«Экономика манипуляций в мастерской: Логический метод изучения конструктивной механики»

Материалы, потребляемые на инженерном предприятии, состоят в основном из железа, топлива, песка и пиломатериалов. Эти статьи или их продукты в процессе обработки постоянно приближаются к сборочному цеху, из которого готовые машины отправляются после завершения. Это делает сборочный цех своего рода фокусным центром предприятия, который должен быть основой общего плана расположения. Это установлено, и литейный, кузнечный, отделочный и модельный цеха рассматриваются как питающие отделы для сборочного цеха, из чего следует, что связи между сборочным цехом и другими отделами должны быть как можно короче и такими, чтобы позволить свободный проход для материалов и готовую связь между менеджерами и рабочими в разных помещениях. Эти условия предполагали бы центральное помещение для сборки, с различными отделами для литья, ковки и отделки, расходящимися от сборочного цеха, как спицы колеса, или, что почти то же самое, отходящими под прямым углом с обеих сторон и с одного конца полого квадрата, оставляя четвертую сторону сборочного помещения выходящей на улицу или дорогу, позволяя свободный выход для машин по завершении.

Материал в своем сыром состоянии не только состоит из различных вещей, таких как железо, песок, уголь и пиломатериалы, которые должны храниться отдельно, но и объем таких материалов намного больше, чем их готовый продукт. Поэтому вполне естественно принимать такой материал на внешней стороне или «периферии» предприятия, где больше всего места для входов и для отдельного хранения таких запасов. Такое расположение, конечно, возможно только там, где может быть доступ к значительной части границы предприятия, однако есть лишь немногие случаи, когда цех не может быть организован в целом по предложенному плану. Принимая материал снаружи и доставляя готовый продукт из центра, связи между отделами предприятия являются самыми короткими, какие только возможны; наблюдая за планами лучших предприятий современного расположения, особенно тех, что в Европе, можно увидеть, что эта система приближается во многих из них, особенно на предприятиях, посвященных производству какого-то специального класса работ.

Обработка и перемещение материалов — это главный вопрос, который следует учитывать при расположении инженерных работ. Конструктивную обработку можно наблюдать, оценивать и обнаруживать ошибки путем сравнения, но обработка, как и проекты машин, — это более неясный вопрос, и может быть сильно ошибочной, не будучи очевидной для кого-либо, кроме тех, кто высококвалифицирован и чье внимание было специально направлено на этот вопрос.

Предполагая, что инженерное предприятие состоит из одноэтажных зданий, а основные операции проводятся на уровне земли, единственный вертикальный подъем, который будет выполняться, будет в сборочном помещении, где собираются части машин. Это помещение должно быть доступно в каждой части мостовыми кранами, которые могут использоваться не только при повороте, перемещении и размещении работы, но и при погрузке ее на вагоны или телеги. Одним из результатов использования мостовых кранов, часто упускаемым из виду, является экономия площади пола; при обычной сборке от одной трети до вдвое большего количества рабочих найдут место в сборочном цехе, если используется мостовой кран, разница заключается в том, что при перемещении деталей они могут проходить над другими деталями, вместо того чтобы требовать длинных открытых проходов на полу. Настолько заметна эта экономия места, достигаемая мостовыми кранами, что в Англии, где они обычно используются, обработка не только менее дорога и быстрее, но площадь сборочных полов обычно вдвое меньше, чем в Америке, где мостовые краны не используются.

Отливки, поковки и общие припасы для сборки могут быть легко доставлены в сборочный цех из других отделов на тележках без помощи движущей силы; так что сборочные и литейные краны будут выполнять всю подъемную работу, требуемую на любых, кроме очень крупных, предприятиях.

Вспомогательные отделы, если они расположены вокруг сборочного цеха в центре, должны быть устроены так, чтобы материал, который должен пройти через два или более отделов, мог делать это в порядке процессов и без необходимости пересекать сборочный цех. Литье, расточка, строгание, сверление и сборка, например, должны следовать друг за другом, и различные отделы должны быть устроены соответствующим образом; всякий раз, когда отливка перемещается дважды по одному и тому же курсу, это показывает ошибку расположения и бесполезный расход. То же правило применяется ко всем видам материалов.

Большая часть обработки на инженерном предприятии избегается, если материал может храниться и приниматься на более высоком уровне, чем рабочие полы; если, например, уголь, железо и песок принимаются с железнодорожных вагонов на высоте, достаточной для того, чтобы позволить им быть депонированными там, где они хранятся под действием силы тяжести, это равносильно экономии энергии и расходов, требуемых для поднятия материала на такую высоту, или перемещения его и укладки, что в конечном итоге сводится к тому же самому. Не предлагается следовать деталям расположения цеха дальше, чем предоставить ключ к некоторым общим принципам, которые следует учитывать при разработке планов расположения. На такие принципы гораздо больше можно положиться, чем даже на опыт при предложении расположения цехов, потому что весь опыт должен быть получен в связи с особыми местными условиями, которые часто искажают и предубеждают суждение и ведут к ошибке при формировании планов в обстоятельствах, отличных от тех, где был получен опыт.

(1.) Как расположение предприятия может повлиять на его заработок? — (2.) Почему расположение инженерных предприятий обычно нерегулярно? — (3.) Почему сборочный цех должен быть базой расположения на инженерных предприятиях? — (4.) Каковы основные материалы, потребляемые на инженерных работах? — (5.) Почему специальный опыт не является безопасным руководством при формировании планов расположения цехов?

ГЛАВА XX. ОБОБЩЕНИЕ ЦЕХОВЫХ ПРОЦЕССОВ.

Рассмотрев до сих пор такие общие принципы и факты, связанные с практической механикой, которые могли бы должным образом предшествовать и быть полезными при изучении фактической обработки в мастерской, мы переходим далее к литью, ковке и отделке, с другими деталями, которые включают как ручное, так и умственное мастерство, и к которым будет применяться термин «процессы».

Поскольку эти цеховые процессы или операции более или менее связаны и переходят один в другой, в начале необходимо дать их краткое резюме, излагающее общую цель каждого, что может послужить тому, чтобы сделать подробные замечания более понятными для читателя, когда он дойдет до них в их последовательном порядке.

Проектирование, или создание планов машин, может считаться ведущим элементом в инженерном производстве или конструировании машин, тем, которому все остальные подчинены, как по порядку, так и по важности, и является той отраслью, на которую особенно направлены инженерные знания. Проектирование должно состоять, во-первых, в предположении определенных результатов, и, во-вторых, в представлении механических агентов для производства этих результатов. Оно охватывает геометрию движений, размещение и расположение материала, выносливость трущихся поверхностей, регулировки, симметрию; короче говоря, все условия работы машины и конструирования машины. Этот предмет будет снова рассмотрен более подробно в другом разделе.

Черчение, или рисование, как его чаще называют, — это средство, с помощью которого умственные концепции передаются от одного человека к другому; это язык механики, и он занимает место слов, которые недостаточны для передачи механических идей понятным образом.

Чертежи представляют и объясняют машины, к которым они относятся, как символы в алгебре представляют величины, и в некоторой степени допускают те же модификации и эксперименты, которым могла бы быть подвергнута сама машина, если бы она была уже сконструирована. Чертежи также являются важным подспорьем в развитии проектов или концепций. Невозможно представить и удержать в уме все части сложной машины и их отношение друг к другу без некоторой помощи, чтобы зафиксировать различные идеи по мере их возникновения и держать их в поле зрения для сравнения; как и при составлении статистики, итоги должны быть под рукой для справки и для определения отношения, которое одна вещь может иметь к другой.

В мастерской цели черчения заключаются в том, чтобы донести планы и размеры до рабочих и позволить разделить труд, чтобы несколько частей машины могли обрабатываться разными рабочими одновременно — также чтобы позволить сделать классификацию и оценки стоимости и вести записи.

Чертежи, по сути, являются базой цеховой системы, от которой зависит не только точность и единообразие того, что производится, но и, в значительной степени, его стоимость. Полные чертежи всего, что делается, теперь считаются незаменимыми на лучших регулируемых предприятиях; однако мы не так далеко ушли от времени, когда большинство работ делалось без чертежей, чтобы мы не могли противопоставить нынешнюю систему той, что существовала всего несколько лет назад, когда сконструировать новую машину было большим делом, обычно включающим много экспериментов и ошибок.

Модельное дело относится к конструированию дублирующих моделей для литых частей машин и включает знание усадки и охлаждающих напряжений, способа формовки и правильного положения деталей при литье для обеспечения прочности в определенных частях. Как отрасль производства машин, модельное дело требует большого количества специальных знаний и высокой степени мастерства; ибо ни в одном другом отделе нет так много того, что должно быть оставлено на усмотрение и суждение рабочих.

Модельщики должны досконально понимать чертежи, чтобы воспроизвести их на разметочных досках с допуском на усадку и определить стержни; они также должны понимать формовку, литье, сборку и отделку. Модельное дело как отрасль производства машин должно стоять после проектирования и черчения.

Литейное дело и литье относятся к формированию частей машин путем заливки расплавленного металла в формы, при этом одной силы тяжести достаточно, чтобы спрессовать или придать ему форму даже сложных форм. Как процесс для придания формы такому металлу, который не повреждается высокой степенью тепла, требуемой при плавлении, формовка является самым дешевым и быстрым из всех средств, даже для форм с регулярным контуром, в то время как важность формовки при производстве нерегулярных форм такова, что без этого процесса вся система конструирования машин должна была бы измениться. Литейные операции делятся на два класса, известные технически как формовка в сырой песок и формовка в глину или сухой песок; первая — когда используются модели или дубликаты для формирования форм, а вторая — когда формы строятся вручную без помощи полных моделей. Литейное дело включает знание смешивания и плавления металлов, таких как те, что используются при конструировании машин, подготовку и установку стержней для внутреннего вытеснения металла, охлаждающие и усадочные напряжения, отбел и многие другие вещи, которые более или менее специальны и могут быть изучены и поняты только из фактического наблюдения и практики.

Ковка относится к приданию формы металлу путем сжатия или ударов, когда он находится в нагретом и размягченном состоянии; как процесс, это промежуточный процесс между литьем и тем, что можно назвать холодными процессами. Ковка также относится к сварке или соединению деталей вместе путем внезапного нагрева, который расплавляет только поверхность, а затем путем принудительного соединения деталей вместе, пока они находятся в этом размягченном или полурасплавленном состоянии. Ковка включает в обычной практике подготовку режущих инструментов и их закалку до различных степеней твердости, как того может требовать природа работы, для которой они предназначены; также конструирование печей для нагрева материала и механических устройств для обработки его в горячем состоянии, с различными операциями для придания формы, которые, как и в случае с литьем, могут быть полностью поняты только опытом и наблюдением.

Отделка и сборка относятся к приданию точных и аккуратных размеров частям машин, которые соприкасаются друг с другом и соединяются вместе или движутся друг по другу, и состоят в срезании излишков материала, которые должны быть оставлены при литье и ковке из-за нагретого и расширенного состояния, в котором материал обрабатывается в этих последних процессах. При отделке материал обрабатывается при его нормальной температуре, в каком состоянии его можно обрабатывать, калибровать или измерять, и он сохранит свою форму после того, как будет подогнан. Отделка охватывает все операции резания и абразивной обработки, такие как точение, расточка, строгание и шлифовка, также обработку материала; она считается ведущим отделом в цеховой обработке, потому что это тот отдел, где сконструированная работа организуется и собирается вместе. Сборочный цех — это также тот отдел, к которому особенно относятся чертежи, и другие подготовительные операции обычно делаются подчиненными сборочным процессам.

Цеховая система может также классифицироваться как отрасль инженерной работы; она относится к классификации машин и их частей по символам и номерам, к записям веса, расходам на литые, кованые и отделанные детали, и распределяет стоимость готовых машин между различными отделами. Цеховая система также включает поддержание стандартных размеров, классификацию и стоимость труда, с другими вопросами, которые имеют как механический, так и коммерческий характер.

Чтобы сделать то, что говорится о цеховых процессах, более легко понятным, необходимо будет изменить порядок, в котором они были названы. Проектирование и многие вопросы, связанные с работой машин, будут более легко изучены и поняты после прохождения того, что можно назвать конструктивными операциями, такими как те, что включают ручное мастерство.

(1.) Назовите различные отделы инженерного предприятия. — (2.) Что включает инженерное предприятие? — (3.) Что включает коммерческий отдел? — (4.) Литейный отдел? — (5.) Кузнечный отдел? — (6.) Сборочный отдел? — (7.) Что означает термин «цеховая система» в общем употреблении?

ГЛАВА XXI. МЕХАНИЧЕСКОЕ ЧЕРЧЕНИЕ.

Можно сказать, что машиностроительное черчение в некоторых отношениях имеет то же отношение к механике, что письмо к литературе; люди могут копировать рукопись или писать под диктовку того, чего они не понимают; или механический чертежник может делать чертежи машины, которую он не понимает; но ни такое письмо, ни черчение не могут иметь никакой ценности, кроме ценности обычного труда. И необходимо, и ожидается, что чертежник должен понимать все различные процессы конструирования машин и быть знакомым с лучшими примерами, которые предоставляются современной практикой.

Геометрическое черчение — это не столько художественное искусство, сколько конструктивное механическое; отображение частей машин на бумаге во многом такое же на практике и точно такое же в принципе, как измерение и разметка работы в цехе.

Художественное черчение адресовано чувствам, геометрическое черчение адресовано пониманию. Геометрическое черчение может, однако, включать художественное мастерство не в плане украшения, а для передачи впечатления аккуратности и завершенности, что по общему обычаю было принято среди инженеров и что передает уму идею компетентного конструирования в самом чертеже, а также машины, которая представлена. Художественный эффект, насколько он допустим в механическом черчении, легок для изучения и должен быть понят, однако из-за желания делать картинки начинающий часто склонен пренебрегать тем, что более важно в плане точности и расположения.

Легко научиться «как» рисовать, но далеко не легко научиться «что» рисовать. Пусть это будет иметь в виду, не в плане преуменьшения усилий при изучении «как» рисовать, ибо это должно прийти первым, а для того, чтобы объекты и истинная природа работы были поняты.

Инженер-ученик, как правило, имеет желание делать чертежи, как только он начинает свои занятия или свою работу, и нет ни малейшего возражения против того, чтобы он это делал; на самом деле, есть много выигрыша от иллюстрации движений и деталей машин в то же время изучения принципов. Чертежи, если они сделаны, должны быть всегда закончены, тщательно обведены тушью, и памятки сделаны на полях листов, с датой и условиями, при которых были сделаны чертежи. Листы должны быть одинакового размера, не слишком большими для портфолио, и тщательно сохранены, какими бы несовершенными они ни были. Ученик, который будет сохранять свои первые чертежи таким образом, однажды обнаружит, что он владеет сувениром, с которым никакое соображение не заставило бы его расстаться.

Для инструментов приобретите две чертежные доски, сорок два дюйма длиной и тридцать дюймов шириной, чтобы получить бумагу «двойной слон»; имейте доски простыми без планок или остроумных устройств для крепления бумаги; они должны быть сделаны из тщательно выдержанных пиломатериалов, по крайней мере, один и одна четверть дюйма толщиной; если тоньше, они не будут достаточно тяжелыми, чтобы противостоять упору Т-образных линеек.

Лучше иметь две доски, чтобы одну можно было использовать для эскизов и черчения деталей, что, если делается на том же листе с видами, пачкает бумагу и склонно понижать стандарт законченного чертежа тем, что можно назвать плохой ассоциацией.

Детали и эскизы, когда они сделаны на отдельном листе, должны быть в большем масштабе, чем виды. Изменяя масштаб, ум обучается пропорции, и концепция размеров и величин более склонна следовать за законченной работой, к которой относятся чертежи.

При работе с регулярными масштабами, такими как одна вторая, одна восьмая или одна шестнадцатая размера, хороший план — использовать обычную линейку вместо градуированной шкалы. Нет ничего более удобного для механического чертежника, чем способность легко разрешать размеры в различные масштабы, и использование обычной линейки для дробных масштабов тренирует ум, так что вычисления приходят естественно, и через некоторое время почти без усилий. Простая Т-образная линейка с параллельным лезвием, закрепленным на стороне головки, но не встроенным в нее, является лучшей; таким образом, угольники могут проходить над головкой Т-образной линейки при работе у краев чертежа. Странно, что чертежная линейка когда-либо была сделана каким-либо иным образом, чем этот, и еще более странно, что люди будут использовать линейки, которые не позволяют угольникам проходить над головками и приближаться к краю доски.

Малка часто удобна, но должна быть независимой; Т-образная линейка, имеющая подвижное лезвие, не подходит для общего использования. Комбинаций в чертежных инструментах, независимо от их характера, следует избегать; такие комбинации, как и те, что в машинах, обычно являются ошибками, и их эффект обратен тому, что предполагается.

Для угольников, или треугольников, как их иногда называют, нет материала лучше эбонита; такие угольники твердые, гладкие, непроницаемые для влаги и контрастируют с бумагой по цвету; кроме того, они служат дольше, чем сделанные из дерева. Для инструментов лучше избегать всего сложного или причудливого вида; такие наборы для любителей, а не инженеров. Лучше приобрести только такие инструменты сначала, которые действительно требуются, наилучшего качества, а затем добавлять другие по мере необходимости; таким образом, опыт часто подскажет модификации размера или устройства, которые добавят удобства набору.

По одной паре циркулей размером три с половиной и пять дюймов, два рейсфедера, две пары пружинных кронциркулей (одна для перьев, другая для карандашей), треугольная самшитовая масштабная линейка, обычная линейка и твердый карандаш — вот основные инструменты для машиностроительного черчения. В начале работы, когда «черновые наброски», вероятно, будут составлять часть процесса, лучше всего использовать бумагу Ватмана или лучшую рулонную бумагу, которая при высоком качестве изготовления вполне подходит для чертежей, не требующих отмывки акварелью.

При закреплении листов, которые, вероятно, придется снимать и устанавливать заново для внесения изменений, как это обычно бывает с рабочими чертежами, их можно хорошо закрепить с помощью небольших медных гвоздиков, вбитых вдоль краев с интервалом в два дюйма или менее. Перед таким закреплением бумагу можно слегка увлажнить, и при аккуратном выполнении операции она будет такой же гладкой и удобной для работы, как если бы ее приклеили; гвоздики можно забить заподлицо с поверхностью бумаги или чуть глубже, чтобы они не мешали работе с чертежными линейками.

Если чертеж должен быть сложным или долго оставаться на доске, бумагу следует приклеить. Для этого сначала приготовьте густой клейстер или, что лучше, столярный клей, и держите его под рукой вместе с полосками впитывающей бумаги шириной около дюйма. Увлажните лист с обеих сторон губкой, а затем нанесите клей вдоль края на ширину от одной четверти до трех восьмых дюйма. Разместить лист на доске довольно сложно, но если поставить доску на ребро, бумагу можно наклеить без посторонней помощи. Затем, приложив полоски бумаги вдоль края и прогладив их каким-нибудь гладким твердым инструментом, можно прочно приклеить края листа к доске; бумажные полоски впитают часть влаги с краев, которые сохнут дольше всего. Если оставить все как есть, центр высохнет первым, и края бумаги оторвутся из-за усадки до того, как клей успеет высохнуть. Поэтому необходимо периодически протирать центр листа влажной губкой, чтобы поддерживать бумагу слегка влажной до тех пор, пока края прочно не приклеятся, после чего ее можно оставить сохнуть, и она будет натянутой и гладкой. В этой операции многое познается на практике, и начинающему не следует падать духом из-за нескольких неудач. Одна из самых распространенных трудностей при наклейке листов заключается в том, что клей или гуммиарабик недостаточно густые; если они жидкие, то впитываются в дерево или бумагу либо слишком долго сохнут; клей должен быть настолько густым, насколько это позволяет нанесение кистью, и изготовлен из чистого гуммиарабика, трагаканта или качественного столярного клея.

Кнопки малопригодны для машиностроительного черчения, за исключением самых временных целей, и от них вполне можно отказаться вовсе; они повреждают чертежные доски, мешают линейкам и портят листы.

Выполнение карандашного наброска — это первая и самая важная операция в черчении; требуется больше мастерства, чтобы создать аккуратный карандашный чертеж, чем для обводки линий тушью после завершения карандашных работ.

Начинающий, если он не проявит особой осторожности при работе карандашом, с разочарованием обнаружит, что бумага быстро пачкается графитом, а карандашные линии пересекаются повсюду, придавая всему чертежу неряшливый вид. Кроме того, если он не понимает сути выполняемых операций, он совершит ошибку, считая карандашную работу второстепенной частью, тогда как она является основным чертежом, и тем самым пренебрежет той точностью, которая одна только и может сделать чертеж красивым или ценным.

Карандашная работа — это действительно основная операция, а обводка тушью лишь придает линиям четкость и долговечность. Главное в карандашной работе — точность размеров и завершение линий там, где они должны заканчиваться, не пересекая другие. Для черчения подходят только лучшие карандаши; если графит не самого высокого качества, грифели требуют постоянной заточки, и карандаш стачивается с такой скоростью, что это с лихвой перекрывает разницу в стоимости между качественными и дешевыми сортами карандашей, не говоря уже о влиянии на чертеж.

Обычно для чертежных карандашей используют плоскую заточку, но круглая часто оказывается не хуже, если карандаши качественные, а круглая заточка дает некоторое преимущество при выполнении округлений и галтелей от руки. Карандаш Faber со сменными грифелями, которые можно выдвигать по мере стачивания, удобен для черчения.

Для циркулей грифели должны быть цилиндрическими и плотно входить в металлическую втулку без бумажных прокладок или других приспособлений для их фиксации; если у чертежника инструменты устроены иначе, ему следует немедленно их заменить как ради удобства, так и ради экономии.

Тушь, используемая при черчении, всегда должна быть самого лучшего качества; без хорошей туши чертежник постоянно сталкивается с плохой работой перьев и размыванием линий, если требуется отмывка. Качество туши можно определить только опытным путем; содержащийся в ней ароматизатор, обертки из фольги или китайские этикетки не являются показателем качества; даже цена не является гарантией, если только речь не идет о первоклассном производителе. Что касается приготовления туши, я не могу порекомендовать лучшего способа обучения, чем спросить кого-то, кто разбирается в этом деле. Лучше потратить немного времени на медленное приготовление, чем постоянно мучиться с перьями, что неизбежно произойдет, если тушь растирать слишком быстро или на шероховатой поверхности. Чтобы проверить тушь, можно провести несколько линий на полях листа, отметив оттенок, то, как тушь течет из пера, и насколько четкими получаются линии; после того как линии высохнут, проведите по ним влажной кистью; если они легко размываются, тушь слишком мягкая; если они некоторое время сопротивляются воде, а затем размываются с трудом, тушь хорошая. Не стоит ожидать, что растворимые в воде чернила смогут постоянно сопротивляться ее воздействию после высыхания; на самом деле, нежелательно, чтобы чертежная тушь обладала такими свойствами, поскольку при отмывке контурные линии должны смешиваться с тонами там, где последние темные, а это можно осуществить только путем размывания.

Перья обычно заполняются за счет капиллярного притяжения; если этого не происходит, их следует смочить, окунув в воду; их не следует брать в рот для смачивания, так как существует опасность отравления некоторыми видами туши, да и эта привычка не является чистоплотной.

При использовании рейсфедеров их следует держать почти вертикально, наклоняя ровно настолько, чтобы они не цеплялись за бумагу. У начинающих есть тенденция держать перья под малым углом и волочить их на боку, но это не позволит получить чистые четкие линии и не даст возможности проводить линии достаточно близко к краям линеек или угольников.

Что касается использования Т-образной линейки и угольников, то здесь нельзя дать никаких полезных правил, кроме как наблюдать за другими и экспериментировать, пока не будут выработаны удобные приемы. Начинающему следует с осторожностью относиться к принятию необычных методов и, прежде всего, к совершению «важных открытий» относительно новых способов использования инструментов, полагая, что общепринятая практика совершенно неверна и что именно ему предстоит разработать истинный и правильный способ черчения. Это своего рода открытие, которое очень часто навязывается в начале обучения ученика во многих вопросах, помимо черчения, и часто заставляет его делать и говорить многое, о чем он впоследствии будет жалеть.

Как правило, безопасным правилом является предположение, что любой обычай, долго и единообразно соблюдаемый разумными людьми, является правильным; и при отсутствии того экспериментального знания, которое одно только позволяет судить, безопасно принимать такие обычаи, по крайней мере на время, как верные.

Не желая подавлять стремление ученика к изобретательству, которое всегда вдохновляет его на похвальные усилия, тем не менее, лучше предостеречь его от нововведений. Оценка, которую мы даем своим способностям, очень часто обратно пропорциональна нашему опыту, и старые инженеры далеко не так уверены в своих выводах и планах, как начинающие.

После того как чертеж обведен тушью, следующими элементами являются тона, размерные и осевые линии. Осевые линии должны быть выполнены красной тушью и проходить через все точки чертежа, имеющие осевой центр, или там, где деталь симметрична и сбалансирована по обе стороны от линии. Это правило немного неясно, но лучше всего оно будет понято при изучении чертежа, и, возможно, так же хорошо запомнится без дальнейших объяснений.

Размерные линии должны быть синими, но могут быть и красными. Вопрос о том, где их размещать, является важным моментом в черчении. Знание того, где требуются размеры, предполагает знание слесарной обработки и изготовления моделей, и его нельзя легко объяснить; это должно быть усвоено на практике. Линии должны быть тонкими и четкими, оставляя место в центре для цифр, когда это возможно. Распределение осевых линий и размеров на чертеже должно быть тщательно продумано как для придания ему хорошего вида, так и для предотвращения путаницы. Цифры следует делать похожими на печатные знаки; они гораздо лучше воспринимаются рабочими, выглядят более художественно и, будучи освоенными, требуют не больше времени, чем написанные от руки цифры. Если используется масштаб в футах и дюймах, размеры до трех футов должны быть в дюймах, а свыше этого — в футах и дюймах; это соответствует цеховой практике и более понятно рабочему, как бы неправильно это ни было согласно другим стандартам.

В эскизах и чертежах, выполненных для практики, которые не предназначены для цеха, предлагается использовать метрические шкалы; это не помешает использованию футов и дюймов и подготовит сознание к внедрению этой системы линейных измерений, которая со временем может быть принята в Англии и Америке, как это уже произошло во многих других странах.

При отмывке чертежей будьте осторожны, чтобы не использовать слишком темные тона и наносить тени в правильных местах. Многие будут утверждать, и не без оснований, что рабочие чертежи не требуют отмывки; однако не повредит научиться тому, как и где их можно затенять: лучше отказаться от отмывки по выбору, чем по необходимости. Разрезы, конечно, должны быть затенены — не линиями, хотя я опасаюсь выступать против столь старого обычая, но это, безусловно, утомительный и бесполезный метод: разрезы с легкой отмывкой тушью разных цветов для обозначения вида материала делать легче, и выглядят они гораздо лучше. Благодаря разумному оформлению чертежа значительная его часть может быть представлена в разрезах, которые почти во всех случаях являются лучшими видами для работы. Правильная раскраска разрезов придает чертежу хороший вид и передает представление об организованной машине или, говоря цеховым термином, «выделяется на бумаге». При отмывке разрезов оставляйте белую кайму между тонами и линиями на верхней и левой сторонах разреза: это нарушает связь или однообразие, и эффект получается поразительным; это разделяет детали и значительно повышает четкость и общий вид чертежа.

Цилиндрические детали в плоскости разрезов, такие как валы и болты, следует чертить целиком и применять «круговую отмывку», которая избавляет от плоского вида — момента, которого следует максимально избегать в разрезах.

Традиционно синий цвет назначен для обозначения кованого железа, нейтральный или бледно-розовый — для чугуна, а пурпурный — для стали. Дерево обычно выделяют «текстурой», что легко сделать, и это хорошо выглядит.

Название чертежа — это особенность, которая во многом определяет его вид и впечатление, производимое на наблюдателя. Хотя это не добавляет ничего к реальной ценности чертежа, делать простые буквы так легко, что ученику настоятельно рекомендуется научиться этому, как только он начнет чертить; не делать вычурных букв, и вообще никаких, кроме простых печатных, которые можно быстро разметить и закончить, и, следовательно, использовать в большем объеме. Проведя шесть параллельных линий, создающих пять промежутков, а затем пересекая их равноудаленными линиями, определяют точки и углы печатных букв; после небольшой практики написание названия или других данных на чертеже занимает всего несколько минут, так что их можно увидеть и прочитать с первого взгляда при поиске листов или деталей.

В производстве машин обычно существует так много размеров и модификаций, что чертежи должны в значительной степени способствовать и определять полноту классификации и учета. Возьмем, к примеру, производство станков: мы не можем каждый раз говорить: «36-дюймовый токарный станок без ходового винта и зубчатой передачи», «32-дюймовый токарный станок с ходовым винтом и зубчатой передачей», «40-дюймовый токарный станок с тройной или двойной передачей», с 20- или 30-футовой станиной и так далее. Чтобы избежать этого, необходимо принять символы для машин разных классов, состоящие обычно из букв алфавита, дополненных одной цифрой в качестве индекса для обозначения мощности или различных модификаций. Предположим, в случае токарно-винторезных станков «А» является символом для станков всех размеров, тогда станки разной мощности и модификации могут быть представлены в чертежах и записях как А1, А2, А3, А4 и так далее, требуя всего двух знаков для обозначения станка любого типа. Эти символы следует отмечать крупными четкими буквами в левом нижнем углу листов, чтобы управляющий, рабочий или кто-либо другой мог с первого взгляда увидеть, к чему относятся чертежи. Этот символ должен проходить через табель учета рабочего времени, калькуляцию затрат, отчет о продажах и быть техническим названием машин, к которым он применяется; таким образом, о машинах на производстве всегда будут говорить по названию их символа.

При подсчете времени, затраченного на разные машины во время их изготовления, хороший план состоит в том, чтобы снабдить каждого рабочего грифельной доской и карандашом, на которых он может записывать свое время как количество часов или долей часов, отнесенных к соответствующим символам. Вместо того чтобы мешать работе, это повысит интерес рабочего к тому, что он делает, и естественным образом приведет к желанию сократить время, затрачиваемое на различные символы. Эта система ведет к соревнованию между рабочими, когда какая-либо операция повторяется разными лицами, и создает интерес к классификации, в которой рабочие будут охотно помогать.

Когда размеры и символы добавлены на чертеж, следующим этапом являются номера моделей или каталожные номера. Их следует отмечать заметными четкими цифрами на каждой отливке, либо красным цветом, либо другим цветом, который будет контрастировать с общим фоном чертежа. Эти номера, чтобы избежать использования символов в сочетании с ними, должны последовательно включать все модели, используемые в бизнесе, и могут без неудобств доходить до тысяч.

Следует вести книгу учета моделей, в которую записываются эти каталожные номера с кратким описанием для идентификации различных деталей, к которым они относятся, чтобы в любое время можно было обратиться ко всем различным узлам любой машины. Помимо этого описания, напротив каталога номеров моделей должны быть разлинованные графы для внесения веса отливок, стоимости модели, а также величины точеной, строганой или расточенной поверхности на каждой детали после ее завершения, или времени, затраченного на слесарную обработку, что одно и то же. В этой книге собранные части каждой машины должны быть записаны в отдельный список, чтобы заказы на отливки можно было делать по этому списку без других ссылок. Эта система является лучшей из известных автору и по сути представляет собой план, принятый в настоящее время во многих лучших инженерных учреждениях. Полная система во всем, что касается чертежей и классификаций, должна строго соблюдаться; любой план лучше, чем его отсутствие, и воспитание ума, достигаемое при соблюдении систематических правил, — это вопрос, которым нельзя пренебрегать. Новые планы по развитию системы могут возникнуть в любое время, но такие планы не могут быть поняты и приняты в любое время никем, кроме тех, кто развил в себе вкус к порядку и регулярности.

Что касается затененных видов, можно сказать, что фотография вытеснила их для целей иллюстрации готовых машин, и лишь немногие предприятия хотят нести расходы на виды, затененные тушью. Затененные виды нельзя сделать с разной степенью тщательности, затратив больше или меньше времени; для них существует только один стандарт, и он заключается в том, что такие чертежи должны быть выполнены с большой тщательностью и мастерством. Несовершенные затененные виды, хотя они могут удивить и порадовать неквалифицированного человека, отвратительны в глазах чертежника или инженера; и поскольку создание затененных видов может принести мало пользы ученику-чертежнику, лучше сэкономить время, которое должно быть потрачено на создание таких чертежей, и применить то же изучение и время к другим вопросам большей важности.

Не предполагается, что затененные виды не должны создаваться, или что отмывку тушью не следует изучать, но считается лучшим указать на большую важность других видов черчения, которыми слишком часто пренебрегают ради удовлетворения вкуса к «рисованию картинок», имеющему мало общего с практической механикой.

Изометрическая перспектива часто полезна в черчении, особенно в деревянных конструкциях, когда материал имеет прямоугольное сечение и расположен под прямыми углами, как в станинах машин. Один изометрический вид, который можно сделать почти так же быстро, как истинный вид, покажет все детали и может быть снабжен размерами так же, как и плоские виды. Истинную перспективу, хотя она редко необходима в машиностроительном черчении, можно с пользой изучать в связи с геометрией; это часто приведет к объяснению задач в изометрическом черчении, а также поможет при проведении линий от руки, которые иногда приходится делать, чтобы показать части механизмов, расположенные под углом к основным плоскостям. До сих пор замечания по черчению ограничивались главным образом манипуляциями. Как отрасль инженерной работы, черчение должно опираться главным образом на специальные знания и не может быть изучено или практиковаться на основе общих принципов или правил. Поэтому невозможно оказать учащемуся большую помощь, разыскивая принципы, которыми он мог бы руководствоваться; несколько предложений, которые следуют далее, охватывают почти все, что может быть объяснено словами.

1. Геометрические чертежи состоят из планов, видов и разрезов; планы — это виды сверху объекта в горизонтальной плоскости; виды — это изображения сторон объекта в вертикальных плоскостях; а разрезы — это виды, полученные в секущих плоскостях, проходящих через объект под любым углом.

2. Чертежи в истинном виде или в разрезе основаны на плоских плоскостях и дают размеры, параллельные плоскостям, в которых выполнены виды.

3. Два вида, взятые под прямым углом друг к другу, фиксируют все точки и дают все размеры деталей, оси которых параллельны плоскостям, на которых выполнены виды; но когда машина сложна или когда несколько деталей лежат в одной плоскости, требуются три, а иногда и четыре вида, чтобы отобразить все детали в исчерпывающем виде.

4. Машиностроительные чертежи должны выполняться с учетом всех процессов, необходимых при изготовлении изделия, и чертежи должны отвечать не только за размеры, но и за ненужные расходы при слесарной обработке, ковке, изготовлении моделей, литье и так далее.

5. Каждая нанесенная деталь имеет нечто, что ее определяет, что можно назвать «базой» — некое условие функции или положения, которое, если его понять, подскажет размер, форму и отношение к другим деталям. Ища базу для каждой детали и узла, чертежник действует по регулярной системе, постоянно поддерживая проверку того, что сделано. Каждое колесо, вал, винт или часть рамы должны быть выполнены с ясным пониманием функций, которые они должны выполнять, и, как было сказано ранее, всегда есть причины, почему такие детали должны быть определенного размера, иметь такую скорость движения или определенную величину опорной поверхности и так далее. Эти причины или условия можно классифицировать как целесообразные, важные или существенные и оценивать соответствующим образом. Как утверждалось в начале, конструкции машин могут быть определены математическими данными лишь в ограниченной степени. Оставляя в стороне все соображения о работе машин, с которыми книги едва ли пытались иметь дело, нам остается только сослаться на элемент напряжений, чтобы подтвердить общую истину этого положения.

Изучая машины, созданные лучшими конструкторами, можно обнаружить, что их размеры имеют мало общего, если вообще имеют, с расчетными напряжениями, особенно в машинах, связанных с быстрым движением. Аварии разрушают константы, и чертежник или конструктор, который не сочетает специальные и экспериментальные знания с тем, что он может почерпнуть из общих источников, обнаружит, что его услуги малоценны на практике.

Теперь я перехожу к вопросу, связанному с черчением, на который настоятельно призываю обратить внимание учащихся и который, если им пренебречь, сделает все остальное бесполезным. Я имею в виду несварение желудка и его последствия. Все сидячие занятия в той или иной степени вызывают эту проблему, но ни одно из них в такой степени, как черчение. Существуют все условия для развития этого расстройства. Когда мышцы находятся в покое, кровообращение замедляется, ум интенсивно занят, лишая желудок крови и жизненной силы, и, что хуже всего, механическое действие желудка обычно блокируется наклоном над краем доски. К сожалению, нельзя дать хорошего правила, чтобы избежать этой опасности. Тот, кто понимает зло, может в некоторой степени предотвратить его, применяя часть той логики, которая была рекомендована при изучении механики. Если что-то способствует возникновению несварения желудка, то его противоположность действует в обратном направлении и может остановить его; если наклон над доской мешает работе пищеварительных органов, то откидывание назад делает обратное; поэтому лучше всего иметь стол как можно выше, стоять во время работы и развивать постоянную привычку выпрямляться и отводить плечи назад, а если возможно, делать короткие перерывы для энергичных упражнений. Подобно оценке мощности парового двигателя путем умножения силы на скорость, возможности человека можно оценить путем умножения его умственных приобретений на его жизненную силу.

Физическая сила, кости и мышцы должны быть элементами успешного инженерного опыта; и если эти вещи не приобретаются одновременно с техническим образованием, то при готовности приступить к практике обнаружится, что важный элемент, «движущая сила», был упущен.

(1.) В чем разница между геометрическим и художественным черчением? — (2.) Какая операция является наиболее важной при создании хорошего чертежа? — (3.) На какие три класса можно разделить рабочие чертежи? — (4.) Объясните разницу между видами и планами. — (5.) В какой степени в общей практике пропорции деталей и их расположение в машинах определяются математически?

ГЛАВА XXII. ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ И ЛИТЬЕ.

Модели и отливки настолько тесно связаны, что было бы трудно рассматривать их отдельно, не путая постоянно друг с другом; поэтому предлагается говорить об изготовлении моделей и формовке под одним заголовком.

Каждая операция в модельном цехе имеет отношение к какой-либо операции в литейном цехе, и модели, рассматриваемые отдельно от формовочных операций, были бы непонятны никому, кроме квалифицированных специалистов. После проектирования и черчения изготовление моделей является наиболее интеллектуальным из того, что можно назвать инженерными процессами — отдел, который должен включать проявление наибольшего количества личного суждения со стороны рабочего и в то же время требует высокого уровня ручного мастерства.

Для других видов работ предоставляются чертежи, и планы диктуются инженерным отделом машиностроительных предприятий, но модельщики сами составляют планы для конструирования своей работы и даже должны воспроизводить чертежи слесарного цеха для работы. Почти все, что касается моделей, остается на усмотрение модельщика, который, основываясь на одних и тех же чертежах и исключительно на своем суждении, может создавать модели, которые будут долговечными и дорогими, или временными и дешевыми, в зависимости от того, как определит вероятный объем их использования.

Расходы на модели должны быть разделены между машинами, для которых они используются, и отнесены на их счет, но не может быть постоянных правил для оценки или распределения этих затрат. Модель может быть использована только один раз, а может использоваться годами; она постоянно подвержена риску быть вытесненной изменениями и улучшениями, которые нельзя предсказать заранее; и при подготовке моделей постоянно возникает вопрос о том, сколько следует на них потратить — вопрос, который должен решаться между инженером и модельщиком, но обычно оставляется на усмотрение одного модельщика по той причине, что немногие инженеры-механики понимают изготовление моделей настолько хорошо, чтобы диктовать планы конструкции.

Чтобы указать на некоторые из ведущих моментов или условий, которые необходимо учитывать при изготовлении моделей и которые должны быть поняты для управления этим отделом, я буду ссылаться на них в последовательном порядке.

Первое. — Долговечность, планы конструкции и стоимость, что сводится к одному и тому же. Чтобы определить этот момент, необходимо учитывать объем использования, который модели, вероятно, будут обслуживать, предназначены ли они для стандартных или специальных машин, и качество отливок, насколько на него влияют модели. Первоклассная модель, сконструированная так, чтобы выдерживать влагу и формовку, может стоить вдвое дороже другой, имеющей те же очертания, однако более дешевая модель может подойти почти так же хорошо для формирования нескольких форм, как и дорогая.

Второе. — Способ формовки и его стоимость, насколько это определяется моделями, которые могут быть разъемными, чтобы их можно было «набивать» на подмодельных плитах или ровном полу, или модели могут быть цельными, и их приходится укладывать в опоку, как это называется; детали сверху могут быть сделаны свободными или закреплены так, чтобы их можно было «снимать»; модели могут быть хорошо отделаны, чтобы легко извлекаться, или грубыми, так что на форму может потребоваться много времени для доработки после удаления модели.

Третье. — Качество тех частей, которые подлежат строганию, растачиванию и точению при чистовой обработке; это также вопрос, который определяется главным образом тем, как расположены модели, что является верхом, а что низом или стороной разъема, способом извлечения и мерами по предотвращению попадания грязи и шлака.

Четвертое. — Стержни, где они используются, как вентилируются, как поддерживаются в форме, и я добавлю, как изготавливаются, потому что стержни неправильной формы часто дороже внешних форм, включая модели. Расходы на модели часто значительно сокращаются, но иногда увеличиваются за счет использования стержней, которые могут применяться для удешевления моделей, повышения их долговечности или обеспечения качественных отливок.

Пятое. — Усадка; допуск, который необходимо сделать на сжатие отливок при охлаждении, другими словами, разница между размером модели и размером отливки. Это, по-видимому, простой вопрос, который можно предусмотреть, допуская определенную величину усадки во всех направлениях, но когда принимаются во внимание неравенства усадки как по времени, так и по степени, допуск становится проблемой немалой сложности.

Шестое. — Внутренние или охлаждающие напряжения, которые могут либо деформировать и коробить отливки, либо ослабить их из-за сохраняющегося натяжения в определенных частях — условие, которое часто требует распределения металла, совершенно отличного от того, что требуют рабочие нагрузки.

Седьмое. — Формовочный уклон, скос или наклон на сторонах моделей, позволяющий извлекать их из форм без повреждения или разрушения песка.

Восьмое. — Формовочные пластины, подъемные пластины и подъемные крюки для извлечения моделей из форм; подмодельные плиты и другие детали, которые специфичны для моделей и не имеют аналогов ни по названиям, ни по использованию за пределами литейного цеха.

Это краткое изложение того, что составляет знание изготовления моделей и что должно быть понятно не только модельщикам, но и инженерам-механикам, которые берутся проектировать машины или успешно управлять их производством.

Что касается способа распиловки или строгания пиломатериалов для моделей и способа их сборки, то здесь бесполезно тратить место на эту тему; один час практического наблюдения в модельном цехе и еще один час, потраченный на изучение различных видов моделей, стоят для ученика больше, чем целый том, написанный для объяснения того, как выполняются эти последние операции. Модель, если она не отделана краской или непрозрачным лаком, покажет способ, которым дерево расположено при сборке деталей.

Теперь я перейду к рассмотрению этих условий или принципов изготовления моделей и литья более подробно, предоставляя, насколько это возможно, причины для различных способов конструирования моделей и различных планов формовки и литья.

Что касается характера или качества деревянных моделей, то они могут быть изготовлены, как уже говорилось, с большими или меньшими затратами и, при необходимости, способны выдержать почти любую степень нагрузки. Автор исследовал модели, которые использовались более двухсот раз и, по-видимому, были пригодны для такого же количества использований. Такие модели дороги в своей первоначальной стоимости, но являются самыми дешевыми в конечном итоге, если они должны использоваться для большого количества отливок. Модели для специальных деталей или такие, которые должны использоваться лишь несколько раз, не требуют быть прочными или дорогими, однако с моделями, как и со всем остальным, относящимся к машинам, самый безопасный план — ошибиться в сторону прочности.

Для шкивов, зубчатых колес или других стандартных частей машин, которые вряд ли будут модифицированы или изменены, предпочтительны металлические модели; модели для зубчатых колес и шкивов, когда они сделаны из дерева, помимо их склонности к деформации и короблению, не могут быть сделаны достаточно прочными, чтобы выдержать литейное использование; кроме того, величайшая точность, которая может быть достигнута даже металлическими моделями, далека от получения точных отливок, особенно для зубчатых колес. Чем совершеннее модели, тем меньше формовки требуется при их извлечении; и чем меньше формовки сделано, тем совершеннее будут отливки.

Самые совершенные отливки для зубчатых колес, шкивов и других деталей, которые могут быть так отформованы, изготавливаются путем протягивания моделей через шаблоны без формовки. Эти шаблоны представляют собой просто металлические пластины с отверстиями, через которые модель может быть продавлена с помощью винтов или рычагов, оставляя песок нетронутым. Такие шаблоны дороги в начале из-за требуемой точной подгонки, особенно вокруг зубьев колес, и механизма, необходимого для извлечения моделей, но когда из одной модели должно быть изготовлено большое количество деталей, таких как зубчатые колеса и шкивы, экономия труда вскоре окупит шаблоны и требуемое оборудование, не говоря уже об экономии металла, которая часто достигает десяти процентов, и повышенной ценности отливок из-за их точности.

Мистер Рэнсом из Ипсуича, Англия, где зародилась эта система шаблонной формовки, изобрел процесс подгонки шаблонов для зубчатых колес и других видов литья путем заливки расплавленного белого металла для формирования посадки вместо вырезания ее через шаблоны; это дает большую экономию в расходах и во многих случаях подходит так же хорошо, как старый план.

Расходы на формирование литейных форм можно считать разделенными между литейным и модельным цехами. То, что экономит модельщик, может потерять формовщик, и то, что тратит модельщик, может сэкономить формовщик; другими словами, существует точка, за которой экономия расходов на модели уравновешивается дополнительным трудом и отходами при формовке — факт, который обычно не осознается из-за неточных записей как модельных, так и литейных работ. Что теряется или экономится при разумном или небрежном управлении в вопросе моделей и формовки, может быть известно только тем, кто хорошо обучен как формовке, так и изготовлению моделей. Формовщик может вырезать все галтели в форме мастерком; он может заделывать, заполнять и «впечатывать», чтобы сэкономить работу над моделью, но это целесообразно делать только тогда, когда это стоит гораздо меньше, чем подготовка надлежащих моделей, потому что исправление и вырезание в формах редко улучшает их.

Читатель может заметить, как все, что относится к моделям и формовке, сводится к вопросу суждения со стороны рабочих, и как трудно было бы применить общие правила.

Расположение моделей с целью получения определенных частей отливок прочными и чистыми — важный вопрос, но сравнительно легкий для понимания. Предполагая, что железо в форме находится в расплавленном состоянии и содержит, как это всегда должно быть, рыхлый песок и «шлак», и что вес грязи относится к расплавленному железу так же, как вес пробки к воде, легко увидеть, где эта грязь будет скапливаться и где она будет обнаружена в отливках. Верх формы или опока, как ее называют, содержит грязь, в то время как низ или сторона разъема обычно чистые и прочные: правило состоит в том, чтобы располагать модели так, чтобы поверхности, подлежащие чистовой обработке, приходились на низ или сторону разъема.

Средства для предотвращения попадания грязи в такие отливки, которые должны быть обработаны со всех сторон или с двух сторон, различны. Тщательная формовка для предотвращения попадания рыхлого песка и размывания — первое требование; прибыльные головки, которые поднимаются над формами, обычно используются, когда отливки имеют форму, позволяющую грязи скапливаться в одной точке. Формы для прибыльных головок, как правило, формируются формовщиками, но иногда предусматриваются моделями.

Качество отливок определяется множеством вещей, помимо названных, таких как способ подвода или подачи металла в формы, температура и качество железа, температура и характер формы — вещи, которые любой квалифицированный литейщик с удовольствием объяснит в ответ на вежливые и правильные вопросы.

Стержни используются главным образом для того, что можно назвать вытеснением металла в формах. Нет четкой границы между стержнями и формами, как сейчас ведется литейное дело; стержни могут быть из сырого песка и сделаны так, чтобы окружать внешнюю часть детали, а также делать перфорации или формировать углубления внутри нее. Термин «стержень» в его техническом смысле означает сухие формы, в отличие от сырого песка. Говорят, что колеса или другие отливки отливаются в стержнях, когда формы изготавливаются по частям и высушиваются. Поддержка и вентиляция стержней, а также их расширение — это условия, на которые обращается особое внимание. Когда стержень окружен горячим металлом, он выделяет из-за влаги и сгорания «покрытия» большое количество газа, который должен иметь свободные пути для выхода. Поэтому при расположении стержней необходимо обратить внимание на средства вентиляции, что обычно достигается путем предоставления им возможности выступать через стороны формы и сообщаться с воздухом снаружи.