Этап «полуавтоматической механизации» соответствовал «Золотому веку» производства банок и консервирования, в котором технологические инновации следовали один за другим. У этого этапа механизации производства банок есть три отличительные особенности. Во-первых, это были отдельные машины, предназначенные для выполнения механических операций на определенном этапе производственного процесса. Они были автономными машинами во всех отношениях и не были связаны друг с другом конвейерами или каким-либо другим типом устройств для перемещения материалов. Станки этого типа редко можно было увидеть на верстаке консервного завода.
Скорее всего, они были привинчены к полу, поэтому размеры машин увеличились по сравнению с предыдущими устройствами. Во-вторых, мощность или движущая сила этих машин была изменена с силы человеческих рук или ног на энергию из различных источников: воды, пара или угольного газа. Эти источники питания приводили в действие станки на заводе или выделяли тепло для расплавления припоя. На ранних этапах этой стадии все еще преобладал человеческий фактор, но в целом он уменьшился, за исключением очень мелких фирм. К концу этого этапа у большинства производителей банок в цехах появилась какая-то движущая сила, не связанная с людьми.
Наконец, производительность оборудования для производства банок резко возросла. Например, многие машины для торцевой пайки, возможно, изначально были рассчитаны на одну или две банки, но к концу «полуавтоматической механизации» их производительность увеличилась во много раз по сравнению с первоначальными моделями.Переход от человеческой энергии к энергии неодушевленной природы начался в конце 1860-х — начале 1870-х годов и впервые проявился в инновациях в области обработки металла на этапе «первичной механизации». Поставщики оборудования для производства банок предлагали режущие машины для резки корпусов банок и торцевые прессы. Как упоминалось ранее, компания Hall and Carpenter, поставщик оборудования для производства жести и консервных банок из Филадельфии, работавшая в 1870-х и 1880-х годах, предлагала несколько типов ножниц для нарезания квадратов с ножным приводом.
В их каталоге были представлены два производителя ножниц с ножным приводом: Stow и Wilcox, оба из Нью-Джерси. В том же каталоге Hall и Carpenter также предлагали квадратные ножницы с приводом от тех же двух производителей. Основным механическим отличием ножниц с ножным приводом от ножниц с механическим приводом была замена педали на вал, маховик и две простые шестерни, подключенные к источнику питания, возможно, небольшому паровому двигателю. Было представлено одиннадцать моделей ножниц Stow по цене от 140 до 600 долларов за станок, но только одна модель Wilcox для резки крупной жести стоила 800 долларов. Основным экономическим различием между ножницами с ножевым приводом и электрическими ножницами была цена. Ножницы AStow № 25 с ножным приводом, способные резать 25-дюймовые пластины обычного размера для производителей консервной продукции, стоили 48 долларов.
Однако аналогичная электрическая машина Stow, модель № 025, продается по цене 160 долларов. В каталоге не были указаны мощности для каждого типа ножниц, но разумно предположить, что механические ножницы были намного быстрее, чем модели с ножным приводом, к тому же они избавляли от рабочих рук.
Тем не менее, существенная разница в ценах между типами машин сделала их покупку важным решением для производителя консервных банок и одним из компонентов для их распространения. Более крупные производители консервных банок, скорее всего, стали бы покупателями машин с механическим приводом, поскольку они нуждались в большей мощности и могли себе это позволить, в то время как более мелкие, сезонные, самостоятельные производители предпочли бы менее дорогие машины с ножным приводом.
Переход от ножного привода произошел и с торцевыми прессами. Ведущий производитель торцевых прессов, компания Oberlin Smith’s Ferracute MachineCompany из Бриджтона, штат Нью-Джерси, в начале 1880-х годов предлагала семь моделей ножных и три типа механических торцевых прессов для производителей консервных банок в своем каталоге. Механические конструкции прессов значительно отличались друг от друга. Прессы с ножным приводом требовали, чтобы оператор вручную вставлял пластину для изготовления торца в зону штампа, в то время как прессы с механическим приводом имели полуавтоматический механизм подачи, который позволял избежать опасной практики засовывания руки под штамп.
Ножной пресс приводился в действие простым нажатием на педаль, в то время как механический имел маховик, который перемещал комбинированную матрицу вниз по плите. Кроме того, модели с механическим приводом были оснащены ножным тормозом для остановки пресса в случае заедания. Пресс Ferracute 223 был «пригоден для любой работы с комбинированными штампами весом до 3 фунтов включительно». Этот диапазон возможностей охватывал наиболее распространенные размеры жестяных банок. Количество нажатий в минуту было переменным и зависело от ловкости оператора, но 20 нажатий в минуту кажутся разумными. Стоимость этого пресса составляла 50 долларов. Аналогичный пресс с электроприводом, Ferracute Press 1, «подходил» для банок из-под фруктов и овощей весом до 3 фунтов и стоил 120 долларов. Этот пресс работал со скоростью «около 120 оборотов в минуту», что означает, что он производил 120 обрезков в минуту.
Несмотря на то, что он был дороже ножного пресса, он производил в шесть раз больше обрезков за то же время. Факторами, побудившими производителей банок к использованию торцевых прессов с электроприводом, были объем их работы и доступные финансовые средства, как и в случае с резаками.На этапе «полуавтоматической механизации» наибольшее внимание уделялось торцевому креплению в процессе производства банок. Операция закатки оставалась проблематичной для производителей банок, поскольку при пайке торец должен был плотно прилегать как изнутри, так и снаружи, а на закатку торец уходило наибольшее количество припоя. Количество припоя, используемого в ручном процессе, варьировалось в зависимости от конкретного изготовителя банок.
Более эффективный процесс, обеспечивающий более надежный шов, ускоряющий производство и потребляющий меньше припоя, был крайне желателен. Первое крупное усовершенствование в области торцевой пайки, устройство Howe Floater, появилось в 1876 году. Названное в честь независимого изобретателя Джеймса Хоу, это была автономная машина. Оператор, как правило, молодой подмастерье, закреплял конец на внешней стороне припаянного цилиндра. Для выполнения шва банку помещали в «плавающую камеру», состоящую из лотка с расплавленным припоем, по которому банки перекатывались цепным конвейером. Банка была установлена под углом 22 градуса к горизонтали, и эта ориентация поддерживалась задней пластиной поплавка Howe на протяжении всей операции закатки.
Это была относительно высокопроизводительная машина, рассчитанная на двух человек, с молодым подмастерьем, который работал на концах, и механиком, который поддерживал работу машины. Производительность машины зависела от длины лотка, но нормой было 1500 банок за один рабочий день.
Поплавковая машина Howe была мощной, высокопроизводительной и довольно дорогой, что стало значительным шагом вперед в области закатки. В каталоге Ferracute 1885 года она предлагалась «по цене производителя» за 350 долларов, «включая роялти в размере 200 долларов».48 Только крупнейшие производители консервных банок могли позволить себе эту машину, поэтому на рынке появилось множество альтернатив, основанных на принципах флотатора Howe, для обслуживания более мелких производителей.В то время как поплавок Howe был основным направлением, выбранным крупными производителями банок для пайки, появление в 1880 году устройства Merriam «Little Joker» было предназначено для использования на небольших предприятиях по производству банок. Он работал по тому же принципу, что и HoweFloater, вращая банки в расплавленном припое снаружи банки, но это было ручное управление.
Первоначальная конструкция Merriam, Merriam Floater No.1, представляла собой не что иное, как устройство с наклонной задней панелью и небольшой баночкой с припоем, прикрепленное к столу. Источником энергии для расплавления припоя в емкости служил «угольный газ», также известный как “уличный газ” или бензин. К поплавку были прикреплены трубопроводы и клапаны, чтобы поддерживать припой в жидком состоянии. Банки вращались вручную, и процесс был настолько элементарным, что «любой сообразительный мальчик или девочка в возрасте от 14 до 16 лет вскоре смогут научиться их использовать», — говорится в рекламе поставщика банок E. F. Кирван из Балтимора. Ежедневная производительность при десятичасовом рабочем дне составляла от 1500 до 1800 банок. Стоимость машины составляла 25 долларов за единицу.
Усовершенствованная плавучая машина Merriam № 2, также оснащенная настольным креплением, производительностью от 2000 до 2500 банок в день отличалась наличием рукоятки или роликового крепления для вращения банок. Кирван превозносил многочисленные преимущества этого станка, одним из которых было «отсутствие страха перед забастовками, поскольку «зеленой помощи» можно обучить за несколько часов».51 Конкурентом и копировальным аппаратом Merriam Floater был аппарат Triumph Can Floater за 17,50 долларов. Это было также устройство с ручным управлением, и оно утверждало, что при использовании «12 унций» оно позволяет создавать «более прочные соединения, чем это возможно при любом известном способе». меньше [припоя], чем используется любыми другими плавучими средствами». Интересно отметить, что, согласно рекламе этого каталога, для герметизации 100 банок №3 требовалось от 12 до 13 унций припоя, по сравнению с 28 унциями для внутренней пайки того же количества банок. Большим преимуществом использования торцов для наружной пайки была экономия припоя более чем на 50%.
Плавающие головки с одной головкой, безусловно, значительно повысили производительность при соединении торцов, но растущий спрос требовал еще более крупных станков. В конце 1880-х годов компания AyarsMachine из Салема, штат Нью-Джерси, разработала многоголовочный станок под названием «Маленький гигант». Этот поплавковый станок не был прикреплен к верстаку, а представлял собой отдельную машину, прикрепленную болтами к полу. Им мог управлять как человек, так и другие источники энергии, и он мог одновременно закатывать до четырех банок. Его ежедневная производительность составляла от 5000 до 7000 банок в день, и для работы на нем требовалось всего два человека: «один мальчик смазывал канифолью и помещал банки в загрузочную камеру» и «мужчина поворачивал машину [с ручным управлением] и вынимал банки швом вниз».
Если требования производителя консервных банок превышали 5000-7000 рублей в день на ручную машину, Айарс утверждал, что «две (2) мощные машины могут производить от 18 000 до 20 000 банок в день… приводится в действие подающим желобом, так что банки могут автоматически подаваться в машину.» Цены на Ayars «Little Giant» были указаны только «при подаче заявки».53 К концу 1880-х годов в отрасли были разработаны основные принципы торцевой пайки. Во-первых, банки должны были запаиваться снаружи с помощью поплавка. Внутренняя пайка теперь считалась устаревшим, медленным и расточительным процессом, из-за которого получалась некачественная жестяная банка. Во-вторых, тип поплавковой машины, будь то с одной головкой или с несколькими головками, с ручным управлением или с электроприводом, зависел от размера фирмы, объема финансирования, количества рабочей силы и предпочтений в отношении источника питания.
Эта машина подходила для любой крупной фирмы по производству консервных банок. Следующее изменение технологии крепления торцов произойдет только после предстоящих радикальных изменений на этапе технологического развития «дизайн изделия». Несмотря на то, что на этапе «полуавтоматической механизации» технологии производства консервных банок концевое крепление привлекло много инновационной энергии, усовершенствованные методы закатки боковых швов и изготовления корпусов также повысили производительность. Основой инноваций послужило настольное устройство под названием Jones Block, разработанное на этапе «первичной механизации». К началу 1870-х годов производители консервных банок достигли производительности в 60 банок в час, используя один блок, а при производстве нескольких банок эта цифра была кратной.
Это устройство создавало боковой шов внахлест, то есть концы корпуса накладывались друг на друга и удерживались на месте с помощью подпружиненного зажима, в то время как производитель банок их спаивал. Следующей инновацией после Jones Block стала компания turret body maker. Станок turret bodymaker, по сути, представлял собой несколько блоков Jones, расположенных вертикально и установленных на круглом столе. Для работы с ним требовалось два человека: помощник, который переворачивал корпуса и извлекал запаянные банки, и оператор, который запаивал контейнеры. Ассистент раскатывал заготовки и формовал из них цилиндры, пропуская их через ручную вальцовочную машину. Раскатанные, но не спаянные цилиндры подавались ассистентом вручную и устанавливались на несколько оправок для пайки или рожков на круглом столе.
Оператор может вращать стол с помощью педали. Изготовитель банок запаивал шов внахлестку снаружи, нажимал на педаль, передавал готовую банку, и револьверная головка выдавала незаконченный корпус. Готовые банки удалялись помощником. Стандартная установка для изготовления корпусов с револьверной головкой могла производить 2500 корпусов в час, что намного быстрее, чем системы для торцевой пайки.54 Установка для изготовления корпусов с револьверной головкой не была ограничивающим фактором в производстве банок, она по-прежнему производила около 1500 банок в час. В результате компания turret style body maker стала единственным значительным достижением в области механической обработки боковых швов на этапе «полуавтоматической механизации».
Недостатки швов внахлест были двоякими: неравномерное нанесение припоя вручную и отсутствие прочного шва. Одним из результатов этих недостатков стало то, что стиль боковых швов начал меняться на этапе «полуавтоматической механизации» технологических изменений. Притертый шов был наиболее распространен до 1880-х годов, однако некоторые производители банок начали экспериментировать с «закрытыми швами» еще в 1869 году. Этому стилю шва уделялось незначительное внимание в 1870-х и 1880-х годах, и популярность он приобрел только в конце 1880-х и 1890-х годах, когда изготовление корпусов стало ограниченным процессом. Замковый шов слегка загибал края корпуса банки, пока формировался цилиндр, чтобы получились два крючка, затем соединял края вместе, слегка надавливая на шов. В результате получился фальцевый шов, состоящий из четырех слоев металла, по сравнению со стандартным швом внахлест, который состоял только из двух слоев. Затем запаивался замковый шов, чаще всего снаружи.
Однако до тех пор, пока изготовление корпусов и пайка не стали узким местом в производстве, изобретатели уделяли этой области технологии минимальное внимание. Одной из первых проблем с качеством были протекающие банки, и эта проблема была первоначально решена на этапе технологического развития «полуавтоматической механизации». Несовершенные торцевые или боковые швы были бичом производителей банок в XIX веке и сегодня остаются главной проблемой качества для компаний, производящих металлическую тару. Протекающие банки, известные как «протечки», пропускают воздух внутрь банок и портят продукт, в то время как содержимое банки может просочиться наружу через дефект и потенциально испортить другой упакованный продукт. Любое из этих условий может привести к дорогостоящим претензиям к производителю и поставщику консервных банок. В то время как некоторые производители банок до 1880-х годов пытались тестировать банки, нагнетая в них сжатый воздух, этот метод был изначально ненадежным из-за недостатков герметизации банки во время тестирования и невозможности «указать точное местоположение утечки в банке».
Протекающие банки были впервые систематически и успешно устранены врачом и независимым изобретателем доктором Уильямом Б. Манном из Балтимора в 1882 г. Доктор Манн был удостоен премии США. Патент № 265,837 от 10 октября 1882 года на его «Способ и устройство для испытания консервных банок». Изобретение Манна было специально разработано для «тестирования упаковок из листового металла или банок, используемых при упаковке материалов, известных как «герметично запечатанные товары»». Его тестер состоял из устройства с четырьмя головками, соединенными с вращающимся валом, в который были вставлены банки, запечатанные сверху резиновой прокладкой. Подогретый сжатый воздух подавался в четыре головки после того, как банки были закреплены на месте, а устройство вращалось и погружало банки в ванну с горячей водой. При погружении в воду в местах утечек появлялись пузырьки воздуха.
После обнаружения утечки оператор останавливал машину, вынимал неисправную банку и отмечал место утечки на банке удобным карандашом. Затем банки были возвращены для доработки производителю банок. Каждая банка должна была пройти тестер Mann’s, но крепление банок, процесс погружения и вращения, а также устранение любых дефектов выполнялись вручную. Его оригинальная машина не была интегрирована ни с какой другой частью процесса изготовления банок.Манн утверждал оригинальность «процесса… для тестирования банок из листового металла «его»механизм для зажима банок и подключения их к системе подачи сжатого воздуха», «комбинация резервуара для воды, вращающегося вала… с воздушным резервуаром» и идея подогрева как сжатого воздуха, так и воды.57 ограниченные возможности его оригинальной четырехголовой модели были преодолены, когда производители банок установили несколько тестеров.
Основная разработка Манна была усовершенствована на более поздних стадиях технологического развития другими независимыми изобретателями, но о стойкости и долговечности его изобретения свидетельствуют отраслевые публикации. The E. F. В каталоге Kirwan за 1890 год был продан один тестер Mann с бензобаком и горелкой за 95 долларов. Производитель банок может также приобрести дополнительные воздушные насосы, резервуары, датчики и предохранительные клапаны для увеличения производительности. Система из трех тестеров со всем вспомогательным оборудованием была доступна за 200 долларов. В каталоге Kirwan утверждается, что «малейшие утечки легко обнаруживаются по пузырькам воздуха, которые появляются при прохождении через воду», а одна машина может проверять «от 5000 до 6000 банок в день».
В каталоге Kirwan также продавалась «улучшенная» версия тестера Mann’s за 100 долларов, и утверждалось, что он настолько прост, что им может управлять «сообразительный мальчик».58 В каталоге Ayars Machine Company 1900 года также продавались «улучшенные» тестеры Mann’s за 85 долларов, поэтому цена снизилась на протяжении десятилетия. Айар утверждал, что «можно обнаружить самую незначительную утечку, и, опять же, машина была настолько простой, что ею мог управлять «умный мальчик».59 Испытатели компании Mann работали медленнее, чем на других этапах производства банок, поэтому на более крупных предприятиях не работало несколько агрегатов.
Производительность будущих испытателей Mann составляла от 10 000 до 15 000 человек в десятичасовой рабочий день, но эти показатели были достигнуты только в конце 1890-х годов. К 1910-м годам компания Stevenson and Company, прямой конкурент Mann и поставщик оборудования для производства консервных банок, производила тестеры производительностью от 60 000 до 65 000 штук в день, используя резервуар большего размера и цепной конвейер. 60 вариантов оригинальной идеи Mann — воздушных тестеров с погружением в воду — до сих пор используются для выборочного тестирования пищевых продуктов под высоким давлением банки используются на многих современных предприятиях по производству консервных банок.