《临高启明》同人作品《机械工业的奠基》版权归《临高启明》版权方和同人作者所有; 为方便阅读,WIKI编辑仅进行必要的区分章节。

机械工业的奠基
作者ID
北朝论坛 高山景行
百度贴吧 iamapighhh
同人重要信息
地点 临高
涉及方面 科技
内容关键字 机械加工,精密,钳工,研磨
转正状态 待转正
发布帖
北朝原帖
  1. [同人]机械工业的奠基——平面基准
  2. [填坑]机械工业的奠基——临高砂轮厂
贴吧原帖
  • 机械工业的奠基——几何尺寸计量
  • 机械工业的奠基——临高砂轮厂
  • 同人写作情况
    完结情况 未完结
    首次发布 2017-04-16
    最近更新 2017-12-17
    字数统计 (千字) 23.3



    按:从前在“临高启明元老院”里问过大家更想看手撸机床还是计量工作,大部分人倾向于手撸机床。同时考虑到计量工作的理论难度稍高,还没想好如何科普,机械工业相对直观许多。干脆从机械工业开始吧。第一次写技术同人,请各位批评指正

    原贴发于临高启明贴吧,幸得一码来此,特搬运过来讨论。

    感觉原贴结构有点乱,这里尝试小改一下。

    机械工业的奠基(一):来自光学口的抱怨

    “你们造的这设备间隙有点大了吧!”林汉隆手里把两片刚刚磨好的透镜放到袁好问的办公桌上,“你自己看看用你们的设备磨出来的镜片。”

    说着,林汉隆把双手往胸前一抱,玩味地看着面前的机械口元老袁好问。袁好问随手打开工作灯,抽了一张白纸铺在工作台上,慢慢拿一片透镜放在纸上,又把另一片透镜叠放上去,于是便看到了彩色的条纹——这边是由于等厚干涉效应产生的牛顿环——当然,这是原时空的叫法,在这里,它们叫林汉隆环。

    不过此时的林汉隆环却实在不像是圆环的样子——有的是椭圆形,有的是鸭蛋形,有的地方许多条纹挤在一起,反正不能称之为圆环。

    “汉隆,看这条纹密度和范围,这球面的球半径应该接近百米了吧,”袁好问又不慌不忙地说“这已经是镜片研磨机能加工的极限了,您磨这样的镜片要用到哪儿去呢?”

    林汉隆心里一惊,本来他磨制这两片镜片就是为了考验新接收的镜片研磨机的精度,并没有想什么实际用途,没想到这机械口的袁好问居然看穿了,便说:“我也就是为了检测精度,还没想实际用途呢。不过,历史上在消色差技术成熟之前,曾出现过几十米焦距的透镜……”

    “那也不用近百米的球半径吧!”没等林汉隆说完,袁好问便打断了他,“不过我们机械口还真需要这样的大半径弧面设备,要不是看你天天为了海军陆军的测距仪望远镜炮队镜忙不过来,早就向执委会打报告啦,”

    袁好问说着站起来搭上了林汉隆的肩膀,“旧时空钳工的框式水平仪,分度值是0.02mm/1m,当时机械口没个正经钳工,这种设备只带了十几套,现在哪个单位用不到?我这儿也只有俩,平时只敢用一个,都不敢让归化民碰。”

    林汉隆说着摸了钥匙打开大理石平板旁边的柜子,取出了一个大木盒,上面赫然写着“框式水平仪”,和一行小字“上海量具刃具厂”。

    袁好问打开盒子,从中取出一个30公分见方的金属框,立在一边的大理石平板上,说:”这就是了。“

    林汉隆仔细端详起来,只见这金属方框约5厘米宽,四面平直,有特殊的花纹,底部和左侧的平面上有约三厘米宽的V形槽,想必是为了方便测量圆柱体;框体底部内侧镶有一大一小两个水准器,内有气泡;大水准器与框体平行,小水准管与框体垂直;一侧还有上海量具刃具厂的徽记和20um/m的字样。此时,大水准器中的气泡正稳稳地停在中央。

    “主水准器上的刻度间隔约两毫米,对应的弧度半径可就是一百米了。“袁好问见林汉隆看得仔细,在他身后慢慢说道。

    ”怪不得你当时立马就同意把镜片研磨机的极限设置成100米”林汉隆恍然大悟:“没想到咱俩一个光学口、一个机械口,怎么就想到一块去了呢?就算为了你们机械口自己,你也要想办法提高镜片研磨机的精度!“说着笑了起来。

    ”你还说呢,这可是个大工程!“袁好问不知从哪儿拿了两瓶格瓦斯,递给林汉隆一瓶之后,自己灌喝了一口,慢慢说道:“我猜得到这些光学设备会出问题。因为精度是很昂贵的。”

    袁好问慢慢开始打开了话匣子:“大家都知道,标准化的核心是精度的控制与管理,而精度靠什么来实现?”

    “靠检测!”林汉隆刚喝了一口格瓦斯,加上之前谈的开心,于是果断地插话了。

    “对,靠检测,或者说,靠测量来保证。”袁好问顿了顿,“测量要依靠什么?”

    “量具!”林汉隆果断地说道。

    “对,问题就出在量具上!”袁好问把格瓦斯往办公桌上一墩,开始长篇大论:

    “零件的精度靠工具加工和量具测量来保证,量具的精度由谁来保证呢?那就是计量工作。比如说,旧时空的工厂里,每个游标卡尺都是半年由计量局检定一次的,精度不达标就要修理或报废,当让后来就是买新的,不光是游标卡尺,天平、砝码、温度计、电压表、秒表哪个不是量具?我们现在D日以后这么久了都一直没顾得上这个,加上这样超负荷使用,估计得有一半的量具需要修理甚至报废。也正因如此,设计精度无法保证,才让你们那批设备出了问题。”袁好问喝了口格瓦斯,继续道:

    “旧时空的计量学共分成十类,我觉得机械工业依赖其中的‘几何量计量’和‘力学计量’两类。其中几何量计量严重依赖你们的光学设备。比如迈克尔逊干涉仪,毕竟光学测量方法精度高嘛!”

    林汉隆这才明白为何袁好问对自己如此热情。便接着话题说:“迈克尔逊干涉仪不太难做,只不过我对你说的‘计量’一窍不通,怕做出来你们不好用呀。”袁好问见林汉隆已然上钩,大喜:“这不妨事,机械加工我负责,我还有旧时空的计量用干涉仪资料,这可是全新的领域,咱俩一起给他搞起来!”两人于是详细讨论了从哪几样仪器开始,有何难点,甚至如何向执委会要钱要人要物资等等不提。


    机械工业的奠基(二):原始平板

    送走林汉隆已经是两三个小时之后。等待归化民工人吃过午饭之后,袁好问指挥每个钳工学员从库房领来三块一尺见方、三厘米厚的铸铁平板——虽然叫平板,可这铁板只有一面是平的,另一面是四个支脚和米字型的加强筋,显然是旧时空常见的小型铸铁平板的再现。说起这些平板,他们历史可就悠久了。

    早在临高第一个铸造车间还在筹建的时候,袁好问便找到展无涯,要求每次将炉内剩余的铸铁统统铸成这样的小型平板,展无涯自然知道这些平板的用处,也就下了行政命令,号称“百忙之中的一步闲棋”。后来铸炮时也如法炮制。得益于临高工业的粗放,归化民总是害怕铸铁备料不足,于是临高各种尺寸的平板积累了上万个。等到这些平板堆满了铸造厂户外的空地的时候,展无涯又在袁好问的鼓动下将平板改成了方箱和平尺。后来每次炮管进行人工热时效处理的时候,这些平板也顺便起到了减少热冲击的作用——也就是填满炉膛,盖住炮管。

    库房中的平板不同于露天放置的,他们在机床培训学徒的时候作为加工件被刨光或者铣平,然后便转到机械总厂库房准备做钳工培训用。

    这批钳工是元老院的第二批钳工:第一批钳工其实都是机械口元老亲自带的学徒,往往是在跟随元老工作过程中边干边学,以机修、装配为主。由于有的机械口元老本身钳工实践经验就不丰富,部分元老甚至回忆起大学金工实习的时候被小手锤支配的恐惧,因此这第一批钳工自然也就良莠不齐。于是便有了袁好问元老亲自培训的第二批钳工。

    眼见学员们都领来了三块平板,袁好问让班组长拿来了这批平板的记录,朗声说到:“这批平板于两年前铸造完成,铸造完成后随机进行了人工热时效处理,之后放置又一年零六个月后进行了机加工,现在是机加工后第七个月。”

    袁好问扫视了一下工人们,顿了下问道“工序之间有如此长的间隔对平板的加工有利还是有害?”

    片刻的沉默后,芳草地来的小刘小声地答道“有利,好像是自然时效。”

    袁好问满意地点点头,“没错,确实是自然时效处理。时效处理有何作用?”

    这次是彻底的沉默,小刘也摇了摇头。

    “时效处理可以缓解工件的内应力,提高尺寸精度的稳定性。就如同农村使用土坯建房需要先晒干一样,铸造工件尤其需要时效处理消除可能的变形。”袁好问看了看似懂非懂的规划民们,心想:只能从实践带动你们的认识了。

    “大家看这些平板平不平呀?”袁好问笑着转移了话题。

    “很平”归化民们异口同声地回答。

    “跟车间的大理石平台比如何?”

    “除了有刀纹之外,一样平。”这次只有芳草地来的小刘答道。

    袁好问笑了笑,对大家说“平不平,我们光用眼睛看、用手摸是不能完全看出来的,要通过某种方法来检测!”

    袁好问顿了顿,“这种检测的方法就是显点!”

    说着,袁好问走到了工作台前,指着工作台上的一个红色的小桶说:“这桶里像红颜料的东西叫红丹显示剂,是用来检查零件贴合情况的工具。”

    一边说,一边用小桶上的抹布在平板上均匀地涂抹了薄薄地一层红丹,又拿起另一块平板说:“如果这两块平板非常平,我们把另一块平板贴合上去,会怎么样?”一边说着,一边把另一块平板翻了个面贴到刚涂了红丹的平板上去,还用手来回研磨了几下。

    “两块平板都会变红。”几位归化民颇有信心地说。“对,如果很平的话,两块平板应该都会变红,而且是均匀地变红。如果红的不均匀,便是平板不平。”

    袁好问眉飞色舞地说,“那我们现在来看看这些平板到底平不平。”说着将平板揭开给大家看。

    只见上方的平板上,只有一些条带状的边边角角沾上了些许红色,而在板子的中央只有一片空白;下方的平板上大部分地方颜色如初,而在对应的边边角角上的红色稍微变浅,显露出一点浅色的划痕。

    “大家看,那些所谓的平板并不是那样的平。”袁好问略带得意地说道,“机械加工的机床会由于磨损等等诸多原因产生误,加工后的零件也会由于应力的释放而产生些许变形,这些都构成了平板不平的原因。下面我就来教大家怎样获得非常平整的平板。”

    说着,袁好问从拿出了三块早已准备好的小平板零件,又拿出一把挺刮刀传递给大家看,说道:“将平板整平的办法,就是用刮刀将平板上凸起的部分刮去,就可以得到平整的平面了。”

    说着,他拿起粉笔,在三块平板侧面分别标上了1、2、3三个数字,然后按照刚才的样子将1、2两块小平板,涂色,显点。“大家看,现在两块平板上的高的地方就都显示出来了。我们现在将两块板上的高的地方分别刮去,然后再进行一次显点。”

    然后他将,2号平板夹在台虎钳上,开始用刮刀将每个红色的区域刮去,“大家注意我腰部的用力要领,刚开始刮的时候可以多用一些力,刮掉的部分多一些,刮刀与平面约成25到30度角。”

    一边说着便把2号平板上的红色部分全部刮去了,又开始刮削一号平板:“1号平板原本涂了红单,高的地方与2号平板相接触,颜色变得比较浅,所以这块平板我们要刮去颜色亮地方。”

    袁好问,此时让另外几位学员来尝试了一下刮削,并指导了他们的动作要领。“现在再做一次显色,要注意对比这一次与上一次的差别。”

    说着,说着,袁好问让小刘对两块平板进行了一次显色,“大家看,这一次两块平板的接触得是不是比刚才要更多?”

    袁好问显出了一点欢喜的神色,“这个刮削显色的步骤叫对刮,能让工件表面接触的更好。”

    说完,袁好问让几位学员分别操作,将一号板,2号板对刮了三次,自己在一边指导纠正。

    “大家现在再看,两块平板的接触状况已经比较好了,”只见两块平板红色底色上星罗棋布地分布着一些亮点,“注意研磨时候的声音也变得更低沉了,显色的时候的阻力也变得更大了。现在我们要以1号平板为基准刮削3号平板,谁想来操作一下?”

    话刚说完,有好几个学员已经举起了手,袁好问挑了几个没有操作过的学员,让他们来操作,“注意,用1号平板为基准刮削3号平板,意思就是只刮削3号平板而不刮1号平板!”

    不一会儿工夫,3号平板上也显示出来星罗棋布的亮点。

    “现在一号平板分别于2号平板和3号平板相贴合,也就意味着2号平板、3号平板都能与1号配合,”然后问顿了顿留出一点思考的时间,“现在用2号3号平板对刮,就可以大大减小两块平板的平面度误差。”说完便开始让学员动手操作。

    不一会儿对刮完成,袁好问继续问大家:“现在应该怎样操作?”

    芳草地的小刘眼神忽然闪过一股亮光,“2号平板与3号平板分别复制了一号平板的起伏情况,通过2号与3号平板对刮而减少了这一起伏,现在应该做的应该是其中某一块平板为基准来刮一号平板,等到刮削完成再用另一块平板与1号块平板对刮来平差。”

    “没错,你说的很对!”然后问,兴高采烈的说:“现在你再重复一遍给大家听,让大家想一想其中的道理。”

    “不断循环上面的过程,就是制造原始平板的‘三刮法‘,这种方法的基本原则,是通过刮削制备两块起伏情况相似的平板,再通过对刮两块起伏情况相似的平板来达到平差的目的。现在大家互相讨论三分钟,然后有问题向我提问。”

    说完,大家闹哄哄讨论起来,“这平板还有这么多讲究?”

    “难道首长们的机器都是这样刮出来的?”

    “刮到什么时候才是个头呀?”

    “刮到两块板都一样红为止呗。”……答疑很快,袁好问发给每个人一块中间有25mm×25mm小洞的铁皮,告诉大家,什么时候三块板随意对研之后,格子眼里都有25个以上接触点,这原始平板就算造成了。

    最后,袁好问从屋里拿出来一大张刮削注意事项,让他们一起读了两遍,叮嘱他们有问题就交流,没有结果随时找他之后,就要求他们各自独立刮削自己的三块平板去了。

    在车间里嘶嘶的刮削声中,袁好问回到了办公室,从文件柜里拿出《管控物资分类目录》,翻到最后的拼音索引看了一会儿,又拿出了一份《一级管控物资申请表》,龙飞凤舞地填了起来。填好申请表,袁好问从保险柜中拿出《中级钳工》这本书翻看了起来,首先,然后问再次研读了一遍大型平板的刮削这一节,于是又填了几张申请表;袁好问对着书页发起了呆:

    旧时空的工量夹具甚至成套设备虽然带来了不少,但都要面对消耗和折旧的问题,因此,长期来看,所有的设备都要实现自力更生,否则的话,临高的工业技术水平会随着高精设备的老化和消耗而逐渐停滞、甚至下降。但是设备带的再多也没法带得齐全:毕竟旧时空的通用机床有十几种,专用机床有上百种,某些大型机床安排的重要就有几十吨,甚至上百吨。所以来的时候只带了,只带了通用机床,和最高精度的磨床,和数控机床;而其他各种机床都要立足于自行生产。现在虽然土法上马搞出了一些土刨床,但精度实在惨不忍睹。这也是袁好问亲自培训这批钳工的原因之一。

    工具和量具虽然带了足够多的备货,光是钳工用的手锯条干脆就带了五百公斤、机加工用的硬质合金刀头更是论吨地带,游标卡尺带了几千个,,各种能买到最高精度的计量设备也各有五六台,但这些都只能应一时之需,长期来看都要逐渐地实现自产。最理想的方式就是使用这些工具量具自产设备,努力在相关的设备完全丧失精度和功能的时候,自产设备达到报废物资的精度和技术水平。比如说临高的钢铁厂已经能用坩埚冶炼碳素工具钢了,已经有T10、T12两种,那么第一批临高自产的锉刀和钢锯条会很快生产出来的。到时候让归化民装配的时候再也不用担心锉刀不够用了。

    于是袁好问又从《大型平板工艺单》上划去了几项高精度光学检测设备,这自然也导致了刮削工作量的增加,不过,锻炼队伍嘛。“看来晚上还得给林汉隆修机器去。”袁好问苦笑一声,继续修订工艺。

    两小时之后,袁好问最后看了一遍《大型平板工艺单》,于是又把《中级钳工》里面平板刮削的章节复习一下,着重关注平板刮削中容易出现的问题和应对措施,然后便走到车间里查看工人的工作情况。

    “循环几遍啦?”袁好问看着满头大汗的工人问道。

    “……应该有三遍了吧。”工人的语气有点闪烁。

    “所以人注意!”袁好问拍了拍手,朗声说道:“大家一定记得把每个步骤记下来,写在纸上,用拼音写也可以!只有写下来才可以方便以后的加工步骤……”

    叮嘱完,袁好问开始逐一检查每个人的平板:“两次刮削的方向不能相同,要有60度以上夹角!”、“显点的时候最多错开工件的五分之一,否则会有假点,你看你这块板边上就是假接触点……”

    看完一圈,袁好问心里有了数,觉得这批平板明天下班的时候就能加工好了,到时候检验一下质量,能达到000级的就让他们跟着自己以后加工量具,达到00级的去干机床厂,0级就去一般机械厂好了,其他的嘛,一律用铁板喂到能批量出0级平板,反正临高的平板毛坯有上万个……一边想着,一边回办公室签了出库单,拿着叫库管员去准备桥形平尺坯件去了。

    所谓平尺其实就是有长而窄的平面的量具,并不是量长度的尺子。平尺分两种,分别是平行平尺和桥型平尺;平行平尺,请示公司钢轨,两个工作面严格平行;而桥型平尺就像一座弓形的拱桥,是为了防止工作面变形而做的拱形。平尺常被用做直线基准检测和校正机床导轨,其重要性可以说是不言而喻的。通过原始平板让这批钳工学徒掌握了刮削的方法,做出了平面基准;下一步自然是让他们刮削平尺,做出较长的直线基准;有了这样的基准就可以在不动用管控物资的情况下制作大型原始平面了。

    第二天快下班的时候,袁好问让所有的钳工每人选出自己最满意的一块平板,自己亲自检验。

    检验的过程很简单,首先让钳工两两组合对研,看接触点的分布均匀程度和密度;然后袁好问取出刀口直尺光隙法检查平面的起伏;最后用对比样块确定表面粗糙度就结束了。颇令袁好问吃惊的是,所有的工人竟然没有一个加工出了000级精度的平板,能达到级00精度的也只有芳草地的小刘,少部分能达到0级精度,剩下的都是一级,单也没有低于1级精度的了。然后很快速回忆了书上讲的刮削问题产生的原因及应对方法,开始了总结讲话:

    “我们总体上是成功的,所有人都加工出来一级精度及以上的平板!”袁好问还是比较高兴的,“但是我们没有一个人加工出来,达到最高精度等级,000级精度要求的平板!”

    然后问扫视一眼大家,顿了顿:“现在我跟大家一起分析原因,请大家把精刮用的刮刀都拿来。”

    因为这批钳工学徒的身高差距比较大,所以这批刮刀其实是按照每个人的身高设计,然后由他们自己进行锯锉焊加工而成的,算是之前钳工培训中的一个小作品。这种刮刀的刀头可以拆卸更换,使用螺丝固定。而刀头则是企划院特批使用车辆上报废的弹簧钢减震片,切割淬火刃磨制成的。可毕竟进行淬火工艺的元老是二把刀,不知道什么原因,刀头脆性稍微有点大,扫视一圈发现,精刮刀有1/3崩刃;至于粗刮刀,崩刃的比例则占到1/2。

    “来,大家对比一下,这两把刀的刀刃有什么不同?”

    钳工学徒们围在一起,把两把刀传过来翻来翻去的看,又讨论了一会儿才说,“这两把刀,一把刀刃完整,另一把刀刃上有少许缺口。”

    芳草地的小刘代表大家做了总结。

    “那么请大家再看,用这两把刀加工出来的平板,看看有什么差别呢?是不是有缺口的刀加工出来的,不如没有缺口的刀加工出来的好呢?”袁好问谆谆善诱地引导大家观察:“大家要永远记住,刀具永远是金属切削的关键,大家要时刻保持刀具锋利完整,一旦出现刃口磨损,崩刃的情况,一定要及时的处理!下面我就教大家怎样处理这些问题。”

    一边说着,袁好问拿起一把崩刃的刮刀,走到砂轮机面前,开始一边讲解磨刀要领一边磨去崩刃的部位。在砂轮上磨完后,又拿到油石上继续将刃口打磨光滑:“大家一定要注意,刃磨刀具的时候不要改变,刀刃口的形状和角度,不同的角度和形状的刀,对于切削有不同的作用,大家可以仔细观察粗刮刀和精刮刀有什么不同。”

    “刀具的几何形状,最重要的是前角和后角;此外,切削速度、切削量、工件和刀具的材料,都对切削有不同程度的影响。”袁好问没有就这个话题展开很多,只是告诉大家要注意刀具,便让大家修磨刀具,打扫车间下班了。

    下班后的车间,静谧平和。远处机器的轰鸣变得低沉,近处的虫鸣也让人心生暖意。袁好问不禁想起了童年的夏天,可惜这窗外的蟋蟀,肯定不是当年是山东乡下的那一只。

    就是空的,然后我也是个幸运又不幸的人:幸运在于父亲是当年分配到国企的大学生,在大下岗潮提前下海,童年是快乐而富足的;然后问至今仍然时常想起,姥姥家的书房,虽然不是家学渊源,但也有几百册藏书:袁好问向来不善交际,大多数童年的闲暇都在这个丛书中度过了。得益于姥爷是旧时空小城的计量局局长,袁好问看遍了八九十年代计量局的业务培训材料。袁好问自己也算得上是天资聪明,初中的时候便开始自学微积分,高中的时候顺手把能参加的学科竞赛参加了一遍,物理竞赛还拿到了全省的名次。本以为凭借竞赛成绩可以脱颖而出保送大学,谁想到真正的保送生在竞赛实验开始前便已经拿到实验结果了。袁好问非常生气,在招生老师的面试时愤世嫉俗地声讨了一番……最后连个降分录取都没有。即使大学学了航空,又全奖出国留学,无奈出身民航大学,后来在研究所后被三个航空强校的同事联合排挤,没几年就边缘化了,最后就一横心上了圣船。


    袁好问扫视了一遍车间,回到办公室安慰自己:好歹这里自己是元老,想参加什么项目就参加什么项目;想想在旧时空自己在家里做实验被父母暴打;想想在大学里,昏天黑地地写项目书,为了管制试剂,半夜溜进实验室……不过想想当年玩能材被炸得残疾的网友,也就平衡了。最重要的是:只要自己想,那自己的工作就是全世界前沿工作,这其中的成就感可比旧时代要强的多。

    想到这里,袁好问又回到了办公桌前,开始规划技术路线:现在已有使用三刮法获得的00级小平板,估计几天后也许可以提高到000级;一米长的平尺用类似的方法也可以达到许用精度;有了这两样,可以在不动用光学设备的基础上把一米见方的大型铸铁平板加工到00级。有了大型原始平板,其他工量具就容易制造了:以平板为基准刮研获得平面比三刮法快得多,大型平板配合百分表和表座可以十分方便地检测平行度误差,平板作为研磨工具可以研磨出高精度平面,加上研磨的切削量极小,很容易加工出极高的尺寸精度旧时代机械厂里最高精度的量具————量块就可以制成了。

    量块也叫块规,说白了就是钢或者陶瓷制成的有一定长度的长方体。量块的工作面极为光滑————光滑到两块量块的工作面接触的时候可以靠分子间的范德华力贴合在一起!这使得不同长度的量块很容易组合成不同的长度,因此量块也就成了机械加工行业使用的最高精度的量具:长度小于100mm的1级量块长度不确定度低于0.04um!可以直接拿来检定千分尺、千分表、游标卡尺等机械行业常用的“高精度”量具。如果顺利加工出了量块,估计这“临高量具刃具厂”的量具部分就有着落了。顺便,游标卡尺和千分尺也就可以检定了。

    说道检定,量块作为量具自然也需要检定,工作面的平面度可以由平晶使用干涉法检定,长度呢?难道只能依靠带来的高精度仪器吗?

    袁好问开始根据基础的数理知识推测难度:按0.04um/100mm来计算,相对不确定度为4X10^-7水平,而钢铁的线膨胀系数为1.1x10^-5水平,也就是说,温度升高1摄氏度,长度伸长1.1x10^-5. 这样看来,检定时的温度要控制到约百分之一K的精度,这在临高太难了。旧时空的高精度仪器常用的石英线膨胀系数是5.9x10-7,这样温控的要求可以降到可接受的范围。

    材料选定了,测量方法呢?袁好问第一个想到的是将细微间隙转变成电容量,再通过测量电容量反求长度————这个方案的好处是精度高:旧时空计量相对精度最高的便是频率,而电容量通过一个LC电路即可转化为频率;缺点嘛————过于依赖旧时空设备:执委会批不批还不好说,即便是批了,这么个仪器也要专门设计制造,中间出啥岔子还不一定呢。

    “电学不行就光学————这是常识,而且光学仪器容易测微嘛.”袁好问心想。得益于旧时空的训练,袁好问马上想出了两个基于波动光学的方案:

    第一个显然的方案是使用迈克尔逊干涉仪————这神器在19世纪可以测出植物每秒的生长量;现在拿来干这个是没问题的。如果用标准石英量块进行对比测量的话,也不用考虑空气的折射率变化。难点在于单色光源,不知道临高现在能不能自产钠灯。

    第二个便是使用单缝衍射————也就是夫琅禾费衍射,将长度通过对比测量转变成狭缝的宽度,进行单缝衍射后只需要用刻度尺测量一下衍射斑的大小即可。十分方便。袁好问小时候就用这种方法测过头发的直径。问题是,这需要激光光源。虽然旧时代的玩具激光笔即可满足要求,但在这里就不一样了。不过这里的

    “我怎么忘了最经典的光杠杆法!”袁好问分析计算了两种方法的灵敏度之后猛然一拍脑袋。当年卡文迪许使用光杠杆法测量引力常量称量地球的故事深深地震撼过自己的内心。袁好问不会忘记这个经典方法的。不过要把40nm放大到可以肉眼观测的程度,透镜组肯定是少不了的。

    “你说我一个学航空的,怎么搞起精仪和计量来了?”粗略画出草图分析完四种方法的灵敏度、量程和管制物资之后,袁好问伸了个懒腰自嘲道。不过眼前的草图还有很大的改进余地,看来还得跟光学口的林汉隆、天文台的钟博士讨论讨论。不过这事不急,先把机械口急需的大型原始平板和各种基本量具搞出来再说。这些不需要尺寸精度,可以完全靠刮削研磨手工工艺搞定。

    到时候只要先制作好天然水晶的标准块放在厂里,就可以批量检定了。至于石英的标准块,只要隔几年用旧时代的仪器检定就好了。想到这里,袁好问心情平静了下来,毕竟这相当于整个临高乃至新世界的几何尺寸,将要靠自己来传递。

    袁好问在椅子上放空了一会儿,粗粗整理了计算稿,又把查阅的资料和便携计算器锁进保险柜,哼着小调回家去了。

    此时已临近子夜时分,临高街道上的煤气灯也已经关了一半。作为一个科技爱好者,这里的生活是充实而欢快的。旧时空的自己最想要学习数学或物理专业,无奈保送泡汤之后高考分数不够去一个看得过眼的数学或物理系,只好去民航大学学了航空,好在航空领域极广,几乎无所不包,本科几年里从数学分析到工程热力学学了一遍。得益于此,自己好奇心有了极大地满足。自己从前站在巨人的肩膀上,如今也终于有机会给后人做基石了。作为一个爱好者,能天天折腾新东西,这也够了。

    走了不多久,袁好问被街上的巡警检查了证件,被发现是元老后,巡警坚持亲自护送自己回家,袁推脱不过,也就一起走了。


    王冶和王锻兄弟俩是临高的铁匠世家。哥哥王冶娶媳妇那年丰城轮到的临高,到他女儿出世的时候,市场上出现了一批“澳铁”农具,兄弟俩发现不论是钢口、样式还是价钱,自己完全比不过;王冶曾买过一把铁锨,想截点儿好钢口做冲子,可这钢口由自己百般折腾,却怎么也比不上原来的铁锨了。兄弟一合计,觉得两家铁匠铺早晚都要开不下去。不久后赶上招工,弟弟王锻一横心,把铺子一关就进了检疫营。得益于铁匠出身,王锻先分到了炮厂的铸造车间。没想到后来在工人夜校读了半年之后居然考取了乙种文凭,这他所有的工友都刮目相看。获得文凭之后,便被调到机加工车间学徒,刚到工厂的时候,车间里的机床就曾给王锻留下极其深刻的印象,有赖于工厂的培养和自己的努力,王锻进步很快,没多久就掌握了大部分车工技能。这次钳工培训,炮厂有意培养一个多面手技术骨干以后负责厂里机修,好把一干机械口酱油元老解放出来,于是选派王锻等人去在职培训。

    王锻现在还记得统计员小丽到车间下通知时候的长发飘飘的样子。“这可是首长亲自带的班,你们可一定把握机会!”王锻现在仍觉得这句话是小丽看着自己说的,心里不由得荡漾了起来。尽管大家都说不清这“钳工”是干嘛的,但冲着首长带班和带薪培训、还有小丽看自己的眼神,王锻心情大好,请大哥王冶好好打了一番牙祭。


    钳工班的生活紧张而充实,基本上是半天示范讲解之后跟随着一两天的实作练习,晚上再上一个数理强化加制图班的循环往复。相比喧嚣的机加工车间,钳工班可安静得多。比起从前自己挥舞的大锤,钳工的工具显得轻便灵巧,好在自己挥惯了锻锤,手上轻重拿捏得准,前几天还被首长夸奖磨刀磨得最好;想到首长的笑脸,王锻情不自禁地想起了小丽穿起天蓝的连衣裙在车间里飞舞的样子,痴痴地笑了。

    这几天的内容是制作平尺,王锻原以为是用“三刮法”把面刮平即可,没想到首长拿出了一个方头方脑的铁窗棂,叫“框式水平仪”的新仪器来。教会大家使用之后,便问大家:“谁会描点作图?”

    在临高位面,描点作图是小学优秀毕业生的水准,不过王锻记起在炮厂的工人俱乐部图书室见到过小丽画折线图,便往前走了一步。

    “那好,现在你用水平仪和等高垫铁,每隔二十厘米测量一次斜度,然后依据测量画出平尺工作面的大致起伏。”袁好问打量着眼前这位高大结实的规划民,又补充到:“不用着急,慢慢来,我帮你记读数,有问题我们一起讨论。”

    王锻挺直身子点了点头,先用棉纱把平尺工作面擦净,然后钢直尺将1.2米的平尺隔20厘米用石笔在侧面做好标记,然后按标记摆好等高垫块,轻轻放上平尺,等待气泡稳定后度数:“第一段,+0.12毫米每米”,袁好问随即在黑板上记下,“第二段……”

    不一会儿,数据测完,王锻在黑板前边挠头边算画了半天,终于把测量的倾角用折线画了出来。

    “很好,你叫什么名字,从哪学的?”袁好问喜形于色地问道。“我叫王锻,从前看过厂里的统计员画图。”

    “好名字呀,你看看统计员画图就学会了?不简单那!那你再想想,画出来的折线图有什么用?对我们加工平尺的长直面有何帮助?”

    王锻看看折线图,又看看平尺:阳光照在平尺细而直的刀纹上,泛出丝丝七彩的颜色;又想起首长的话里提过“起伏”二字,忽然间灵光闪过,不无兴奋地说:“折线图的起伏反映了平尺工作面的起伏,折线就是平尺的放大。”

    “没错,就是这样!”袁好问拍了拍王锻的肩膀,“现在,我们可以依照折线图的指示,对高区用平板进行刮削,平面大致整平后,再使用三刮法对研。注意要经常使用水平仪检测平面的起伏情况,这样可以及早发现问题,提高效率。”

    看着钳工学徒们聚在一起讨论、劳动的情景,袁好问心中感慨:劳动人民并非没有智慧和发明的天分,而是缺乏正确的基础理论的指引和鼓励创新的风气。像王锻这样一批敏而好学的工人,假以时日,不会逊于当年旧时空发明群钻的倪志福的。可惜中国自秦汉之后轻视工匠和技术创新;哲学上又大搞神秘主义,程朱理学要“存天理灭人欲”;到八股兴起,连格物致知都成了异类……唉,谁又知道秦始皇的焚书坑里,有没有中国的《几何原本》呢?

    发了这一会儿呆,袁好问见学生们停止了讨论,大家一丝不苟地测量、计算、绘图、刮研,估计一时不会有问题,便悄悄地回办公室了。

    有了前面刮小平板打下的底子,加上水平仪的辅助,平尺的加工比预想的顺利的多。按照旧时代的标准,平尺的直线度检验需要分辨率约为1”的电子水平仪或者自准直光管,而1um/m的倾斜度约为1.3角秒,这远远超过了使用气泡的框式水平仪的灵敏度。“果然是量具一精密就要上光电呀!”袁好问叹了一声气,“看来要快点培训他们,有空得抓紧给林汉隆修机器去。”可惜这批钳工还需继续培训,修机器尚需时日呀。袁好问对自己的钳工水平是心知肚明的,自己的优势在知识,论起操作来,不管是锯、锉、刮、研还是修配,肯定比不上这群被自己拿工件磨出来的钳工。不过至于量具、工艺、标准的选择和使用嘛,那太欺负人了。

    于是这批桥型平尺的检验方法就只剩下两两互相对研看接触情况了。发现在这一项上任意两平尺对研全部达到任意25mm样方内有25个以上接触点之后,袁好问高兴地对大家宣布:“这批平尺已经全部合格了!”

    等到大家庆祝完安静下来,袁好问对大家说:“现在大家已经基本上掌握了平面刮削技术,现在有一个光荣而艰巨的任务需要大家去完成:制作大型原始平板。与以往不同的是,这一次大家要独立工作:也就是说,我不会给大家任何指导,只会在一边观察记录,大家所犯的错误也只会在加工结束之后告诉大家。现在提前下发工艺文件给大家研究,明天来车间之后,直接开始工作。大家来领完工艺文件就可以提前下班了。”

    旧时代大型原始平板的工艺中使用了诸如合像仪之类的多种光学量具进行检测,这在此时的临高是没有条件使用的。因此,这份工艺只使用了小型平板、平尺、框式水平仪三种量具,再就是刮削和对研了。这么个工艺虽然效率不高,好在适合临高的技术水平。

    工艺是加工、检测的详细操作方法,是产品质量控制的关键。如果说零件图纸描述了工件的加工目标,工艺文件则描述了如何达到这个目标。作为临高机械工人种子来培养的这批钳工学徒,当然不仅要有根据工艺文件进行加工的能力,将来更要有自行设计或优化现有工艺的能力。从这个角度看,这次加工大型平板,只是他们必经的一小步罢了。

    王锻在拿到工艺文件之后马上一字一句地读起来,通读一遍之后便加入了大家的讨论:

    “我看这一米乘一米的大型平板也就是大,跟小平板没啥不一样的,咋做起来就这么麻烦?”

    “此言差矣,这一米见方的平板,一块几百公斤,谁能搬得动它?这表面上磕一个坑可就是次品了……”

    “不仅如此,首长说过,工件越大,相对刚度越差,加工难度越高,所以光这工艺就写了三页纸。”

    “画出沿各边及对角线的起伏情况,啥叫对角线来着?”

    “对角线就是相对的两个角的连线呀,我说你咋连对角线都不知道呢!是不是溜号去找你那相好的看秘戏去了……”

    车间里顿时充满了快活的空气。


    说起来这大平板的工艺并不算复杂:先用框式水平仪把四边和两对角线的大致起伏情况画出来,确认之前精刨工序合格,并对平面的高区做到心中有数;然后利用平尺先将四边和两对角线区域刮成互相连通的‘囟’字形平面区域;再以此区域为基准将其他区域刮至平齐;最后整体使用平尺和平板检验平面度。整个过程中最关键的是基准的确立过程:这六条窄区是否严格在一个平面上将直接决定最终大平板的平面度。

    王锻在脑子里把整个过程走了一遍,又把注意事项看了一下,心里琢磨着缘由:为啥使用的平尺不得短于1400mm?为啥对研时平尺移动幅度不得超过150mm?这些规定是从哪儿来的呢?要不晚上问问机械制图的老师这是为啥……

    早班的时间还没到,王锻已经提前到了车间。因为钳工不少,却只有一个框式水平仪,来得早便可以趁人少提前开工。车间里已经按人数摆好了大型平板,几十块平板整整齐齐地排成一个矩阵,早间的阳光洒在包豪斯风格的厂房里,被缓缓转动的大风扇切成小片,落在天车上、工具推车上、廊柱旁的砂轮机上、还有车间的白水泥地面上。王锻领了一份工艺记录,挑了个中间的平板,填好钢字,看着被镀了一层金色的车间回忆工艺的时候,一阵轻盈的脚步声叫醒了他。王锻拿了耳朵上的石笔在平板上标好了测点一抬头,却惊得把石笔掉到了地上:眼前人穿着一身碎花连衣裙,马尾辫落到了一旁,正笑盈盈看着自己。

    “小丽,你怎么来了?”

    “我怎么就不能来呀?只许你们大老爷们追随首长呀!”小丽有心逗他,不等王锻反应,小丽走近了一步小声说道:“我在夜校的生产管理进修班读了俩月了,今天是被袁首长特意借调过来统计数据的。”

    没等王锻会话,“这几天一定好好干,千万别磨洋工。”小丽神秘地一笑,又跑开了。

    小丽来的目的很简单:尽量统计每个人每道工序的耗时。从粗刮时每分钟刮多少下、平板总共进行过多少次对研到平尺的使用次数、水平仪的使用耗时等等全在统计之列。好在钳工是手工作业,袁好问要求她“尽量统计所有人,越详细越好。”还有希望完成。

    大图书馆里有详细的工艺说明,也有几万次试验总结出来的材料性能,可具体到某个工序的平均耗时,旧时空语焉不详的资料也就没有参考价值了。没有这些数据,计委制定计划便是纸上谈兵、哪怕是计算一个车间配几把游标卡尺,也需要这些数据的支撑。

    小丽心中默数着刀头接触工件的次数,数到50次时按下了手中的停表,立刻记下:工号2272:粗刮50次19.7s;接着又开始数下一个……

    袁好问在车间门口驻足,看着车间里热火朝天的景象:钳工们低着头刮削,刮完一遍马上显点,哪怕去磨刀都是小跑着去的。“多么勤劳的工人呀!”袁好问心中叹道。兀自去办公室干活去了。

    仅仅在两天之后,王锻的大型平板刮好了。

    小丽用25毫米样方在平板上数了一会儿点,对袁好问说:“从与平尺显点的结果看,这块板应当是合格了。”

    “不错,接触点这一项合格了,平面度呢?平面度用什么检测呢?”袁好问扫视了一下学员们,“一般使用自准直光管,不过我们现在可以直观地感受一下平面。”

    一边说,袁好问拿起了方才显点用的小平板,用棉纱擦拭干净之后,平面朝下慢慢往大平板上放;在平面相距还有一厘米的时候,松开了手。此时,小平板并没有落到大平板上,而是的在大平板上漂浮着,袁好问用手一推,小平板转着圈在大平板上滑动了起来,这转圈和滑动很安静,只有大家的呼吸声和断续的轻擦声。五六秒之后,轻擦声渐渐稠密,小平板才停了下来。

    “这是为什么?大家想一想。”袁好问没指望他们能想到答案,毕竟是第一次见到这样的原始气浮现象,眼下的普通人连空气的概念可能都没有,怎么指望他们自行解释呢。

    “这是因为两个平面即为凭证,平面之间的空气需要一段时间才能跑出来,在空气跑出来之前小平板会被空气托举着,从而像浮着一样。大家来自己体会一下.”说着,袁好问将小平板推到边上揭起,递给了王锻。

    王锻刚才看见这平板自走的景象心里是懵逼的,甚至想到了闹鬼显灵的事情上去,自己亲自动手一试,又能感觉到两块平板之间似乎有一层慢慢变薄的垫子,到吸上之后,反而一下拿不下来了。不禁觉得新奇,好容易拿起来一推,竟真的打着旋儿漂到对面小刘那儿了。仔细一想首长说的"空气",似乎比从前更明白“空气”了。

    “首长真……真通晓万物之理!”王锻从前也见过元老院的种种神迹,可像今天这样自己亲手制作的“神迹”还是第一次。他心里有种强烈的自豪感,又觉得这元老院的“万物之理”才更为玄妙。不禁看着飘来飘去的平板出神了。

    钳工是机械工业中最古老的工种:他们使用各种手工工具完成加工,因常用虎钳加持工件得名。负责机器难以完成的工作:如划线、装配、矫正、刮削、研磨、锯锉錾、钻孔铰孔、攻丝套丝等。虽然后世有各种机械精度越来越高,可以越来越多地钳工的工作;但精密模具量具的配合面,仍然是钳工的作品。眼下这批钳工经过近几个月的培训,算是熟练掌握了平面划线、锯锉錾、攻丝套丝、刮削研磨、精密钻孔、简单的量具使用的本事。但距离培养目标:装配钳工,机修钳工、模具钳工相比,还差实际案例的启发。一个月之内他们将会制作一系列简单工件:临高铁路上的青铜轴瓦、各大机械厂的平板和方箱、校验机床的平尺,都会是这群钳工学员的作品。

    撒花,原始平板告一段落!

    机械工业的奠基——临高砂轮厂

    袁好问心里把从前构思的刨床计划想了一遍,隐隐觉得不妥:刨床虽然简单,可机械口千头万绪,占用一些旧时空的设备还好说,可如果使用过多旧时空的耗材就变得不可持续了:比如说,轴承怎么办?虽然带过来几吨轴承,可那些在旧时空也是精品,用在这边的初代低精度机床上实在不合适。都用轴瓦也不合适,况且早晚要自产轴承。那么先搞轴承怎么样?钢珠的工艺不难,就是冲模研磨热处理,也就冲模比较难,研磨机的话结构太简单,要求也不高,轴瓦可以凑付,热处理……军工口也干过,那就剩原料耗材了:轴承钢可以用电炉小规模冶炼,轧成盘条和棒料也能做到;轴承圈的话先车再磨……

    袁好问猛吸一口气:研磨耗材问题还没解决!旧时空精度最高的加工方式————手工研磨,自动加工的话就是磨床磨削。越是加工精度要求高的行业,磨床的比例就越高,例如飞机制造————大约一半;量具刃具厂————约80%!

    所谓研磨耗材不外乎硬的砂轮油石、软的砂纸砂带、膏状的研磨膏、抛光膏之类。这些耗材用在手工或自动研磨的场合:例如轴承钢珠研磨机的研磨浆、各种磨床上的砂轮、抛光机上的砂带等。他们的核心都是硬矿物破碎、浮选、水洗、烘干、分筛出定粗细程度的粉粒为核心,通过后续加工制成的。这硬矿物可以是刚玉、金刚砂(碳化硅)、石榴石、金刚石、甚至石英和花岗岩也能做磨料磨削较软金属。后续加工嘛,可以拿磨料加入胶合剂制成砂轮、涂覆到布、纸表面制成砂纸沙袋、加入辅料调配抛光膏……这样一想,不是个小作坊可以搞定的。

    常用的磨料刚玉化学成分就是氧化铝,旧时空海南使用本地铝土矿用电炉生产的黑刚玉甚至被称为海南砂远销祖国内陆。不过电炉?算了算了。现在连石墨电极都自产不了,去哪儿搞电炉?就算有电炉也是先紧着冶金工业用,哪里轮得到你生产磨料?再说了,能用天然矿物就使用天然矿物嘛。

    袁好问继续构思:临高这边使用天然矿物自产磨料最大的难点在于分选。旧时空的办法行不通:旧时空使用筛分机的条件是有各种密度的不锈钢筛网作为耗材只卖几百一平米。这在临高基本是有生之年把。那咋办?跳汰?气流?液流?袁好问一时没了主意。

    于是锁好门,从保险柜中取出电脑,一头扎进资料库里去了。


    展无涯放下手上《轴承计划》,打量了一下眼前瘦高的袁好问,“这轴承的技术路线倒是填补了目前的空白,这么长的技术路线,两个五年计划不知能不能走完!”

    说着点起了烟“不过路要一步一步地走,这么长的技术路线,要逐步验证,小步快跑,一旦成熟就大干快上,如同tg当年一样。”

    “这倒是,技术验证过程总是少不了嘛!不过还可以多个小组平行发展,毕竟节点技术是明晰的。”袁好问坚持了一下。

    “可是元老院的资源太有限了,尤其是熟练工人和技术人员。临高最优秀的机械工人,现在都在你那个钳工班里呢。话说他们咋样了?”才华横溢的提案,展无涯可是见得多了,不过此刻与其期盼尚在纸面的自制轴承,展无涯更在乎临高第一批正规钳工的情况。

    “从平板、轴瓦开始,刮削已经完全掌握了;现在在给光学口调设备。不过精密量具由于管控原因培训不够,基本是土法上马。”

    “这批人是种子,只要10年内能够自产的,都交给他们吧。我看呀,20世纪初的量具水平,我们两个五年计划就能达到!”展无涯说着把手臂一挥,豪情万丈地说道。“不过饭要一口一口地吃,这轴承计划,就从砂轮厂开始吧……”

    砂轮厂厂的产品包含从粗磨料到抛光料各种粒度的磨料产品,及由磨料制成的砂轮、油石、砂纸、砂带、研磨球等形形色色的产品。而几乎一切与光滑有关的产品都要用到磨料————从木地板到镜头莫不如此。由于磨削切削量小,精度高,更是机械工业的重要原料。据旧时空的宏观经济测算,80年代tg钢与磨具生产比例约1000:1.5~1.7,拥有机床量与好用磨具量之比为110kg/台。“也就是说,每台机床要对应110kg的磨具。”袁自言自语道。

    另一方面,砂轮厂可以从一套简单的破碎分级设备起家,门槛够低;可终点却很高:合成金刚石、立方氮化硼,可以一直有发展。而且磨料除了磨削用途外,还用于耐火材料,炼钢用脱氧剂,耐磨涂层、精密铸造等。部分如白刚玉、黑碳化硅,非磨削用途占60-70%。这简直是无机材料的一个大工厂。

    磨料的历史基本可以简单概括为追求硬度的历史:从最初的石英、石榴石之类的天然矿物,到19世纪开始合成刚玉和碳化硅,20世纪合成金刚石,每一次磨料的进步必然伴随材料水平的飞跃。从磨料开始,也算是为机械工业和其他民用工业打一点基础。

    砂轮厂筹备会议上,各路人马一如既往地就技术路线吵了个人仰马翻:有认为挖河沙硅藻土就可以满足需要的,遭到了无情科(Chao)普(feng)。终于就人造磨料能不能上和蓝宝石矿要不要砸碎了做磨料演变出了肢体冲突。

    会议最终达成了搁置争议的妥协:先上马粉碎、筛分、水力分级这一套基础设备和一个砂纸、砂带车间以石英砂为主要原料生产磨料和砂带应急;同时进行艾奇逊炉合成碳化硅的实验,如果证明可以合成碳化硅那么万事大吉;如果失败,那么蓬莱的一部分蓝宝石就只能为元老院和人民委屈一下了。


    梅晚看着规划图上筛分车间旁边巨大水塔,皱了皱眉头说:“你这砂轮厂一期产量一年才几吨,跟个作坊似的,算个啥厂子嘛!占这么大的地方就算了,还要修这么大的水塔!你这一个水塔容量赶上十几个居住区的水塔了,用得到吗?”

    袁好问苦笑着开始科普:“粉碎之后的粉粒物料需要分开:按照成分分开的过程是选矿;如果是将相同成分的粉粒物料按照粒径分开,则是粉体工程中的分级。最简单的分级方法是筛分,不过由于纺织口还没有顾上细筛网,这边也没有足够细的金属丝,筛分只能用与1mm以上粒径。更细的分级有气动分级和水力分级两种。选择水力分级是因为门槛相对气动更低,气动分级的话,各种密封都不一定能搞定。”

    “与此同时,砂轮厂的水塔不单单承担了向水力分级车间供水的任务,还为设在砂轮厂的中央研究院水动力实验室供水。”袁好问此时把声音提高了一些,“这个实验室不单单要做舰船选型、水轮设计和水利缩比实验,还承担了水力选矿技术的研发。再加上临高自来水网现在只能间歇供水,所以只好麻烦你们搞一个大号的水塔。”

    “不过水塔做大了麻烦也多,后世的大型水塔大多使用预应力结构;现在的条件嘛……我们尽量做。”梅晚也松了口气。

    之后讨论需要多少颚式破碎机、辊式破碎机、筛分机、传送带之类,机械口一众人等苦于缺少精加工手段久矣!纷纷表示支持,甚至要求大干快上,说“只要你们能投产,你们要多少设备就给你们多少设备,毕竟比起冶炼来,磨料用量太小了。”

    大会在一众人等对制作艾奇逊炉合成碳化硅、石墨,进而造电炉的技术路线的憧憬和无穷无尽的歪楼中结束了。

    砂轮厂的土建工作与其他工厂大同小异:无非是所有生产步骤的车间按顺序排成U形,再加上原料和成品仓库,中间的动力车间和煤仓,外部的办公区,工厂的雏形便有了;不同之处是,在U形一侧的水选车间旁边的大型供水水塔,沉淀池,以及全钢构的电合成车间——的基础。

    就在土建工作全面铺开的时候,袁好问正翻着自己大学时的流体力学笔记和习题,准备着分级设备方案。虽然使用水力分级的主线已经确定了,但究竟采用哪一种分级机械,具体如何设计还都是未知的问题。

    水力分级的原理很简单: 在粘性流体中不同粒径的粉粒沉降速度速度不一样,因此,使用特定速度的上升流便可以将粉粒按不同粒径分开。但实际操作起来总比理论要复杂:例如如何控制上升流的流速稳定,整体的流场又应该以什么样的形貌出现?最理想的流程应当是管底部是湍流进行搅拌物料,上部接近层流进行分级筛选。出料口又如何设置?在底部湍流的中间设置一个漩涡集尘器类似的装置吗?袁好问草拟了几个关键问题,又匆匆拿出电脑连接大图书馆的数据库找灵感去了。毕竟几天之后的内部会议上要一起讨论技术细节的,作为元老中为数不多的学过流体力学的人,袁好问自然要多出点力。

    后世的大部分设计是在已有设备基础上的优化。但穿越众面对的情况却比较复杂:一方面是大图书馆里无穷无尽的资料和超越时代400年的计算,仿真,设计能力;一方面是眼前这样一穷二白的物质条件。作为旧时代的工程师,分析问题第一步便要建立模型。粉粒的沉降过程中的阻力,袁好问打算用粘性流体的圆球绕流来估计粉粒受到的阻力。圆柱绕流问题和圆球绕流问题旧时空都是斯托克斯在1859年使用纯粹的数学方法解决的。这一模型自然有其适用范围,那便是系统处于极低的雷诺数下,流体的流动成稳定的层流状态。虽然说整个流场并不完全是层流的,而且粉粒也不是球形,不过这一假设在对于细小的粉粒问题不大。


    有了阻力,进一步估计出粉粒的沉降速度,然后嘛,当然是使用超时代的科学结论:层流和湍流的转捩条件~

    旧时空的1842年出生的爱尔兰物理学家雷诺提出了使用流体中惯性力与黏性力的比值做为层流与湍流的判据,这个比值也就顺理成章地被命名为雷诺数。

    应用雷诺数这一判据,在接近底部的进水口使用渐缩的喷口产生相对高速射流,跟上一个一个类似旋流器的东西产生涡流从而起到搅拌作用;经过搅拌的水流进入上升段:这里的管径大增,流速下降,携带粉粒的水流转变成层流状态,大颗粒沉降快留在管中,从下部的出料口被引流带出;小颗粒沉降慢,被顶部的溢出流带走。

    概念设计的过程并不算难,困难的是如何选择如何选择管径和各部件的尺寸,使得分级单元可以在尽量宽的流速范围内正常工作。同时尽量减小流量的消耗和水头的需要。

    有了粗略的模型,工程问题便可以化为数学上的多参数优化的问题。对于拥有计算机的元老院来说,一个单目标或多目标的数学规划问题是最容易解决的。他们不但有领先时代几百年的算法,更有领先时代几百年的计算设备。


    于是袁好问拿出了自己的大奶牛,打开熟悉的matlab, 写了个不大不小的脚本,略微调试几次之后便得到了满意的结果。

    水力分级机设计神仙会在执委的一个小会议室中低调地召开了。

    “我原以为水力分级机会在会在三五期间上洗煤厂和选矿厂时才上马,”督工操着略带河北口音的普通话一开腔,会场马上静了下来。“没想到一个预先上马的小规模试生产性质的临高砂轮厂就先用到了。不过人算不如天算,既然是经过论证的技术路线,那就先研制出来。这里我代表执委会表个态,必要的技术设备,执委会尽量满足要求。”

    “这个水力分级机主要用于磨料的粒径分级,但同时也是为将来的洗煤机和浮选设备做的铺垫。”能源和机械口的展无涯继续补充道“从这个意义上讲,这不单是临高砂轮厂的一个小设备,更是能源与矿业口的核心设备的基础。”

    同座的一干人等听了,心中腹诽不已:如果是在全体元老大会上说这个话,算是基础性科普无可厚非;可现在参会者除了几位执委会代表,都有相关的专业背景:罗铎是负责资料收集的大图书馆馆员;袁好问是砂轮厂筹建负责人,旧时空航空工程师,懂一点流体力学;来自飞艇协会的计算流体力学博士;水利口也派人前来参会;气象口的杨邦新也前来旁听。

    “在座的各位多少有一些……力学背景,”袁好问迟钝了一下才想出了这么个词儿,“各位通晓流体力学的元老,今天麻烦大家来,主要是讨论一下水力分级机的设计问题。”

    看到袁好问终于讲出了会议目的,大图书馆的罗铎淡定地走到早已布置好的投影机旁边,开始做“文献综述”:

    “其实分级机也不一定都是那么高大上了,知道了原理,也能捣鼓一些比较简单的。这是大跃进时候农村自制的水力分级机……”

    一边说着,一边投影出了圆锥分级机和角锥形分级机的简图,“总之,简单的水力分级机很容易上马,但效果上可能不尽如人意。即使是效果更好的斯托克斯分级机,也没有活动部件,制造难度比较低……”

    “这多级串联的斯托克斯分级机有点像浓缩铀设备呀!”马委员忽然冒出这么一句。

    “这两种分离问题有一定相似性。”袁好问接上了督工的话茬:“铀同位素具有密度差异及其导致的扩散速度差异,物料分级中有粒径或密度导致的沉降速度差异;分离的过程都利用了这种速度差异,通过特殊的流场来实现物料分离……”

    “怪不得这分离机都得串联。”督工再次把话题拉了回来:“我们继续说分级机。”

    “我觉得我们临高砂轮厂的水力分级机也许实验性质大于实用性。因为以目前的磨料需求量,拿大跃进时期的方案也能基本满足,就是效率不堪罢了。”袁好问一顿,“不过我们要有更高的追求,再说我们有21世纪初的流体力学知识和模拟计算手段,没有理由不对原始方案进行改进和优化。作为选矿的技术储备也是好的呀!”

    “模拟计算的问题没那么简单,”一直沉默的杨邦新突然说话了,“这个问题实际上是个二相流!这种仿真计算由于涉及两种不同的特征尺度,说实话我不知道怎么搞。如果单纯拿对付单相粘性不可压缩流体来的模型来仿真的话,也不知道效果如何。”

    “二相流模拟是个复杂的问题,不过也不是没有参考。”袁好问摸了摸下巴。“发动机燃烧室的仿真不但涉及二相流,还有化学反应,传热,传质等多个过程,仿真起来肯定更难。我是没干过这个活儿……对了,我自己设计了一版水力分级机,大家给看看。”说着把设计方案一一发给大家。

    督工略略一翻设计方案就放在了一边:督工是土木人,虽然对材料力学和结构力学颇有些造诣,可对于这流体力学就抓瞎了。

    “你这方案太落后了!连1900年的水平都达不到。这还是上升流方案,效率比旋流不知道差多少!”

    “你这基本上是个连续水析器的放大版!”

    众人粗粗看过方案,开始了喜闻乐见的吐槽过程。这也难怪,从21世纪回到17世纪,自然对于各种傻大黑粗的设计嗤之以鼻。流体力学在这临高还没有太多应用,大家还抱着旧时空的先进思维,自然看不上这落后方案。

    “这个设计稿只是个初稿。因为我本人学的航空,材料结构、动力热工、流体气动、自动控制、电子通讯都有点涉及;自然也就样样稀松。我这方案只是用雷诺数当核心参数设计的,我也没做过有限元,还得各位斧正。”

    事实上,随着计算机技术的进步,连续介质力学(包含材料力学和流体力学)领域诞生了名为有限元法的黑科技仿真方法:此方法既可以分析静力学问题:应力分布与集中问题;又可以分析突变载荷行为:冲击、震动等;还能分析流体力学问题:不论可压缩不可压缩、不论低速还是跨音速、不论带不带激波、定常流还是时变流,皆可模拟。甚至产生了一些条件下进行实验的测量误差超过模拟的误差这样的令人尴尬的情况。实在是21世纪的机械、流体、结构领域的一大利器。

    于是与会的众人开始欢快地回忆旧时空里画网格算网格的那些心酸事儿,说道兴头上也就大包大揽地把仿真的事情揽了下来。至于介质中携带的粉粒嘛,既然不好弄,那就忽略了吧。反正21世纪都是难题,只要生产时浓度不要太高就好了。等到以后需要面对高浓度矿浆的时候再说吧。


    我已经想好出什么事故了,现在正在一步步走向事故。哈哈哈。



    砂轮厂一期土建大体完成之后,也逐步开始了设备的安装调试工作:首先是动力车间的蒸汽机、然后是破碎车间的天轴。轴系的安装一直是个繁重的钳工活儿:即使出于对精度的自我认识,整个天轴系统的联轴器都设计了双十字联轴器——也就是从前汽车上的万向节,这种联轴器对同轴度要求最低;不过好歹还要有同轴度不是?所以安装前要调整好轴瓦的位置。至于天轴,由于要长期承受交变载荷,材料疲劳较快,又是细长杆,最后还要动平衡,一下把材料、加工方面的难点占了个遍。工业口的人定了拿自产棒材精锻调质、时效、再机加工、最后动平衡的工艺。不过这工期和成本就十分感人了。不过好在有带来的蒸汽锻锤,不过据机械口的人说,这批天轴仅在自由锻阶段就报废了一半坯料。

    “主要是合格的工人太少。你想想自由锻那劳动条件:灼热的工件辐射着,巨大的落锤噪音,元老没一个实操过的。这次弄这批东西,算是锻炼队伍了。”王工看着车间里的钳工们用起重葫芦安装天轴的景象,感慨了起来。

    “不过这建设是值得的,这天轴系统设计的时候走了一遍有限元,最起码不会有共振问题;应力分布和疲劳也进行了优化设计,也迁就了现在的加工精度。可以说,这套天轴系统超过了原位面的设计水平,只要不是工人故意作死,绝对不会发生落轴事故。”袁好问也有些感慨,毕竟是自己一路做下来的,当然能不走的弯路不会走了。

    “有限元确实好呀!就怕电子计算机失效以后,一切又回到傻大黑粗。搞不好弯路还要再走一遍。”王洛宾有些忧心的说道,说着转了身走出破碎车间,点起了一支烟。

    袁好问看车间里的安装钳工们有的正一丝不苟地测着同轴度,不时向五六米外的同伴做个手势,同伴随即拧一下轴瓦边的调整螺丝;另一边又响起了起重葫芦的拉铁链声……

    袁好问又看了一眼他们,才出去找王洛宾。


    外面的阳光正耀眼,合着秋季的风让人心生荡气。眼前的天际线被高大的水塔割裂,青色的条石、红色的砖、灰色的水泥构成了这样一做极具上升的力量感的建筑。塔高20余米,顶部是一个60吨容积的钢混球形水箱,塔身采用砖混结构,现在塔顶水箱刚刚完成最终养护,有人在脚手架上给球形水箱外层箍预应力钢筋。塔身部位的脚手架已经拆除,塔顶的部分的脚手架不规则的突起,使得整个塔像一只伸向空中的铁拳。

    “机械设计规范的制定,该提上议事日程了。”王工见袁出来了,把农场雪茄夹在手里,吞云吐雾地说道。“你能干了这事儿吗?”

    “我说我也实在不是谦虚,机械设计规范的制定,执委会还是另请高明吧。”袁好问的神情一下子严肃了起来“我虽然旧时空学航空的时候捎带学了点材料结构相关的力学知识,不过究竟还是选了航空电子,没受过完整的机械工程教育,算是半路出家。机械设计规范这东西不比别的,出一点问题要影响很多年,造成很大损失的,还是要找元老院的力学大拿们一起来弄,一两个人搞不出来的。”

    所谓设计规范,简单来说就是一群最牛的工程师乃至科学家总结了前人设计过程中走过的各种各样的坑,然后为诸位小白工程师提供的可以拿来直接使用的、可以避开这些坑的设计方法。因为有些坑涉及极为复杂艰深的力学问题,不按照规范来的话,很容易掉到坑里而不自知。比如要设计最简单的一根传动轴,考虑其震动问题也是相当的复杂:转速需要避开自身固有频率,固有频率还不止一个、不同固有频率对应不同震动形态(称为模态),因此轴的长径比、材料特性(刚度模量密度)、支承方式、动力输入输出位置、重量分布、安装精度等诸多参数需要复杂系统的设计。如果瞎搞的话,短小低速的可能没啥问题,但一旦上大尺寸、大质量、大转速、大载荷,那么以上一个因素没考虑好就可能导致严重后果:轻则震动大噪声大寿命短,重则试运行的时候直接甩飞出去。

    旧时空的各位洗衣服甩干的时候也许会发现,随着滚筒转速增加,震动幅度是先增加后减少的,这便是洗衣机工程师精心设计的结果。

    以上说的只是振动这一个坑,除了振动,还有刚度、疲劳、应力集中等等大坑。机械设计规范需要对工程中可能出现的各种需求,给出一种可行的,简便的,可以保证使用的设计方法,以此设计出来的产品必须尽可能避开上述的各种坑。这也就是为什么看似简单的齿轮组设计也需要确定传动比之后查手册的原因:你瞎搞搞不好就共振了。

    “现在编这么一部规范,也许是影响上百年的大工程。可能需要一个专门的委员会来做。”王洛宾吸完了雪茄,看着眼前的水塔自顾自说道。

    一阵铁链的喧哗打破了他的遐想,两位元老一起走进了水塔内部,30厘米内径的陶制落水管从球形水箱的底部下落到他们头顶之后拐了个弯延伸到了一旁的水力分级车间和水动力实验室,沿着墙面的上水管则显得细了许多。塔内的螺旋楼梯上伸出的支架如同一双双手,一起握着巨藤般的总落水管。

    “这么大的管径,怕是不好烧吧!”

    “谁说不是呢,不过为了降低沿程损失,只好用粗的了。”

    “沿程损失是降低了,只怕……”王工叹了口气,“建筑规范也要提上议事日程了,我回去起草报告和方案,你把你了解的这方面东西写个摘要给我吧,我好参考。我先走了,你忙着。”说完,王工快步走出了厂区。



    0.0
    0人评价
    avatar