железо. Ведь инструмент, созданный на его основе, отличался высоким уровнем прочности и долговечности. К тому же, железные инструменты были острыми, в отличии каменных и бронзовых орудий. Разнообразие инструментария существенно выросло. Появились сверла и различные резцы, отличающиеся богатством форм и выбора. Ремесленники объединяются в «группы», так появляются мануфактуру. Благодаря данному моменту существенно выросла производительность труда и его качество. Но даже при таком шаге вперед точность изделий не была высокой, что сказывалось в практическом применении.

От мануфактуры, до машинного производства

Выдающимся стал шаг от мануфактурного производства к машинному труду. Во многом это стало возможным благодаря простому, но крайне важному изобретению. Речь идет о суппорте. Благодаря данному устройству работники не держали резец руками. XVIII век ознаменовался настоящим расцветом индустрии, где машины играли ключевую роль.

Интересен факт, вызывающий гордость. Первые машины с суппортом были построены А.К. Нартовым – изобретателем, скульптором, выдающимся государственным деятелем. Если говорить точно, то Нартов является создателем токарно — винторезного станка с суппортом. В Эрмитаже до сих пор хранятся образцы этих машин. Всего их насчитывают около 50 штук.

С началом активного применения машин и станков в производственных процессах производительность труда возросла не только в десятки раз, но порой и в сотни. Только представьте: в пределах 120 квадратных метров машины могут снимать стружку. Масштабы поражают! А карусельные станки бывают размером с трехэтажный дом. Нетрудно нарисовать в воображении, какой объем работ за короткий промежуток времени они способны выполнять.

Раньше рабочий, специализирующийся на ремесленном труде, не мог ни физически, ни морально обрабатываться одновременно несколько деталей. С появлением станков эта проблема ушла в прошлое, ведь устройства обладают десятками различных резцами, сверлами и другими важными элементами, предназначенными для обработки деталей.

К современности…

XIX век ознаменовался появлением нового оборудования. Например, спиральное сверло, развертка, а также разнообразные фрезы пришли во второй половине данного столетия и стали очень популярными среди работников промышленной сферы. А к началу XX века появились сложные инструменты такие, как червячные фрезы. Первая четверть прошлого столетия стала по – настоящему прогрессивной, появляется протяжка. Этот инструмент настолько эффективен и прост в обращении, что находит применение даже сейчас, в наше время цифровых технологий.

О зуборезном инструменте…

Практика показала, что от инструментов зависит техника и качество обработки металлов и других материалов. Особенно зуборезный инструмент показателен в этом отношении. Изначально зубчатые колеса получали благодаря литью. Но данный способ был хорош лишь вначале своего появления. Время показало, что необходимо усовершенствование данного приспособления. Поэтому появляется метод копирования, связанный со станками, обладающими фрезой. После обработки одной впадины, деталь переворачивают на зуб, обрабатывая его далее.

Зуборезная фасонная фреза верно служила в свое время интересам людей. Но и ее время вышло. На смену пришел новый метод, названный обкаткой. Благодаря этому повысилась точность обработки, да и скорость процедуры значительно возросла. Ведь время не ждет промедлений. В связи с этим, фасонная зуборезная фреза уступила место червячной, успешно использующейся в настоящее время.

Уходят и остаются

В начале прошлого века появляются новые способы, благодаря которым зубодолбежные и зубострогальные станки стали вытеснять зубофрезерные устройства.

Но не все так просто. Червячная фреза не ушла окончательно в Лету. С 1932 года стал известен метод шевингования. Именно благодаря ему червячная фреза и соответствующей ей метод вновь возродились. Почему? Это связано с тем, что в отличие от долбянок, данный вид фрезы дает большую производительность.

Важно понимать, что металлорежущие инструменты во многом обязаны появлению новых видов и типов инструментальных материалов. Чтобы было понятно, приведем самый показательный пример.

Углеродистая инструментальная сталь долгое время была основным инструментальным материалом. С ее помощью весь процесс резки составлял от 5 до 10 метров в минуту. Возможно, раньше это было терпимо, но в настоящее время чудовищно ничтожно. Поэтому разработали быстрорежущую сталь. Инструменты, изготовленные на ее основе, могли резать металлы со скоростью 30 – 40 метров в минуту! Представьте разницу. Но появление быстрорежущей стали не могло оставить «равнодушными» станки. Они стали более массивными и жесткими, чем были раньше, во времена УИС. Да и теперь трансмиссионный привод перестал быть групповым, перейдя в индивидуальный, что явилось огромным преимуществом. Яркий пример тому станок ДИП, набравший обороты в производстве с 1932 года. Примечательно, что этот токарный станок имел скорость вращения, составляющую 600 оборотов в минуту. Выпускал данное чудо промышленного производства завод «Красный пролетарий».

Горизонты развития

Следующей вехой в развитии стало появление твердых сплавов в режущих поверхностях. И теперь скорость резания увеличилась в 3 – 4 раза. Разумеется, понадобилось новое оборудование. Поэтому упомянутый выше завод разработал и внедрил в производство станок 1К62, имеющий частоту вращения от 12,5 до 2000 об/мин. Вывод прост: станки стали более жесткими и массивными, обеспечивая огромную производительность труда.

Режущий инструмент оказывает ключевое влияние как на конструкцию станок и технологию обработки, так и на конструктивные формы изделий. Например, в машиностроении благодаря протягиванию стало возможным появление шлицевых соединений.

Зависимость и качество

Далее рассмотрим момент, показывающий зависимость инструментария от появления и изменений в машиностроении и станках. Так, развитие тяжелого строения станков повлияло на появление крупногабаритного инструмента. Но и мелкие, практически ювелирные инструменты стали возникать в определенных сферах. Московский завод способствовал данной тенденции.

Был создан завод поршней, полностью автоматизированный, что позволило существенно расширить рамки представлений. Но это потребовало разработку тех инструментов, что отличаются высокой размерной стойкостью. Всесоюзный научно — исследовательский инструментальный институт помог выполнить данную цель. Производительность выросла. Так, машинное время при токарной обработке составляло 9,6 мин., а вспомогательное — 5 мин (когда использовались быстрорежущие резцы). С применением скоростного резания время машин сократилось до минуты. Сам токарь за час работы прилагает 50 минут физического труда.

Возникновение задач

Но современность считает это все равно тяжелой работой. Поэтому возникли такие задачи, как: облегчение физической работы станочника, а также увеличение производительности выпускаемой продукции. Благотворную роль в данном аспекте сыграл процесс автоматизации производства. В новом подходе активно применяются старые разработки инструментов для универсальных станков. При этом новшеством стало возникновение тех устройств, что способны заменять собой старые, вышедшие из строя, в процессе работы. Да и тот инструментарий, что имеет автоматическую поднакладку, также активно применяется в этом процессе.

Важно понимать: развитие машиностроительных направлений возможно не только за счет качества инструмента (что, безусловно, чрезвычайно важно), но и в рамках его количества. Чем больше приспособлений, тем выше производственные возможности.

Важный факт

Полезно будет знать о том, что производство в СССР развивалось в двух направлениях:

1. Создание инструментальных заводов, обеспечивающих соответствующие отрасли нужным инструментарием.

2. Создание производства инструмента внутри завода.

Ситуация до и после…

В России до прихода большевиков не было специализированных инструментальных заводов. Поэтому вся основная продукция (около 90 процентов) ввозилась к нам из заграницы. Лишь некоторые наши заводы пытались выпускать что – то стоящее, среди которых были Тульский, Ижевский, Златоустовский, Обуховский, Путиловский и некоторые другие заводы. Но процент их выпускаемой продукции составлял не более 10 процентов, а все остальное ввозилось из — за рубежа. Ситуация была критической для «родного» производства, но со временем эта проблема уходит в прошлое, наша промышленность стремительно развивается, поставляя качественную продукцию.

1919 год ознаменовался открытием МИЗ. В компетенцию данного завода вошли такие инструменты, как: фрезы, сверла, а также метчики, развертки и плашки. Была применена методика, благодаря которой производство было разделено: каждый работник выполнял определенную задачу на конкретном станке, оснащенном специальным оборудованием. Данная методика успешно применялась в дальнейшем как при реконструкции, переоснащении старых заводов, так и при открытии совершенно новых предприятий. Например, в Сестрорецке функционировал завод имени Воскова. Да и в других городах. Но главным достижением первых пяти лет инструментального производство стало открытие хорошо продуманного во всех планах завода «Фрезер» им. М. И. Калинина. После этого МПЗ прекратил ориентацию на старые инструменты, перейдя к освоению и выпуску более сложных: зуборезных гребенок, долбянок, а также протяжек и некоторых других инструментов, без которых невозможно представить современное производство.

Но даже весь данный прогресс не мог удовлетворять нужды целой страны, тем более такой великой во всех отношениях, как СССР. Поэтому к началу Великой Отечественной войны инструментальное производство стали осуществлять в специализированных цехах. Те, в свою очередь, находились на тракторных, автомобильных и даже авиационных заводах.

А уже в годы самой кровопролитной для нашего народа войны производство инструментальной направленности возросло. Это связано с тем, что в 2 раза увеличилось количество заводов. А уже к 1940 году наша страна полностью отказалась от импортного оборудования и инструментария. Данный шаг значительно стимулировал производство собственного качественного товара. Появляются заводы в Оренбурге, Свердловске и других городах.

Активно строятся заводы в республиках и городах. Так, в Беларуси, Вильнюсе, Минске, Львове возведены достойные высоких требований заводы. Здесь был повышен уровень технических характеристик инструментов.

«Выдающийся» титан и его братья

Нужно сказать «спасибо» и открывшемуся в 1922 году заводу «Ильич». Почему? Это было первое в стране предприятие, специализирующееся на выпуске абразивной продукции. А позже в 1931 и 1933 годах вступил в ряды лучших предприятий завод в Челябинске, ориентированный на выпуск абразивного инструмента. В 1939 году стал функционировать Запорожский абразивный завод. Все это позволило получить новые возможности, расширить границы представлений об абразивной обработке. «Ильич» положил основу данной направленности.

Металл сверх прочности

Когда произошло внедрение алмазных и некоторых других инструментов, выполненных из твердых металлов. Стало возможным обрабатывать цветные металлы. В этом аспекте наша страна вышла на первое место в Мире! Это значительный результат. Полтавский завод искусственных алмазов и алмазного инструмента наряду с «Ильичом» поставлял продукцию высшего качества, сравниться с которой не могут даже современные предприятия.

Т. о., за годы существования СССР производство инструментальной сферы выросло во много раз. Страна стала выпускать продукцию, превосходящую инструментальное производство любой другой страны Мира. Расцвет инструментальной сферы связан с такими факторами, как: необходимость быть первыми во всем, нужда в качественном производстве, предоставление мест для работы людям.

Двигатели развития

После Великой Октябрьской революции появляются вузы, внесшие существенный вклад в развитие инструментального производства. Среди них Московский институт высшего технического училища им. Баумана, Московский станкоинструментальный и авиационный институт. А вот обработка металлов с помощью технологий резания изучалась как в лабораториях, открытых при заводах, так и в институтах, например, в ВНИИ. Примечательно, что СССР имел много лабораторий и институтов, специализирующихся на анализе методов резания и многих других приемов, связанных с обработкой металлов. Были разработаны революционные для своего времени технологии, применяющиеся и сегодня. Удивительно, но многие из них в наши дни практически не претерпели изменений. Все это говорит об уровнях специалистов и методов изучения в ВНИИ, ЭНМИСе, да и в ряде других выдающихся институтах.

Где «куются» кадры?

Вопрос, связанный с подготовкой высококвалифицированных специалистов остро стоял в период после Великой Октябрьской революции. Великолепная подготовка (сказано без преувеличения) в МВТУ им. Баумана. Да и в Одессе, Харькове и других городах политехнические институты готовили профессиональные кадры. Естественно, инженеры получали специализацию, связанную со строительством станков и производством соответствующего инструмента.

Примечательно, что во время самой Великой Октябрьской революции к инженерам относились с пренебрежением, ведь главными были рабочие люди. Однако с осознанием необходимости данной профессии ситуация изменяется, а уважение к инженерам значительно возрастает.

О методах обработки

А обработка с помощью метода резания предполагает высокую гибкость изделий. При этом учитывается ряд других существенных факторов. В их число входят следующие моменты: достаточно малое влияние свойств обрабатываемого материала на уровень качества и точности обработки, а также превосходящую точность размеров по сравнению с другими способами и методами обработки.

Подведем итоги

Важно помнить и понимать фактор развития: совершенствование процессов заготовки приводит к увеличению числа чистовой обработки, но не лишает возможностей обработки резанием.

Конечно, появляется обилие других способов и методов, многие из которых находятся в рейтинге лучших, но все же резание останется востребованным методом обработки металлов. Специалисты отмечают, что в будущем доля деталей, изготовленных и обработанных с помощью резания, будет возрастать.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *