Не все то гладко, что блестит

Очень чисто отделанная металлическая поверхность, как известно, может служить зеркалом. В древние и средние века, когда не умели еще изготовлять стеклянных зеркал, люди пользовались металлическими зеркалами. Для воинов в те времена зеркалами служили отполированные до блеска стальные щиты и латы. {53}

В те времена сделать металлическую поверхность гладкой, как зеркало, было очень трудно. На это требовались долгие дни кропотливой и искусной работы. Мастера вручную полировали металл и добивались гладкости и блеска. Металлические зеркала, щиты, кольчуги сверкали на солнце, слепили глаза. Но были ли эти поверхности действительно гладкими? На этот вопрос ответила техника наших дней.

Есть много способов механической отделки зеркально чистых поверхностей. Так, например, поверхность каландра — важнейшей рабочей части бумагоделательной машины, цилиндрического гладильно-нажимного вала — обрабатывается с помощью тонкой шлифовки до зеркальной гладкости: этого требуют условия бумажного производства. Так же чисто обрабатываются рабочие поверхности деталей двигателей, артиллерийских орудий и многих других машин. Но в наши дни зеркальная чистота и гладкость металлических поверхностей достигаются в большинстве случаев не кропотливой и долгой ручной полировкой, а обработкой на станке.

К поверхностям разных деталей предъявляются и разные требования. Для некоторых деталей достаточна чистовая отделка резцом. Для других необходима более тонкая обработка шлифованием. Но для неискушенного глаза обработанные этими резко различными способами поверхности будут казаться одинаково блестящими, чистыми, точными. Более искушенный и опытный человек отличит шлифованную поверхность от чисто отделанной резцом, но и ему трудно будет различить несколько поверхностей, обработанных более тонкими способами и существенно отличающихся по чистоте. На вид все они будут казаться зеркально чистыми, сверкающими, идеально гладкими. В действительности же это не так.

Специальные, очень чувствительные и точные приборы быстро уличают каждую из поверхностей в негладкости, в неровности. Даже на наиболее совершенно обработанной поверхности эти неровности, пусть микроскопически малые, все же существуют и влияют на ее качество. Поэтому можно сказать, слегка изменив известную пословицу: «Не все то гладко, что блестит».

Какие же это неровности, откуда они появляются, почему они влияют на качество и, следовательно, на работу машин? {54}

Если рассмотреть хотя бы через лупу гладкую металлическую поверхность, то на ней обнаружатся следы резца. На цилиндрической детали эти следы — круговые, на плоской — прямые. Если такую деталь разрезать поперек направления следов и рассмотреть разрез через оптический прибор, то кромка разреза будет иметь вид гребешка с остроконечными зубцами. Расстояние между вершинами двух соседних зубцов называется шагом неровностей, а расстояние между вершиной зубца и его основанием — высотой неровностей.

^{Советский продольно-строгальный станок. Управление станком — с электропульта (справа), с помощью кнопочной станции}

Машиностроители знали об этих неровностях уже давно и всячески пытались их устранить. Это было чрезвычайно важно для рабочих поверхностей деталей машин. Было известно, что чем меньше шаг и высота неровностей, тем точнее прилегают поверхности деталей друг к другу, тем меньше трение между ними и тем лучше работают машины.

Вот почему машиностроители упорно боролись за улучшение качества поверхности, за то, чтобы уменьшить шаг и высоту неровностей. В этой борьбе изобретались и новые способы обработки и новые станки. {55}

При обработке обыкновенным резцом поверхность получается наиболее грубая. Шаг неровностей очень велик: самый малый — 0,1 миллиметра, а самый большой доходит до 1,5 миллиметра. Высота неровностей — от 1 микрона до 100 микрон (микрон — одна тысячная доля миллиметра). Такая поверхность блестит, но зеркалом служить не может.

Шлифование уменьшило шаг неровностей в тридцать раз, а высоту — в двадцать раз. Во многих случаях такое улучшение решало задачу. И очень долго машиностроители удовлетворялись шлифованием, стараясь только всячески усовершенствовать этот вид обработки. Шлифованная поверхность правильнее отражает свет; в ней смутно, но правильно отражаются очертания предметов, лиц.

Скоро требования к качеству поверхности трущихся деталей машин возросли. Так, например, понадобилось более чисто, гладко и точно отделывать внутренние поверхности цилиндров автомобильных двигателей. Точность должна была выражаться уже в тысячных долях миллиметра, в микронах.

Примерно двадцать лет назад машиностроители предложили заменить шлифовальный круг плоскими брусками, изготовленными (как и шлифовальный круг) из мелких зерен твердых искусственных камней или абразивов, как их называют, и связывающего их материала. Эти бруски размещались на круглой раме внутри обрабатываемого цилиндра. Получалось что-то вроде расточной головки, только оснащенной не резцами, а абразивными брусками. Оставалось только привести во вращение штангу, на конце которой была укреплена рама с брусками, и начать что-то вроде внутреннего шлифования. В этом почти ничего нового не было. Так примерно обрабатывались цилиндры на заре машиностроения. Но это было только внешним сходством. Станок не только вращал штангу с брусками, но и толкал ее вперед по длине цилиндра и тянул назад, заставляя совершать еще и возвратно-поступательное движение. Новый вид обработки назвали «тонкой шлифовкой».

Что же произошло с шагом и глубиной неровностей при новой обработке поверхностей? Может быть, неровности и вовсе исчезли? Оказывается, нет. Попрежнему неровности бороздили обработанную поверхность, и даже {56} шаг их не изменился, остался таким же как и при шлифовании. Но высота гребешков уменьшилась в пять-восемь раз, дойдя до одной десятой доли микрона. Толщина волоса в десятки раз больше этой величины. Поверхность стала еще более зеркальной. И все же это достижение не удовлетворило машиностроителей. Гребешки, пусть и микроскопические, все же оставались и были еще достаточно вредными.

^{Советский зубофрезерный станок Е8-1 (для изготовления зубчатых колес с прямым зубом)}

{57}

Тогда еще раз изменили инструмент: применили неабразивные зерна, прочно вкрапленные в связывающие материал, а абразивный порошок, смешанный с маслом «ли жиром и нанесенный на какой-нибудь мягкий материал — чугун, латунь, кожу, дерево. Снова вернулись к кропотливому ручному труду, требующему от рабочего большого опыта и высокой квалификации. Медленными и в разные стороны направленными осторожными движениями рабочий обрабатывал, притирал порошком изделие почти так же, как это делали средневековые мастера. Работа стоила дорого, длилась долго, но давала хорошие результаты. Тогда машиностроители ухитрились построить специальные станки для этого вида обработки. Новая обработка, как и тонкая шлифовка, не уменьшила шага неровностей; эта величина почти не изменилась. Но высота неровностей стала еще меньше, сделалась совсем ничтожной. Еще глаже стала поверхность, еще яснее и четче отражала она очертания предмета. И все же гребешки продолжали существовать.

Тут надо все же рассказать, как машиностроители уничтожили вредные гребешки.