Инструмент

— умение пользоваться орудиями для облегчения труда составляет одну из особенностей человека: Франклин даже определяет человека как "животное, изготовляющее свои орудия". В частности под словом "инструменты" (instruments, handtools, Instrumente) обыкновенно подразумевают только орудия ремесленного труда, которые, усложняясь, постепенно переходят в общие и специальные "машины-орудия" (mаchines-outils, machine-tools, Werkzeugs-Maschienen), хотя И. называют также приспособления для надобностей астрономии, геодезии, физики, химии, хирургии и т. д. Все эти предметы действительно предназначены служить подмогой нашим органам для достижения намеченных целей; однако они столь многочисленны и разнообразны, что не могут быть удобно описаны вместе, а должны быть размещены по соответственным статьям. Здесь мы рассмотрим только общие свойства И. в тесном смысле. Целью обработки материала бывает обыкновенно придание ему заданной формы и вида; для этого можно удалять лишнее и потом соединять полученные части или пользоваться разными родами пластичности вещества и обрабатывать его ковкой, вытягиванием, сгибанием или отливкой. Отсюда два главных рода И.: режущие и тупые, действующие вследствие пластичности вещества. Как вспомогательные орудия служат И. для измерения и для держания обрабатываемых предметов. С точки зрения способа приложения мускульной силы, И. можно разделить на ударные и действующие плавным давлением. Свойство человеческого организма такое, что продолжительное непрерывное усилие быстро его утомляет, тогда как он долго может производить без утомления усилия, сопровождаемые периодами отдыха [Так, по проф. Сеченову, сумма периодов сплошной работы, никогда не утомляющая сердце здорового человека, составляет только 0,6 суммы его периодов покоя.]. Во все время размаха молотка, топора или другого ударного орудия работа накопляется в виде его живой силы и тратится почти мгновенно при ударе: от этого получается огромное, но кратковременное усилие, которое производит тем большее действие, чем меньше поверхность соприкосновения. В промежутки между взмахами И. мускулы работающего успевают несколько отдыхать; такой отдых настолько увеличивает работоспособность человека, что этим вознаграждается неизбежная потеря живой силы при ударе вследствие ее перехода в другие виды энергии. Но к машинам-орудиям, действующим с помощью неодушевленных двигателей, это рассуждение неприменимо, там отсутствие ударов обыкновенно увеличивает полезное действие. Поэтому-то молот и топор (заостренная форма молота) были самыми древними И. человека, хотя применялись не для одних мирных целей. Дополнением к молоту служит наковальня: если масса обрабатываемого предмета мала, он сам быстро придет в движение при получении удара, едва заметно уменьшив живую силу ударяющего тела, поэтому и деформирующее действие будет слабо. Другое дело, если такой предмет окажется во время удара между молотом и наковальней большой массы. На принципе молота и наковальни основано множество инструментов для обработки металлов и других материалов, обладающих некоторой степенью ковкости. В ст. Давильное и Жестяное производство уже рассмотрено подробно влияние разного рода ударов и давлений на изменение формы металла; дальнейшие указания см. Кузнечное и Котельное производства, Вальцевание, Монетное дело, Штампование и Чеканная работа.

Режущие И. все действуют наподобие одной из так называемых "простых машин" — клина, хотя их действие обусловливается еще одним из молекулярных свойств твердых тел: уступать, наподобие жидкостей, когда давление на единицу поверхности переходит известную величину, зависящую от рода тела. В наиболее чистом виде явление резания представляется при разрезывании стекла алмазом: гладкое, слегка округлое острие алмаза прикасается к ничтожному числу частиц стекла, поэтому и давление на единицу поверхности получается громадное, несмотря на легкий нажим алмаза. Тронутые алмазом частицы, вдавливаясь между ближайшими частицами неподатливого хрупкого стекла, действуют как клинья и производят трещину [При более сильном нажиме затрагиваются сразу и рядом стоящие частицы, тогда они все отделяются, и получается поверхностная царапина, а не глубокая трещина.]. Когда материал податлив или ковок, процесс резания начинается точно так же, но затем острие подается вперед и раздвигает вещество, действуя как клин. Если одна грань угла клина направлена под малым углом к касательной к поверхности, то отделяется "стружка", которая необходимо должна завиваться или крошиться по мере движения И. вперед. Из вышеизложенного понятно, почему "острый", т. е. хорошо выточенный, И. легче начинает резать, чем притупленный, а также почему меньше силы идет на отгибание стружки, когда острее угол, под которым заточены режущие грани И. Однако острота режущего угла зависит от свойств обрабатываемого материала. Угол в 15-20° придается только бритвам, при резании дерева такое острое лезвие станет ломаться, и его надо будет затачивать под углом от 35 до 45°. Для железа и чугуна наивыгоднейший угол острия оказывается в 51°, для бронзы в 66°, но при резании необходимо еще так направлять инструмент, чтобы его нижняя грань составляла угол уклона в 3-4° с касательной к обрабатываемой поверхности, иначе острие слишком скоро притупляется. Когда лезвие ножа проникает в мягкий материал под прямым углом к своему ребру, оно часто мнет, а не режет, тогда как оно начинает резать, если им ведут по поверхности вдоль лезвия. Явление это объясняется тем, что режущий угол при этом уже не равен плоскостному углу граней лезвия, а соответствует малому линейному углу, получаемому от пересечения этих граней плоскостью, почти параллельной ребру. Когда срезываемая стружка толста, большая часть усилия идет на ее сгибание; если материал неоднородный и обладает, как дерево, различным сцеплением по разным направлениям, то толстая стружка часто откалывается впереди лезвия и обрабатываемая поверхность выходит негладкой и неровной. Поэтому для получения более правильных поверхностей к режущему И. прибавляют разнообразные направляющие приспособления. Этой цели удовлетворяет, например, гениальное изобретение неизвестного древнего автора: "колодка" рубанка (см. Столярное мастерство); другой способ состоит в многократном повторении режущих граней, как в напилках (см.) и в пилах (см.). В более сложном и совершенном виде приспособления эти являются в машинах-орудиях механических мастерских, благодаря косвенному воздействию которых так сильно переменился внешний строй жизни цивилизованного миpa в XIX стол. До изобретения паровой машины эти механизмы были почти не нужны: существовали только молоты на металлургических заводах и токарные станки в арсеналах. В 1 794 г. Модслей (Maudslay) устроил токарный станок с самодействующим движением резца. Этим было добыто средство для точного воспроизведения цилиндров, конусов и других поверхностей вращения. Строгательную машину для обработки плоскостей и цилиндрических поверхностей вдоль их производящих изобрел в 1825 г. Клеман; потом быстро стали появляться разного рода сверлильные, долбежные, шарожечные или фрезерные и поперечно-строгательные, так наз. "шепинг-машины". Когда Бланшар устроил свой копировальный токарный станок, получилась возможность воспроизводить механически и поверхности самой разнообразной формы. Теперь благодаря этим орудиям точность исполнения изделий возросла до высокой степени, несмотря на то, что работники стали менее искусны. Громадная производительность новых машин-орудий сравнительно с ручным трудом уже оказала свое действие: мелкие домашние производства менее цивилизованных народов почти уничтожились, вследствие чего уменьшилось их благосостояние, а по многим отраслям уже заметно перепроизводство на международном рынке. Грядущему поколению предстоит устранить эти нежелательные явления или испытать на себе их последствия. Ср. И. Тиме, "Основы машиностроения"; ст. Werkzeuge в "Techn. W ö rterbuch." (v. Karmarsch u. Heeren, сод. историю предмета). Дельное описание инструментов и их употребление у Holtzapfel: "Turning and Mechanical Manipulations".

B. Лермантов.