История металлообработки.
История обработки материалов началлась задолго до получения металлов.Первым из методов обработки это отрезание дерева об острые камни и шлифование его после отрезания о плоские камни. Следующими стали каменные орудия и если первые из них просто подбирали из наиболее удобных. То в последствии поскольку удобных камней не хватало да и форма зачастую не устривала пришлось заняться изготовлением нужных. Самым подходящим на тот момент камнем был кремень поскольку имеет спайное строение и достаточно хорошо обрабатывается.
На следущей фотографии приведены орудия которые подверглись достаточно глубокой обработке.
Поскольку труд по изготовлению инструмента очень кропотливый и требует больших физических усилилий то следующим этапом а может даже предыдущим является попытка сколоть часть материала для получения острой рабочей грани на инструменте. Естественно здесь пришлось применить достаточно много приспособлений а зачастую и вторую пару рук для удержания заготовки в процессе околки. Применение примитивных зубил-скарпелей подразумевается поскольку удобные грани на "молотке" быстро крошаться и осыпаются. А примитивное зубило по мере износа можно просто поменять. Еще одним из достаточно часто применяющихся методов было раскалить заготовку будующего инструмента и облить - окунуть нужную часть в холдную воду из за температурного шока камень колется по плоскостям спайности. Что облегчает и сильно сокращает необходимую часть работы.
Дальнейшая эволюция инструмента пошла по пути увеличения рычага тоесть приспосабливание ручки к инструменту. Это относиться как к первым серпам так и топорам.
Следующий этап эволюции это попытка пробить отверстие для установки ручки в каменный топор. Причем есть топоры в которых отверстия именно пробивались заменяя через N....ударов каменное зубило на новое. Трудоемкость просто огромная и следующей попыткой было просверлить отверстие с использованием в качестве абразива песок. Топоры как с просверленными так и с недоконца просверленными отверстиями также встречаются при раскопках. Причем эволюция и здесь не дает стоять на месте, монолитное сверло в конце концов заменяет трубчатое обычно из костей животных что заметно сокращает время сверления. Здесь необходимо сказать что первое приспособление лучкового типа применялось и до сверления для добывания огня. И соответственно перешло как оруде труда.
Огонь Огонь пока не могли свободно добывать и приходилось его хранить и лелеять в горшках потому как если он вдруг потух изыски в виде длительных физических упражнений при добывании, мог любого самого терпеливого вывести из себя. А ведь влажность зачастую мешала разжечь огонь. Первым кресалом наверное был кусок метеоритного железа а поскольку кремень был под рукой то соединиться в виде пары для добывания огня либо случай либо внимательное наблюдение и вот человек уже не зависит от углей для получения костра.
Каменные орудия постоянно улучшаются в отделке проводиться шлифовка и даже полировка подарочных и парадных вариантов.
Как мы видим первые рыболовные крючки были деревянные и костяные , наконечники для гарпунов и даже грузила для рыбалки. Сетки тоже уже научились плести.
Кроме рыболовства не менее актуально стоит вопрос с охотой и если первоначально охотились с пращей и организацией ловушек то изобретение лука как никакое другое в течении столетия распостранилось по всему миру.
На этом рисунке кроме лука представлен один из первых в рукописях применяемый блок через него перекинута веревка для подьема ведра.
Поскольку уже организуется земледелие то для уборки урожая необходимые орудия тоже развиваются .
Для измельчения зерна была сделана мельница. Первоначально зерно толкли в ступе достаточно массивным пестом чтобы при опускании на дно ступы зерно дробилось.
Из за перехода на оседлый образ жизни пришлось вместо шкур искать замену и началось развиваться ткачество причем если первоначально это была простая рогатина на которую наматывалась продольная нить. Поперечная прообразом челнока продевалась попеременно. Получалаь примитивная ткань. Как и везде ткачество тоже очень быстро прогрессирует.
Естественно для ткачества необходима нитка и ее получают скручивая с помощью веретена расчесанные волокна.
.
На этой фотографии предствлена простейшая прялка, на нижней части сидят а к верхнему концу веревкой приматывается сама пряжа (куделя) из которой постепенно руками вытягивают необходимое колличество ниток одновременно крутя веретено обычно правой рукой за кончик. Потом петельку сбрасывают и скрученную нить наматывают на веретено опять набрасывают петельку и повторяют процесс. После заполнения веретена полученную нику перематывают в клубок
Для перемотки пряжи строятся приспособления.
Бронзовый век.
Гончарные изделия из глины превоначально делали из глиняных жгутиков потом перевязывали изделие веревкой и ставили в печь.
Со временем температура печи в связи с улучшениями конструкции повышалась и изделия получались все качественней. Со временем посуда потребовала украшения. Применение в качестве глазури одного из минералов содержащего медь в конце концов дало на дне печи восстановленную медь . Возможно данное наблюдение делалось неоднократно но условия общества не позволяли отдельному человекуу заниматься только медью поскольку ведь надо было руду и уголь в достаточных количествах доставлять к месту плавки. Да и сама плавка требовала полностью переключиться на получение меди. Со временем производственные силы общины росли и позволяли выделять свободных от обработки земель людей для добычи и переработки руды в медь. По другим источникам медные орудия труда начали ковать из самородной меди а после и отливать. Даже меньшая твердость меди по сравнению с каменными орудиями полностью окупалась возможностью проковки даже на ходную ,для восстановления режущего лезвия Поскольку руду , дерево или уголь надо было доставлять к месту плавки очень остро встает вопрос с доставкой всего необходимого к месту плавки.
Одним из основных нововведений в череде изобретений позволившим производить медь это изобретение плуга а позже соответственно и упряжи для быков как основной тягловой силы. Что позволило общине выделять часть людей для получения меди.
Единственным способом было перемещения грузов на повозках с полозьями. Следующим не менее грандиозным изобретением было изобретение колесной повозки. В Шумере уже в 3500 до н.э. По другим источникам Повозки с колесами стали применяться с4-го тысячелетия до н.э. в Мохенджо-Даро (Индия)
Сначала колеса наглухо укрелялось на подвижной оси.
во 2-м тысячелетии до н.э. было изобретено колесо со ступицей варащающееся относительно неподвижной оси.
Еще одним радикаьным инструментом изобретенным в период 3500 по 3000 года до н.э. Является гончарный круг. Мало того что производство посуды упростилось так это позволило делать тигли для плавки меди. Первоначально гончарный круг сидевший на оси крутили одной рукой а второй формировали изделие. Естественно со временем провели улучшения в виде второго вруга внизу на оси который вращали ногами. Обе руки освободились для формовки изделия.
Первоначально при плавке для повышения температуры требовался поддув воздуха. Воздух поддували через трубки рабочие ,легкими.
Изобретение МЕХОВ позволило переквалифицировать тех кто пддувал воздух легкими в рабочих по раздувании мехов. Мало того что это снизило нагрузку на рабочих так повысилась производительность по воздуху и увеличилось давление воздуха, что привело к повышению температуры в печи.
.
Если первоначально медные изделия отливали в "землю" смесь песка и глины то позднее стали делать формы из камня.
При подготовке руды для плавки мастера обратили внимание на разный цвет сырья и соответственно разные свойства изделий. Когда частота плавок достигла определенного предела сопоставив отличия в качестве изделий обратили внимание на разную твердость медных инструментов. Естественно для увеличения твердости рабочей кромки инструмента применяли проковку а если толщина изделия увеличивалась то и с подогревом. Но различия в твердости все равно сильно отличалось. Так и была открыта бронза. И если первоначально колличество олова в бронзе было определено естественным составом руды то в последствии в шихту специально добавляют руду кассиорита-оловянного камня SnO2 содержащую олово. Бронза имееет значительно меньшую температуру плавления относительно меди 700-900 град.цельсия. А также значительно легче льется. Содержание олова 8-9% придает бронзе небольшую твердость и красный цвет. 12-13 % бронза приобретает желтый цвет, получается пушечная бронза. 15-20 % бронза приобретает бледно-желтый оттенок значительную твердость и звонкость. Хрупкость бронзы увеличивается после 25 % содержания олова. При 30 % олова бронза получается "зеркальная" но хрупкая. После 30 % бронза уже для использования непригодна. Кроме олова необходимо присутствие свинца как связующего элемента для уменьшения хрупкости.
Несмотря на свои замечательные свойства вытеснить каменные орудия ни медь ни бронза не смогли поскольку производство было очень дорогим а доступные "открытые" выходящие на поверхность месторождения редки.
Железный век.
В Китае железо было известно с 2357г.до.н.э. а в Египте в 2800г.до.н.э. в Европе железный век начался за 1000 ле.до.н.э. Поскольку с первым железом человечество столкнулось в виде метеоритного железа то обработка его не представляла трудностей. А вот при выплавке пришлось применялись сыродутные горны и в последствии шахтные печи. Трудоемкость огромная около 70% металла оставалось в шлаках. Суточная производительность горна не больше 50 кг в день. Для того чтобы вынуть крицу (лепешку на дне печи) приходилось разбирать часть кладки а потом опять восстанавливать. Как и при литье бронзы подача воздуха просто необходима.
Для получения железа сыродутным способом руда дробилась, затем обжигалась на открытом огне. После этого в ямах или небольших глиняных печах проводилось восстановление металла. В печь кроме руды добавляли древесный уголь и подавали воздух.Размер крицы получался от 1 до 8 кг. Крицу многократно проковывали каждый раз нагревая для удаления шлаков. Первая усовершенствованя воздуходувка для литья бронзы появилась окло 1580 г.до.н.э. Металл получаемый из криц оличался мыгкостью.Поскольку в основном для изделий требовалась большая твердость то был открыт способ сварки и цементации.Сварное железо и поверхностная закалка бла впервые применена в 1400г до.н.э. в Армении в Шохдок-Карадаг .Наличие железных руд -гематитов а также лесного массива позволило мастерам обеспечить железом не только свой регион но и поставлять его на вывоз вплоть до Египта. Следующим этапом стало открытие призводства стали с 500 г. до.н.э. Греческие авторы в своих работах различали понятия, железо-"сидеро" и сталь-"халипс".
Для выплавки железа руду приходилось измельчать и была изобретена ДРОБИЛКА . Причем первоначально она приводилась в работу быками. Потом по мере развития техники перевели на водяной привод.
Поскольку на поверхности руда находилась редко да и выбирали ее быстро приходлось ее копать. А вот здесь добытчиков подстерегала проблема наполнения ямы а в последствии и шахты водой. Первым изобретенным приспособление для подьема воды был ШАДУФ в Росии встречается и сейчас под названием журавль. Данным изобретением можно за 1 час поднять на высоту 2 метра 3400литров воды. На большую высоты ставили устройства в несколько ярусов. В Египте изобретение применялось для ирригации-полива посевов. И естественно это не последнее изобретение.
Если предыдущее колесо позволяет использовать силу человека для подьема воды то увеличив размер колеса вполне можно было использовать животных.
А вот следующие два колеса могут работать только на реке своими лопастями вращаясь от течения и переливая воду на высоту подьема.
.
Листок из рукописи ЛенардоДавинчи.
А вот следующая группа механизмов построен уже для подьма воды из добывающих шахт. Почему такое большое разнообразие и такое пристальное внимание к их разработке...Отлив воды из шахты требуется круглосуточно и безостановочно- именно поэтому.
В представленных рисунках и гравюрах из монографий видно что привода есть и на живой силе как человека так и животных, так и силе воды и ветра которые со временем вытесняют предыдущие особенное если есть возможность устроить запруды и где есть постоянные ветра.
Естественно и остальные производственные силы которые требуют привода переходят с ручного и животного на естественные: воды и ветра.
В России наиболее грандиозной постройкой водяных колес занимался мастер Фролов причем система трубопроводов позволяла последовательно заставить работать воду на 3 х рудниках . Диаметр наибольшего колеса на этой гравюре 18 метров чтобы представить себе его высоту это 5 ти этажный дом. Если учесть что колесо деревянное ....
Применение в качестве привода механизма в виде КУЛАЧЕК было известно еще Греческим инженерам в частности Герону но применение его в те времена не выходило за "механических игрушек" . Но позднее кулачек прочно вошел в конструкции механизмов в основном для работы воздуходувных мехов, привода молотов и толчейных мельниц.
На хвостовых молотах для привода использовалось водяное колсо на рабочую ось которого крепился кулачек и нажимая на хвастовик поднимал боек.
Еще одно изобретение уже неоднократно встречающееся на приведенных гравюрах это БЛОК в основном для подьема тяжестей. Позднее он трансформировался в набор блоков на одной оси и такого же набора блоков парных первому если связать все их пропустив веревку через блоки получается подьемное устройство ПОЛИСПАС которое позволяет за счет передаточного отношения между блоками в разы и десятки раз повысить усилие прилагаемое к концу троса в зависимости от количества пар блоков.
Не менее важным изобретением остается КРИВОШИП изобретенный на закате Римской империи. Данный механизм передает вращательное движение в поступательное. И если первоначально его использовали для ручной работы как пример коловорот для сверления дерева, то позже его применяют для заряжания арбалета,привода шарманки, а в 1480 г и для привода абразивного круга соединив педаль шатун и кривошип. На выше приведенных гравюрах видно неоднократное применение кривошипа для водотливных приводов, передачи движения для мехов.
На заднем плане последней гравюры видна тяга соединяющая педаль и кривошип. Передающая вращение абразивному кругу.
Кривошип применяют и сейчас коленвалы во всех двигателях. Привод ножной на швейную машинку. На следующем фото привод прялки.
