Шар в шаре, кольцо в кольце

Ф. Маликов (г. Воронеж)

Стереоснимок. Внутри шара — двенадцатигранник с отверстиями, а в нем двенадцатигранная остроконечная звезда.

В журнале «Наука и жизнь» № 9, 1981 г. была опубликована заметка «Додекаэдр в шаре». В ней рассказывалось о сложной, виртуозной работе, выполненной на токарном станке: из одной заготовки выточен шар с заключенным в него двенадцатигранником. На эту заметку откликнулся преподаватель Воронежского политехнического института Ф. П. Маликов. Он прислал в редакцию свои «токарные загадки» и рассказал, как ему удалось их изготовить.

Далеко по свету разнеслась слава об индийских и китайских изделиях из слоновой кости. Особенно поражают виртуозностью обработки китайские резные шары, которые европейцы привозили в прошлом веке из Кантонского порта. Внутри шара с ажурно-рельефной поверхностью находились шары меньших размеров, тоже ажурные. Все они были изготовлены из одного куска кости. Такие изделия, получившие название «шар в шаре», делали в основном для вывоза за границу. Европейцы называли их «дьявольскими шарами».

Изготовление «шара в шаре» распадалось на восемь операций, выполняли их соответственно восемь мастеров. Работа над одним комплектом занимала около двух лет.

Тринадцать разных «шаров в шаре». В середине — шар-заготовка.	«Кольцо в кольце». Каждая цепочка выточена из одной заготовки.

В начале шестидесятых годов токарь горьковского завода «Красное Сормово» И. Н. Годяев привез из Японии шар с заключенными внутри многогранниками. Ему подарили его японские рабочие в знак дружбы. Шар выточен из слоновой кости и разрисован цветными драконами. Целый год японские граверы выскребывали эти многогранники штихелями.

Шар-заготовка вначале точится грубо по шаблону, а затем обтачивается резцом в поворотной оправке, закрепляемой в резцедержателе станка. На рисунке штриховкой показана втулка, которая зажимается в резцедержателе.

Прежде чем обрабатывать «шар в шаре», необходимо рассчитать и вычертить на бумаге задуманные фигуры. Обработка выполняется двумя резцами и зенкерами. Инструмент подается в нужных направлениях — по оси и под углом (по лимбам суппорта и задней бабки). Одним резцом, напоминающим отрезной резец с одной передней режущей кромкой, обтачивают звездочки. Он подается под углом. Второй — расточной с двумя режущими кромками, расположенными спереди и под углом. Для обточки шаровой поверхности используется фасонный резец. На рисунке — схема изготовления шара со звездочкой и четырьмя додекаэдрами внутри. Черным цветом обозначен выбираемый металл.

Для обработки шар зажимается в приспособление, закрепляемое в кулачках токарного патрона. Оно представляет собой цилиндр со ступенчатым отверстием поя Диаметр шара. На наружную поверхность цилиндра навинчивается накидная гайка. Фигура в полости шара определяется числом отверстий. Например, для куба нужно 6 отверстий, для додекаэдра — 12 отверстий и т. д.

Московские токари С. П. Иванов, А. Д. Тюленев, В. Т. Копылов и другие разгадали секрет изготовления «шара в шаре» (мы будем так называть и многогранник в шаре) и стали точить их не из слоновой кости, а из более крепкого материала — латуни, затрачивая на работу не годы и месяцы, а всего лишь 3—5 часов (конечно, без украшения резьбой).

Каждый, кому попадает в руки «шар в шаре», не может остаться равнодушным к искусству мастеров-умельцев. А если вы вдобавок владеете токарным мастерством, вас так и тянет попробовать самому выточить хитроумные шары. Автору этих строк тоже довелось пройти такой путь. Хочу рассказать, что из этого получилось.

Один из моих знакомых, В. П. Дунаев, начальник технологической лаборатории Воронежского завода имени М. И. Калинина, показал однажды латунный шар, выточенный московскими токарями, и рассказал, как его изготовить. Работа токарей-виртуозов задела мое самолюбие, и в свободное время я встал за старенький токарный станок, чтобы попробовать свои силы. Изготовил больше десятка шаров и испытал при этом преогромное удовольствие. Ни один из шаров своими внутренними фигурами не был похож на другие. Одинаковыми были только начальные заготовки — шары диаметром 46 мм. Материал использовался разный: латунь марки ЛС 59-1, высокопрочный алюминиевый сплав марки В95, прозрачное оргстекло.

Над тем, как выполнить ту или иную операцию, приходилось не раз поломать голову. Взять хотя бы шар-заготовку. Она должна быть совершенно круглой с отклонениями диаметра не более 0,1 мм. Выточить такой шар совсем не просто. Потом на его поверхности надо разметить двенадцать отверстий. Значит, нужно придумать делительное устройство. Далее шар требуется закрепить в патроне — тоже проблема. Потом изготовить целый набор специальных резцов, с помощью которых вытачиваются внутренние фигуры. И решить еще десятки и десятки задач, возникающих на каждом шагу.

А сама работа на станке? От токаря требуются огромное терпение, точно рассчитанные движения. Резец подается вручную настолько малыми перемещениями, что стружка получается тончайшей, рассыпающейся в пальцах в порошок.

Чтобы не поломать резец, а он очень тонкий — сечение у вершины не превышает 1 мм₂, — приходится применить немало ухищрений: подобрать скорость резания, уменьшить подачу, остро заточить лезвие, установить резец выше центра вращения детали, подавать смазочно-охлаждающую жидкость, все время удалять стружку и т. д.

Даже опытные токари обычно задают вопрос: «А когда фигурки отрезают одну от другой, они начнут болтаться в шаре и могут поломать резец и покорежить все внутри. Как тут быть?» Действительно, задача непростая. Для ее решения можно предложить два варианта: или закреплять отделяемые фигурки, или недорезать уголки-перемычки, оставив эту операцию на конец обработки. Наверное, возможны и другие приемы.

Не меньшее любопытство, чем шар, вызывает другая загадка токарного мастерства — «кольцо в кольце». Это название выбрано по аналогии с «шаром в шаре», однако кольцо известно гораздо меньше. На фотографиях показаны отрезки цепи из трех, пяти колец и замкнутая цепь из десяти колец. Все они выточены на токарном станке из сплошного материала (фторопласт, латунь, алюминиевый сплав). Никаких разрезов, перемычек, сварки или пайки нет.

Мы не будем здесь рассказывать, как изготавливается «кольцо в кольце». Пусть читатели над этим подумают сами. Надеемся, что среди них найдутся мастеровые люди, которые знают и более замысловатые токарные загадки. Если будет желание поделиться опытом, присылайте свои творения.