English Deutsch
Новости
Мир антропологии

Трубчатое абразивное сверление. Принципы

«Трубчатое абразивное сверление» – сверление, при котором частицы абразива захватываются и транспортируются в рабочей зоне проделываемого отверстия внешней и внутренней поверхностями трубки из мягкого металла, или сплава. 

Медь и трубка

Рис.1. Медь, Древнее царство

Выплавленную из руды медь металлурги разливали, видимо, по каменной плоскости и остывшие «блины» отковывали каменными молотами до нужной толщины, отжигали для снятия наклёпа, нарезали на листы нужных форматов и, возможно, в таком виде хранили до востребования.

Египтяне запросто обходились с листовыми металлами, это хорошо известно. Медь – материал, прекрасно поддающийся ковке, выколотке и другим разновидностям работ жестянщика. Пример из двадцатого века – выколотка шарообразных водолазных шлемов из плоского медного листа. Примеры из египетского Древнего царства – медные втулки, «фитинги» спального полога царицы Хетепхерес и изумительной работы медные пустотелые статуи царя Пепи-I.

Рейснер, август 1932, The Bed Canopy of the Mother of Cheops: …Составлявшие навес двадцать пять разных деталей были соединены посредством шипов и гнёзд, в которые эти шипы вставлялись. Эти шипы и гнёзда были покрыты листовой медью, чтобы создать скользящие поверхности…

Рис. 2. Медные втулки сочленений и трубы вертикальных стоек полога Хетепхерес

В конструкции полога – целый лес деревянных стоек в трубах из металлического листа.

Рейснер, август 1932, The Bed Canopy of the Mother of Cheops: …Десять опор (колонн) по бокам были из особенно толстого золота. Это были трубы, изготовленные путем свёртывания одного листа в цилиндр и сварки его краев в шов…

Заметим, что для «трубчатого» сверления рациональнее использовать разрезную, а не сплошную литую (или сварную) трубку. Почему – разберём чуть позднее. Сделать «разрезную» трубку можно, конечно же, не прорезая продольно готовую цельную трубку, а обёртывая подходящим обрезком медного листа деревянную палку, употреблённую в качестве оправки.

Абразивы

В качестве абразива в паре с трубкой из мягкого металла (меди) должна работать суспензия из воды и минеральных зёрен твёрдости не меньшей, чем у самого твёрдого из компонентов материала, который предстоит сверлить. Долгое время геологами считалось, что в Египте самым твёрдым из доступных несвязанных абразивов является песок пустыни. И значительную его часть в процентном соотношении составляет песок кварцевый (твёрдость по Моосу – 7).

Но! В некоторых из сверлений характер бороздок на стенках подсказывает, что здесь использовался абразив более твёрдый и грубый, чем песок: края бороздок рваные, а поверхность в целом – более шершава (Рис.3). Эксперименты показали, что песок в качестве основы абразивной суспензии даёт более гладкие края бороздок и поверхность в целом. Подозрения оказались небеспочвенными. Сравнительно недавно в Амарне найден каменный осколок со следами сверлений.

Рис. 3. Скол отверстия в граните (Египет), высверленного трубкой с абразивом большей, чем у песка, твёрдости

На донышках этих сверлений– высохшая зеленоватая пульпа (смесь частиц абразива с частицами истёртого им камня и окислившимися до медянки частицами медной трубки – транспортировщика), содержащая абразив – зёрна корунда.А в вади Хафафит обнаружена крупная залежь природного корунда – наждака (твёрдость – 9 по Моосу).

Привод 

Медная трубка укрепляется на нижнем конце деревянной оси и оси придаётся вращательное движение. Но лучковыми дрелями (Рис.4) египтяне, вероятно, делали сверления исключительно малых диаметров (пожалуй, до сантиметра-двух).

Рис.4, Рис.5, Рис.6

При потребности в отверстиях сколь-нибудь серьёзных диаметров использовались коловороты с инерциальными грузами. Причём, коловорот с жёстко закреплённым инерциальным грузом (маховиком), как на прорисовке (Рис.5) – удобнее, груз не разбалтывается и даёт, как показывает опыт (Рис.6), при определённой сноровке и оптимально подобранной консистенции абразивной суспензии стабильное инерционное вращение, которое рукой нужно лишь поддерживать. А гироскопический эффект стабилизирует положение инструмента относительно каменной заготовки.

Профиль кольцевого надреза

Неприятная особенность сверлильных работ со свободным абразивом – расширение профиля кольцевого надпила от дна к входу в него. Мысль о том, что по мере углубления в кольцевой зазор поначалу беспорядочно покачивавшаяся из стороны в сторону трубка начнёт стабилизироваться, и профиль зазора скоро примет вид двух параллельных стенок, может относиться только к трубчатому сверлу, работающему твердосплавными зубьями рабочей кромки. Внутренняя и наружная поверхности такого сверла "позади", т.е., выше передней кромки – гладкие и по мере углубления ему просто нечем расширять надпил выше передней кромки, работающей внизу.

Иначе – у работающей с абразивной суспензией трубки ручного коловорота, совершающей движение несколько подобное прецессионному. Трубка, покачиваясь, взбалтывает суспензию в зазоре и её всплесками может заполнять кольцевой надпил на всю высоту. Эти всплески абразивной суспензии (точнее – пульпы) изнутри и снаружи от стенки трубки затираются между нею и стенкой отверстия, и между нею и стенкой центрального керна. От этого трения не просто снижается скорость работы, здесь суспензия работает во вред, расширяя профиль кольцевого надпила от дна к входным краям. Отверстие же в итоге становится конусообразным и к верху расширяющимся, а керн становится конусообразным и к верху сужающимся.

Рис. 7. Слева стенка отверстия, справа – керна. Радиус закругления донной канавки около одного миллиметра

Метаморфозы рабочей кромки

Рис.8. Этапы самозатачивания кромки. Заточившаяся кромка трубки.

Изначально тупая кромка трубки как в ступке истирает друг о друга абразивные зёрна, одновременно выдавливая их из-под себя в стороны, к керну и к стенке отверстия. Здесь они начинают стачивать «углы» кромки. А  когда выдавятся из-под торца и измельчатся практически все, кромка добирается до дна канавки и начинает его гладить, а вытесненные в стороны зёрна всё больше её затачивают, и она (спереди кромка не тупится – гладит дно) заметно заостряется. Донная канавка приобретает V-образный профиль. Эксперименты показывают, что трубку с заострившейся кромкой вращать становится заметно легче.

Чрезмерно заострившаяся рабочая кромка может стать настолько тонкой, что при чрезмерной осевой нагрузке сминается и заворачивается вверх (Рис. 9).

     

Рис. 9. Поверхность трубки после работы с корундовым абразивом – язвочки от внедрения зёрен. Сминание рабочей кромки.

Зёрна несвязанного (свободного) абразива ненадолго врезаются, внедряются в мягкую поверхность медной трубки, кратковременно уподобляясь огромной твёрдости фиксированным зубьям напильника. Собственно, трубка этими зубьями, ставшими фиксированными, и производит сверление камня. На поверхностях трубки остаются язвочки от этих внедрений (Рис.9). По снимку – понятно, насколько неподвижно зёрна укоренялись в меди.

Бороздки

Механика образования бороздок на стенках надпила никак не связана ни с самими причинами (фиксация зёрен абразива в меди у передней кромки трубки) углубления трубчатого сверла в заготовку (т.е. с собственно «сверлением»), ни с ритмичностью подачи абразива в рабочую зону.

Ключевое наблюдение: попытка от работы с абразивной суспензией перейти к работе с сухим абразивом, влажным абразивом, или даже просто переизбыток абразива в суспензии, приводят к быстрому (2-3 минуты) исчезновению этих бороздок. Обе стенки надреза, и отверстия, и керна – выглаживаются. А при возвращении к пользованию суспензией некоторой определённой насыщенности и в оптимальных количествах, канавки снова протираются в течение нескольких минут.

В спокойном состоянии под своей тяжестью абразивная суспензия – внизу, у рабочей кромки, а выше только вода. Первичные бороздки на стенках процарапываются зёрнами абразивной взвеси, поднимаемой всплесками собственно абразива выше зоны работы передней кромки при взбалтывании вращением и перемещаемыми по окружности при их притирании трубкой к поверхностям керна и стенки отверстия (Рис.11). Бороздки образуются и при прокатывании таких зерен (как выкрашивается бороздка под роликом стеклореза). Как только появляется (процарапанная, протёртая, выкрошенная, прокатанная) бороздка, ближайшие зерна тоже скатываются именно в нее, а следующая бороздка может появиться уже не ближе определенного расстояния.

Рис.10. Профиль стенки отверстия или стенки керна с проточившимися бороздками.
Рис.10.1.Бороздки образованные всплесками суспензии на изначально гладкой стенке деревянной оправки, наложенной на гранитную заготовку для облегчения начала работы
Рис. 11

Если всплеском зёрен поднято не слишком много, все они с выпуклостей между бороздками будут неизбежно скатываться в ближайшие бороздки, находясь на выпуклостях очень недолго. Отсюда – приблизительная равномерность чередования бороздок (Рис.12). Сваливание зёрен абразива в канавки происходит при прижимании движущейся стенки трубки к стенке отверстия, или керна.

Рис.12. Керн из современного сверления.

Работает и ещё один механизм образования и углубления бороздок. Из-за действия сил поверхностного натяжения в момент отлипания трубки от обкатываемой поверхности керна, или стенки, абразивная суспензия подсасывается от них в локальные зоны мгновенных понижений давления в виде дискретных из-за вязкости сгустков. Эти сгустки, перемещаемые и размазываемые проскальзыванием трубки по керну и стенке отверстия, рассредоточиваются – растягиваются в виде гряд в направлении движения, заполняя намеченные зёрнами бороздки. Тут же прижатыми трубкой к поверхностям керна и стенки грядами абразива бороздки дополнительно «расхаживаются».

 

В придонной зоне кольцевого надпила, то есть в месте максимальной концентрации состоящей из абразива, гранита и меди, и истёршейся в слизь пульпы бороздки на стенках или вовсе не образуются, или, образовавшись, тут же сошлифовываются этой слизью. Стенки у донышка надпила часто даже отполированы!

 

 

Трубки цельная и разрезная

По рис.13 и рис.14 сразу угадывается, что показаны результаты абразивного трубчатого сверления гранита и керамогранита с использованием неразрезной трубки.

Рис.13, Рис.14

Абразивная суспензия, подававшаяся в зазор снаружи трубки, внутрь попадала практически только благодаря её покачиванию, просачиваясь сквозь щёлку внизу под кромкой. Поэтому, всё время в самом низу у кромки между трубкой и керном находилось лишь очень небольшое количество рабочей суспензии – здесь нечему было «всплескиваться». В результате, на стенках отверстий хорошо различимы бороздки, процарапанные, протёртые из-за всплесков абразива, а на кернах бороздки практически незаметны. Понятно, пользы от появления бороздок на стенках отверстия и керна, вызванных всплесками пульпы – никакой. Важно, что фактически здесь абразив работал только снаружи трубки, эффективность сверления была снижена в два раза! Для эффективной работы системы (трубка + абразив) необходимо наличие оптимальных количеств рабочей суспензии по обе стороны стенки трубки, внутри и снаружи. «Разрезная», а фактически – свёрнутая из медного листа на оправке трубка имеет длинную продольную щель, обеспечивающую свободный обмен суспензией между внутренним объёмом трубки и объёмом между трубкой и стенкой отверстия. И…, как бесплатное приложение – обеспечивающую возникновение бороздок на керне.

Керны

Рис. 15

Археологи находят в Египте выбитые из отверстий ненужные керны. Знаменитый керн (Рис.15) сэра Уильяма Флиндерс Питри («керн №7», каталожный номер музея Питри – 16036): «Очень показателен керн красного гранита из Гизы. Оставленные на нём зубом сверла несколько прослеживаемых оборотов непрерывной борозды формируют настоящую винтовую резьбу и свидетельствуют о быстрой подаче сверла...»

Конечно же, на керне №7 нет и в помине ни регулярных спиралей, ни намёков на «резьбу», прорезанную фиксированным зубом сверла, двигавшегося в толще гранита с 2-мм шагом на каждый оборот. Есть набор бороздок с крайне нерегулярным «шагом»; механизм их образования подробно описан выше, а «шаг» не имеет ни малейшего отношения к продвижению сверла вперёд.

Рис.16. Слева фрагмент снимка керна №7: четыре бороздки слились в одну. Справа керн после современного трубчатого сверления– от букв fly две бороздки идут вверх и сходятся в одну. Видно, как протёртые абразивом канавки беспрепятственно проходят и пошпату (розовый), и по тёмным кристаллам (кварц и слюда)

Бороздки иногда случайным образом переходят «со строки на строку» и неискушённому олуху – меценату это явление можно выдать за спираль.

Почему абразивное зерно без запинки проходит по кварцу, шпату и биотиту, прорезая их на одну глубину? Жёсткости стенки трубки (или полотна пилки) вполне достаточно, чтобы глубине резания не отзываться, не реагировать на местные изменения твёрдости стенки отверстия (или надпила): она не выпячивается и не прогибается, когда прижимаемое ею зёрнышко абразива переходит от менее твёрдого зерна гранита к более твёрдому, или от более твёрдого к менее твёрдому.

В Египте 

При использовании отверстий в качестве ступиц для осей дверей и ворот, чтобы ось слишком быстро не истиралась упомянутыми бороздками, внутренность отверстия, по-видимому, ещё до начала использования шлифовали – поверхность несколько сглаживалась (Рис.17, 18).

Рис. 17. Сглаженные шлифовкой саккарские ступичные отверстия. В правом на стенке – продукты окисления втёртой в неё медно – абразивной пульпы
Рис.18. Профиль сглаженной шлифовкой поверхности стенки отверстия.

Иногда в ступице для сохранности дверной оси крепили подшипник скольжения – медную втулку. У входа в отверстие на рис.19 видны дополнительные проточки для крепления такой втулки - подшипника.

Рис. 19. Карнак, ступица около 18 см в диаметре (предположительно 18 династия). Справа – профиль её донной канавки
Рис. 20. Донная канавка всё той же ступицы. Видны бороздки от измельчившихся зёрен абразива.

В тяжёлых изделиях сверлились такелажные отверстия. Например, для поднятия, перемещения и установки на место крышки гранитного саркофага царевича Ахет-Хотепа (IV династия) просверлены четыре отверстия, в которые можно было пропустить верёвочные петли. Хороший пример наклонного такелажного отверстия в крышке гранитного саркофага из мастабы царевича Каваба. Оно кажется очень изогнутым, но это обман зрения из-за винтообразности скола.

Рис. 21. Саркофаги царевичей Ахет-Хотепа и Каваба, Древнее царство

Получение  полостей в сосудах из твёрдых пород камня начиналось в трубчатого абразивного сверления. Затем, если требовалось, производилось токарное растачивание полости.

В Египте полости некруглой формы часто создавались высверливанием. Для этого близко друг к другу (с взаимным перекрытием, или без) делалось множество сверлений, но керны сразу не выбивались (Рис.24), чтобы трубке было, чем удерживаться с боков, при каждом следующем сверлении. Чтобы не было опасений, что абразивная суспензия стечёт в уже готовые соседние сверления и оголит работающую трубку, достаточно было просто поддерживать постоянный её уровень во всём объёме сверлений, а оставленные пока не выбитыми соседние керны позволяли не использовать при этом избыточного количества абразивной суспензии.

Рис.23. Египетские примеры выборки объёмов при помощи множественных сверлений
Рис.24. Взаимные перекрытия сверлений. Результат опыта, 2016

Таким же методом делались и полости саркофагов из твёрдого камня – на внутренних плоскостях их стенок иногда обнаруживаются несошлифованные следы абразивных сверлений. Ступицы для осей больших воротин тоже иногда делались сверлением отверстия не большого диаметра, а множеством мелких сверлений, как, например, эта ступица второго пилона в храме Рамсеса-III в Мединет-Абу (Рис. 25).

Три из опытов Н.Васютина

Четвёртый опыт, 2010 год

Гранит, разрезная трубка и корунд из раздробленного отрезного диска.

Привод сверла – низкооборотная электродрель. Между патроном дрели и собственно трубчатым сверлом – шарнир Гука (Карданово соединение) для обеспечения сверлу степеней свободы (Рис. 25, слева), полностью имитирующих свободные произвольные покачивания сверла при работе ручным коловоротом.

Рис. 26. Соединение дрель – сверло. Окончание опыта, видна ширина щели в трубке

Медную трубку, использовавшуюся в этом опыте, трубкой можно назвать лишь условно. Даже разрезной её не назовёшь! Ширина получившейся после обёртывания оправки медным листом щели – порядка 18 мм (Рис.26, справа). Такая щель обеспечила абсолютно свободную циркуляцию абразивной суспензии между объёмом внутри трубки и объёмом между трубкой и стенкой отверстия. И возникновение бороздок на керне. Абразив подавался снаружи, между стенкой сверления и трубкой без вынимания сверла.

Рис.27. Трубка по окончании опыта
Рис.28. Результат
Рис.29. Развёртка керна
Рис.30. Профиль бороздок на керне

Шестой опыт, 2016 год

Гранит, сплошная трубка и корунд из раздробленного отрезного диска.

Привод сверла – ручной коловорот с гипсовым маховиком, обеспечивающим вертикальную нагрузку и гироскопический эффект для стабилизации положения оси сверла.

Для опыта использована сплошная трубка. Её рабочий конец на длине около 12 см был проточен для утончения стенки до 2 мм. Для возможности циркуляции абразивной суспензии вместо выпиливания щели в стенке были просверлены отверстия диаметром 10 мм. 

Рис.31. Коловорот с насаженной трубкой

Этот опыт с самого начала пошёл не так, как следовало бы.

Прежде всего, абразив был истолчён довольно грубо, поэтому своими крупными зёрнами он сразу стал рвать поверхности отверстия и керна, просто-таки выбивая из них кристаллы гранита.

Практически всё время сверление велось перенасыщенной суспензией. В суете как-то забылось, что однажды добавленная в рабочую зону порция абразива никуда оттуда не исчезает, она только немного уменьшается в объёме за счёт взаимного истирания зёрен, но исчезнуть ей некуда. Это не пиление, где абразивная суспензия из рабочей зоны постоянно выбрасывается взад – вперёд и требуется постоянное её восполнение в больших объёмах.

Рис. 32. Керн, профиль кольцевого прореза, стенка сверления

Мы же, неопытные помощники, обильно добавляли абразив в щель между трубкой и стенкой.

Не давая прежней порции пульпы (корунд, гранит, медь) истереться, сработаться, сгущали пульпу, превращая её в кашу. Сверление всё время шло с сухим скрежетом, несмотря на то, что гранитный кубик (в котором сверлили отверстие) полностью залили в ведре водой.  И к окончанию работы, когда трубка погрузилась в кольцевой надрез почти на пять сантиметров, а абразива было столько, что он оказался затёртым в щели между трубкой и стенкой отверстия на всю её высоту, вращать коловорот стало очень трудно.

Видно, что, если на стенке отверстия ещё сохранились остатки грубых рваных кольцевых бороздок, почти стёртых под окончание работы, то на керне бороздок почти нет вообще – отсутствие в трубке достойных размеров проходов для циркуляции пульпы не смогло не сказаться. Круглые отверстия не смогли заменить нормальной широкой вертикальной щели. Ни о каких всплесках суспензии к стенке крена речи быть не могло.

 Трубку часто вынимали наружу, интересуясь глубиной сверления, а когда вставляли обратно, каждый раз на дно кольцевого прореза уже успевал осесть толстый слой осадка – пульпы. И кромке, притупляясь, приходилось заново прорезать осадок до дна. И всё же, медленнее, чем это происходило бы, не вынимай мы трубку, она заострялась. По толщине стенки, видимой внутри отверстий, можно судить о том, насколько заточилась рабочая кромка.

Рис. 33. Трубка в самом начале опыта и по окончании.
Рис. 34. Итог

Данные, касающиеся этих двух опытов Николая Васютина, представлены в Табл.1.

Табл.1

№ опыта

Диаметр трубки/

толщина стенки, мм

Абразив

Диаметр керна, верх/низ, мм

Диаметр сверления, верх/низ, мм

Глубина сверления, мм

Износ трубки, мм

Вертикальная нагрузка, кГ

Частота вращения, об/мин

Скорость сверления, мм/час

    4

46,5(2)

корунд

39,4/43

50,5/50

      70

     20

           4

100-150

    8-12

    6

47,6(2)

корунд

39,8/44

50,6/47

      50

     15

           11

ок. 150

    ок.10

Седьмой опыт, 13 мая 2017

Гранит, сплошная трубка и корунд из раздробленного отрезного диска.

Это – успешная попытка восстановить забытое за семь лет мастерство оптимальной подачи корундового абразива. Коловорот и трубка использовались те же, что и год назад.

Тогда опыт проводился с целью впервые показать на видео технику сверления твердых пород камня реконструированным коловоротом. Но год назад он был успешно провален уничтожением начавших было появляться традиционных «египетских» бороздок, хотя и доказал кому-то возможность легко сверлить гранит медной трубкой с абразивом.

Но цель-то наша – понять, почему у египтян получались именно такие отверстия, какие получались, какие именно условия следовало соблюдать. Механизм, физика появления бороздок были нами расшифрованы давно, но совершенно ещё не были ясны тонкости работы. Следовало окончательно закрепить в понимании, как вели себя рабочие, что в результате отверстия получались с характерными бороздками (а об этом можно судить по состоянию стенок большого количества, например, ступичных отверстий в гранитных притолоках Египта). Для выяснения этих тонкостей Николаю пришлось в ходе подготовки к новым съемкам провести более двух десятков опытов, пока не стали ясны условия возникновения бороздок и удалось добиться устойчивой повторяемости результатов.

Абразив на этот раз ассистент подавал под строжайшим наблюдением Николая, исключительно собственноручно вращавшего коловорот. Некоторое раскачивание оси коловорота неумелыми руками опять грозило стачиванием прекрасно получающихся у него «египетских» бороздок, даже при правильной подаче абразива.

Момент, когда следует подать новую дозу корундового абразива, определялся по «звучанию процесса». Стало тихо, трубка вращается в кольцевом надрезе образца с лёгким шипением – пора добавить абразив.

Доза – комочек влажного корунда «диаметром» миллиметров четыре - пять. Правильный объём дозы был постепенно подобран экспериментально: он должен обеспечивать эффективную работу сверла и ни в коем случае не забивать зазоры, затрудняя вращение и уничтожая бороздки.

Абразив при эксперименте добавлялся на приплющенном кончике спицы прямо в зазор между трубкой и стенкой отверстия. В момент добавления дозы звучание изменялось, превращаясь в характерный суховатый скрежет. Скрежет в течение минуты – двух снова обращается в шипение, и, значит, пора было добавить новый комочек.

Рис.35. Ассистент подносит кончик спицы с налипшим на него абразивом к зазору между трубкой и стенкой отверстия

Испытан и другой способ правильной дозировки – положить горку абразива внутри у края окружающей отверстие пластилиновой ванночки и в нужный (по звучанию) момент сгрести спицей примерно ту же дозу в зазор, или смыть её туда струйкой воды.

Трубка. Как уже сказано работала та же трубка, что и в мае прошлого года, Николай только закрепил её на древке заново, более «аутентичным» способом: деревянными клиньями и грубым шнуром. За неимением пальм – не пальмовым. Рабочая кромка, начавшая самозатачивание в прошлом году, продолжила его и суммарно заострилась с 1,8 мм до 0,3 мм.

Рис.36. Окончание работ
Рис.37. Лучковое сверление в Египте

P.S. Май 2017

В качестве послесловия ненадолго вернёмся к началу и обратимся к упомянутому лучковому сверлению трубкой. Как и сказано, при сверлении лучковый привод у египтян применялся, по всей видимости, только для проделывания отверстий, условно говоря, небольшого диаметра. При малых диаметрах для вращения требуются требуется меньшие усилия.

По работе с коловоротом очень хорошо уже было понято, какие усилия следует развивать для преодоления трения в зазорах у трубки и то, что энергия раскрученного маховика – основная энергия, производящая работу, а рука лишь поддерживает процесс, пополняя энергию маховика. Кроме того гироскопический эффект, стабилизируя положение трубки относительно заготовки, способствует правильности конфигурации будущего отверстия.

Работа по сверлению с использованием лучковой дрели характерна некоторыми неудобствами, в общем-то, как показали опыты, преодолимыми, но подчёркивающими ощутимую разницу в работах с коловоротом и лучковой дрелью.

Для опыта диаметр разрезной трубки был выбран около 16 мм, почти в три раза меньше, чем в опыте с инерциальным коловоротом.

Рис.38. Закреплённая на древке фальцем разрезная трубка лучковой дрели.

Диаметр древка, на котором закреплена трубка (внутренний диаметр трубки) - около 15мм

Общая высота от рабочей кромки до верха древка - 615мм

Ширина разреза в трубке - 5мм

Толщина медного листа - 0,6 мм

Рис.39. Древко дрели с трубкой

При малом плече силы (радиусе древка дрели) вращающий момент получился небольшим, а вектор силы рывка тетивы, приложенный её витком к такому короткому плечу к тому же стремился прижать трубку к ближайшей стенке отверстия и дальней стенке керна. При сколь-нибудь длительной работе лучковой дрели в таком режиме отверстие формируется неравномерно и приобретает овальность (Рис.39, 40) с большей осью в плоскости движения тетивы. Кроме того (это менее важно и менее интересно), керн тоже приобретает овальность, у которой в плоскости движения тетивы сориентирована меньшая ось.

Рис.40. Результат первого опыта с лучковым сверлением
Рис.41. Отверстие и керн

Параметры первых отверстия и керна:

А=10,6 мм

B=13 мм

C=20,5 мм

D=18.3 мм

Максимальная глубина сверления – 13 мм

Такой порядок вещей не мог быть сочтён нормальным.

Выходом из положения явилось увеличение радиуса древка в зоне навивки петель тетивы лука. Здесь на древко теперь был насажен шкив, увеличивший в этом месте радиус приложения вектора силы натяжения тетивы – увеличено плечо силы и, соответственно, вращающий момент, преодолевающий сопротивление в рабочих зазорах.

Рис.42. Древко дрели с трубкой и шкивом

Вектор же, стремящийся прижать трубку к ближайшей стенке отверстия и дальней стенке керна уменьшается, поскольку с увеличением плеча силы, точка приложения её вектора оказалось отнесенной в сторону от оси древка.

В общем, как всегда и предполагали, вся эта игрушка – только для отверстий очень небольших диаметров. При малом диаметре сверла (не древка!), требуется меньше усилий на собственно вращение, а качание древка и прижимы трубки к стенкам не столь проявлены, поскольку при рывке лука ось предпочитает провернуться, а не качнуться. Скорость вращения сверла, а значит, и скорость сверления, при прочих прежних условиях уменьшились, но точность сверления улучшилась – овальность отверстия и керна заметно уменьшилась (Рис.43, 44).

Скоро древко укоротили почти до шкива, так стало удобнее. А 14 мая 2017 года был дополнительный опыт со сквозным сверлением плоского речного окатыша сплошной медной трубкой (цилиндр, замкнутый фальцем), который от начала до конца продлился меньше 5 минут.

Рис.45. Лучковое сверление речного окатыша (порода камня неизвестна, похожа на известняк) 14 мая 2017 года
Рис.47. Гранит. Сверление малым неразрезным лучковым сверлом. Абразив - наждак

P.P.S. Май 2018, последние сверления

Надеюсь, что последние!

Первое из них.

Весной 2018 года вызрела идея напоследок попробовать, каково это, сверлить в граните ступичное отверстие для ворот храмового пилона: сoda и финальный аккорд. Принципиально такое сверление ничем от всех прежних отличаться не должно было. Но интересовало, получится ли вообще вращать рукой двадцати-сантиметрового диаметра трубу, преодолевая сопротивление, создаваемое абразивом.

Перед началом работы медь будущего «сверла» и гранитная заготовка были взвешены.

На бревно нужного диаметра (19,5см) мы навернули медную полосу толщиной 0,6мм и закрепили её пятью медными гвоздями, оставив щель шириной около сантиметра для обеспечения свободной циркуляции абразивной пульпы между пространствами внутри и снаружи получившейся трубы, рис.48.

Заготовка, которую предстояло сверлить – гранитная пластина чуть больше двух сантиметров толщиной и площадью примерно 25 на 25см, рис.49. Над будущей точкой помещения заготовки соорудили из древесины своеобразный станок – ступицу для нашего коловорота, рис.50, 51.

К собственно сверлению приступили в начале второй половины дня. Сверлить оказалось на удивление легко. Корундовый абразив подавали по уже опробованному алгоритму, руководствуясь «звучанием процесса». Скрежет сменился шипением – пора добавить очень небольшую порцию абразива, смыв её с доски – оправки в рабочий зазор струйкой воды, рис.55.

Часто сменяя друг друга, проработали около четырёх часов и решили посмотреть промежуточный результат. Приподняли коловорот, заготовку вынули из-под «станка» и промыли. Обнаружилась издавна знакомая и закономерно ожидавшаяся картина: чуть клиновидный профиль надпила и не оформившаяся пока очень закруглённая донная канавка.

Начало сверления – широкая расточка, из-за большого поперечного люфта медной трубы, не достаточно сдерживавшегося дощатой оправкой, рис.57. Ширина входа в надпил – 4мм, рис.58.

Собрали станок заново, но на этот раз уже без дощатой оправки, медная труба теперь уверенно удерживалась самой кольцевой канавкой, рис.59, 60.

На следующий день проработали ещё почти пять часов, и в какой-то момент вода из надпила внезапно ушла вниз. Стоп! Дуга длиной более трети окружности сверления неожиданно оказалась пропиленной насквозь. Это произошло из-за неодинаковости толщины гранитной заготовки: толщина плитки была 23 мм в самом тонком месте, а в самом толстом – 27.

После промывки заготовки от пульпы, от удара, вместо высвобождения керна откололась почти половина окружавшей его части заготовки, рис.61. Рабочая медная кромка закономерно оказалась заточившейся и густо покрытой язвочками от внедрения зёрен абразива, рис.62. А стенки отверстия и керна – с характерными, но несколько затёртыми избытком абразива бороздками, рис.63.

Профиль донной канавки кольцевого надпила на правом и левом сколах заготовки получился тоже вполне характерным и предсказуемым, рис.64.

Для особо заинтересованных – углы раскрытия V-образных донных канавок. Слева донная канавка знаменитой карнакской ступицы в обломке гранитной притолоки неподалёку от Шестого пилона Анналов Тутмеса-III (см.рис.19), справа – донная канавка после нашего эксперимента, рис.65.

По окончании работ повторно взвесили гранит и медь и сделали некоторые измерения.

Численные итоги работы:

- толщина меди сверла 0,6мм

- толщина гранитной пластины от 23 до 27 мм

- диаметр кольцевого надпила 195мм

- максимальная глубина сверления 23мм

- максимальная ширина кольцевого надпила на входе 4мм

- угол развала стенок кольцевого надпила у донышка около 90

- радиус закругления донышка надпила около 0,5мм

- общее время работы 9 часов

- Выборка гранита: 90 Г (4128-4038=90), 33,3 см3

- Износ меди: 51 Г (366-316=51), 5,7 см3

Соотношения весов меди/гранита 51/90=1/1,8, приближённо – 1/2

Соотношения объемов меди/гранита 5,7/33,3=1/5,8, приближённо – 1/6

Второе и наираспоследнейшее …

Саше Соколову очень хотелось посверлить трубой из подлинной, самочинно из руды выплавленной меди. Мы наивно надеялись, что речь идёт о тонкой литой и откованной пластине, из которой после отжига мы на оправке свернём нужного нам большого диаметра разрезную трубу, и вот как раз ею и станем сверлить отверстие – выполним ту самую работу, которая только что описана.

Не случилось!

Прислали нам готовую литую толстостенную трубку практически того же диаметра, что нами уже использовался в предыдущих опытах, рис.66.

Ничего интересного и нового это нам не сулило, кроме известных уже неудобств, связанных с чрезмерно большой толщиной стенок этой трубки и с невозможностью циркуляции абразивной пульпы из-за отсутствия разреза.

Понимаем, что из-за чудовищной толщины стенок ширина кольцевой проточки будет нерационально велика, и, истирая в пульпу соответствующее количество камня, сверлить гранит придётся долго. В общем, решили работать с более податливой из имевшихся заготовок. Такой же, какая использовалась при изучении закономерностей в работе с лучковыми сверлениями.

Годы не властны только над Николаем – взялся за рукоять коловорота и мгновенно пошла эффективная работа. Саша пытался, но запустить вращение коловорота ему не удалось ни разу. Я даже и браться не стал…

К концу работы трубка, естественно, подзаточилась и украсилась язвочками от кратких внедрений абразивных зёрен. По состоянию внутренней поверхности трубки ясно, что работа шла ровно в пол силы. Внутренняя поверхность почти девственна: пульпа туда попадала только просачиваясь под рабочей кромкой при непроизвольных наклонах трубки, рис.68.

Абразив добавлялся бессистемно. Сказывалось общее одурение после большого сверления. Результат – на стенках отверстия, рис.69.

Почему бы изначально не использовать для нашего (Колиного!) старого доброго коловорота с маховиком такой же станочек, какой только что работал с бревном? Не было бы мучений с «запуском»! Не надо было бы отвлекаться на стабильность вращения маховика для поддержания гироскопического эффекта.

Учесть на будущее!

Нет, не надо ничего учитывать! Больше не сверлим.

Хватит.

Кто не успел с осознанием порядка вещей – тот опоздал.

Всё.

Понятно, что задачей опытов не было досконально показать, как в Египте действительно велась обработка камня. Всё начинается с подробного инженерного подхода к изучению и пониманию следов, оставленных инструментами древних. При экспериментировании осмысливаются режимы использования инструмента: какими они могли быть в древности, если привели к получению таких-то следов. Конструктивно инструмент прост, остаётся только понять тонкости режимов его применения. И следы непременно получатся «такими-то» сами вследствие точности воспроизведения режимов древнего производственного процесса. Таким образом, задачей было понять, как обработка могла вестись.

Источники: 

  • Petrie, W. M. Flinders, On the Mechanilal Methods of the Ancient Egyptians, 1883
  • Petrie, W. M. Flinders, Tools and Weapons Illustrated by the Egyptian Collection in University College, London (London: 1917)
  • Denys A. Stocks, Experiments in Egyptian Archaeology: Stoneworking Technology in Ancient Egypt (Routlege, 2003)
  • Anna Serotta. Evidence for the use of corundum abrasive in Egypt from the Great  Aten Temple at Amarna
  • Somers Clarke, Reginald Engelbach, Ancient Egyptian Construction and  Architecture, Dover Publications, New York 1990
  • Lucas, A. 1962. Ancient Egyptian Materials and Industries. 4th edn, revised J.R. Harris. London, Edward Arnold and Mineola (NY) 
  • Reisner, George A, Reisner, George A., "The Bed Canopy of the Mother of Cheops," BMFA 30.180 (August 1932)

 

Интересно

Потомство от браков белых и индейцев называют повсюду метисами, на Андском нагорье — также чоло, в Бразилии — мамелюко, или кабокло, в Аргентине — гаучо. Потомок белого (португальца) и метиса называется кастисом, белого и негра — мулатом, белого и мулата — терцероном (следующие степени: квартерон, квинтерон и т. д.), мулата и мулатки — каско, индейца и негра — самбо (в Бразилии также кафузо, или каборе).

Catalog gominid Antropogenez.RU