О станках и калибрах - Зигмунд Перля

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}

Глава V. ИНСТРУМЕНТЫ ТОЧНОСТИ

Кольцо и пробка

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.

Что такое допуск?

В нашей стране часто бывает, что завод, которому поручено изготовление сложной машины с большим количеством входящих в нее трудоемких деталей, нуждается в помощи других заводов. Эти заводы-«помощники» непосредственно не связаны ни с основным заводом, ни между собой. Их связывают только чертежи заказанных деталей. И все же, когда чуть ли не с 10–15 заводов детали приходят на основной завод, из них легко собирают сложную машину. Такая сборка может быть осуществлена только благодаря тому, что размеры частей на чертежах снабжены «допусками». Что же такое «допуск»?

В повседневной жизни, определяя значения каких-либо величин (возраст, цена, размер, вес), мы часто {135} употребляем слово «около». Например: «Ему около сорока лет». Говоря так, мы заранее допускаем возможность ошибки в определении. Обычно в таких случаях подразумевается и допускается некоторое отклонение. Это отклонение не является строго определенным.

В технике же граница допускаемого отклонения устанавливается очень жестко. Делается это так.

В результате расчета получают размер нужной детали какой-либо машины. Это и есть номинальный размер. Изготовить деталь точно с помощью нормального калибра по номинальному размеру невозможно. Размер всегда получится несколько больше или меньше номинального. Чтобы отклонение не вышло из пределов, допускаемых в каждом отдельном случае, мы сами обычно назначаем допускаемые пределы отклонений в обе стороны. Зная верхний и нижний пределы данного размера, мы можем соответственно назначить и допуска для размера сопрягаемой детали и этим обеспечить взаимозаменяемость.

Если для размера валика диаметром в 15 миллиметров мы назначили допускаемые отклонения +0,05 миллиметра и –0,05 миллиметра, то это значит, что годными будут все валики, диаметры которых уложатся в промежуток между 14,95 и 15,05 миллиметра. Остальные попадут в брак, так как они либо не войдут в отверстие сопрягаемой детали, либо будут «болтаться» в нем больше, чем это позволяют условия удовлетворительной работы машины. Размеры «15,05» и «14,95» называются предельными размерами валика. Разность между двумя предельными размерами (а также сумма величин отклонений) называется «допуском» (общим). В нашем случае допуск равен: 15,05–14,95 = 0,1 миллиметра (или 0,05 + 0,05 = 0,1 миллиметра), а это значит, что можно позволить колебания в точности изготовления валика в пределах одной десятой миллиметра. Записывают размер так:

15 +0,05 –0,05

Учение о допусках не так уж молодо. Оно насчитывает около 60 лет своего существования. Постепенно стройная система допусков стала внедряться в промышленность. Но только с начала империалистической войны (1914–1918 годов) вместе с ростом производства на военных заводах внедрение работы по допускам пошло быстрыми темпами. У нас в СССР введена своя {136} система допусков, основанная на учете всего большого отечественного опыта.

Каким же образом «поймать» заданный в пределах допуска размер? Вот тут-то и приходит на помощь предельный калибр — измерительный инструмент, позволяющий «ловить» размер в пределах допускаемых отклонений даже в тех случаях, если эти отклонения выражаются в микронах.

Допуск в действии

Представим себе инструмент, похожий на букву X. В средней части этого инструмента обозначено 40,0 у одной из дуг — 0, а у другой минус 0,050. Это и есть предельный калибр — «скоба» — для измерения диаметров, номинальный размер которых равен 40 миллиметрам, допускаемое верхнее отклонение равно нулю, а нижнее — минус пятьдесят тысячных миллиметра, или 50 микронов. Весь допуск, таким образом, равен: 40,0 – 39,950 = 0,050 миллиметра, или 50 микронов. Расстояние между губками скобы с той стороны, где помечено 0, равно 40 миллиметрам, а с другой стороны — 39,950 миллиметра. Первая сторона называется проходной, вторая — непроходной, или браковочной. Валик годен, если скоба, повернутая к изделию проходной стороной, легко под тяжестью собственного веса надвигается сверху на валик, а повернутая непроходной стороной не надвигается, а только «закусывает» и не идет дальше (если скоба надвигается не сверху, необходимо очень легкое усилие). С помощью такой скобы рабочий и контролер имеют возможность, не обладая особой квалификацией, легко и быстро проверять размеры деталей. Если очень точно измерить забракованные с помощью предельной скобы изделия, то окажется, что их диаметры либо «полнее» 40, либо меньше 39,950 миллиметра.