Напильник

НапильникиНАПИЛЬНИК, многорезцовый режущий инструмент, имеющий, как правило, несколько поверхностей, которые снабжены нарезкой, и предназначенный для обработки поверхностей путем снятия большого количества очень мелких стружек, получаемых при повторном переменно-возвратном движении его. Отличительной особенностью напильника является способ работы им - многократность рабочих движений, в отличие от однократного движения прошивок (протасок). Смотря по форме, назначению и роду насечки напильники разделяются на очень большое количество различных торговых разновидностей. В прежнее время, в эпоху преобладания ручного труда, когда обработка сложных поверхностей производилась исключительно при помощи напильника возникло громадное разнообразие их форм; в настоящее время преобладание машинного труда сделало многие виды напильников совершенно излишними и значительно сократило общее число типов. Несмотря на механизацию труда в металлообрабатывающей промышленности потребность в напильниках и теперь очень велика; в частности в ремонтном деле, в жел.-дор. мастерских главная часть работы совершается все еще вручную.

По роду насечки напильники разделяются на два больших класса: 1) с линейным зубом - напильники в собственном смысле и 2) с точечным зубом - рашпили. По способу получения насечки напильники разделяются: 1) на насеченные - с зубцами, изготовленными путем насекания их зубилом, 2) фрезерованные - с отфрезерованными зубцами и 3) пиленные (нарезанные) - с зубцами, вырезанными при посредстве особых напильников. Насеченные напильники делаются: а) с простой насечкой - рядом параллельных прямолинейных зубцов, б) с перекрестной насечкой, которая представляет собой простую насечку, пересеченную под некоторым углом другой насечкой, в) с различными видами патентованных насечек, стремящихся соединить достоинства первых двух типов без их недостатков. По форме напильники разделяются на большое число разновидностей, доходящих в каталогах специальных швейцарских фирм до 2000 и более номеров. Наиболее часто применяющиеся виды напильников приведены на фиг. 1:

Виды напильников

1 - ручной напильник, или ручник, плоский напильник с грубой насечкой и параллельными узкими сторонами, из которых одна насечена, а другая оставлена гладкой; 2 - плоский остроносый напильник, с суживающимися к носу боковыми сторонами, все четыре стороны насечены; 3 - остроносый личной напильник - как предыдущий, но более тонкий и с более мелкой насечкой; 4 - параллельный личной напильник, аналогичен 1, но все четыре стороны параллельны, насечены обе плоские и одна боковая сторона; 5 - пропилочный параллельный напильник, с параллельными сторонами, но более узкий по сравнению с 1 и 4; 6 - остроносый бархатный напильник, тонкий плоский, сильно суживающийся к носу напильник с бархатной насечкой ; 7 – квадратный напильник и 8 - квадратный параллельный напильник применяются гл. обр. для уширения и опиливания квадратных или прямоугольных отверстий; 9 - круглый и 10 - цилиндрический, или круглый тупоносый напильник - применяются, как 8, но для круглых и овальных отверстий; 11 - полукруглый напильник с острыми краями и дугой, охватывающей от 90 до 120°; 12 - треугольный (трехгранный) напильник с острыми ребрами и перекрестной насечкой на всех трех сторонах; 13 - ножовка, напильник с клиновидным срезанным внизу сечением; 14 - полуцилиндрический напильник с дугой, охватывающей 180°; 15 - овальный широкий напильник и 16 - овальный узкий напильник представляют в сечении не овал, а два круглых сегмента обычно разных диаметров, сложенных хордами, применяются при опиловке закруглений; 17 - карасик, параллельный напильник клиновидного сечения с закругленной спинкой; 18 - двухсторонняя параллельная ножовка, или сабельный напильник, вытянутого ромбоидального сечения со срезанными острыми углами, применяется, например, при пропиливании прорезов в головках винтов; 19 - долбежный напильник аналогичен 18, но тоньше последнего и имеет острые края; 20 - остроносый трехгранный неравносторонний напильник и 21 - тупоносый, или параллельный, трехгранный неравносторонний напильник: первый снабжается ординарной насечкой и применяется для точки ленточных пил, второй имеет перекрестную насечку и применяется в слесарном деле; 22 - специальный напильник для шлифовки особо тонких цапф, не снабжается насечкой, но обтачивается под углом к кромкам на грубом точиле, вследствие чего на поверхности его остается ряд царапин, играющих роль очень тонкой насечки; 23 - специальный напильник для точки пил для дерева, снабженных зубьями с закругленными впадинами; 24 - плоский тупоносый напильник, с мелкой насечкой и четырьмя насеченными сторонами; 25 - специальный напильник с сечением в форме яблочного семени; 26 - трехгранный напильник для точки пил, отличается от 12 гранями сечения, срезанными по прямым, сравнительно тупым концом, до которого насечка не доходит и одинарной насечкой под более острым углом к ребру напильника, чем в обыкновенных напильниках; 27 - петельный напильник, плоский остроносый напильник с округленными краями; 28 - кабинетный напильник, полукруглый напильник для столяров, со срезанными краями и меньшей выпуклостью полукруглой части, чем у 11. Особо крупные, сильно выпуклые на сторонах и снабженные самой грубой насечкой напильники квадратного сечения называются брусовками; они делаются длиной 300—600 мм, сечением 25 х 25 до 60 х 60 мм и весом 2,4—4,0 кг; насечка у них обычно не доводится до носа; переходную ступень от них к плоским напильникам составляют полубрусовки, по форме напоминающие плоские напильники, а по величине и насечке - брусовки. Особо тщательно изготовленные напильники длиной не более 180 мм с разнообразными фасонными профилями носят название прецизионных напильников; они применяются для опиловки матриц, штампов и т. п. точных изделий; несколько образцов их приведено на фиг. 2.

Прецизионные напильники

Самые мелкие напильники, изготовляемые из одного куска круглой проволоки, часть которой оставляется ненасеченной и служит ручкой, называются надельфейлями, или надфилями. Для обработки несквозных штампов особо сложной формы приходится прибегать к рифлуарам - напильникам изогнутой формы и различных профилей, снабженным насечкой на одном или обоих концах (фиг. 3).

Рифлуары - напильники изогнутой формы с различными профилями, снабженные насечкой на одном или обоих концах

Для работы в напилочных станках лобзикового типа применяются машинные напильники, отличающиеся от ручных большей точностью изготовления, непременной параллельностыо всех сторон и кромок, а также тем, что оба конца их заканчиваются хвостами. Для напилочных станков с вращательным рабочим движением применяют ротативные напильники, представляющие собой фрезера с очень мелкими зубцами. Ротативные напильники делаются самой разнообразной формы в зависимости от их специального назначения; для опиловки плоских или слабо закругленных поверхностей им придают вид шайб, и тогда они носят название дисковых напильников. Кроме этих имеется громадное количество напильников разнообразных форм, применяемых в специальных отраслях промышленности.

Способ работы напильника не отличается от такового же нормальной прошивки, а поэтому и зубцы идеального напильника должны по форме возможно близко подходить к зубцам прошивки.

Продольный разрез и вид сверху плоской прошивки. Зубцы напильника

На фиг. 4 изображен продольный разрез и вид сверху плоской прошивки; значения углов: γ - для стали 12—15°, для чугуна 5—6°, для бронзы 4° (в среднем от 7 до 8 °), α = 3—5 ° и ε = 15—25°. Радиус закругления у дна зубца не д. б. особенно малым во избежание застревания стружек; разрывы в лезвиях зубцов аа («стружкоразбиватели») необходимы для разбивания получающейся стружки на ряд более мелких; наклон зубцов к направлению движения δ = 70—75° для нормальных условий работы. Принимая эту форму за основную, можно спроектировать идеальную форму зубцов напильников (фиг. 5). Практически осуществление зубцов такого вида возможно лишь путем фрезерования, при насечке же зубцов зубилом (способе, применяющемся и поныне в громадном большинстве случаев) форма зубцов значительно отличается от идеальной и притом в худшую сторону. При насекании напильника обоюдоострое зубило, имеющее обычно разные углы заточки, устанавливается под определенным, близким к 90°, углом к поверхности напильника, и затем по нему ударяют с определенной силой. Под влиянием удара острие зубила врезается в металл и образует углубление (фиг. 6), с одной стороны которого, а именно со стороны большего угла наклона зубила, образуется возвышение из выдавленного ударом металла а. Угол γ передней грани зубца напильника - его «груди» - определяется углом ϕ наклона зубила и углом η заточки его передней грани, а именно γ=η-ϕ.

Под влиянием удара острие зубила врезается в металл и образует углубление

Величина угла ϕ ограничена и не может значительно превышать угла трения стали по стали (около 6°), так как в противном случае зубило будет соскальзывать. Угол спинки зубила θ, давая последнему в момент проникновения в металл смещение в сторону груди, влияет на величину и форму образующего перед грудью зубила возвышения. Различные формы заточек лезвия зубила изображены на фиг. 7.

Формы заточек лезвия зубила

Зубило A (η=θ=28—30°) с равнобоким лезвием применяется для насекания нижнего ряда при перекрестной насечке; для насекания верхнего ряда насечек и для напильника с простой насечкой применяют неравнобокое зубило Б, у которого η<θ (η=26—32°; θ=32—36°). Форма получающейся при этом насечки изображена на фиг. 7, Д; при насекании напильников с простой насечкой для мягких металлов, у которых необходимо иметь широкие канавки и острые зубцы, пользуются зубилом типа В, у которого разница в величине углов η и θ еще значительнее (η=20—22°,θ≈60°), при этом получается насечка типа фиг. 7, Е; наконец на фиг. 7, Г изображено зубило, при помощи которого можно насекать зубцы, наиболее по профилю приближающиеся к идеальным (фиг. 7, Ж). До настоящего времени, однако, насекание зубцов последнего типа не применяется по причине крайней ломкости требуемых для этого зубил и связанной с этим дороговизны напильников с таким зубом. Некоторые основные данные о различных типах зубцов приведены ниже (см. фиг. 6).

napilniki t1

Простая однорядная насечка применяется лишь в виде исключения гл. обр. для обработки мягких металлов, дерева и кости (δ=70—80°), а также у напильников для наточки зубцов различных пил; в этом последнем случае угол δ делают острее, а именно 55—60°. Ее главным недостатком является отсутствие стружкоразбивателей; последние получают, насекая последовательно две взаимно перекрещивающиеся насечки. Первую, нижнюю, насечку делают под углом δ1 к оси напильника, причем уклон идет слева сверху направо вниз, по окончании первого ряда поверхность напильника снова насекают перекрещивающей первую второй, или верхней, насечкой, идущей под углом δ2 к оси напильника, причем у верхней насечки уклон идет в обратном направлении.

Вид готовой насечки схематически изображен на фиг. 8, А.; остатки нижней насечки образовали требуемые стружкоразбиватели, однако, как это видно из фиг. 8, Б, изображающей фактический вид насечки, пересекание ее влечет за собой известное ухудшение лезвия, которое в этом случае получает выпуклую форму и режет следовательно лишь своей вершиной (режущая часть лезвия z,z зачернена на разрезе В—Г); это обстоятельство заставляет озаботиться, чтобы вершины отдельных зубцов не лежали на прямых, параллельных оси напильника, т. к. тогда при работе вместо плоской поверхности он выстрагивал бы желобчатую.

Вид готовой насечки

Чтобы избежать этого, придают обеим насечкам разные углы наклона или, т. к. одно это средство в виду малой разности между δ1 и δ2 оказывает слишком незначительный эффект, делают их разного шага t (фиг. 6). Вообще расположение отдельных зубчиков прямыми рядами нежелательно, т. к. при движении напильника, параллельном направлению этих рядов, обрабатываемая поверхность покрывается рядом желобков. В напильниках, насекаемых ручным способом, небольшие неравномерности шага сами собой приводят к образованию криволинейных рядов зубцов, при машинной же насечке этого достигают, применяя специальные механизмы, дающие насечку с переменным, периодически меняющимся по длине напильника шагом. Величины углов, образуемых обоими рядами перекрестной насечки с осью напильника, имеют существенное значение для правильной работы его; строго говоря, для каждого обрабатываемого напильником материала существуют оптимальные углы наклона, но так как изготовлять и держать на складе специальные напильники для разных материалов экономически невыгодно, то обычно δ1 и δ2 придают некоторые средние значения, которые колеблются для δ1 между 47 и 55° и для δ2 между 68 и 75°, причем средними значениями являются δ1=55° и δ2=70°. На фиг. 9 изображена насечка «Novo», представляющая собой обычного типа простую однорядную насечку, в режущих гранях зубцов которой вырезаны стружкодробители а,а, расположенные по волнообразным кривым ef. Рабочая часть зуба z, показанная на фиг. 9 черным, по сравнению с обыкновенной перекрестной насечкой больше, что теоретически должно обусловливать большую стойкость зубцов «Novo».

Рабочая часть зуба

Рашпильная насечка, изображенная на фиг. 10, получается насеканием каждого отдельного зуба при посредстве зубила особой формы. Как видно из чертежа, форма рашпильного зуба мало пригодна для резания твердого материала в виду малого протяжения лезвия зубцов; поэтому рашпили применяют главным образом при обработке дерева, рога, кожи и других мягких материалов, когда сравнительно невысокие зубцы обыкновенного напильника скоро забиваются опилками.

Рашпильная насечка

Теоретически правильная форма м. б. придана зубцам напильника лишь при помощи фрезерования. Имеются многочисленные типы фрезерованных напильников, из которых многие зарекомендовали себя с хорошей стороны, особенно в специальных областях холодной обработки, например, при опиловке алюминия и его сплавов. Напильники с фрезерованными зубцами разделяются на напильники с дугообразными и прямолинейными зубцами. Дугообразные фрезерованные напильники (фиг. 11, А) нарезаются при помощи кольцевого лобового фрезера, имеющего режущую поверхность заточенную в форме конуса с углом в 120°С при вершине (фиг. 11, Б); диаметр фрезера берется приблизительно в два раза больше ширины напильника, и оси фрезера придается наклон в 1°30’ к вертикали для того, чтобы задний конец его мог проходить над необработанной еще частью заготовки напильника.

Дугообразные фрезерованные напильники

Зубец образуется в результате пересечения конической поверхности фрезера с цилиндрической поверхностью предыдущей выемки; т. к. диаметр цилиндра на двойной шаг насечки меньше диаметра конуса, то точка а лежит несколько ниже, чем точка б зуба, лежащая на оси напильника; благодаря этому верхняя поверхность напильника в целом получается несколько выпуклой, что впрочем не вредит работе его. Прямолинейные фрезерованные зубцы напильника изображены на фиг. 12; как видно из данных, приведенных на чертеже, форма этого зуба близко подходит к идеальной.

Прямолинейные фрезерованные зубцы напильника

Стружкодробители а, аналогично описанному выше типу «Novo», проходят по волнистым кривым. Задача фабрикации фрезерованных напильников до настоящего времени не может считаться окончательно разрешенной, так как сложность инструмента и требуемая для получения зубцов напильников одинаковой высоты точность так сильно удорожают фрезерованные напильники, что, несмотря на ряд преимуществ, эти напильники не смогли сколько-нибудь успешно конкурировать с насеченными напильниками.

Кроме формы зубцы напильника характеризуются также своими абсолютными размерами, которые определяются шагом насечки, а практически числом насечек на единицу длины. В Англии и США считают число насечек на 1 дюйм перпендикулярно к направлению насечки, а в Германии и СССР на 1 см, считая по длине напильника. Т. о. для перевода английской нумерации в германскую необходимо разделить ее на 2,54: sin δ, или (считая δ = 70°) на 2,71. В Англии все напильники по грубости насечки делятся на шесть следующих классов:

В Англии все напильники по грубости насечки делятся на шесть следующих классов

По русской торговой номенклатуре напильники разделяются на брусовки, драчевые, полуличные, личные и бархатные. Количество насечек на 1 см зависит не только от обозначения насечки, но и от размеров напильников: чем последний больше, тем грубее насечка при том же торговом обозначении. Зависимость между номером, длиной и количеством насечек на 1 см видна из фиг. 13, как для ручных и часовых напильников (надфилей), так и для машинных.

Зависимость между номером, длиной и количеством насечек на 1 см

Фабрикация напильников состоит из ряда следующих основных операций: 1) отрезки заготовки, 2) отковки, 3) отжига, 4) выпрямления, 5) обточки или шлифовки на камне, 6) опиловки, 7) лицевания, 8) насечки или нарезки зуба, 9) правки, 10) закалки, 11) чистки и заострения зуба, 12) отделки и упаковки. Материалом для напильников служит углеродистая сталь с содержанием 0,9—1,5% С; 0,10—0,25% Si; 0,28—0,60% Mn; ≤0,04% S; ≤0,05% Р; твердость по Бринеллю для вальцованного материала должна равняться: 300—400 для легированных сталей, 250—300 для высокоуглеродистых сталей и 200—230 для бессемеровской и рашпильной стали. Высшего качества напильники изготовляются из стали с присадкой небольшого количества хрома или из электростали; тигельную сталь в виду ее дороговизны применяют лишь для мелких прецизионных напильников, тогда как вся главная масса напильников изготовляется из бессемеровской стали. Содержание углерода в стали берется тем выше, чем меньше размер изготовляемых из нее напильников. Материал доставляется сталеделательными заводами обычно в форме полос, прокатанных в нужный профиль, так что отковка сокращается до минимума. Первой операцией производства напильников является отрезка заготовок от штанги, производимая на ножницах или прессах, в которых установлены ножи; заготовки большого размера от толстых полос предпочтительно отрезаются на циркулярных пилах.

Следующей операцией является отковка хвоста напильника и оттяжка переднего конца его. Нагревание производится в коксовых или нефтяных печах, причем стараются нагревать не более того участка, какой необходим для процесса отковки. Самую оттяжку хвоста и переднего конца производят у мелких и средних напильников под пружинными молотами с весом бабы 8—50 кг, более крупные же напильники отковывают под паровыми или воздушными молотами с весом бабы 50— 100 кг. Отковка переднего конца плоских и полукруглых напильников производится по б. ч. в штампах, причем в США последние снабжают тремя гнездами: одно для предварительной оттяжки, второе, для черновой отковки формы носка по ширине и третье, посредине между двумя первыми, для окончательной отделки. Иногда применяют вальцевание напильников, пропуская их через две пары вальцов как показано на фиг. 14; однако в виду нежелательности слишком высокого нагрева напильников, необходимого вследствие быстрого остывания их в вальцах, способ этот не получил значительного распространения.

Вальцевание напильников

В последнее время начинают входить в употребление ковочные машины. Оттяжка хвоста обычно производится вручную под воздушным или пружинным молотом. Невозможность окончательной отковки круглых и треугольных напильников в обыкновенных штампах привела к созданию ряда специальных конструкций, например, молотов с качающейся наковальней (фиг. 15); рабочий сидит на качающемся сидении а, связанным тягой с наковальней б; отодвигаясь, чтобы подвести под молот новый участок поковки, он поворачивает наковальню с укрепленной в ней матрицей, и т. о. отковка совершается постепенно от толстого конца к тонкому, и металл свободно течет вперед, не раздаваясь в стороны, как это имеет место в закрытых штампах.

Молот с качающейся наковальней

Отжиг напильников, следующая за ковкой операция, производится обычно в коксовых или нефтяных печах; последние особенно удобны вследствие возможности точно регулировать температуру и количество вдуваемого воздуха. Стараются вести нагрев при недостатке воздуха, т. е. при восстановительном пламени, т. к. тогда угар и образование окалины сводится почти на нет. При нагревании печи коксом или каменным углем, содержащими всегда серу, приходится пользоваться муфельными печами, что, с одной стороны, удорожает отжиг, а с другой - сильно затрудняет равномерное прогревание всей загружаемой в печь массы напильников. Отжиг ведется при температуре 820—850°С в течение четырех часов, затем печь замуровывают по возможности герметически и оставляют остывать вместе с напильниками, что должно продолжаться не менее 12—18 час. Последующие операции - выпрямление, обточка, опиловка и лицевание - имеют общей целью подготовить заготовку для операции насекания. Обычно напильники при ковке и отжиге слегка коробятся; их выпрямляют на особой наковальне вручную молотком, причем одновременно обивается окалина, образовавшаяся при ковке и отжиге. При нагревании напильников во время предыдущих операций неизбежно выгорает некоторое количество углерода в поверхностном слое заготовки; для получения твердого зубца необходимо снять этот обезуглероженный слой (толщина его в зависимости от совершенства печей колеблется в пределах от 0,5 до 1,0 мм). Операция обточки и имеет целью одновременно с приданием напильникам правильной формы снять этот мягкий слой; так как обточка не должна сопровождаться сильным нагревом напильников, который мог бы вызвать необходимость нового отжига, то обточка производится на точильных кругах при обильном смачивании водой. Круги делаются обычно очень большого диаметра (до 2,5 м) и значительной толщины (до 35 см), из равномерного твердого песчаника с среднекрупным зерном. Камни устанавливают на солидных валах, хорошо уравновешивают и приводят во вращение с окружной скоростью 8—10, но не больше 11 м/сек.

По настоящее время процесс обточки совершается преимущественно вручную: рабочий стоит перед камнем и, опираясь в специально сделанную для этой цели спинку, коленями прижимает напильник к камню; при этом напильник в (фиг. 16) помещается в державке особой формы; рукоятку а рабочий держит в руках, а на концы поперечины б нажимает коленями.

Напильник помещается в державке особой формы

Обточка производится в два приема: сначала поперек напильника, затем другим рабочим - вдоль. В США обточка плоских и квадратных напильников механизирована: ряд напильников укладывается на доску а (фиг. 17), которая вставляется в рамку б, приводимую в переменно-возвратное поступательное движение; на задней стороне доски а устроен особый выступ в, опирающийся на ролик г и сообщающий напильнику необходимое для образования профиля боковое движение.

Обточка плоских и квадратных напильников

Для того, чтобы камень срабатывался равномерно, ему придают медленное движение вдоль оси, для чего на конце вала поставлена свободно вращающаяся втулка д, снабженная фасонной канавкой и приводимая в медленное вращение шнуровым шкивом е. Круглые и полукруглые напильники однако и в США обтачиваются вручную. Многочисленные попытки применить к обточке напильников наждачные шлифовальные диски до настоящего времени не имели прочного успеха гл. обр. в виду появления отдельных закаленных участков, вызывающих позже неравномерную насечку и частую поломку зубил. Обточке на камнях подвергаются крупные напильники, все мелкие и фасонные напильники поступают после отжига в опиловку, где им и придается окончательная форма путем опиловки вручную особыми напильники. Крупные напильники сложной формы после обточки также иногда опиливают для исправления мелких недостатков обточки. Следующей операцией является лицевание, имеющее целью сообщить поверхности напильника ту степень гладкости, которая необходима для последующего насекания; степень эта различна в зависимости от величины напильника, а также тонкости насечки. Операция производят на лицевальных машинах (фиг. 18); напильник а зажимают в тиски б, приводимые в движение кривошипно-кулисным механизмом в от вала ременного шкива г; лицующий напильник зажат снизу траверсы д, укрепленной на станине; особый механизм сообщает траверсе медленное продольное перемещение с целью избежать появления на лицуемых напильниках продольных канавок.

Лицевальная машина

Нажим обрабатываемых напильников производится грузами е, вес которых изменяется сообразно желаемой степени гладкости лицевания. Для того чтобы лицевальный напильник резал правильно, необходимо поднимать его при обратном ходе салазок, что и выполняется особым механизмом. В последнее время строят также лицевальные машины более сложной конструкции для лицевания полукруглых напильников, однако эта работа, а равно и лицевание всех фасонных напильников выполняется и сейчас главным образом от руки при помощи особой формы двуручного лицевального напильника. После лицевания напильники маркируют (метят) штампом под небольшим молотом или чаще в винтовом фрикционном прессе, после чего напильники готовы к насеканию.

Насекание напильников производится вручную или на машинах. Ручное насекание напильников практикуется и по настоящее время в довольно большом объеме; оно требует от насекальщика исключительной опытности, так как равномерность и постоянство формы насечки зависят от его ловкости и мускульного чутья. Орудия для ручной насечки напильников весьма несложны (фиг. 19); они состоят из призматической железной осталенной или стальной наковальни А, весом в 70—80 кг, снабженной с одного конца вырезом а, в который вдвигают цинковые или свинцовые подкладки при насекании напильников сложной формы или напильников, снабженных уже насечкой на одной из сторон.

Орудия для ручной насечки напильников

На наковальне напильник удерживается при помощи ремня б, который насекальщик натягивает ногами. Рабочий инструмент состоит из зубила Б и молотка особой формы В. Размер и вес как молотка, так и зубила должны соответствовать крупности насекаемого зуба; вес зубила изменяется в пределах 20—700 г, молотка 0,25—5,2 кг. Для насекания рашпилей применяют небольшие зубила Г с пирамидальным острием и молотки В1 уменьшенного веса. Насекание начинается всегда с носка (передней части) напильника; насекальщик ставит зубило под правильным углом как к вертикали, так и по отношению оси напильника на смазанный маслом (для более легкого всхождения выступов металла на грудь зубила) напильник и наносит на зубило соответствующей силы удар. Зубило, углубляясь в металл, выжимает с одной стороны небольшое возвышение (зуб), который и служит насекальщику для ориентировки при установке напильника для насекания следующего зубца. Опытные насекальщики производят до 80—220 ударов в минуту, смотря по грубости насечки. После того как нижняя насечка нанесена на обеих сторонах напильника, гребни ее слегка сглаживают личным напильником, затем приступают к насеканию верхней перекрестной насечки. Чтобы не портить лежащей внизу насеченной уже части напильника, последний при этом кладут на подставку из цинка; применявшийся прежде для этой цели свинец теперь оставлен в виду вредного действия получающейся при этом свинцовой пыли на здоровье рабочих. Трудность ручного насекания напильника помимо необходимости правильно ставить зубило заключается также в соразмерении правильной силы удара, меняющейся не только от насечки к насечке, но и на протяжении одного напильника не остающейся постоянной ввиду меняющихся ширины и профиля его. Трудность ручного насекания напильников издавна заставила обратиться к нахождению способа механизации этой работы; интересно отметить, что первая насекальная машина была изобретена Леонардо-да-Винчи в 1503 г. Насекальный станок современной конструкции системы Беше изображен на фиг. 20.

Насекальный станок системы Беше

Рабочей частью станка является баба а, несущая в нижней своей части поворотный патрон б, в котором укрепляется зубило; баба поднимается кулаком в, сидящем на валу г, приводимом во вращение ременным приводом; после того как упор д соскользнет с выступа кулака, баба падает вниз под влиянием собственной тяжести и натяжения пружины е. Последнее регулируется натяжением цепи Галля ж, перекинутой через блок з на вершине рабочей пружины и укрепленной неподвижным концом к станине, а ходовым - к рычагу и, сидящему на одной оси с рычагом к; т. о., меняя положение рычага к, можно изменять натяжение пружины е, а, следовательно, и силу удара зубила. Для автоматического изменения силы удара по длине напильника в зависимости от его ширины на рычаге к укреплен ролик л, катящийся по шаблону м, прикрепленному к каретке н, на которой укреплен насекаемый напильник о. Форма верхней кромки шаблона воспроизводит кривизну верхней поверхности напильника, и кроме того кромка понижается по мере уменьшения ширины напильника; т. о. там, где напильник толще и где следовательно удар был бы ослаблен меньшей высотой падения бабы, шаблон м, двигаясь вместе с  напильником, поднимает рычаг к и, увеличивая натяжение цепи, а следовательно и пружины е, компенсирует это ослабление; к концам же напильника, где в виду его меньшей ширины необходима меньшая сила удара, ролик л дает рычагу к опуститься, причем натяжение пружины е уменьшается. Кроме этого автоматам, приспособления натяжение пружины регулируется раз навсегда для данной насечки посредством ручного маховичка п и независимо от этого может быть в любой момент увеличено рычагом р, поднимающим особым кулаком рычаг к; это последнее приспособление необходимо для увеличения силы удара при попадании зубила на твердые места заготовки, избежать присутствия которых очень трудно даже при наиболее совершенном отжиге. Насекаемый напильник о укрепляется в особом патроне, лежащем в каретке и, которая ходовым винтом с после каждого удара продвигается на величину шага насечки при помощи эксцентрика т, приводящего своей тягой в качательное движение пластинку у с насаженной на ней собачкой храпового механизма, колесо которого заклинено на валу ф; на том же валу сидит коническая шестерня х, передающая движение ходовому винту. Величину шага насечки изменяют, переставляя цапфу эксцентриковой тяги и меняя тем число зубцов, на которое поворачивается храповое колесо при каждом ударе бабы. Каретка ходит по направляющим в люльке ц, которая устанавливается под требуемым углом к горизонту на цилиндрической цапфе ч и закрепляется 2-мя тягами ш1,и ш2. По окончании насекания одной стороны напильника машину останавливают, переводя ремень на холостой шкив вилкой щ, которая соединена с тормозом, действующим на обод махового колеса э, и затем при помощи ручного маховика ю отводят назад каретку, выключив предварительно механическую подачу посредством рычажка я. Описанный выше механизм для изменения натяжения пружины не совсем уничтожает неравномерность глубины насечки, происходящую от различной высоты падения бабы.

Механизм позволяет менять высоту подъема бабы по длине напильника

Механизм, изображенный на фиг. 21, А позволяет менять высоту подъема бабы по длине напильника: кулачковый вал а расположен в подшипниках, находящихся на концах серег б, качающихся вокруг оси в; положение серег, а следовательно и высоту подъема бабы определяют положением раздвижного упора г, на котором покоятся концы серег, упор же связан с рычагом д, вращающимся вокруг оси, укрепленной в станине, и изменяющим свое положение в зависимости от подъема ролика е, катающегося по шаблону ж. Стержень з, снабженный в верхней части пружиной и поднимаемый приводимым в движение педалью упором и, служит для мгновенного подъема зубила и для удержания его в этом положении, например, в случае поломки или выкрашивания лезвия. Изменения высоты падения бабы в других конструкциях (фиг. 21, Б) достигают, делая кулак а, приводящий в движение бабу, переменного сечения и передвигая его вдоль оси механизмом, управляемым шаблоном б. Иногда желательно делать насечку к концу напильника мельче и чаще, чем в остальной его части.

Насекальная машина

Насекальная машина, изображенная на фиг. 22, при посредстве несложных приспособлений выполняет эту задачу. Уменьшение силы удара по длине напильника достигается способом, аналогичным описанному выше, с той разницей, что вместо спиральной стальной пружины здесь применяется резиновый буфер а, степень сжатия которого регулируется, с одной стороны, ручным маховичком б посредством балансира в и подвижного упора г, а с другой стороны - автоматически, путем перемещения эксцентричной оси д балансира, рычагом е, управляемым тягой ж и роликом з, катящимся по шаблону и. Приспособление для уменьшения шага насечки к концу напильника состоит из шаблона к, прикрепленного к каретке л, и рычага с роликом м, сидящего на одном валике с рычагом и, упирающимся в нижний конец ходового винта о; последний имеет возможность двигаться в аксиальном направлении; при этом направленное вниз усилие насекания и соответствующая составляющая веса каретки воспринимается опорным подшипником п или упомянутым рычагом н. В начале насекания, когда каретка находится внизу (положение, изображенное пунктиром), рычаг м нажат шаблоном к вниз, и винт подвинут на соответственный кусок вправо вместе с кареткой. Первым насекается носок напильника; при движении каретки вверх шаблон, отходя постепенно вправо, освобождает рычаг ж, который поднимаясь дает ходовому винту возможность передвинуться немного вниз, захватывая с собой каретку и уменьшая т. о. ее подачу. Кроме описанных выше насекальные машины снабжаются также приспособлениями, обеспечивающими постоянство угла, образуемого осью зубила с поверхностью напильника при неплоской поверхности его, приспособлениями для производства насечки с периодически меняющимся шагом, приспособлениями для насечки полукруглых и круглых напильников, последних также со спиральным зубом и т. д.

Кроме насекания напилочный зуб м. б. получен путем фрезерования и нарезания. Фрезерование напильников производят на специальных станках, конструкция которых б. ч. приноровлена к избранному методу фрезерования; так, дуговые зубцы фрезеруют на вертикальных станках с кольцевым фрезером; с прямолинейными зубцами - по нескольку штук сразу на горизонтальных фрезерных станках, при помощи целого набора фрезеров, обрабатывающих одновременно целый ряд зубцов. Нарезание напильников производится при помощи особых напильников (фиг. 23) треугольного или ланцетовидного сечения, у которых плоские стороны не насекаются, а насечкой снабжаются лишь ребра.

Нарезание напильников производится при помощи особых напильников треугольного или ланцетовидного сечения

Ребром этого нарезального напильника водят в приблизительно перпендикулярном направлении к его оси по поверхности нарезаемого напильника под требуемым углом к оси последнего (фиг. 24); при этом зубчики первого вырезают остроконечные желобки в материале второго.

Ребром этого нарезального напильника водят в приблизительно перпендикулярном направлении к его оси по поверхности нарезаемого напильника под требуемым углом к оси последнего

Полученная т. о. насечка не может сравниться по остроте с насеченной; способ этот применяется гл. обр. при производстве очень мелких напильников, насекание которых затруднительно. Иногда этим способом получают лишь нижнюю насечку, верхняя же насекается обычным способом. Для механического нарезания напильников было сконструировано немало различных станков, один из которых изображен на фиг. 25; кривошипный механизм приводит в движение колено а, соединенное тягами с напилочной головкой б, в которой укреплен нарезальный напильник. Заготовка нарезаемого напильника зажимается в тисках в, установленных под требуемым углом на столе станка.

Станок для механического нарезания напильников

Снабженные насечкой напильники поступают затем в закалочную. Перед закалкой напильник покрывают особой массой, назначение которой двоякое: 1) защитить кончики зубцов насечки от слишком сильного нагревания и пережигания и 2) предохранить верхний слой металла от обезуглероживания или даже несколько повысить содержание углерода в нем. Точный состав этой массы обычно держится каждым заводом в большом секрете; в основном однако все эти массы состоят из углеродистых и азотистых веществ (обожженного и толченого рога, кожаной пыли, угля, муки), смешанных с плавнями (соль, стекло) и другими веществами (например, железистосинеродистый калий, цианистый калий), к которым подмешивается достаточное количество ржаной или пшеничной муки или клея для образования теста. Обмазанные и высушенные напильники нагреваются в закалочной печи; в США значительное распространение получили печи со свинцовой ванной, тогда как в Европе обычно нагревают в коксовых или нефтяных печах. Главным условием всякой хорошей закалочной печи является возможность точного регулирования температуры и постоянство ее по всему объему рабочего пространства печи; наилучшими в этом отношении являются печи со свинцовыми ваннами, затем идут нефтяные и наконец коксовые. Применение соляных ванн (хлористый барий, цианистый калий) и электрических печей до настоящего времени недостаточно испытано на практике. Во время нагревания напильники посыпают сухим калочным порошком состава, аналогичного обмазочной массе; по достижении напильником надлежащей температуре во всей толще, его вынимают из печи и погружают в закалочную жидкость, состоящую обычно из насыщенного раствора поваренной соли или из раствора нашатыря в смеси с азотной или серной кислотой (2—4%). Плоские и круглые напильники обычно погружают в воду вертикально тонким концом вниз; напильники более сложной формы, например, полукруглые, приходится несколько изгибать перед погружением в воду, чтобы уравновесить коробление, которому эти напильники неизменно подвергаются при закалке. Этот выгиб производится самим калильщиком на свинцовой наковальне деревянным молотком, причем степень прогиба и направление его определяются рабочим на глаз на основании опыта. Покоробившиеся при закалке напильники правят, пока они еще достаточно горячи, деревянным молотком или зажимая их между двумя полосами мягкого железа. Для правильной, равномерной закалки необходимо температуру закалочной жидкости поддерживать постоянной и достаточно низкой. Для этого на крупных заводах устраивают центральное охлаждение закалочной жидкости, непрерывно циркулирующей через баки и змеевиковые холодильники. После термической обработки напильников желательной структурой в изделиях является наличие карбидов в мартенсите в поверхностном слое металла глубиной 1—2 мм и троостито-мартенснтовая структура с мелко раздробленными карбидами в сердцевине напильника.

Дальнейшая обработка напильников состоит в очистке их от окалины, полученной при закалке, при помощи пескоструйного аппарата, в котором струя пара, подводимого по трубке а к особому соплу (фиг. 26, А), засасывает через трубку б воду, смешанную с глиной или тонким песком, и бросает ее на проводимый перед соплом напильник в. В зависимости от угла наклона сопла к поверхности напильника струя песка с водой оказывает различное действие на насечку.

Пескоструйный аппарат для очистки напильников от окалины

При перпендикулярном направлении основного потока производится очистка зубцов от грязи, окалины и закалочной массы, застрявшей в глубине насечек (фиг. 26, А); для точки зубцов струю направляют перпендикулярно к поверхности затылков зубцов (фиг. 26, Б и В). Ударяющий в затылок песок срабатывает небольшой слой последнего, чем и вызывается заострение режущей кромки зубца. Часто при насекании напильников, зубцы, вследствие плохой правки зубила, получаются с закинутыми назад остриями (фиг. 26, Г); обработка паро-песочной струей снимает эти загибы и придает зубцам правильную форму (фиг. 26, Д). Иногда вместо пароструйного аппарата применяют очистку вращающимися щетками из тонкой закаленной стальной проволоки, смазываемыми смесью тонкого наждака и масла. Совершенно непригоден способ точки зубцов травлением их в кислотах или электролитическим путем; зубцы при этом теряют свою правильную форму и угол клина режущего острия от 70—75°, увеличивается до 100° и более (фиг. 27: А - форма зубца до травления, Б - после).

Форма зуба напильника до травления и после

По выходе из пароструйного аппарата еще горячие напильники промывают в теплой воде, погружают затем для предупреждения ржавления в известковую воду и высушивают на воздухе. После этого отпускают хвост напильника, погружая его в свинцовую ванну или нагревая до тёмно-красного каления в специальных печах; затем его очищают щетками и окончательно охлаждают, погружая в мыльную воду, сообщающую ему хороший внешний вид. После отпуска хвоста напильника чистят щетками по всей поверхности и промасливают хорошим минеральным или растительным маслом (в США для этой цели применяют сурепное масло). Последней операцией является контроль готовых напильников; проверяют на глаз их внешнюю форму и правильность насечки; достаточную твердость определяют, проводя с легким нажимом напильником по закаленному и отпущенному куску стали надлежащей твердости. Для испытания напильников была сконструирована Е. Гербертом особая машина, изображенная на фиг. 28; испытуемый напильник а зажимается между двумя бабками на ползунке б, приводимом в прямолинейное переменно-возвратное движение кривошипным механизмом, скрытым в станине машины.

Машина для испытания напильников

Пробный брусок в сечением 1 дм2 прижимается к напильнику с постоянной силой грузом г при помощи перекинутой через блоки цепи; брусок этот особым механизмом отводится назад при каждом обратном ходе напильника. Соединенный с бруском д карандаш е приводится в движение цепочкой, перекинутой через находящийся на конце бруска д блок и прикрепленный одним концом к станине машины, а другим - к пробному бруску в; т. о. перемещение карандаша равно 1/2 продольного перемещения пробного бруска. Барабан ж, на котором карандаш вычерчивает свою кривую, получает вращение от главного привода машины через замедляющий механизм. Полученная на этой машине диаграмма испытания ряда напильников приведена на фиг. 29; она изображает объем спиленного материала в функции числа ходов напильника; т. о. высота подъема каждой индивидуальной кривой данного напильника, до перехода ее в горизонтальное направление (что обозначает окончательное затупление напильника) характеризует стойкость напильника, а тангенс угла наклона кривой к горизонтальной оси пропорционален остроте напильника.

Диаграмма испытания ряда напильников

Необходимо однако отметить, что результаты испытания на машине Герберта только тогда сравнимы друг с другом, когда испытуемые напильники находятся в абсолютно тождественных условиях как в отношении шага насечки, прижимающего веса, так и в смысле равномерной структуры и твердости пробных брусков. По мнению многих авторитетов единственным действительно надежным испытанием качества напильников является их испытание в производстве на действительной работе.

Пересечка напильников. Затупившиеся напильники могут быть с выгодой два или три раза наточены при посредстве пароструйного аппарата, описанного выше, после чего их пускают в пересечку. Для этого сначала отжигают напильники, как было описано выше, затем необходимо сострогать старую насечку, для чего применяются специальные строгальные станки, подобные изображенному на фиг. 30; напильник зажимается на полуцилиндрическом патроне а, лежащем в соответственном углублении рабочего стола б, приводимого в переменно-возвратное движение зубчатыми колесами и рейкой; перемена направления движения производится автоматически механизмом, аналогичным применяемому в нормальных строгальных станках и приводимым в действие упорками, укрепленными на столе.

Специальный строгальный станок для напильников

Резец помещается в особом суппорте в, который перемещается в направляющих посредством винта и ручного маховика г; рабочий нажимает резец, вращая маховик г, руководясь при определении степени нажатия резца мускульным чутьем. После сострагивания старой насечки напильник поступает в обточку на точильный камень, и далее проходит все стадии изготовления новых напильников.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 14 - 1931 г.