Зарождение сверления

ЗАРОЖДЕНИЕ СВЕРЛЕНИЯ

История бурения начинается с позднего палеолита, к периоду которого относят наиболее древние находки каменных женских бус и подвесок с отверстиями. К этому времени первобытный человек с достаточной мерой совершенства освоил процессы ударной обработки камня и его резаиия острым кремниевым лезвием. Сочетание приема резания с одновременным вращением инструмента стало естественным продолжением известных операций и привело к освоению нового технологического приема — сверления, величайшего Изобретения неолита.

Если согласиться, что сверление отверстий в морских или речных разноцветных камнях или раковинах понадобилось женщинам для изготовления украшений и пуговиц, то родоначальником сверления впервые стала прекрасная половина древнего человеческого рода... По крайней мере, как можно предположить, первые инструменты для сверления были сделаны мужчиной по заказу или настоянию женщины.

Необходимость сверления отверстий в камне появилась также для инструментов, которыми пользовался только мужчина. Ему необходимо было иметь надежный каменный топор или мотыгу с рукояткой, закрепленной в отверстии. Сверление дало возможность первобытному человеку перейти на качественно новый этап изготовления орудий: от простых к составным. Не случайно появление сверления относят к тем революционным преобразованиям техники, которые поднимают человечество на более высокий этап своего развития.

Для наиболее ранних по времени каменных инструментов с отверстиями, по-видимому, способ получения отверстий был связан не только с чистым сверлением, но и с двусторонним долблением, и с последующей разверткой и шлифовкой отверстия. Впрочем, долбление и развертку отверстия тоже можно считать элементами операции сверления. Сейчас развертку в бурении называют расширением ствола скважины, а инструменты — расширителями.

На рис. 4 показаны простейшие древние каменные инструменты- ііроколки для получения отверстий в каменных или костяных заготовках.

Прокалывание сопровождалось вращательными движениями руки в четверть или половину оборота. Такой прием уже можно считать сверлением, о чем свидетельствуют следы этой операции на торцах проколки в виде круговых линий в плоскости, перпендикулярной к оси вращения.

Здесь не случайно приводится слово «сверление». Пожалуй, только в русском языке различается понятие сверления без связи с тем, в каком материале делается отверстие, и бурения — способа получения отверстия — скважины в каменной основе. В других языках такого различия нет или оио менее явное. Так, английское drilling или немецкое bohren в одинаковой степени означают как бурение, так и сверление. Их звучание и смысл как в горной, так и машиностроительной литературе одинаковы.

Поначалу роль сверла выполняла деревянная палка, на конце которой укреплялся заостренный камень. В Швейцарии, в историческом музее г. Берна, хранится топор, в искривленном отверстии которого сохранился защемленный деревянный обломок, вероятно, остаток сверла. Это одно из немногих в мире вещественных доказательств предположения современных археологов о материале древних инструментов.

Имеются находки кремниевых наконечников для сверла. Одно из них в сечении имеет форму пятигранника, что в современном представлении можно было бы считать весьма удачным конструктивным решением: для удаления мелкой каменной пыли были предусмотрены отверстия, позволяющие очищать сверленое отверстие без остановки вращения. Впрочем, рассуждали конструкторы древнего свЬрла подобным образом или нет, можно только предполагать.

Во Франции, в пещере JIa Ферраси, в 1921 г. были обнаружены плиты из сравнительно мягкого известняка с высверленными чашеобразными углублениями весьма правильной формы (рис. 5). Оии могли быть получены только вращательным движением сверла с заостренным концом, снабженным более твердым, чем известняк, камнем. Этот пример убедительно свидетельствует, что древние люди интуи
тивно, опытным путем, достаточно ясно представляли себе сравнительную твердость и, выражаясь современным языком, буримость горных пород различного состава. Твердость породы учитывалась и при выборе материала для заготовок каменных топоров и молотов: диорит, серпентин, разного рода сланцы, нефрит и другие материалы, сравнительно нетвердые, но вязкие и с малой хрупкостью.

Бурильщик каменного века обычно учитывал слоистость горной породы. Большинство отверстий в исследованных топорах направлено точно вкрест простирания слоев. Это облегчало получение правильного неискривленного отверстия (вот когда человеку уже были известны причины искривлений скважин!). Такой выбор направления сверления позволял избежать раскола каменной заготовки вдоль плоскости напластования при изготовлении отверстия.

До тех пор, пока не появились металлические петли для дверных проемов, были широко распространены каменные упорные подшипники. Чашеобразные углубления подшипников у древнего человека

также получали сверлением. Подшипники считались большой ценностью, особенно в местностях, бедных камнем. В Древнем Египте, например, арендатор, останавливаясь в жилище,обязан был приносить с собой дверное углубление так же, как и кушетку. Во дворцах и замках на подшипниках оставляли памятные надписи.

Сверленые углубления применялись также для сопряженной пары каменных подшипников гончарных колес.

Недавно на болгарском побережье на дне моря были обнаружены древние каменные якоря, имеющие возраст второй половины второго тысячелетия до н. э. Плоские камни, из которых они были сделаны, имеют сверленые отверстия для якорного пенькового каната.

Интересно, что на одном из египетских барельефов гробницы фараона Сахуры (середина третьего тысячелетия до и. э.) также просматривается

каменный якорь аналогичной формы с одним отверстием.

Археологические раскопки дают богатый материал, иллюстрирующий образцы камней с просверленными отверстиями. Особенный интерес представляют орудия, по тем или иным причинам не завершенные до конца. Незавершенная операция позволяет проследить ход сверления и его технологические особенности.

На рис. 6 схематически и иа готовых изделиях показаны примеры сверления. Коническое отверстие в камне свидетельствует о значительном наружном износе орудия — проблеме, волнующей буровиков и по сей день. Уже тогда было замечено,^ что наиболее производительно работают пустотелые сверла с тонкими, но достаточной прочности стенками — принцип, соблюдаемый до настоящего времени.

Двустороннее сверление практиковалось только сплошными сверлами, а одностороннее — кольцевыми. Это обстоятельство косвенно
дает представление об оценке способов бурения древним человеком. Кольцевое бурение более надежное и в энергетическом отношении менее трудоемкое, хотя конструкция сверла оказывалась более сложной и хрупкой. Усложнение конструкции свидетельствует о более позднем происхождении таких сверл.

В глубоких двусторонних отверстиях поперечное сечение по длине не было постоянным, в средней части оно было наименьшим. С помощью кремниевых остроконечных приспособлений (прообраза современного скважинного расширителя) такие отверстия доводились до цилиндрической формы.

При сверлении в ослабленном отверстием месте случались поломки, поэтому сначала сверлилась каменная заготовка. После выполнения ответственной операции молоту или топору придавалась окончательная форма. Чаще всего среди найденных изделий с незаконченным отверстием наблюдаются встречные чашеобразные углубления с двух сторон. Следы отверстия полыми сверлами, дающими кольцеобразные углубления, значительно более редки. В среднем диаметр отверстий составлял 12—45 мм, а максимальная глубина — 32 см.

Совершенно случайно в сверлении твердых горных пород роль резцов была возложена на дисперсный абразивный материал (мелкий песок и т. п.). Зерна песка стали своеобразным заменителем многочисленных мельчайших резцов, одновременное применение которых при других технологических приемах обработки камня стало бы просто невозможным. Включение в работу одновременно большого количества резцов при сверлении цилиндрическим трубчатым сверлом — одно из новинок неолита, позволивших улучшить обработку камня.

Так родился качественно новый способ сверления. Вода охлаждала сверло, связывала отдельные разрушенные частицы и облегчала их удаление.

К применению абразива при бурении в виде стальной или чугунной дроби человечество пришло в конце XIX в. при бурении дробовым способом. Этот способ существует и до настоящего времени. Так, в конце 20-х годов первые нефтяные скважины знаменитого Второго Баку в Чусовских Городках на западном склоне Урала были пробурены с помощью дроби.