機(jī)械制造工藝的發(fā)展,可以作為人類社會(huì)生產(chǎn)水平發(fā)展的標(biāo)志。
機(jī)械制造工藝是研究機(jī)械工程發(fā)展史的一個(gè)重要的基本問(wèn)題。機(jī)械制造工藝的發(fā)展水平,對(duì)各行業(yè)所用工具、設(shè)備的技術(shù)水平有重大影響。本節(jié)著重介紹中國(guó)古代制造機(jī)械或工具時(shí)使用的技術(shù)、設(shè)備和方法,重點(diǎn)研究以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:(1)機(jī)械加工方法。按加工方法分,古代常用的機(jī)械加工工藝和相關(guān)技術(shù)包括:
①熱加工工藝,指被加工材料要加熱到高于再結(jié)晶溫度,使其機(jī)械性質(zhì)有較大變化(如金屬材料在高溫下變軟,甚至變?yōu)橐后w),以便成型,如鑄、鍛、焊、熱處理及多種表面處理工藝。
②冷加工工藝,指古代機(jī)械加工工藝中,在常溫下的加工方法。古代冷加工從打制石器開(kāi)始,逐漸發(fā)展到對(duì)石、木、骨、金屬的切割、鉆孔、磨、研等工藝。
③測(cè)量方法,包括測(cè)量工具和測(cè)量管理的發(fā)展,它在一定程度上反映了機(jī)械制造工藝發(fā)展的規(guī)模和水平。
(2)使用的材料。機(jī)械加工使用的材料反映了當(dāng)時(shí)的工藝水平,并對(duì)產(chǎn)品性能有較大影響。古代加工對(duì)象由石、木、骨等非金屬材料逐漸發(fā)展為各種金屬材料。
(3)使用的動(dòng)力。古代機(jī)械加工主要使用人力、畜力作為動(dòng)力,后來(lái)逐漸發(fā)展為以水力、風(fēng)力、熱力和彈力等作為動(dòng)力。
(4)加工的產(chǎn)品。古代機(jī)械加工首先是為了滿足生活和生產(chǎn)需求,產(chǎn)品多為生活和生產(chǎn)中使用的器械及工具,但這些器具多為木制,未能流傳下來(lái)。根據(jù)發(fā)掘出來(lái)的大量古代工藝晶(許多為禮器)和武器,可以領(lǐng)略到當(dāng)時(shí)機(jī)械工藝發(fā)展的水平。
(5)加工設(shè)備和發(fā)展規(guī)模。機(jī)械加工工藝大多需要一定的設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn),因此,研究古代的機(jī)械加工設(shè)備及其發(fā)展規(guī)模,對(duì)了解古代工藝的發(fā)展水平具有重要意義。在古代機(jī)械加工工藝發(fā)展過(guò)程中,以上幾個(gè)方面是互相聯(lián)系又互相促進(jìn)的。充分掌握有關(guān)古代機(jī)械加工工藝方面的資料,并加以綜合比較和分析,才能較確切地了解古代機(jī)械制造工藝的發(fā)展情況。人類在進(jìn)化過(guò)程中為了生存和抵御自然界其他猛獸的侵襲,首先學(xué)會(huì)了制作和使用工具。史前時(shí)期的加工對(duì)象基本上為非金屬,用于制造工具的材料為石、木、骨、蚌殼等,采用的動(dòng)力為人力。據(jù)分析,一個(gè)原始的切削加工過(guò)程已經(jīng)具備了三個(gè)基本要素:即刀具(帶刃口的工具)、被加工的對(duì)象(木、骨等)和切削運(yùn)動(dòng)(人用手握住刀具和被加工對(duì)象,并使它們之間有一定的作用力和相對(duì)運(yùn)動(dòng))。刀具的發(fā)明和切削加工的應(yīng)用在人類發(fā)展歷史上有著重要的意義。刀和火的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用是人類的兩大重要發(fā)明。人類對(duì)刀的認(rèn)識(shí)重點(diǎn)在于刀刃,由圖2-3可以看出刀刃的鋒利和光滑程度不斷提高,表明了人類認(rèn)識(shí)的提高和制造工藝的發(fā)展。在舊石器時(shí)代主要用石料做切削工具,而在新石器時(shí)代的仰韶文化時(shí)期,隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展,要求更多數(shù)量和品種的工具,因而進(jìn)一步發(fā)展了以骨、玉等為材料制造的工具。圖2-3石器時(shí)代的工具當(dāng)時(shí)石制刀具的制造方法有打制和磨制兩種。打制刀具是將天然礫石不加修整即行打制,除刃口部分外,其他部分很少加工。在舊石器時(shí)代一般都沒(méi)有精加工步驟。磨制刀具大致可以分為以下加工步驟:(1)毛坯制造,從礫石上打下石片,或用木板加砂蘸水磨擦切削,使刀具初步成形;(2)磨削,可以分為粗磨和細(xì)磨兩個(gè)步驟,分別用粗砂或細(xì)砂蘸水進(jìn)行磨削,許多出土石刀上有磨制的痕跡;(3)精制刃部,可將刀刃的一面或兩面磨成斜刃;(4)鉆孔,用木棒加砂蘸水用手轉(zhuǎn)動(dòng),有些孔形特別整齊,可能是在棒上加了弓形物,使轉(zhuǎn)動(dòng)加速。為了磨制方便,可由兩面對(duì)鉆,鉆孔前劃線溝,以保證兩面的孔對(duì)準(zhǔn)。圖2-3(e)是幾種由不同材料制成的組合式結(jié)構(gòu)刀具。有用繩索將石鏃固定在木制箭桿上的木桿石鏃,為固定牢固,在箭桿上開(kāi)出夾持槽,把箭頭放人槽內(nèi)。其余為鑲嵌在骨制刀柄