Машинная обработка камней, резка камня в древности
Технология обработки камня
Достаточно посмотреть какого огромного размера являются каменные блоки, из которых сложены Великие пирамиды и с какой точностью они вырезаны и уложены. Есть один момент, который часто остается незамеченным – в бронзовом веке гончары использовали для изготовления своих изделий труднообрабатываемые магматические породы. В залах Древнего царства Каирского музея есть десятки ваз, чаш, больших коробок, закрытых крышкой, статуй из сланца, диорита, гранита и обсидиана, но без четкого ответа на вопрос о том, как древние скульпторы вырезали фигуры с такой точностью.
Современные специалисты-камнерезы говорят, что даже с сегодняшними электроинструментами и алмазными токарными станками и дрелями нельзя воспроизвести всего, что делали древние люди в незапамятные времена. Никакой критики не выдерживает теория экспертов археологии насчет того, что при постройке пирамид рабочие пользовались каменными и медными орудиями труда. Все древние египетские резные артефакты имеют очень современные чистые линии и совершенные пропорции. Диоритовые и гранитные статуи в натуральную величину, гладкие глянцевые поверхности, и изящно вырезанные черты, будто вышедшие из пресс-формы.
Айвэн Уоткинс – геолог и производитель станков, профессор кафедры наук о Земле в университете Сент-Клауд в штате Миннесота, – описывая природу этих древних каменных артефактов, говорит, что основным показателем способа обработки камня является состояние поверхности материала на микроскопическом уровне. Во время исследований было установлено, что высокая техника обработки камней инками и египтянами показывает, что одинаковой технологией в одно время владели оба этих народа.
Резка камня
Каменные памятники инков и египтян, а также керамические изделия, показывают гладкие и хорошо отполированные поверхности, что означает, что камень не обрабатывался так, как утверждает традиционная археология.
Похоже, для превращения фрагментов кварца в глазурь, заполняющую неровности, и создания гладкой поверхности древние мастера использовали нагрев. Уоткинс видит те же гладкие камни в Мачу-Пикчу, Ольянтайтамбо и Саксайуамане в Куско. Камни имеют почти глянцевую поверхность.
Инструмент для обработки камня
После консультации с геологом Дэвидом Линдротом из американского бюро шахт выяснилось, что эксперты установили, что при резке камней использовался сфокусированный 2-миллиметровый в диаметре лазерный луч, мощностью 100 Вт. Процесс резания камня светом называется термической дезагрегацией. Подтвердив, что камни можно плавно разрезать лазером, Уоткинс посмотрел на остальные доступные артефакты инков, которые могут указывать на неизвестный процесс или древнюю технологию достижения мощности современного лазера.
Уоткинс нашел один ключ в браслете, который носит современный священник в Куско. У инков есть ежегодный фестиваль Солнца, и на этой церемонии священник освещает клочья хлопка на огне, используя браслет с полированной вогнутой выемкой для фокусирования солнечных лучей. Еще один ключ – довольно большие параболические золотые чаши, хранящиеся в музее в Перу. Чаши не похожи на вазы для фруктов, имеют сферическое дно, то есть неустойчивые. Видимо, изготавливались они для другой цели. Все эти изделия исключительно правильной формы, а материал для золотой зеркальной серии ловит солнечные лучи и действует как усиливающее зеркало. По другой версии, древняя технология по резке была вибрирующая дрель, работающая на определенной резонансной частоте.
Сверление камня
Луч солнца в камне
Уоткинс указывает на записи конкистадора, упоминающего об одном золотом блюде инков, в диаметре равном росту двух мужчин. Священный артефакт был разрезан захватчиками, затем расплавлен в слитки и отправлен в Испанию.
Большие месторождения гранита в Мачу-Пикчу похожи на место, куда нужно было доставлять огромные зеркала для камнеобработки. Отметим, что в Перу, как и в Египте много солнечного света в течение всего года. Золото является наиболее светоотражающим материалом, когда представляет собой сплав с серебром. Исследование Уоткинсом загадочной технологии резки камня инками и египтянами позволило ему создать устройство на солнечных батареях для резки и полировки камня, которое сейчас запатентовано под его именем.
Древние жрецы инков и египтян, поклоняющиеся Богу Солнца, возможно, были обучены «солнечной технологии» резки камня высшими существами или богами, вероятно, даже атлантами. Используя большие чашеобразные отражатели из сплавов золота и серебра, цивилизации, почитающие Солнце, научили себя или были обучены другими существами тому, как использовать технологию фокусировки света для усиления солнечного света и бесшумной резки камня. Поэтому из такой твердой породы как гранит представители древних цивилизаций могли строить храмы, дворцы, цитадели и пирамиды.
Источник
Краткий исторический очерк о технологии обработки камня
В каменном веке — древнейшем культурно-историческом периоде (около 800—5 тыс. лет до н.э.) камень служил основным материалом дли изготовления топоров, молотов, рубил, мотыг, кожей, наконечников стрел и копий, булав, брошей, гребней, статуэток, возведения культовых сооружений и устройства жилищ. Такое исключительно важное значение каменных материалов в жизни первобытного общества определило само название эпохи, длившейся сотни тысяч лет до начала освоения человеком металла.
В технике обработки камня в каменный век произошел переход от грубых и примитивных ручных рубил к разнообразным режущим и колющим орудиям. Человек и этот период постепенно осваивал ударную обработку (раскалывание, теску и т.д.), сверление, распиловку и шлифовку камня. Освоение первобытным человеком основных операций и приемов обработка камня происходило примерно в такой последовательности: откалывание — ранний и средний палеолит (800—35 тыс. лет до н.э.): раскалывание, расслаивание, растепление, грубая теска, отжимная ретушь — поздний палеолит (35—10 тыс. лет по н.э.); распиловка, доводочная теска (пинетаж), сверление шлифовка-полировка — неолит (10—5 ты лет до н. э.).
Таким образом, в основе обработки камни на стадии ее зарождения лежали ударные способы воздействия орудия труда на камень — от мощных воздействий (при разбивке крупных кусков горной породы) до легчайшего постукивания (при мелкой или посадочной ударной обработке, так называемой ретуши). Одновременно с развитием ударной техники совершенствовалась и техника обработки камня давлением и импульсом (расщепление, раскаливание, расслаивание). Большую роль сыграло при этом освоение первобытным человеком приемов раскалывания камня с использованием промежуточного элемента (посредника) в виде каменного зубила или закольника, по которому наносился удар молотком.
Основные приемы обработки камня (распиловка, шлифовка-полировка, сверление) были освоены первобытным человеком в неолите, причем в качестве каменных орудий использовались топоры, резаки, кирки, долота, булевы. Специальные места, где первобытный человек обрабатывал камень, назывались «каменными кузницами». Hа территории нашей страны каменные кузницы неолитического человека обнаружены археологами вблизи Иркутска. Ocновным природным каменным материалом здесь был нефрит, который обрабатывали раскалыванием, распиловкой, шлифовкой, сверлением. Для получении первичных заготовок большие глыбы камня раскаливали на костре, затем обливали водой, в результате чего они распадались на более мелкие части. Распиливали нефрит плоскими листовидными пилами из прочных горных пород, подсыпая влажный кварцевый песок.
В эпоху неолита появляются первые механизмы и примитивные станки для распиловки камня с рабочим инструментом в виде остро отточенной листовидной пластины (пилы), совершавшей возвратно-поступательное движение при помощи механизма с маятниковой подвеской (рис. 1). Материалом для пилы служили кремний, кварцит, роговик, плотный сланец. Привод такого станка осуществлялся за счет мускульных усилий человека. Для сверления камня использовали полую кость, ее ставили вертикально и приводили по вращение тетивой лука; под рабочий торец кости подсыпали увлажненный песок. Шлифовали (полировали) камень на специальных плитах, чаще всего из песчаника с подсыпкой влажного кварцевого песка.
Большой толчок развитию техники обработки камня дало изобретение гончарного круга, на базе которого впоследствии были созданы ручное точило для шлифовки и устройства для обработки чаш, ваз, горшков и других тел вращения.
Существенный прогресс в технике обработки камня связан с началом использования инструмента из металла. Так, в период I династии Древнего Египта (4—3 тыс. лет до н.э.) для тески камня применяли бронзовые долота, а для распиловки — полосовые (штрипсовые) пилы с медным корпусом, которые работали Co свободным абразивом (кварцевым песком) или с закрепленным абразивом (счеканенными в корпус зернами твердых минералов: корунда, алмаза, бенилла, топазу и др.). Таким образом, например, получены заготовки различных гранитных саркофагов и базальтовые плиты пола пирамиды Ху-Фу.
С изготовлением металлического инструмента связано и появление универсального камнераспиловочного средства — двуручной пилы (рис. 2), которая была заимствована у деревообработки и использовалась для распиловки камня практически до середины XlX в. Часовая производительность этого примитивного средства распиловки составляла на граните — 0,012, на мраморе — 0,018 и на известняке — 0,25 м2/ч, что в сотни раз ниже производительности современных средств штрипсовой распиловки камня.
При рабовладельческом строе технические приемы обработки камня основывались исключительно на ручном труде. В эпоху феодализма, несмотря на более высокий уровень развития производительных cил, камень обрабатывали с использованием ручных орудий труда. Однако уже в этот период примитивные устройства начинают вытесняться болеe совершенными установками для распиловки, тески и шлифовки камня.
В Европе развитие техники и технологии обработки камня было в значительной мере обусловлено общим ростом технического уровня средств производства, особенно в эпоху Возрождения (XIV—XVI вв.). В Италии, имевшей традиционно высокую культуру камня, расцвет науки, искусства и техники в этот период привел к значительным усовершенствованиям технических средств добычи и обработки камня. В сборнике рисунком великого художника и ученого итальянского Возрождения Леонардо да Винчи «Кодекс Атлантикус», хранящемся в Милане и включающим свыше 1700 листов, содержится первый технический чертеж штрипсового камнераспиловочного станка с кулисным приводом пильной рамы (рис. 3).
В средневековых государствах Европы в строительстве использовали наряду с мрамором и прочные породы (гранит, базальт, кварцит). Из них возводили массивные замки, оборонительные стены вокруг городов и другие сооружении.
В России и этот же период широко применили подмосковные известняки, что обусловило расцвет белокаменной архитектуры. Первые белокаменные стоны Московского Кремли были возведены в 1367 г. О каменоломнях Подмосковья с 1462 г. упоминают писцовые книги «Приказа каменных дел» Московского государства. Одна из архитектурных записей свидетельствует, что крестьянин Лазарь Ларин подрядился в 1691 г. поставить на строительство собора и Переяславле Рязанском пять тысяч штук «ступенного доброго мячковского камня». Необходимые строительные детали из известняка (ступени, накривочные плиты и т.д.) изготовляли теской вручную непосредственно на карьере, для этого обычно привлекали тысячи камнеломов и камнетесов из крестьян. Мастеров и подмастерьев каменных дел вербовали из свободных ремесленников.
В XVII—XVIII вв. в наиболее развитых странах Европы в приводах машин и механизмов начинает использоваться энергия воды и ветра, а основным двигателем в промышленном производстве становится водяное колесо. В этот период камнеобработка выделяется в самостоятельную отрасль промышленности с организацией достаточно крупных предприятий. В Россия этот процесс приходится на эпоху Петра I (первая четверть XVIII в.), «Постройка Петербурга, — писал академик А.Е. Ферсман, — положила начало новой технике обработки камня и созданию камнеобрабатывающей промышленности в России». Камень был важнейшим строительным мaтериалом при строительстве новой столицы, в больших количествах его применяли при кладке фундаментов, для облицовки дворцов, набережных, мостов, при возведении монументальной скульптуры, мощении площадей и мостовых.
Первым отечественным камнеобрабатывающим предприятием считается Петергофская гранильная фабрика, основанная по уточненным данным в 1723 г.
Резко возросшая потребность в изделиях из камня в царствование Елизаветы (середина XVIII в.), вызванная увеличением объемов дворцового и монументального строительства в Петербурге и Москве, привела к значительному расширению камнеобрабатывающего производства в России и прежде всего на Урале, располагавшем крупными запасами разнообразных мраморов и самоцветного сырья. В Екатеринбурге и его окрестностях на месте мелких кустарных камнерезных производств возникает несколько крупных камнерезных предприятий с машин ион обработкой камня. Первая такая фабрика. построенная под техническим руководством талантливого русского механика и конструктора Никиты Вяхирева, была введена в эксплуатацию в начале 1747 г.. о чем имеется следующий запись в архивных документах: «. действуемой водою машиною разрезан мраморной синей камень длиною в одни аршин и в пять с половиной вершка, шириною и девять вершков через четырнадцать часов. если показанный камень резать пилою через человеческую силу, то б три человека разрезали в шесть дней. » Иными словами, производительность машинной распиловки превысила производительность ручного труда в 6 раз, а выработка на одного работающего увеличилась в 18 раз! Интересно, чтo Бахорев, несмотря на очевидный успех, продолжал и дальше совершенствовать конструкцию своих станков. Летом 1747 г. с Екатеринбургской камнерезной фабрики была отправлена первая партия мраморных изделий машинного производства. Станочный парк фабрики в это время состоял из шести распиловочных станков (четырех штрнпсовых и двух дисковых), двух шлифовальных, двух полировальных, пяти гравировальных и др. В 1752 г. в Екатеринбурге работали уже три камнерезные фабрики, а в находящемся неподалеку поселке Mpaморское действовал существующий и ныне Мраморный камнерезный завод.
Таким образом, уже в середине XVII в. в России на базе уральских мраморных месторождений образовался мощный для того времени промышленный комплекс по обработке камня. Только на добыче мрамора в уральских каменоломнях в это время работало около 300 человек, добывалось ежегодно свыше 130 м2 блоков; еще примерно 200 человек работало на екатеринбургских фабриках. В историю техники обработки камня вошли имена уральских камнеобработчиков-умельцев Кирилла Шагова и Матвея Heсенцева, талантливого механика-конструктора и организатора производства Ивана Сусорова.
В 1851 г. на Екатеринбургском заводе была произведена первая в России машинная распиловка прочного камня (дисковыми пилами).
В 70-х гг. XVIII в. в отрогах Алтая создается крупная Колыванская шлифовальная фабрика (на базе месторождений ишм и порфиров), оборудованная так называемой мельницей, которая приводилась в действие силою водоналивного колеса.
Основатель фабрики — русский умелец Филипп Васильевич Стрижков, изобретатель первого универсального профилировочного станка для обработки камня. В 1801 г. Стрижков модернизировал штрипсовые распиловочные станки Колыванской фабрики, заменив колеса большого диаметра и коленчатые валы главного привода кривошипно-шатунным механизмом, а канатные подвески пильной рамы на цепные. Такое усовершенствование конструкции значительно улучшило эксплуатационные показатели камнераспиловочного оборудования.
Подлинную техническую революцию в промышленном производстве произвело изобретение в середине XVIII в. парового двигателя, принципиально изменившего конструкцию привода рабочих машин.
С 1880 г. на промышленных предприятиях наиболее развитых стран начали использовать электроприводы станков с групповым (через систему трансмиссий), а позже с индивидуальным приводом. На камнеобрабатывающих заводах Италии, Германии, Франции вводятся в эксплуатацию камнераспиловочные, шлифовально-полировальные и фрезерно-окантовочные станки, снабженные индивидуальным электроприводом. Станки конструировались таким образом, чтобы станина и электродвигатель, смонтированные на общем основании, составляли единое целое, благодаря чему отпадала необходимость в индивидуальной трансмиссии или контрприводе. Hа отечественных камнеобрабатывающих предприятиях, в частности, на фабрике Верфели в Петербурге, такое оборудование начали применять в начале XX в.
Первые станки дли обработки камне с индивидуальным электроприводом, конструктивный принцип которых был заимствован у металлорежущего оборудования того времени, послужили прототипом современных камнеобрабатывающих станков. Большое влияние на конструкцию и рабочие параметры камнеобрабатывающего оборудования оказало создание прогрессивных видов исполнительных органов и инструментов: искусственного шлифовального круга (1859 г.). алмазной дисковой пилы (1885 г.), пневматического молотка (1897 г.), канатной пилы (1890 г.) и др.
После отмены о России в 1801 г. крепостного право приток дешевой рабочей силы для добычи (ломки) камня резко скоротился. С этого времени камнеобработка в России вступила в полосу угасания. К началу XX в. в России насчитывалось примерно 60 мелких каменоломен (в Карелии, на Урале, Украине, Алтае, в Крыму, под Петербургом и под Москвой) и 14 камнеобрабатывающих предприятий (в Петербурге, Moскве, Екатеринбурге, Киеве, Житомире, Сортавале, Колывани, Мраморском и др.), имевших годовую производительность около 11 ты. м3 блоков и 60 тыс. м2 облицовочных изделий (цокольных плит, ступеней, карнизов, парапетов и т.д.).
На операциях обработки камня преобладал тяжелый ручной труд (камнеобрабатывающие станки импортного производства применялись лишь, в единичных случаях).
За годы Советской власти ранее отсталая и кустарная промышленность по добыче и обработке облицовочных материалов из природного камня развилась в мощную индустриальную отрасль материального производства, располагающую современной техникой и технологией, крупной научной базой и квалифицированными кадрами. За последние 20 лет производство облицовочных материалов из природного камня в нашей стране возросло примерно в 11 раз что соответствует среднегодовому темпу роста около 50 %.
Источник
