Рис. 1.1.58. Винтовой пресс.
Рис. 1.1.59–60. Давильный станок.
Для давильных работ применяют давильный станок (рис. 1.1.59), но можно использовать и токарный станок. На шпиндель (п.1) закрепляют деревянную колодку – оправку (п.2) с профилем, необходимым для выдавливания изделия, и заготовку – кружок из латуни. Оправка обычно изготовляется из дерева, а при выполнении сложных работ, связанных с большими усилиями, – из металла. Круглая металлическая заготовка из листовой меди, латуни, алюминия, низкоуглеродистых сортов стали прижимается к оправке специальным деревянным прижимом (п. 3) при помощи задней бабки станка (п. 6), установленной на станине (п. 7). Для выдавливания изделия применяют специальный инструмент – давильники (рис. 1.1.60 б, п. 8–11). Они в основном изготовляются из стали, но могут быть из латуни, бронзы и даже твердых пород дерева. Длина рукоятки давильника должна быть свыше 40 см, а рабочий конец может иметь шарообразную или скругленную форму или вращающийся ролик. Давильники при работе опираются на специальные штифты (п. 4), которые устанавливаются на упоре (п.5). Высота упора чуть ниже оси вращения заготовки. Давильник необходимо держать так, чтобы его рукоятка была направлена к подмышке. Перед работой заготовку и инструмент протирают салом или воском. Выдавливание начинают от центра к краям. Если в процессе выдавливания на заготовке начинают образовываться складки, то ее необходимо отжечь, а затем продолжать процесс выдавливания. После окончания выдавливания края заготовки следует подрезать резцом, поверхность обработать гладильным давильником (п. 9, 10) а затем шлифовать и полировать.
Техника безопасности
Все кузнечное оборудование относится к оборудованию повышенной опасности, поэтому при работе необходимо уделять большое внимание качеству ручного и съемного инструмента и средствам индивидуальной защиты.
Перед началом работы следует проверить исправность молота, а также наковальни, нагревательных устройств и воздуховодов и устранить замеченные недостатки. Наковальня должна быть надежно прикреплена к стулу и стоять устойчиво. Расстояние между наковальней и горном должно быть не менее 1,5 м, между рядом расположенными наковальнями – не менее 4 м и от наковальни до прохода – не менее 2 м. При проверке наковальни «на удар» звук должен быть чистым, звонким, без дребезжания, что свидетельствует об отсутствии трещин.
До начала работы устанавливают щиты, где это необходимо, для предохранения от возможного поражения людей отлетающей окалиной или частицами металла, а также экраны для защиты от теплового воздействия нагревательных устройств.
Перед началом работы следует проверить инструмент. Разрешается работать только исправным инструментом, и обязательно использовать его по прямому назначению. Инструменты следует располагать на рабочем месте с максимальным удобством для пользования, не допуская в зоне работы лишних предметов. Пол на рабочем месте должен быть ровным и сухим (не скользким); следует своевременно производить его уборку и не загромождать заготовками, отходами и другими предметами. В бачке для охлаждения инструмента всегда должна быть чистая вода.
Перед работой необходимо очистить от окалины, масла, воды или других возможных загрязнений рабочую поверхность наковальни, протереть тряпкой (ветошью) мокрый или замасленный инструмент.
Во время работы следует пользоваться защитными очками с небьющимися стеклами для предохранения глаз от поражения отлетающими частицами, а при обработке поковок, нагретых до белого каления, – очками со светофильтром. Нельзя смотреть незащищенными глазами на яркое пламя – это может привести к ослаблению и потере зрения.
На рабочем месте недопустимо присутствие лиц, непосредственно не участвующих в работе. При выполнении работы надо быть внимательным, не отвлекаться на посторонние дела или разговоры и не отвлекать от работы других.
При ковке заготовок необходимо соблюдать температурный интервал. Ковка перегретого или охладившегося ниже нормы металла запрещается, так как это может быть причиной несчастного случая.
Инструмент перед применением надо подогревать, а сильно нагревшийся во время работы охлаждать в бачке с чистой водой и затем просушивать. Удалять окалину и обрубки с наковальни рекомендуется специальными щетками или короткой метлой.
Перед ковкой следует удалить с заготовки окалину металлической щеткой, скребком или легкими ударами молотка. Поковку надо брать клещами так, чтобы губки клещей плотно прилегали к ней. Для надежного крепления поковок в клещах на их ручки рекомендуется надевать предохранительные кольца. Заготовку укладывают на наковальню так, чтобы она плотно прилегала к ней (проверяют легким ударом по заготовке молотком). Для подъема и перемещения к наковальне вручную тяжелых заготовок пользуются самозажимающими (болваночными) клещами. Ручки инструмента при ударах надо держать только сбоку, а не перед собой. Нельзя держать пальцы между ручками клещей. Необходимо следить за тем, чтобы молотобоец стоял к кузнецу вполоборота, а не напротив него. Команды молотобойцу следует подавать четко, громким голосом и показывать молотком место удара. Наносить удары можно только по месту ковки.
Должны быть исключены удары по клещам, ручкам инструмента, холостые удары кувалдой по наковальне. Окончание ковки производить по команде «Стой!», а не выносом поковки с наковальни. Класть какой-либо инструмент на поковку или изменять ее положение разрешается только после предупреждения молотобойца.
При рубке металла зубило устанавливают строго вертикально. Рубку производят на краю (ребре) наковальни, на плоскости наковальни с «подкладкой» и на незакаленной площадке около рога. Первый и последний удары делаются слабыми; перед последним ударом заготовку переворачивают подрубленной стороной вниз и наносят окончательный удар. Отрубаемый конец поковки следует направлять от себя и в сторону, убедившись в том, что это не угрожает кому-либо.
По окончании работы отключают нагревательные устройства и оборудование; убирают инструмент, очищают горн и подметают пол.
Глава 2 Технология изготовления инструмента и изделий
Молоток – основной инструмент кузнеца. Вначале человек использовал в качестве молотка небольшие камни твердых горных пород (рис. 1.2.1). Затем к камню была привязана палка – так сделали первый молоток, прообраз всех современных молотков, прошедший путь в несколько тысячелетий. Сначала палку привязывали к камню сбоку, затем стали применять палку с развилкой, а после того, как человек научился сверлить камень при помощи кварцевого песка, появились молотки с центральным отверстием. По мере развития металлургии молотки стали изготовлять из медных сплавов, а затем и из железа.
Рис. 1.2.1. Каменные молотки.
Современные молотки в зависимости от назначения имеют различную массу – от нескольких граммов (ювелирные молотки) до 16 кг и более (кувалды и боевые молоты).
Для изготовления простых по форме молотков (рис. 1.2.2) можно использовать стандартный прокат квадратного сечения 40 × 40 или 50 × 50 мм из сталей 45, 50, 40Х, У7.
Рис. 1.2.2. Ковка головки молотка.
Вначале от заготовки отрубают кусок металла, несколько больший, чем готовый молоток, и после нагрева на конце оттягивают «клещевину» – чтобы было удобно удерживать заготовку клещами при ковке. Первая операция – пробивка всада (рис. 1.2.2 а) при помощи специального овально-конического пробойника. Размер всада зависит от размера головки молотка: чем она крупнее, тем больше должен быть всад.
Окончательная обработка всада должна оформляться при помощи овально-конического прошивня. Следует учитывать, что у всада ударного инструмента должен быть двойной конус для надежного соединения с рукояткой при помощи «заершенного» клина. Длина такого клина обычно равна 2/3 ширины молотка.
После обработки всада протягивается задок. Лучше всего его оформлять на специальном подкладном инструменте – откосе (рис. 1.2.2 б). Затем гладилками обрабатывается вся поверхность молотка и отрубается часть заготовки и клещевина (рис. 1.2.2 в). Последними кузнечными операциями являются отковывание бойка и формирование фасок. Боек и хвостовую часть – задок термообрабатывают до твердости HRC-40-45 единиц.
Окончательная обработка всада должна оформляться при помощи овально-конического прошивня. Следует учитывать, что у всада ударного инструмента должен быть двойной конус для надежного соединения с рукояткой при помощи «заершенного» клина. Длина такого клина обычно равна 2/3 ширины молотка.
После обработки всада протягивается задок. Лучше всего его оформлять на специальном подкладном инструменте – откосе (рис. 1.2.2 б). Затем гладилками обрабатывается вся поверхность молотка и отрубается часть заготовки и клещевина (рис. 1.2.2 в). Последними кузнечными операциями являются отковывание бойка и формирование фасок. Боек и хвостовую часть – задок термообрабатывают до твердости HRC-40-45 единиц.
Ковку фигурного молотка (рис. 1.2.3) начинаем с выбора заготовки: можно взять заготовку круглого, квадратного или шестигранного сечения. Мы берем шестигранный брусок и прошиваем всад для ручки (п. 1). Затем заготовку обжимаем с двух сторон от всада (п.2) и обрубаем лишнюю часть в районе будущей головки (п.3). После этого выравниваем всад на специальной оправке (п.4), расковываем щечки и скругляем их при помощи нижней оправки (п.5), а затем обрабатываем ударную и хвостовую части. Если задок необходимо оформить в виде шара, то вначале его обрабатывают молотком, а окончательную круглую форму придают в специальных парных обжимках. Готовый молоток показан на п. 6.
Рис. 1.2.3. Ковка фигурной головки молотка.
Для изготовления гладилок берется заготовка, примерно равная по размеру сечения нижней рабочей части (рис. 1.2.4). Оттягивается центральная часть (рис. 1.2.4 а), пробивается всад (рис. 1.2.4 б) и оформляется хвостовик. Следует иметь в виду, что всад для подкладного инструмента, в отличие от всада для ударного инструмента, делается прямым, т. е. без конусов, а рукоятка вставляется без расклинивания. Хвостовик гладилки делается с фасками, и его рабочая поверхность имеет некоторую сферичность.
Рис. 1.2.4. Ковка гладилки.
Аналогичным способом делают другие подкладные инструменты: подбойки, обжимки, раскатки и т. п.
Пробойники и зубила изготовляют по аналогичной технологии. После прошивки всада и хвостовой ударной части обрабатывается рабочая часть. У пробойников в зависимости от назначения рабочая часть может быть круглой, квадратной, овальной или прямоугольной. Размеры сечения рабочей части зависят от размеров пробиваемых отверстий. Для облегчения вытаскивания пробойника из пробиваемого отверстия предусматривают конусность рабочей поверхности 3–5°. При изготовлении рабочей части зубила необходимо учитывать, что для рубки металла в холодном состоянии рабочая часть делается более толстой, а для рубки в горячем состоянии – значительно тоньше.
Парный подкладной инструмент состоит из верхнего инструмента (верхника) с рукояткой и нижнего (нижника), который своим хвостовиком (квадратного сечения) устанавливают в соответствующее отверстие наковальни. Изготовляют верхний инструмент так же, как молоток или гладилку, а нижний – путем протяжки хвостовика из заготовки большего размера и дальнейшей обработки рабочей части. Причем окончательная обработка рабочей части осуществляется «в паре» на оправке заданной формы.
Изготовление клещей требует большого опыта и определенного навыка работы с кузнечным инструментом. Клещи обычно куют (рис. 1.2.5) из низкоуглеродистых сталей 10, 15, 25, но в последнее время их стали ковать и из сталей 45 и 40Х. Берут пруток диаметром 30 мм и протягивают ручку (цевку) и площадку под заклепку (рис. 1.2.5, п. 1–2), затем заготовку переворачивают на 90°, пережимают и оттягивают рабочую часть – губку (п.3–4). Окончательную отделку головной части клещей ведут на оправке.
Рис. 1.2.5. Технология ковки клещей.
Другой способ ковки клещей заключается в том, что вначале протягивают губку длиной 70–90 мм (рис. 1.2.5, п. 5), затем заготовку поворачивают на 90°, пережимают (п. 6), протягивают и оформляют шарнирную часть клещей (п. 7). После этого отдельно обрабатывают рукоятку вначале на квадрат (п. 8), т. е. с прямоугольным сечением, а в конце – на диаметр 8–10 мм. Затем губку и рукоятку нагревают под слоем флюса до сварочной температуры и сваривают кузнечной сваркой.
Мелкие клещи отковывают из круглого прутка путем осаживания его на одном участке (п. 9), затем изгибают по форме и протягивают рабочую и шарнирную части (п. 10), прошивают отверстие (п. 11), соединяют две половинки и окончательно обрабатывают все клещи в сборе.
Если необходимо придать губкам сложную специальную форму, то переднюю часть одной из губок разрубают вдоль (п. 12), концы разводят и на оправке окончательно обрабатывают до необходимой формы (п. 13).
Изготовление петли (рис. 1.2.6) начинается с небольшого изгиба полосы (п. 1) молотком (п. 2) на роге (п. 3) наковальни. Затем заготовку переворачивают на 180° и отгибают на ребре наковальни участок, равный длине окружности втулки, на небольшой угол. После этого снова переворачивают заготовку и догибают ушко на цилиндрической оправке до полного замыкания контура цилиндра.
Рис. 1.2.6. Ковка петли.
Топоры – древнейшее изобретение человечества – предназначались для рубки и колки дров, плотнических и столярных работ, а в IX–XIII вв. использовались нашими предками в качестве основного оружия рукопашного боя.
Первые каменные топоры, или рубила (острый камень без рукоятки), применялись более 40 тыс. лет назад, а топоры с деревянной рукояткой уже широко использовались в эпоху бронзового века (III–II тысячелетия до н. э.). Вначале были топоры с каменным лезвием, а позднее – с бронзовой пластиной клиновидной формы. Затем был изобретен и проушный топор. Проушина имела круглую форму, так как сверлилась при помощи трубчатой кости, песка и лучкового привода. По образу и подобию каменных топоров изготовлялись топоры методом литья из цветных металлов и сплавов.
Русские топоры IX–XIII вв. имели своеобразные уширения на обушной и боковых частях (щековицы) для более надежного соединения с топорищем. Начиная с XV в. топоры со щековицами заменяются топорами с несколько расширенной обушной частью и клиновидной формой лезвия. Для предохранения топорища от повреждения в области головки и для увеличения площади опоры у основания проушины делался небольшой отросток – бородка. Топоры этого типа широко используются и в настоящее время. Исследования, проведенные в 1920-х гг. академиком В. П. Горячкиным, показали, что топор с тяжелым бойком и легким топорищем наиболее удобен в работе. Кроме этого, для столярных работ необходимо иметь минимальный угол касания α = 5÷10°, для этого проушину делают узкой, а щеки – минимальной толщины. А для увеличения массы бойка обух нужен массивный и удлиненный. Для лучшего соединения головки с топорищем проушина должна иметь двойной конус, а бородка – быть удлиненной и плотно прилегать к топорищу. Головная и хвостовая части топорища защищаются от проникновения влаги водонепроницаемой краской или мастикой.
Существует несколько типов топоров: плотничный массой 0,5–1,8 кг, столярный с прямым лезвием массой до 0,5 кг; лесорубный массой 1,2–1,8 кг, колун массой до 2 кг, а также пожарный, универсальный, хозяйственный, любительский и т. п.
Топор (рис. 1.2.7 а) состоит из металлического бойка – головки (п. 1) и деревянного топорища (п. 2). Головка, в свою очередь, имеет обух (п. 9), лезвие (п. 5), бородку (п. 3), конический разрез для выдергивания гвоздей (п. 4). Топорище (рукоять) состоит из захватной, головной и хвостовой частей. Для соединения головки с топорищем имеется проушина (п. 7), куда вставляется обработанная на пологий конус головная часть топорища и расклинивается металлическим «заершенным» клином (п. 6).
Рис. 1.2.7. Топор (а), технология ковки головки топора (б).
Для цельнокованого топора берут квадратный металлический брусок сечением 50× 50 мм из сталей 45, 50 или У7. Нагревают заготовку до ковочной температуры и при помощи прошивня и оправок пробивают отверстие. Затем вставляют специальную оправку и оформляют проушину, затем отделывают щеки и обух. После чего обрабатывают лезвие, надрубают и отгибают бородку.