Наиболее  ранний документ, связанный с историей прокатки металлов, относится к 1495 г. и принадлежит Леонардо да Винчи. Ученый оставил изображение ручного прокатного стана с плоскими валками с кратким к нему пояснением (рисунок 3). Согласно рисунку, в прокатном стане Леонардо да Винчи приводным являлся один нижний валок, на оси которого было насажено червячное колесо. Передача движения прокатному валку производилась через червячную пару массивной рукояткой.

       Рисунок 3. - Прокатный стан с плоскими валками Леонардо да Винчи

       Уже в первой половине XVI в. обозначилась специализация прокатных станов по виду изготовляемой продукции. Наряду со станами, оснащенными гладкими валками, появились станы с калиброванными валками. Соответственно первые станы предназначались для прокатки широких полос и листов, а вторые — для прокатки различных профилей. По мере развития прокатных станов непрерывно расширялись и области их практического применения. Большое значение в распространении прокатных станов в производстве имел перевод их с ручного привода на гидравлический.

       В XVI—XVII вв. прокатные станы распространяются на монетных дворах. В первое время  преимущественно применялись прокатные  станы с ручным приводом. Постепенно происходят сдвиги в сторону механизации  техники прокатки. Для привода  используется мускульная сила животных и гидравлический двигатель. Во Франции королевским эдиктом от 27 января 1550 г. разрешается применять на монетных дворах прокатные станы, приводимые в действие конной силой. Подобная система привода была применена, в частности, в Париже на монетном дворе в Лувре. К 1561 г. относятся попытки введения вододействующих прокатных станов в Англии. Однако лишь только в первой половине XVII в. этот вопрос получил практическое разрешение в английском монетном производстве.

       Гораздо медленнее, с трудом прокладывали себе дорогу прокатные станы в железоделательной промышленности. Некоторые сведения о вододействующей мельнице, в которой были устроены валковорезательный и волочильный станы для производства железной проволоки содержатся в книге Эобануса Гессуса.

       Ответственейшей частью плющильного стана являлись рабочие валки. В.И. Геннин отмечал, что прокатные валки надлежит делать из железа, наваривая на них уклад, после чего их надо обтачивать равно и гладко для того: ежели они будут не равной толстоты, то железо от того плющится косо и негодно. А в Германии видно есть, что такие валики льются из чугуна, однако, оные не так надежны, как кованые" [7]. Каждый из станов мог служить и плющильным и прорезным. Достаточно было заменить плоские валки валками дисковыми, как прокатный стан превращался в прорезной. Эта любопытная особенность взаимозаменяемости рабочих органов станов свидетельствует о тщательно продуманной системе конструирования машин и их рациональном применении в производстве. Плющильные и прорезные станы изготовлялись собственными силами.

        Имеются сведения о существовании  в России в начале 80-х годов XVIII в. листопрокатного производства. В 1782 г. на Чермозском заводе (Урал) был пущен стан для прокатки кровельного железа. В 1791 г. во Франции отец и сын Жамены, а также Понселе из Седана взяли патент на прокатку железа и стали. Примерно в это же время прокатные станы были установлены на заводе Добсона в Вогуэне, а также на заводе Ж.-Ф.Клуэ под Седаном. Существовало прокатное производство в Льеже.

       В XVII в. прокатка свинцовых листов уже  достигает значительных масштабов. В Англии, например, существовали предприятия, оснащенные крупными прокатными станами для прокатки свинца. Они приводились в действие с помощью гидравлических двигателей или конной силой. Один из таких прокатных станов XVII в. представлен на рисунке 4.

       Рисунок 4. – Прокатный стан для изготовления свинцовых листов

       Стан  состоит из двух прокатных валков, выполненных из литого железа, диаметром  около 300 мм и длиной более 1,5 м, весом 1270 кг. Стан снабжен механизмом для  изменения направления вращения валков, состоящим из системы шестерен. Введение реверса валков значительно облегчило работу на стане, так как отпала необходимость поворачивать лошадей для вращения валков в обратном направлении. Кроме того, с введением реверсного механизма уже не требовалось переносить тяжелые свинцовые плиты весом до 1100 кг на противоположную сторону стана для повторной прокатки. Реверс позволил вновь прокатывать эту же полосу, задавая ее в валки с противоположной стороны стана. Для перемещения прокатываемого металла к валкам, на стане были предусмотрены деревянные ролики, представляющие собой прообраз современного рольганга, широко применяемого в прокатном производстве. Отлитая свинцовая заготовка поднималась на ролики специальным поворотным краном. Для обслуживания стана при заводе постоянно держали 6 лошадей, а для его обслуживания требовалось шесть рабочих.

       Именно  в этот исторический период, характеризующийся общим промышленным развитием стран Западной, Центральной и Восточной Европы, были выдвинуты оригинальные проекты преобразования техники прокатки металлов, намного опередившие время. К ним относится, например, идея процесса непрерывной прокатки. Ее автором был мастер Нижнетагильского завода Е.Г.Кузнецов, предложивший в 1775 г. проект стана для непрерывной прокатки железных полос [48—49]. К 1798 г. относится заявка английского металлурга У.Хезлидайна на устройство непрерывного прокатного стана [50, с. 63]. Однако ни первое, ни второе изобретения не были реализованы на практике. Это стало достоянием металлургов и конструкторов следующего, XIX столетия, воплотивших идею непрерывной прокатки металлов в производстве.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИКИ ВОЛОЧИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОСНОВЕ ВОДОДЕЙСТВУЮЩЕГО ПРИВОДА

       Обработка металлов волочением была одним из трудоемких производств, к механизации которого на основе вододействующего привода обратились средневековые металлурги и создатели новых машин.

       Применение  гидравлического двигателя для волочения металлов датируется первой половиной XIV в. и связывается с именем Рудольфа (Германия). Изобретение заключалось в передаче энергии воды посредством гидравлического колеса на рычажно-клещевой механизм волочильного устройства через систему массивных кулаков, насаженных на деревянном валу. При вращении вала кулаки нажимали на конец рычага, к которому прикреплялись клещи. За время от начала соприкосновения кулака с рычагом и до схода с рычага этого кулака происходило волочение проволоки, а пока следующий кулак не входил в соприкосновение с рычагом, надо было разжать клещи (вручную), подвести их к волочильной доске и опять захватить ими проволоку [55].

       Более подробные сведения о волочении проволоки на рычажно-клещевых вододействующих станах относятся к XVII—XVIII вв. — периоду их массового распространения в проволочном производстве большинства европейских стран — Германии, Франции, Англии, России, Швеции и др.

       Большое значение имело изобретение автоматического  захвата проволоки при волочении. Рычажно-клещевой вододействующий стан с автоматическим захватом проволоки изобразил в 1698 г. Вейгел (Германия). Захват осуществлялся при помощи пружины, соединенной с рычагом, приводящим в движение волочильные клещи [56]. Этот способ самозахвата проволоки посредством пружины и наклонного стола практиковался на предприятиях Западной Европы и в течение XVIII в. На русских проволочных фабриках применялась почти такая же система самозахвата проволоки, в частности на построенной в 1724 г. проволочной фабрике Екатеринбургского завода.

       На  развитие волочильных станов большое влияние оказала соответствующая мануфактурному способу производства организация труда, основанная на пооперационном разделении основных процессов. В зависимости от передаваемой нагрузки станы конструировали большей или меньшей мощности. При этом длину рабочего хода клещей обычно увеличивали с уменьшением диаметра протягиваемой проволоки.

       Кроме рычажно-клещевых вододействующих  волочильных станов, в XVI в. в Италии применялось вододействующее волочильное устройство с качающимся сиденьем, описанное итальянским инженером В. Бирингуччо в труде "Пиротехника" (1540 г.).

       Вододействующее волочильное устройство с качающимся сиденьем представляет собой (рисунок 5) усовершенствованный вариант применявшегося в древности простейшего аналогичного приспособления, которому придан гидравлический двигатель, позволивший заменить ручной труд энергией водяного колеса. Такие устройства применялись в Италии для волочения толстой железной проволоки. По описанию В. Бирингуччо устройство состоит из волочильной доски, укрепленной между двумя забитыми в землю деревянными опорами, гидравлического колеса и соединенного с ним коленчатого вала, подвешенного на железных стержнях сиденья и приямка под ним глубиной "по колено". К кривошипу вала привязан ремень, соединенный свободным концом с железной полосой (тягой). На другом конце полосы крепилось кольцо, тянувшее клещи.

       Рисунок 5. – Вододействующее волочильное  устройство с качающимся сиденьем

       Несмотря  на появление и развитие вододействующих волочильных станов в этот период сохранилось и ручное волочение проволоки при помощи различных приспособлений и устройств.

       Волочильная скамья применялась вплоть до конца XVIII в. и даже позже, в мелких мастерских, она служила основным оборудованием для волочения толстых и средних сортов проволоки. Воротовые клещи широко применялись в XVIII в. и в последующий период в ремесленном и фабричном производствах большинства стран Европы. В 1805 г. воротовым клещам уделено значительное внимание в статье академика Я.Захарова, посвященной технике волочения проволоки из благородных металлов [57].

       Рисунок 6. - Волочильный станок с червячной передачей и тянущим винтом

       Интересные  зарисовки волочильных станков  с ручным приводом и краткие пояснения  к ним оставил Леонардо да Винчи. К волочению металлов он обратился, как увидим далее, в связи с  проблемой получения гладких  и равномерных по толщине металлических лент для изготовления больших зажигательных вогнутых зеркал. Наилучшим способом выделю равномерных, с гладкой поверхностью металлических листов была бы, конечно, прокатка в гладких валках, которые были хорошо известны ученому.

       В рассматриваемый период большое  внимание уделялось совершенствованию волочения с приемом проволоки на катушку и барабан. Для привода широко использовался ручной труд. Лишь в конце XVII в. были созданы первые вододействующие волочильные станы барабанного типа.

       Волочение на катушку практиковалось на протяжении XV—XVIII вв. и позже во многих странах  для производства тонкой проволоки. Одной из разновидностей было волочильное устройство, получившее на русских золотоканительных фабриках название "круг". В отличие от катушки круг имеет больший диаметр и напоминает "некоторый род колеса из дерева выточенного". На верхней плоскости круга есть отверстия для рукоятки, расположенные на различных расстояниях от центра, — Для изменения радиуса вращения. При волочении более толстой проволоки, требующей большого усилия волочения, рукоятку вставляют в дальнее от оси отверстие, чем достигается выигрыш в силе. Верхний конец рукоятки свободно движется в гнезде бруса, укрепленного на потолке.

       В производстве применялись станки с  вертикальной и горизонтальной осью вращения барабана. Станки с вертикальным барабаном использовались преимущественно в тонком, а с горизонтальным барабаном — в толстом волочении.

       Существенный  сдвиг в развитии волочильного производства наступил в 70-х годах XVII в., когда  применявшаяся для привода волочильных барабанов мускульная сила человека была заменена энергией гидравлического колеса. С этого времени вододействующие волочильные барабаны стали быстро распространяться на железопроволочных фабриках [44].

       Вододействующий волочильный барабанный стан состоял  из тягового, или приемного, конического  барабана, установленного на вертикальном валу и приводимого в движение парой зубчатых колес (деревянных или  металлических). На станине помещалась отдаточная вращающаяся фигурка и волокодержатель с волокой. Пуск приемного барабана осуществлялся соединенным с ним рычагом. В зависимости от действия рычага барабан мог подниматься или опускаться и, соответственно, входить или выходить из зацепления с валом.

       Передовая практика волочильного дела первой половины XVIII в. допускала протяжку на вододействующих  барабанах проволочной заготовки  диаметром 2,0—2,5 мм. Барабаны применялись исключительно для производства тонкой проволоки с конечным диаметром до 0,22 мм. Производительность волочильных барабанов была небольшой. Дневная выработка тонкой железной проволоки (№ 6) на Екатеринбургской фабрике составляла 0,6 кг [12].

ТЕХНИКА ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ В ПЕРИОД СТАНОВЛЕНИЯ МАШИННО-ФАБРИЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА (конец XVIII - 70-е годы XIX вв.)