Основы технической и художественной ковки

– Ремонтно-реставрационную (ремонтные предприятия, сельское хозяйство, транспортные предприятия и другие.)

– Художественно – промышленную.

– Художественно – реставрационную.

– Кузнечно – ковальную (изготовление подков и оснастки для сбруи, обработка копыт и подковка лошадей)

Кузнечный инструмент и оборудование

Приступая к работе в кузнице необходимо важное внимание уделить инструменту и оборудованию, с которым придётся в дальнейшем работать.

Во большинстве литературы по-разному классифицируют кузнечный инструмент, единой классификации нет. Предлагаю свой вариант.

Инструмент кузнеца делится на следующие группы:

– ИНСТРУМЕНТЫ ВЕРХНИКИ

– ИНСТРУМЕНТЫ НИЖНИКИ ИЛИ ПОДКЛАДНЫЕ

– ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ

– ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И ШАБЛОНЫ

– ШТАМПЫ И МАТРИЦЫ

– ПРУЖИННЫЕ ОБЖИМКИ

ВЕРХНИКИ: группа инструментов, предназначенная для обработки разогретого металла, путём постановки инструмента на поковку и нанесением по нему или им удара. К ним относятся ручники, молоты (кувалды), зубила, гладилки, подбойники, оправки, обжимки и т. д. Данные инструменты имеют деревянную рукоятку для его удержания, за редким исключением металлическую

Верхники насаживаются на рукояти без расклинки, (за исключением ручников, кувалд и тех инструментов, которыми наносятся удары). Свободная (без клина), плотная посадка рукояти хорошо гасит энергию отдачи от инструмента.

НИЖНИКИ: подкладные инструменты. Данные инструменты подкладываются под поковку, к ним относятся подкладки, гвоздильни, оправки, матрицы, подсечки, шпераки и т. д. Они могут быть как с рукоятками (металлическими), так и без них.

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ: инструменты, используемые в ковке, без которых вроде бы можно обойтись, но не обходятся, т.к. они облегчают сам процесс ковки. Их главное применение – удержание поковки, уменьшение усилия на руки. К ним относятся: вилки, рычаги, клещи, захваты, расклинки и т. д.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И ШАБЛОНЫ: говорят сами за себя – это линейки (металлические), штангенциркули, измерительные скобы, шаблоны для гибки изделий различной конфигурации.

ШТАМПЫ И МАТРИЦЫ: приспособления, требующие сложного и точного изготовления, состоящие из нескольких частей, подогнанных друг к другу и требующие в работе стандартные заготовки.

ПРУЖИННЫЕ ОБЖИМКИ: можно назвать простейшие штампы, для изготовления которых не требуются очень высокая точность подгонки друг к другу, которые не требуют в работе стандартность заготовок. Применятся стали недавно, когда увеличился спрос на художественную ковку. Значительно облегчают работу на пневмомолоте.

Основные требования к инструменту

Кузнечный инструмент, в отличии от слесарного, должен выдерживать более высокие нагрузки динамического характера (ударные), не разрушаясь при этом. Для работы с разогретым металлом калёный инструмент не подходит. Калка быстро отпустится при нагревании его выше 200

, и рабочая часть не будет иметь нужную твёрдость. Поэтому, кузнечный инструмент изготавливается из стали повышенной твёрдости, но в то же время не хрупкой, т.е. с пониженным содержанием углерода. По этим параметрам лучше всего подходят легированные стали. А не зная марки стали, возьмите полуоси грузовых автомобилей или пальцы гусеничных звеньев, при этом наиболее лучшими для этого являются пальцы звеньев траков тракторов Челябинского завода. Инструментальная сталь на кузнечный инструмент не подходит, она плохо переносит ударные (динамические) нагрузки, раскалывается, а осколки могут поранить работающего или лиц, находящихся в кузнице.

На первых порах закажите инструмент у опытного кузнеца. Купленный в магазине слесарный инструмент для кузнечных работ плохо приспособлен, да и твёрдость его обеспечена калкой, а не качеством стали.

Клещи лучше изготавливать из среднеуглеродистой стали, она хорошо гасит энергию отдачи при ударе и обладает хорошей прочностью. Низкоуглеродистая сталь для клещей не подходит, из-за высокой пластичности легко гнётся даже при небольших нагрузках. Клещи из высокоуглеродистой стали плохо амортизируют и могут лопнуть при динамических нагрузках. Наилучшими в удержании поковки являются клещи отцентрированные, в данных клещах действие момента, выворачивающего их из рук, сведены к минимуму.

Как изготовить инструмент мы будем рассматривать в разделе «Изготовление инструмента»

Большой негативный момент при работе кузнечного инструмента, это его быстрый разогрев в процессе работы. Особенно это сказывается на инструменте, который работает как проникающий в поковку (зубила, бородки, пробойники, оправки). Нельзя надолго оставлять его в горячей поковке, т. к. он быстро нагревается от тепла поковки и при повторных ударах по нему рабочая часть легко деформируется, инструмент «клинит» в поковке. Поэтому кузнечный инструмент во время работы необходимо периодически охлаждать, опустив рабочую часть в воду. А проникающий удалять из поковки сразу, как только прекратили работу им, и немедленно охладить.

Оборудование простейшей кузницы

Мы будем рассматривать работу в простейшей кузнице с минимальным набором механизации. В оборудование кузницы входят следующие приспособления и механизмы: это прежде всего наковальня, (основной станок кузнеца), горновая печь на твёрдом топливе, нагнетательный вентилятор для поддува воздуха в горн, заточной станок. Для сверления, крынцевания (зачистки изделий) подойдёт бытовой электроинструмент.

И никуда мы не уйдём от пневмомолота двойного действия, с весом падающих частей от 50 до 150кг. Сразу оговоримся, не в коем случае не берите пневмомолот простого действия. Как его распознать, рассказано в главе «Работа на пневмомолоте». В настоящее время даже нет необходимости рассматривать кузницу без молота. Только любительская кузница может существовать без пневмомолота. Трудозатраты в ней будут такие, что придётся постоянно вкладывать в неё средства, и она не окупится, даже на эксклюзивных изделиях.

Применение механических устройств для ковки (мехкувалд, мехмолотов с механическим приводом, «шлёпов» (молотов с ручным или ножным приводом), ситуацию не улучшат, из-за затруднительной работы на них, а «шлёпы», если и дадут какие-то удобства, то только за счёт больших физических затрат сил кузнеца. Для любителя они подойдут, но сразу откиньте эти механизмы, если вы хотите заниматься ковкой профессионально. Сейчас, не сложно и не дорого, можно приобрести б/у пневмомолот двойного действия с весом падающих частей от 50 до 75кг в довольно хорошем состоянии. В советское время их было выпущено достаточно много для нужд сельского хозяйства и ремонтных служб.

Механический молот-шлёп

Большое значение, при работе в кузнице имеет правильная организация рабочего места.

Во-первых, помещение желательно подобрать с двумя выходами. Это более безопасно в противопожарном отношении, и улучшается вентиляция, особенно в летнее время (подробно в главе «Нагревательные устройства и оборудование»).

Во-вторых, горновая печь должна быть устроена так, чтобы в ней можно было нагревать длинные заготовки (обычно до двух метров). Под печью лучше всего разместить ёмкости под охлаждающие жидкости и промежуточную ёмкость под отходы горения и горячие обрубки.

Наковальню необходимо установить на расстояние примерно 1,5 шага от горна. Это обусловлено естественными физиологическими свойствами движения кузнеца при укладке поковки на наковальню: берётся заготовка из горна, делается полшага назад, поворот на 180

, ещё полшага на поворот, остановка от наковальни обычно в полушаге. Более дальнее расположение будет создавать некоторые неудобства, как и более ближнее.

Сбоку установите молот, на расстояние не менее чем три шага от горна (обычно 3—5шагов), лучше, чтобы скоба управления глядела на рабочее место кузнеца, но так, чтобы опасные зоны молота (см. «Работа на пневмомолоте») не глядели на другие рабочие места (в этом случае будет лучше, если молот будет расположен со стороны хобота наковальни). Повыше скобы молота установите фартук (если его нет), он будет служить предохранителем от падения поковок на ноги и одновременно стеллажом, для часто используемого инструмента.

В противоположной стороне, от молота, установите верстак с рихтовочной плитой. Кузнечные тиски устанавливаются, или на верстак, или на отдельное основание. Не устанавливайте тиски в хвосте наковальни и на основание (под) горна, это не очень удобное место, они будут постоянно мешать в работе.

Под хвостом наковальни сделайте небольшой столик, размером примерно 400 на 300 мм, под постоянно используемый инструмент. Для того чтобы инструмент не падал со столика, сделайте на нём буртики. Расположите его на уровне основания наковальни, отступив от пня (чтобы было окно под длинные поковки вставляемые в отверстия наковальни) на 80—120 мм. Важное значение имеет высота установки наковальни, от этого будет зависеть удобство в работе. Высота определяется так: опустите руки, ладони сожмите в кулаки и поднимите на них большие пальцы, кончики пальцев точно указывают оптимально-приемлемую высоту зеркала наковальни.

Кузнечная наковальня

Остальное оборудование: стеллажи, верстаки для сборки изделий, сварочный аппарат, сверлильный, отрезной и заточной станки, сборочные столы, располагайте так, чтобы оно не мешало и не загораживало помещение и проходы, а в работе не мешало технологическому процессу.

Примерная схема расположения оборудования кузницы.

Примерная схема установки оборудования в кузнице

Топливо и нагревательные устройства

Приступая к работе в кузнице мы должны определится с нагревательными устройствами, от простого кузнечного горна до нагревательных печей. В мелких кузницах основным нагревательным устройством является горн на твёрдом топливе (уголь). Он наиболее прост в устройстве и работает на многих видах твёрдого топлива, и в то же время имеет самый низкий КПД, порядка до15% и требует большого количества твердого топлива (угля), от древесного до графита.

Твёрдое топливо (уголь)

Основным топливом для нагрева заготовок и поковок в простейшей кузнице является каменный уголь и его производные (кокс, графит, и др.). Достоинства угля – это его высокая теплотворность и лёгкость работы с ним, а также простое устройство нагревательных печей, которые не требуют сложных регулировочных и защитных устройств. Недостаток – высокое потребление топлива при низком кпд. Потребление топлива снижается в зависимости от его твёрдости и теплотворности. Если взять самый низко калорийный (Подмосковный или Экибастузский), то вряд вы нагреете в горне объёмную поковку, или нагреете с большой трудностью, потратив большой объём угля. Подмосковный ещё и потравит вас угарным газом, Экибастузский подарит вам шлаку более половины объёма – значит эти угли не годятся для горна и приобретать их незачем. Многие приобретают их из-за дешевизны, но вы потратите на них гораздо больше и времени, и нервов, и, наконец, тех же денег. Длиннопламенный котельный уголь будет давать хороший нагрев, но и при хорошем расходе, и составит неприятность в виде большого пламени, которое будет вас обжигать при приближении к горну, зимой терпимо, но летом, да в жару! Сами понимаете… Хорошие показатели у Уральского угля: прекрасно горит, даёт достаточно высокую температуру, имеет низкую зольность и сгорает не так быстро (для кузницы это, пожалуй, самый лучший). Таким же является и древесный уголь, но он не переносит усиленного дутья, а недостаток его – довольно большой расход и быстрое сгорание. А если ещё прибавить стоимость? Можно использовать и Кузнецкий уголь, но желательно мешать его с антрацитом в пропорции 2 к 1. Антрацит имеет высокую температуру горения, но его недостатки – трудно разгорается даже дутьём, быстро гаснет без дутья, а из-за высокой температуры спекается в монолит (и это, пожалуй, его главный недостаток). При этом шлаки затекают в отверстия колосника и быстро засоряют его, вот для чего лучше использовать его в смеси. В этом случае шлаки будут перемешиваться, тяжёлые антрацита с лёгкими и пористыми кузнецкими и не засорять отверстия колосников. Есть свои недостатки и у кокса. Кокс тяжело разгорается и, кроме всего прочего, не переносит усиленного дутья в горне, начинает быстро сгорать. Работая с коксом никогда не увеличивайте резко дутьё, лучше дать умеренное, дайте просто больше время ему разгореться или добавьте для розжига немного другого угля, кроме антрацита.

И отдельно о графите. Результаты прекрасные, хорошо горит, без пламени, только синие всполохи, весь жар концентрируется внутри кучи, переносит любое дутьё, имеет очень низкий расход при высокой теплоотдаче и практически полное отсутствие шлака. Но есть и одно существенное «но»: из-за быстрого нагрева можно легко сжечь заготовку. Нельзя на долго оставлять поковку в раскалённом графите, она быстро насыщается углеродом, а если ещё и попали катализаторы, то насыщается на всю глубину. А самые главные недостатки – это его высокая стоимость и трудность розжига. Для розжига потребуется котельный каменный уголь, предварительно разожженный до высокой температуры.