Зигмунд Перля - О станках и калибрах

А Тульский завод уже в начале Отечественной войны 1812 года производил те же 10 000 ружей в один только месяц. Это значит, что производительность труда на Тульском заводе оказалась почти в 100 раз больше.

Образцовые медные меры Петра I и тульские «на каждую... вещь, порознь... меры...» и послужили родоначальниками калибров, тех мерительных инструментов, которые легли в основу закона машиностроения и нашего времени — взаимозаменяемости деталей машин. Первые такие инструменты — нормальные калибры — появились уже через 12 лет после того, как стало известно достижение Тульского завода, около 1838 года, и довольно быстро распространились по всему миру.

* * *

В самом начале производства калибров получилось нечто вроде «чуда».

Мастера-станочники замечали, что обыкновенный калибр-пробка, нормально изготовленный по калибру-кольцу (об этих калибрах рассказано в следующей главе), через некоторое время «отказывался» входить в это самое кольцо. Когда обмеряли пробку, оказывалось, что она «пополнела» на какую-то, пусть очень малую, долю миллиметра. Выяснилось, что после закалки в металле калибра остаются так называемые внутренние напряжения, от которых он сжимается. Когда эти напряжения с течением времени исчезают, металл как бы разжимается, калибр «растет», и его приходится вновь шлифовать, {132} чтобы привести к правильным размерам. Пришлось изменить порядок изготовления калибров: после закалки их сдавали на несколько месяцев на склад. Калибры там вылеживались и при этом «росли» или «старели». Когда процесс старения прекращался, калибры «доводились» до окончательного размера.

Процесс изменения размеров при вылеживании длился четыре-шесть месяцев, и это было неудобно для заводов.

Когда автор этой книги работал в Туле, местный мастер, глубокий старик из числа ветеранов металлообработки, рассказал следующую историю.

В середине XIX столетия один из мастеров Тульского оружейного завода нашел способ в течение одних суток приводить калибры в состояние, годное для окончательной доводки.

Получив партию закаленных калибров, он уносил их домой, а на другой день возвращал, и после доводки эти калибры не «росли». Мастер долго скрывал секрет, стремясь «заработать» на своем открытии. «Гости», заглядывавшие к нему по вечерам, чтобы застать врасплох, обычно наблюдали мирную картину: на столе кипел самовар, семья мастера ужинала, калибров и не было видно.

Секрет же оказался именно в кипящем самоваре. Там, на дне, вокруг трубы лежали стальные пробки, кольца, скобы. Кипячение уничтожало внутренние напряжения в металле. С тех пор туляки-металлисты начали применять кипячение для искусственного старения калибров во всех случаях, когда необходимо было обеспечить неизменяемость размеров после тепловой обработки.

Эта история показалась интересной, но не очень уж достоверной — ведь никаких имен и дат не было названо, никакими документами она не была подтверждена. Но в последнее время отечественные исследования в области истории техники подтвердили, что именно тульские мастера первые открыли законы искусственного старения металла.

Впоследствии ученые с помощью точных исследований обосновали приемы тульских мастеров.

Было установлено, что при искусственном старении необходимо кипятить калибры около 10 часов при температуре в 110°.

{133}

Устройство нормальных калибров не заключало в себе ничего сложного или особо нового. Просто было предложено измерять цилиндрические детали постоянными для данного наружного или внутреннего размера калибрами. Для измерения диаметров отверстий таким калибром служит очень точно изготовленный валик, так называемая пробка, а для измерения внешних диаметров — кольцо или скоба. Само собой разумеется, что для каждого размера должен быть изготовлен набор этих инструментов, которые и были названы нормальными калибрами. На каждом из них, будь то кольцо, пробка или скоба, отмечался номинальный размер, для определения которого данный калибр предназначен. Изготовляя калибры, старались как можно точнее подогнать их под этот размер.

Нормальные калибры явились значительным шагом вперед в области техники измерений в машиностроении. До этого на большинстве заводов для изготовления данного изделия или детали определенной машины служил шаблон — образцовое изделие. Это вызывало необходимость в большом количестве шаблонов. Пользование так называемым универсальным мерительным инструментом (о котором речь будет впереди) для достижения необходимой точности требовало высокой квалификации рабочего, много времени и обходилось дорого. Нормальный калибр, общий для имеющих один и тот же размер деталей всех машин и не требовавший высокой квалификации рабочего, значительно удешевил, ускорил производство и вместе с тем обеспечил более высокую точность изготовления деталей.

Но промышленность последней четверти прошлого века уже не могла удовлетворяться этими достижениями.

Если изготовить одну деталь — валик — по нормальному калибру-кольцу — и вторую деталь с внутренним цилиндрическим отверстием по нормальному калибру-пробке, то первая деталь должна войти в отверстие второй плотно, но без усилия рабочего. Понятно, что для обеспечения этого условия валик должен входить в кольцо-калибр не менее плотно. Насколько можно {134} допустить отступление от идеальной плотности, должен решить сам рабочий при изготовлении и контролер при приемке деталей. И тот и другой для такого решения располагают только собственным опытом и чутьем. В результате и здесь вставал вопрос о необходимости более или менее высокой квалификации рабочих и о повышении темпов производства, об экономической выгодности нормальных калибров. Кроме того, были неизбежны нескончаемые споры между рабочим и приемщиком, и во многих случаях без специальных измерений трудно было решить, кто прав.

Так как у каждого работника на производстве могла быть своя собственная (субъективная) оценка ощущения «болтания» валика в кольце, то определенного мерила «дозволенного» и «недозволенного» отклонения от размера нормальный калибр не давал. Поэтому нормальные калибры для конца XIX и начала XX веков уже не могли служить мерительной базой производства взаимозаменяемых деталей машин. Экономически их применение по указанным уже причинам было невыгодно.

Выход из трудного положения был найден в применении предельных калибров, с введением которых связан резкий скачок вперед в развитии и повсеместном распространении производства взаимозаменяемых частей машин. Так как предельные калибры являются детищем «теории допусков», рассмотрим, что она собой представляет.