Модельное производство

В литейном деле формовка производится в формовом песке или в формовой земле преимущественно при посредстве моделей, которые в громадном большинстве случаев изготовляются из дерева, так как материал этот при своей легкости, дешевизне и удобстве обработки оказывается для означенной цели и достаточно прочным. В редких лишь случаях литейные заводы имеют свою лесопильню, обыкновенно же дерево приобретается ими в виде досок, которые сохраняются в особых крытых помещениях, надлежащим образом приспособленных для лучшей высушки и сохранения дерева. Сухость леса играет здесь первенствующую роль, так как основное условие, которому должна удовлетворять изготовленная модель, это неизменяемость ее формы и размеров в течение возможно долгого времени, что оказывается недостижимым при применении недостаточно просохшего леса. В машиностроительных фабриках обыкновенно выдерживают дерево; назначаемое для изготовления М., в течение 4 лет и даже более, а для дорогих моделей, которые приходится сохранять очень долго, употребляется лес, сохраняемый в складах до 10 лет. Наиболее употребляемые сорта дерева — это сосновое для крупных М. и ореховое для мелких частей; будучи раз высушены, они обладают меньшею способностью к поглощению влажности сравнительно с другими древесными породами; кроме того, сосна отличается более правильным расположением волокон и меньшею сучковатостью, что является в данном случае чрезвычайно важным; для некоторых мелких частей, как, напр., для зубцов зубчатых колес и т. п., употребляются и другие сорта дерева: дуб, бук и пр. Вообще материал должен быть высшего качества, стоимость моделей, в особенности сложных, определяется преимущественно ценностью работы, потраченной на их изготовление; стоимость же самого материала имеет лишь второстепенное значение; поэтому, употребляя дерево даже высшей добротности, мы мало увеличиваем стоимость М. Для того, чтобы деревянные модели по возможности долго сохраняли свою правильную форму, они приготовляются из отдельных более или менее мелких кусков и частей, которые соединяются между собою помощью клея, деревянных нагелей, шпонок, винтов и пр. в одно целое; так, напр., модель парового цилиндра, зубчатого колеса и т. п. изготовляются не из толстого куска дерева соответствующих размеров, а из отдельных досок, которые соединяются друг с другом помощью клея и нагелей, — такое склеивание продолжают до тех пор, пока не получится кусок достаточной величины, который затем уже подвергают необходимой обработке. Чтобы парализовать возможность неравномерной усадки, располагают соединяемые доски и части таким образом, чтобы их волокна имели направление, перпендикулярное друг к другу, и чтобы сердцевинная сторона каждой доски прилегала к сердцевинной же стороне соседней доски, а оболонная сторона — к оболонной же следующей; этим путем стремление каждой доски коробиться по одному направлению встретит препятствие в стремлении смежной части коробиться в направлении прямо противоположном. Для лучшего устранения влияния атмосферных деятелей готовые модели покрываются масляною краскою (обыкновенно принято модели для чугунной отливки покрывать красною краскою, а для медной отливки — желтою), значки же в тех и других моделях для установки шишек окрашиваются в черный цвет; значки эти представляют выступы в моделях, которые имеют назначение образовать в формовой земле выемки для помещения сказанных шишек (форма этих последних соответствует форме углублений и отверстий, имеющихся в отливаемом предмете). При более или менее сложных формах М. делаются разборными из нескольких частей, так что при формовке отдельные части их могут быть удобно вынуты, не повреждая самой формы, при этом одни части снабжаются шпеньками, а другие соответствующими углублениями, при посредстве которых части соединяются в одно целое. Как и на сколько частей следует разделить модели — это зависит от формы отливаемого предмета, и опытный модельщик не может встретить в этом отношении каких-либо затруднений. Для облегчения же вынимания отдельных частей моделей из формы придают этим частям слегка коническую или пирамидальную форму с большим основанием, обращенным кнаружи, т. е. по направлению вынимания частей из формы. Размеры моделей должны быть несколько больше размеров отливаемых предметов вследствие усадки расплавленного металла при охлаждении, совершающейся по всем трем направлениям. Степень усадки при охлаждении расплавленных металлов легко может быть определена в каждой литейной непосредственным опытом, определяя разность между длиною деревянного бруска (модели) и длиною отлитого по ней и охлажденного затем металлического бруска. Для различных металлов мы имеем следующие средние величины степени усадки: для чугуна — 1/96, стали — 1/72, олова — 1/147, цинка 1/80, свинца — 1/92, для различных сплавов бронзы — 1/65 до 1/130. В литейнях в Англии и Германии усадка для чугуна принимается в 1/96, т. е. полагают 1/8 дм. усадки на 1 фт. длины. Принимая в соображение, что вследствие расколачивания модели при вынимании ее из формы размеры последней несколько увеличиваются, усадку следовало бы брать несколько менее 1/96; в литейнях во Франции принимают 1/100 и для потребностей М. дела приготовляют особые масштабы (линейки) и на них наносятся меры, соответственно увеличенные против нормальных мер; так, метр на этих линейках = 1,01 обыкновенного (нормального) метра. В Англии и Германии фут для М. дела имеет длину 12 1/8 дм. и разделен на 12 дюймовых делений. Применение таких увеличенных масштабов в М. мастерской при изготовлении модели по чертежам устраняет всякие ошибки и вполне обеспечивает надлежащие размеры модели по всем направлениям. Тем частям модели, которые соответствуют поверхностям, впоследствии подвергающимся механической отделке, дают известный запас на отделку, именно для малых предметов запас этот делается равным 1/16 — 1/3 дм., для средних 1/8 — 1/4 дм., а для больших 1/2 — 3/4 дм.; выбор величины запаса в указанных пределах зависит от точности и совершенства литейного производства. Изготовление моделей для отливки разных частей машин и других предметов совершается в большинстве наших заводов при помощи ручных инструментов и представляет собою значительный расход, который ложится бременем на стоимости самой машины. Понятно поэтому, что всякое удешевление в стоимости заготовления моделей повлечет за собою понижение цены приготовляемой машины; вот почему во многих М. мастерских стали вводить некоторые станки и аппараты, имеющие назначение уменьшить по возможности количество ручной, дорогостоящей работы и заменить ее машинною. Можно принять, что при применении надлежащим образом выбранных станков число модельщиков, необходимых для изготовления одного и того же количества моделей, может быть уменьшено средним числом на 25 %, причем для крупных моделей пропорцию эту придется несколько увеличить, а для мелких, напротив того, уменьшить. Считая содержание одного модельщика в 500—700 р. в год, получается при значительном производстве довольно большая экономия, и стоимость станков скоро окупается. Ни в каком другом производстве не приходится встречаться с таким разнообразием изготовляемых предметов, как при изготовлении моделей, так как в этом случае очень редко может встретиться надобность иметь одинаковые по форме и по размерам изделия. Поэтому станки, употребляющиеся в М. деле, должны быть так устроены, чтобы на них можно было обрабатывать предметы возможно более разнообразной формы и размеров; далее, необходимо, чтобы станок давал возможность разнообразить и самую работу, притом так, чтобы переход от одной работы к другой совершался быстро, без потери времени и без особенного искусства со стороны рабочего. Одним из наиболее важных приборов для М. мастерских является строгальный станок с ручным подвиганием дерева; состоит он из плоского чугунного стола, под которым помещается вал режущего аппарата, расположенного таким образом, что лезвия ножей при вращении аппарата несколько выступают над поверхностью стола, так что дерево, лежащее на столе и придавливаемое сверху рукою рабочего, обстрагивается с его нижней поверхности; понятно, что здесь дерево какой угодно толщины и формы легко сострагивается с нижней стороны в ровную плоскость. При применении означенной машины можно начать работу с конца дерева или с его середины, и, кроме того, при помощи некоторых приспособлений имеется возможность выстрогать как плоские, так и кривые поверхности; фугование и сострагивание планок, дощечек и брусков совершаются на этих станках с такой быстротою и удобством, что они сделались излюбленными машинами везде, где только приходится изготовлять разные мелкие изделия из дерева. Стол делается обыкновенно составным, из двух частей, из которых каждая совершенно независимо от другой может получать горизонтальное и вертикальное перемещение; это особенно важно для того, чтобы ножи могли по произволу снимать большую или меньшую стружку, причем часть стола за ножами устанавливается на высоте верхней горизонтальной касательной к окружности, описываемой лезвиями, а передняя часть устанавливается ниже на толщину стружки. В лучших станках ножи насаживаются на валу так, что лезвия образуют небольшой угол с осью вала; при этом действие резца на дерево совершается на большей дуге круга, описываемого лезвиями при своем вращении, и несколько ослабляются толчки, которые сильно затрудняют работу. Описанные станки при отсутствии мер предосторожности очень часто отрывают у рабочих пальцы и кисти рук. Уменьшением щели над режущим аппаратом и применением предохранительных планок и других несложных приспособлений имеется возможность устранить или значительно ослабить сказанное обстоятельство. Следующею по разнообразию получаемых работ машиною является станок с круглою пилою. Ричардс устраивает специально для М. мастерских особые станки, которые снабжаются двумя круглыми пилами: одна для продольного распиливания дерева, другая для поперечного. Валы обеих пил помещаются на общей круглой раме, поворачиванием которой можно по желанию выдвинуть над столом ту или другую пилу; один и тот же ремень вращает ту пилу, которая установлена над столом. Этот последний состоит из одной неподвижной части и из другой подвижной, скользящей по точно установленным направляющим; особая хорошо приложенная линейка дает возможность верно направлять дерево во время распиливания. Вертикальным передвиганием пил вместе с поперечным движением подвижной части стола и употреблением в дело той или другой пилы можно разнообразить работу в значительной степени, причем обработанные поверхности отличаются ровностью, правильностью и достаточною гладкостью. Для М. мастерских имеют также большое значение станки с ленточными пилами, дающие возможность распиливать дерево по какой угодно прямой или кривой поверхности. Наиболее подходящими являются станки небольших размеров, диаметр шкивов которых равен от 30—36 дм.; в лучших станках вес шкива делается по возможности незначительным (около 15 фн. для шкива в 30 дм. и 30 фн. для 36 дм.), для этого спицы в них делаются из двойного ряда наклонно поставленных железных прутиков, так что шкивы эти походят на колеса велосипедов: обод делается без реборд и покрывается упругим кольцом, образующим эластичную подкладку для пилы; разумеется, над столом и под ним пила должна быть снабжена хорошими направляющими приспособлениями. Кроме описанных машин, при изготовлении М. необходимо еще иметь несколько токарных станков, по возможности разных размеров; небольшие предметы обтачиваются на станках, имеющих высоту центров над станиною от 6 до 12 дм.; модели колес, шкивов и т. п. обрабатываются обыкновенно на деревянных или металлических оправках. Подобные станки снабжаются ступенчатыми шкивами для сообщения дереву различных скоростей, причем необходимо придавать шкивам такие размеры, чтобы число оборотов шпинделя бабки могло изменяться в пределах от 300 до 3000 в минуту; чем больше диаметр обтачиваемой вещи, тем число оборотов шпинделя должно быть менее; при мягком дереве число это берется более, чем при твердом; скорость на окружности обтачиваемых предметов колеблется в пределах от 16 до 35 фт. в секунду. Для обточки предметов большего диаметра, но небольшой ширины (мод крупных колес, шкивов и т. п.) устраивают патронные деревотокарные станки без центров, которые обыкновенно делаются по возможности простой конструкции. Для нарезки зубцов на модели зубчатых колес и для других подобных работ применяются фрезерные станки. Для сверления дыр необходимо иметь деревосверлильные станки, которые бывают с горизонтальным или вертикальным сверлом, причем нажим сверла всегда совершается от руки, посредством рычага или зубчатой рейки. Для правильного функционирования описанных машин важно иметь соответствующий ассортимент вспомогательных аппаратов: для разводки и для затачивания зубьев на пилах, а также для натачивания строгальных ножей. Эти последние аппараты обыкновенно состоят из наждачного круга, который при своем вращении действует на строгальный нож, надлежащим образом установленный и получающий поступательное движение в одну и в другую сторону; правильная заточка ножей имеет очень важное значение для правильного действия деревострогальных станков. Об аппаратах для разводки и затачивания зубцов на пилах см. Лесопильное производство. Даже при самой лучшей организации механической стороны М. мастерских в них остается еще много ручной работы, которая совершается на столярных верстаках при помощи обыкновенных инструментов, каковы: струги, стамески, долота, ручные пилы и т. п. Верстаки изготовляются из крепкого дерева — вяза, бука и пр. и имеют длину от 5 до 10 фт., шир. 2—4 фт. и снабжаются деревянными тисками, расположенными по сторонам; смотря по величине обрабатываемых предметов, на одном верстаке могут работать одновременно от 2 до 4 человек. При склеивании предметов следует употреблять паровые клеянки, так как непосредственное применение для этой цели огня опасно в пожарном отношении и ухудшает и качество клея. М. цех должен представлять собою теплое, просторное и светлое помещение; окна располагаются на двух продольных стенах его; верстаки с тисками устанавливаются в два ряда. перпендикулярно к длинным стенам здания. По данным проф. И. Тиме, на каждый верстак следует полагать площадь помещения в 200 кв. фт. при ширине здания 35—51 фт. и вышине 12—14 и до 23 фт. На один верстак считается от 2 до 3 рабочих, так что горизонтальная площадь на одного рабочего 70—100 кв. фт. По Жилло, на каждого рабочего следует рассчитывать площадь до 3 x 4 = 12 кв. м, т. е. более 120 кв. фт.; на 6 верстаков полагается 1 токарный станок. Число рабочих в М. мастерских бывает различное в зависимости от размеров изготовляемых моделей, от большего или меньшего применения механической силы и тому подобных обстоятельств, но обыкновенно оно колеблется в пределах от 1/5 — 1/4 числа рабочих, занятых на литейном заводе. Приводы должны делать 250—300 оборотов в минуту, при этом желательно, чтобы они были расположены на достаточной высоте и чтобы они вместе с ремнями были надлежащим образом ограждены с целью устранения несчастных случаев, имеющих место при применении быстро вращающихся трансмиссионных валов. Магазин для хранения М. требует большого помещения, так как с течением времени накопляется огромное количество моделей. На каждого модельщика полагается около 1000 кв. фт. Модели должны храниться в образцовом порядке, для этого их следует располагать систематически под номерами. Для безопасности от пожара М. цех и магазины должны быть достаточно удалены от огнедействующих цехов: кузнечного и литейного, или между ними должен быть устроен брандмауэр без всяких между ними прямых сообщений.

А. Пресс. Δ.