Шпераки можно прикреплять к деревянному чурбану.
Ударный инструмент. Ручной молоток (ручник) – это кузнечный молоток массой 1 – 2,5 кг. Его применение очень обширно, практически нет ни одной технологической операции, где бы не применялся ручник. Он служит для обработки мелких заготовок, им указывают место, по которому нужно бить кувалдой.
Траектория удара ручником должна быть не прямой, а закругленной. При изготовлении этого инструмента нужно быть особенно внимательным к форме, массе и его термической обработке.
Кувалдой называется большой молот массой 3 – 10 кг. Предназначен он для обработки крупных заготовок, нанесения сильных ударов.
По своему характеру удары делятся на локтевой, плечевой и размашистый.
Локтевой удар применяется при вытяжке, и других операциях, где необходимы частые, но не сильные удары.
Плечевой, средний по силе, применяется при рубке, пробивании отверстий и т.д. Сила плечевого удара должна быть соразмерна с величиной заготовки и характером работы.
Во время рубки металла удары должны быть направлены вертикально и точно на отрубающий инструмент.
Последний удар должен быть слабым. Максимально возможный удар – размашистый, когда кувалда описывает в воздухе полный круг. Такой удар применяется при рубке толстых заготовок и других работах.
При работе с кувалдой особенно при размашистых ударах молотобойцу необходимо стоять под углом 90 градусов по отношению к кузнецу.
Кувалда имеет два бойка – оба плоские или один плоский, а другой – клиновидный.
Фасонные молотки применяются в основном в художественных работах при загибе сложных заготовок, отгибке листьев на шпераках при выколотке на металлической форме (нижнике).
При работе с проволокой необходимо иметь деревянные молотки. Фасонные молотки, так же как и шпераки, могут изготовляться мастером по необходимости и быть весьма разнообразными.
Разнообразие и количество вспомогательных инструментов очень велико. Их можно разделить на инструменты, с помощью которых видоизменяется заготовка (рубка, скручивание и т.д.), крепящиеся к деревянной ручке и имеющие свои подобия, называемые нижниками; их вставляют в квадратные отверстия наковальни и на удерживающие инструменты – разные формы горновых клещей.
Зубила и подсечка являются инструментами для рубки металла. Рубку производят между подсечкой и зубилом. Кузнечное зубило имеет отверстие для рукоятки.
Подсечка вставляется в отверстие наковальни четырехгранным хвостом. Иногда заготовку кладут на специальную незакаленную площадку у основания рога наковальни и рубят одним зубилом.
Зубило применяется для рубки металла в холодном и горячем состоянии. По форме зубила могут быть прямыми, полукруглыми, фасонными и односторонними. Зубила для рубки по холодному металлу затачиваются под углом 45 градусов, для рубки по горячему – под углом 60 градусов.
Пробойником (бородком) называется инструмент для пробивания отверстий.
Пробойник бывает круглым, овальным, квадратным и фигурным. Применяется для пробивания нетолстых заготовок при просечных работах. Как и зубило, имеет рукоятку.
Подбойка применяется для ускорения протяжки металла, выделки в поковке желобков, углублений и т.п.
Применяется как с нижником, так и без него. Рабочая часть имеет разный радиус кривизны.
Для перехвата поковки, когда нужно от большого сечения перейти к меньшему, по всему периметру толщины заготовки применяют односторонние подбойки с вырезом разного размера, в этом случае применяется нижник.
Обжимка придает заготовке граненую, цилиндрическую или иную форму. Верхник обжимки крепится на деревянной ручке, нижник вставляется в квадратное отверстие наковальни. Формы обжимки могут быть разнообразными.
Раскатка – инструмент, который служит для ускорения вытяжки (раскатки) заготовки в длину.
Гладилка служит для выглаживания поверхности изделия. По форме гладилки могут быть квадратными, полукруглыми; рабочая часть гладилки должна быть хорошо отшлифована.
Гвоздильня предназначена для высадки различных головок заклепок, болтов, гвоздей. Представляет собой металлическую пластину размером 300х40х25 мм с отверстиями разной величины, которые имеют незначительный конус, т.е. в верхней части отверстие меньше на 2 – 4 мм.
Подсечка вставляется в квадратное отверстие наковальни. Применяется при рубке мелких заготовок без зубила, при рубке толстых заготовок применяется с верхником.
Нижник служит для загибки спирали.
Скоба – согнутый отрезок металла круглого профиля, применяется при гибке.
Вилка применяется при гибке, вставляется в квадртаное отверстие наковальни.
Формовая плита – массивная плита с отверстиями и ручьями различных профилей. Раскаленная заготовка накладывается на соответствующий ручей и под ударами молота приобретает нужную форму.
К удерживающим инструментам относятся горновые клещи, которые бывают нескольких разновидностей.
Каждому профилю и размеру обрабатываемой заготовки должен соответствовать нужный профиль и размер клещей. Клещами заготовку вынимают из горна, удерживают и поворачивают ее в процессе ковки. Клещи имеют различные формы губок:
1. клещи с плоскими губками применяют для захвата полосового металла и квадрата;
2. клещи с вогнутыми губками – для металла круглого сечения;
3. клещи с плоскими губками и поперечиной – для захвата материала различной ширины;
4. клещи для уголка;
5. клещи для заклепок; клещи с подвижной губкой, позволяющей захватывать заготовку различной толщины.
Если нет клещей требуемого размера, нужно отковать конец заготовки так, чтобы он подошел к клещам ближайшего размера. Можно подгонять губки клещей под заготовку путем их нагревания, чтобы они по всей длине прилегали к поверхности заготовки и прочно ее удерживали, но при частом повторении такой подгонки клещи приходят в негодность.
Работая над изделием, иногда возникает необходимость проверки только что выполненной операции (контроль, соотношение с другой, аналогичной деталью). В таких случаях применяют измерительные и контрольные инструменты, к которым относят двойной кронциркуль, служащий для проверки размеров во время ковки и кузнечный треугольник, служащий для выверки правильности углов. Кроме того, используют шаблоны и калибры – гребенки, представляющие собой стальную удлиненную пластинку с вырезами по сторонам, причем каждый вырез делается несколько шире указанного на нем размера, примерно на один процент с учетом теплового расширения стали.
Кроме перечисленных инструментов, при художественной ковке применяются различные оправки, которые можно изготовить, исходя из рисунка или модели.
Процесс изготовления оправок состоит в следующем. Сначала из тонкого листового железа вырезается шаблон, который представляет точную копию в натуральную величину того или иного элемента рисунка или орнамента.
В шаблоне точно указываются радиусы закруглений, параметры лекальных кривых и другие данные. Затем по шаблону из железа загибают небольшой участок дуги требуемого радиуса, часть дуги эллипса. Рабочая поверхность оправки тщательно опиливается или выглаживается.
При загибе завитков и других кривых из прутков или полос применяют стальную плиту с рядами отверстий, в которые плотно вставляют штыри.
Подобрав по шаблону соответствующие отверстия в плите и забив в них штыри, полосу огибают вокруг или между ними, получая каждый раз аналогичную по изгибам кривую. Этим приемом удобно выгибать рапортные элементы. Применяют и другие приспособления, например, штампы, пуансоны.
Изготовление инструмента
Для закрепления навыков слесарной и кузнечной обработки можно изготовить ряд слесарных и кузнечных инструментов, которые будут необходимы учащимся для их дальнейшей работы.
Слесарное зубило куется вручную из прутковой стали У7 или У8. Заготовку диаметром 23 мм протягивают на полосу 16х25 мм. Длина заготовки должна быть 500х800 мм для ковки без клещей. Оттягивают на переднем краю наковальни рубящую часть и выглаживают гладилкой. Затем отрубают от заготовки изготовленную часть длиной 160 мм. Скругляют ударяемую часть. После отделки зубило закаливают.
Кузнечный молоток (ручник) изготовляется свободной ковкой с незначительным припуском на механическую обработку рабочей поверхности.
Ручник куют из стали У7, У8 сечения 40х40 мм. Нагретую заготовку пробивают пробойником. В отверстие вставляют оправку и на оправке отверстие отделывают так, чтобы оно имело небольшой конус. Это позволяет надежно закрепить ручку в молотке с помощью деревянных и металлических клиньев. Обработанную часть отрубают от заготовки на длину хвоста молотка. На переднем краю наковальни вытягивают хвост. Молоток выглаживают и закаливают.
Основные приемы ручной свободной ковки
Основные приемы ручной свободной ковки
В процессе ковки художественных изделий применяют разнообразные приемы, используя различные инструменты, исходя из характера материала и задач, стоящих перед мастером.
В основном все приемы можно свести к следующим основным операциям: осадка, вытяжка, рубка, разрубка, пробивка отверстий, гибка, закручивание, выглаживание (отделка), насекание рисунка, набивка рельефа и фактуры.
Осадка предназначена для уменьшения длины заготовки за счет увеличения ее поперечного сечения.
Осадка может быть полной и местной.
При полной осадке деформируется весь металл.
При местной осадке деформируется только часть металла. Соответственно этому и делается нагрев – полный или местный.
Осадка применяется для получения отдельных утолщений на поковке (осадкой концов или середины) при ковке декоративных элементов, имеющих переменное сечение. Например, растительные орнаментальные мотивы (утолщенные узлы на стебле, плоды, ягоды и т.п.).
После осадки заготовка дополнительно обрабатывается обжимками, подбойками. Кроме того осадка применяется как предварительная операция перед загибанием под углом для восполнения недостающего металла для образования угла.
При осадке заготовку нагревают, ставят вертикально на наковальню и бьют молотком или кувалдой по верхнему концу. Длина поковки не должна превышать диаметр больше, чем в 2 – 2,5 раза, иначе произойдет изгибание. Если длина заготовки не позволяет наносить удары молотком, то осадка производится ударами самого предмета о наковальню. При осадке важно соблюдать следующие условия: концы заготовки должны быть срублены под углом 90 градусов, заготовка должна быть прямой.
При необходимости осадить заготовку на малом участке с большой разницей в сечении, нагретую заготовку опускают в холодную воду, исключая участок, подлежащий осадке. Эта операция должна производиться быстро, заготовку нельзя передерживать в воде, необходимо следить за нагретым концом. Такой прием применяется при изготовлении головок болтов или больших строительных гвоздей.
В некоторых случаях осадку концов заготовки производят, нагревая конец и загибая его под углом 90 градусов, затем, перевернув, ударяют на загнутому концу металла. Сложность этого приема в том, чтобы при осадке не сделать складку загнутого конца. Хорошо этот прием использовать при горновой сварке. Осадку концов заготовок можно производить в тисках. Для этого нагретую заготовку закрепляют в тиски так, чтобы над губками возвышалась та часть металла, которую требуется осадить.
Высота осаживаемой части должна быть в 2,5 раза больше сечения заготовки. Эту операцию необходимо производить быстро, так как при зажатии в тиски нагретый металл быстро остывает от соприкосновения с губками. Заготовку быстро закрепляют и осаживают ручным молотком.
Порой может случиться, что при осаживании концов заготовок большого сечения, сила губой тисков недостаточна, чтобы удержать заготовку и она при ударе скользит в тисках. В этом случае, если позволяет заготовка, в ней делают плечики.
Работая с заготовками большой длины, может случиться, что нужно производить осадку в середине заготовки. В этом случае в зоне осадки заготовку выгибают в форме Z и сверху по изгибу ударяют молотком. После осадки заготовку выправляют.
Существуют и множество приемов осадок с использованием приспособлений.
Вытяжка, или протяжка – это кузнечная операция, в результате которой происходит увеличение длины заготовки за счет уменьшения площади ее поперечного сечения. Она не только изменяет форму заготовки, но и улучшает качество металла. В практике ручной свободной ковки различают несколько основных приемов вытяжки: на плоских бойках, поочередная и на вырезных бойках.
Вытяжка на плоских бойках выполняется по всей длине участка заготовки вначале с одной стороны, затем кантовка на 90 градусов и вытяжка с другой стороны.
Большие по длине поковки могут изгибаться на наковальне или в бойках концами книзу. Чтобы исправить изгиб, заготовку кантуют сначала на 180 градусов, а затем на 90 градусов. Работу ведут быстро, стараясь за один нагрев отковать большую площадь.
Поочередная вытяжка на плоских бойках выполняется по винтовой линии. Прием более сложный и менее производительный. Применяется при ковке твердых инструментальных сталей.
Вытяжка в вырезных бойках или в комбинации плоских бойков с вырезными используется при ковке легированной стали с пониженной пластичностью. Благодаря боковому давлению, которое создается жесткими стенками инструмента, повышаются сжимающие напряжения, увеличивается пластичность металла. Поковки получаются более точные по форме и размерам, а скорость вытяжки возрастает.
Имеются и другие разновидности операции вытяжка: протяжка на кромке наковальни, расплющивание, вытяжка с оправкой, раскатка на конус, раскатка на оправке и другие.
Протяжка на кромке наковальни производится тогда, когда мастер работает без подручного.
В этом случае нагретую заготовку укладывают на острую кромку наковальни под углом 45 градусов и ударами ручного молотка по противоположной грани протягивают ее.
От кромки наковальни под действием ударов на заготовке появляются уступы, которые при дальнейшей ковке разравниваются с учетом нужных размеров и форм.
Расплющивание (уширение, разгонка) заготовки в поперечном направлении осуществляется при помощи раскатки или непосредственно кувалдой. Расплющивание необходимо при выполнении таких орнаментов, как лепестки цветков, листья и др.
Вытяжкой называется кузнечная операция, в результате которой происходит увеличение длины заготовки за счет уменьшения площади ее поперечного сечения. Она не только изменяет форму заготовки, но и улучшает качество металла. Существует несколько основных приемов вытяжки с оправкой, вытяжки на плоских бойках, поочередная вытяжка, на вырезных бойках.
Вытяжка с оправкой – это прием, который позволяет увеличить длину пустотелых поковок за счет толщины стенок и уменьшения наружного диаметра. Применяется при ковке длинных полых деталей – труб, цилиндров и т.д. Производится в круглых или квадратных обжимках, в зависимости от формы заготовки. Перед работой оправку следует нагреть до 150 – 250 градусов, а ее рабочая поверхность должна быть хорошо смазана.
Вытяжка на плоских бойках выполняется по всей длине участка заготовки вначале с одной стороны заготовки, затем кантовк на 90 градусов и вытяжка с другой стороны.
Большие по длине поковки могут изгибаться на наковальне или в бойках концами книзу.
Поочередная вытяжка на плоских бойках выполняется по винтовой линии. Применяется при ковке твердых инструментальных сталей.
Вытяжка в вырезных бойках или в комбинации плоских бойков с вырезными применяется при ковке легированной стали с пониженной пластичностью.
Боковое давление создается жесткими стенками инструмента, что повышает сжимающее напряжение и увеличивает пластичность металла. Возрастает скорость вытяжки и точность поковок.
Вытяжка на конце применяется при изготовлении гвоздей, светцов, пробоев, жиковин и других изделий. Нагретую заготовку начинают вытягивать, немного отступая от конца, и в процессе вытяжки подают на себя.
Во время работы нужно следить, чтобы квадрат, который, получился в процессе ковки, сходил на конец поковки. Это достигается силой и характером ударов. Заканчивать вытяжку нужно легкими ударами.
Применяют и другие разновидности операции вытяжка, например, протяжка по кромке наковальни, расплющивание, вытяжка с оправкой, раскатка на оправке, раскатка на конус и др.
Протяжка на кромке наковальни производится в случае, когда кузнец работает один. В этом случае нагретую заготовку укладывают на острую кромку наковальни под углом 45 градусов и ударами ручника по противоположной грани протягивают ее. От кромки наковальни под действием ударов на заготовке появляются уступы, которые затем при дальнейшей ковке разравниваются с учетом нужных форм и размеров.
Раскатка на оправке. Этот прием применяется для увеличения наружного и внутреннего диаметра за счет утончения стенок (при ковке колец, обручей и т.п.). Полая заготовка надевается на круглую оправку, края которой опираются на козлы. Ковка ведется узкими бойками, заготовка постоянно вращается.
Раскатка на конус производится на роге наковальни с помощью клиновых раскаток.
Процесс обработки давлением, в результате которого уменьшается высота заготовки и одновременно увеличиваются ее поперечные размеры называется осадкой .
Высадкой называется прием, который заключается в деформации заготовки частичной осадкой с целью создания местных утолщений за счет уменьшения длины заготовки.
Перед осадкой заготовку нагревают до ковочной температуры полностью, а при высадке нагревают только ту часть, которая будет высаживаться.