К ударному инструменту относятся молотки – ручники, боевые молоты и кувалды (рис. 1.1.21). Ручник – основной инструмент кузнеца, с помощью которого он кует. Про кузнецов, работающих без помощников (молотобойцев), говорили, что они куют «в одну руку», и называли их «однорукими».
Рис. 1.1.21. Ручники (1–3), боевые молоты (4–6) и кувалда (7): 1 – с круглым задком; 2, 4 – с односторонними клиновыми задками; 3, 5, 6 – с двухсторонними клиновыми задками.
Обычно ручники (п. 1–3) имеют массу 0,5–2 кг, но часто используют и более тяжелые ручники, массой до 4–5 кг. Ручники имеют разнообразные формы головок. Так, для управления процессом ковки при работе с молотобойцами кузнецы применяют ручники с легкой головкой, у которой задок имеет шарообразную форму (п.1). Для ковки изделий применяют ручники с тяжелой головкой с клинообразным продольным (п.3) или поперечным (п. 2) задком. Такая форма головки ручника более универсальна, так как наряду с бойком кузнецы работают и задком, разгоняя металл. Головки ручников изготовляют ковкой из углеродистых и легированных сталей (стали 45, 50, 40Х), рабочие поверхности (бой и задок) термически обрабатывают до твердости HRС 48–52. Рукоятки делают из тонкослойных пород дерева (граба, клена, кизила, березы, рябины, ясеня) длиной 350–600 мм. Рукоятки должны быть гладкими, без трещин, удобно лежать в руке.
Боевые молоты (п. 4–6) – тяжелые (массой 10–12 кг) двуручные. Головки боевых молотов бывают трех типов: с односторонним клиновидным задком (п. 4), с двусторонним продольным (п. 6) или поперечным (п. 5) задком. Нижняя рабочая поверхность головки – бой – предназначена для основной ковки, а верхний клиновидный задок – для разгона металла вдоль или поперек оси заготовки. Для тяжелых работ используются кувалды (п.7), вес которых может достигать 16 кг. Материал головки молота – стали 45, 50, 40Х, У7, твердость боя и задка – HRC 48–52 на глубину 2–3 мм. Рукоятка молота изготовляется из тех же пород дерева, что и ручника, а длина рукоятки подбирается в зависимости от массы головки молота и от роста молотобойца и равна 70–95 см.
Про кузнеца, работающего с одним или двумя молотобойцами, говорят «двурукий» или «трехрукий». Работа с молотобойцами в три руки проводится при сложной ковке крупных изделий.
Все ударные инструменты должны быть максимально надежны, поэтому при работе особое внимание уделяется креплению рукоятки с головкой. Форма отверстия в головке молота – всад, куда вставляется рукоятка, должна быть элипсообразной и иметь уклон 1: 10 от середины к боковым граням. Это облегчает всаживание рукоятки и обеспечивает прочное ее закрепление после забивки клина. Практикой установлено, что надежны металлические «заершенные» клинья, которые входят на глубину, равную 2/3 ширины головки молота, а забивать клин следует наклонно к вертикальной оси, что позволяет распирать древесину в двух плоскостях.
На фото 1.1.9 показаны рабочие молотки автора книги, а также способы размещения молотков и другого инструмента кузнеца из г. Себежа Владимира Тюрягина. А на фото 1.1.10 и 1.1.11 приведены изделия и их фрагменты.
При работе боевыми молотами используют три вида удара (рис. 1.1.22): легкие, или локтевые; средние, или плечевые (удар «с плеча»); сильные, или навесные, когда молот описывает в воздухе полный круг. Навесными ударами работают молотобойцы при проковке большой массы металла и при кузнечной сварке массивных частей.
Рис. 1.1.22. Удары молотобойца: а – локтевые; б – плечевые; в – навесные.
Подкладной инструмент разделяется на три группы. Инструменты первой группы устанавливаются под молот или ручник; инструменты второй и третьей групп устанавливаются на наковальню.
Весь подкладной инструмент первой группы, а также «верхники» из третьей группы имеют деревянные рукоятки из дерева, толстой проволоки или троса. Длина рукояток 500–600 мм. Следует отметить, что рукоятки подкладного инструмента забивают во всад головки и не расклинивают. Это делают для того, чтобы вибрация и удары не передавались через рукоятку руке кузнеца. Проволочную рукоятку закручивают вокруг головки в горячем состоянии, а рукоятку из троса вставляют во всад, расклинивают и приваривают электросваркой к головке инструмента.
К первой группе относятся: простые и фасонные кузнечные зубила, пробойники, гладилки и подбойники, раскатки и надавки (рис. 1.1.23).
Зубило кузнечное (рис. 1.1.23 а) предназначено для поперечной (п. 1) и продольной (п. 2) рубки заготовок в горячем или холодном состоянии. Головка зубила состоит из трех основных частей: верхней выпуклой поверхности, по которой наносятся удары молотом, средней части с отверстием – всадом для установки рукоятки и ножа – основной части, которая осуществляет разделение металла. Угол заточки ножа для холодной рубки составляет 45–90°, а для горячей – 15–30°. Для изготовления зубила применяются высокоуглеродистые стали У7, У8, легированные 6ХС и углеродистые стали 45, 50.
Рис. 1.1.23. Подкладной инструмент первой группы.
По форме ножа зубила разделяются на три вида: с прямым ножом (п. 1, 2), с ножом, имеющим кривизну в горизонтальной плоскости (п. 3), и с ножом, имеющим кривизну в двух плоскостях (п. 4).
Зубила с прямым ножом используют для поперечной и продольной рубки. Нож зубила для поперечной рубки расположен параллельно оси рукоятки, а нож зубила для продольной рубки – перпендикулярно к ней.
Односторонняя заточка зубила применяется в том случае, когда требуется получить изделие с прямым торцом, т. е. без уклона, а если допускается уклон или нужно сделать фаску, то применяется зубило с двусторонней заточкой.
Зубила с радиусным ножом применяются для вырубки из листового материала различных радиусных элементов, типа цветов, акантовых листьев и т. п.
Фасонные зубила с двумя радиусами кривизны ножа применяются для вырубки из листовых заготовок криволинейных контуров. В зависимости от размеров изделий и вырубаемых рисунков необходимо применять и различные по размерам зубила. Для нанесения различных орнаментов на изделия методом насечки используются зубила как с острой, так и с притупленной режущей кромкой.
При работе зубилом под заготовку необходимо подкладывать прокладку из железного или медного листа – это предохранит лицо наковальни от повреждения, а лезвие ножа зубила – от затупления. Кроме того, отрубать заготовки можно на специальной незакаленной площадке наковальни, которая располагается в основании конического рога. Следует иметь в виду, что первые и последние удары по зубилу при рубке заготовок должны быть легкими, чтобы при первом ударе зубило врезалось в заготовку, а при последнем отрубаемая часть не отлетела и не поранила кого-либо.
Пробойники (рис. 1.1.23 б) предназначены для пробивания отверстий и выдавливания углублений в поковках и листовых заготовках. Головка пробойника состоит из верхней части, по которой наносится удар молотом, средней части с отверстием – всадом для рукоятки и рабочей части – бородка. В зависимости от формы пробиваемых отверстий выбирают сечение бородка: круглое, овальное, квадратное, прямоугольное или фасонное. Сами бородки делаются конусными, что облегчает извлечение инструмента из заготовки и дает возможность получать отверстия различных размеров. Для различных размеров отверстий применяются разные по размерам сечения пробойники. Пробивка осуществляется следующим образом: заготовку укладывают на наковальню, а пробойник устанавливают над тем местом, где должно быть пробито отверстие, и по нему наносят удар. После этого заготовку переворачивают и удар наносят по тому же месту с противоположной стороны. В результате происходит двухстороннее уплотнение металла в зоне деформации. Последней операцией является выбивание этого уплотненного цилиндрика, который называется «выдрой». В результате такой пробивки отверстие получается без заусенцев и правильной геометрической формы.
Материал пробойников – стали 40, 45, У7, 6ХС, твердость рабочей части HRC 45–50 на длине 3–4 мм, а твердость верхней части головки HRC 40–45 единиц.
Для пробивки отверстий в более толстых кованых заготовках применяются прошивни и специальные пуансоны (рис. 1.1.23 в), которые отличаются от пробойников тем, что не имеют рукояток и удерживаются клещами. Овальные отверстия в головках молотков или кувалд, как отмечалось выше, имеют двустороннюю конусность, которая образуется при пробивке отверстия с помощью овально-конических прошивней (п. 5). Вначале отверстие продавливают с одной стороны заготовки, а затем ее переворачивают на 180° и прошивают отверстие с другой стороны. Аналогичным образом овально-цилиндрическими прошивнями (п. 6) прошивают овально-цилиндрические отверстия. В головках подкладного инструмента – гладилках, пробойниках, раскатках и т. п. всад делается овально-цилидрическим.
Для пробивки отверстий в более толстых кованых заготовках применяются прошивни и специальные пуансоны (рис. 1.1.23 в), которые отличаются от пробойников тем, что не имеют рукояток и удерживаются клещами. Овальные отверстия в головках молотков или кувалд, как отмечалось выше, имеют двустороннюю конусность, которая образуется при пробивке отверстия с помощью овально-конических прошивней (п. 5). Вначале отверстие продавливают с одной стороны заготовки, а затем ее переворачивают на 180° и прошивают отверстие с другой стороны. Аналогичным образом овально-цилиндрическими прошивнями (п. 6) прошивают овально-цилиндрические отверстия. В головках подкладного инструмента – гладилках, пробойниках, раскатках и т. п. всад делается овально-цилидрическим.
В кузнечной практике для облегчения извлечения прошивня из пробиваемого отверстия в предварительно намеченное углубление подсыпают немного мелкого угля, и газы, возникающие при прошивке, способствуют выталкиванию инструмента.
Гладилки (рис. 1.1.23 г) предназначены для выравнивания неровностей на поверхности поковки после обработки ее молотом. Гладилки бывают с плоскими (п. 7, 8, 9) и полукруглыми (п. 10) рабочими поверхностями различных размеров и форм. Для выравнивания больших плоскостей применяют гладилки с квадратной рабочей поверхностью больших размеров, примерно 100 × 100 мм, а для выравнивания небольших поверхностей – гладилки с квадратной поверхностью размером 50 × 50 мм или с прямоугольной поверхностью. Гладилки с цилиндрической поверхностью применяются для выравнивания галтелей и радиусных поверхностей. Приэтом для различных цилиндрических форм необходимо использовать гладилки соответствующего радиуса. Материал гладилок – стали 40, 45, 50. Твердость рабочей поверхности HRC 40–50, а твердость верхней части головки HRC 30–40.
Раскатки (надавки) (рис. 1.1.23 д) служат для ускорения раздачи металла вдоль или поперек оси, а также для выбивания цилиндрических пазов на заготовках.
Подкладной инструмент второй группы – это подсечки, конусные оправки, различные вилки, уклоны и другие приспособления для специальной ковки (рис. 1.1.24), имеют хвостовик квадратного сечения, который вставляется в соответствующее гнездо основной наковальни.
Рис. 1.1.24. Подкладной инструмент второй группы (1–7).
Подсечки (п. 1) предназначены для рубки заготовок или отрубания ее частей при помощи ручника. Кузнец накладывает заготовку на лезвие подсечки и, ударяя по ней сверху ручником, отрубает необходимую часть. При этом следует помнить, что рубку заготовки нельзя доводить до конца, чтобы не испортить лезвие подсечки. Поэтому проводят глубокую подрубку заготовки, а окончательное отделение части заготовки производят на краю наковальни легким ударом ручника. Материал подсечки – сталь 50, 40X, У7-У8 с твердостью рабочей поверхности HRC 50–55, с глубиной закалки лезвия 3–4 мм. Угол заточки лезвия 45–60°.
Конусные оправки (п. 2) применяют для расширения отверстий в поковке, раздачи колец и выполнения определенных гибочных операций.
Вилки (п. 3) предназначены для гибки заготовок под углом, по окружности или по спирали. Кроме того, к подкладным инструментам второй группы относятся различные оправки для ковки уклонов (п. 4), гибки (п.5), кузнечной сварки звеньев цепи (п. 6) и гибки петель из листового материала (п. 7).
Парный подкладной инструмент третьей группы используется для повышения производительности труда кузнецов и улучшения форм поковки. Инструмент состоит из двух частей. Нижняя хвостовиком квадратного сечения вставляется в квадратное отверстие основной наковальни, верхняя имеет рукоятку для держания. К этой группе относятся обжимки, подбойки, гвоздильни и специальные плиты-формы (рис. 1.1.25).
Обжимки (рис. 1.1.25 а, 1–3) придают предварительно откованной заготовке правильную цилиндрическую, прямоугольную или многогранную форму, подбойки (п. 4) предназначены для продольной или поперечной раздачи металла. В зависимости от назначения используются подбойки с различными радиусами рабочей части (8–30 мм).
Рис. 1.1.25. Подкладной инструмент третьей группы.
Материал обжимок и подбоек – стали 45, 50, У7. Твердость рабочих частей HRC 45–50, а верхней ударяемой части HRC 30–40.
К этой же группе можно отнести различные типы гвоздилен (рис. 1.1.25 б). Гвоздильня предназначена для высадки головок различной формы гвоздей, болтов и заклепок и представляет собой определенную форму или плиту со сквозными отверстиями.
Гвоздильни изготовляют ковкой из сталей 45, У7, У7А и термообработкой доводят до твердости HRC 45–50.
К подкладному инструменту этой же группы относится и массивная стальная плита-форма (рис. 1.1.25 в) размером 300 × 400 мм и высотой 150–200 мм, по четырем боковым граням которой имеются пазы разнообразной формы и величины: полукруглые, треугольные, четырехугольные и т. п. На торцовых поверхностях этой плиты имеются сквозные круглые, квадратные, треугольные и фасонные отверстия различных размеров. На этих формах можно производить пробивку и вытяжку, а на боковых гранях – обжимку заготовок и гибку изделий из листовых материалов.
К захватывающим инструментам относятся клещи различных видов (рис. 1.1.26), которые используют для вынимания нагретых заготовок из горна и удерживания их во время ковки. Клещи состоят из двух рукояток (п. 1), соединенных между собой заклепкой (п. 3). Передняя головная часть клещей с губками (п. 4) предназначена для захвата заготовок (п.5). Для облегчения труда кузнеца кузнечные клещи должны быть легкими, с пружинящими рукоятками, а для надежного удержания поковок во время работы рукоятки клещей могут стягиваться специальным кольцом – шпандырем (п. 2). По форме губок клещи делятся на продольные (п. 7–10, 13–17), поперечные (п. 11, 12, 18), продольно-поперечные (п. 20, 21) и специальные (п. 19).
Рис. 1.1.26. Виды клещей.
Длина кузнечных клещей составляет 300–700 мм, материал – стали 15, 20, 25.
Если имеющиеся клещи не плотно захватывают заготовку, то необходимо подогнать губки. Для этого губки клещей нагревают в горне и, зажав ими заготовку, обжимают их.
Правильно подобранные клещи значительно повышают производительность труда и снижают травматизм. Поэтому у кузнецов ручной ковки всегда большой набор различных клещей. На фото 1.1.12 показаны рабочие клещи автора.
К зажимным инструментам относятся стуловые тиски (рис. 1.1.27) и различные струбцины, которые применяют для зажимания нагретых и холодных заготовок перед гибкой осадкой, высадкой и другими операциями.
Рис. 1.1.27. Стуловые тиски.
Стуловые тиски состоят из неподвижной массивной губки (п. 1), к которой прикреплены крепежная планка (п. 2) и нижний стержень (п.3). Подвижная губка (п. 9), соединенная шарниром (п. 5) с неподвижной губкой, отводится назад пружиной (п. 8), а зажимание заготовок осуществляется рукояткой (п. 7), которая вращает винт (п. 10), проходящий через гайку (п. 11). Для направления подвижной губки имеются две накладки-щечки (п. 6), жестко соединенные заклепками (п.4) с неподвижной губкой.
Крепятся стуловые тиски на основной опоре слесарного верстака или на отдельном стуле – массивном бревне, хорошо закрепленном в полу кузницы при помощи больших шурупов. Верхний уровень губок находится на высоте 900–1000 мм от уровня пола. Для большей жесткости нижний стержень (п. 3) крепится к стойке или стулу.
Стуловые тиски отливаются из сталей 35Л, 45Л или отковываются из сталей Ст. 25–45.
Контрольно-мерительный инструмент (рис. 1.1.28) предназначен для измерения заготовок и поковок как в процессе ковки, так и после окончательной обработки и охлаждения. Весь контрольно-мерительный инструмент можно разделить на универсальный и специальный кузнечный инструмент.
К универсальному мерительному инструменту относится стальная линейка для измерения линейных размеров. В зависимости от измеряемой длины применяются линейки длиной 250, 500 и 1000 мм. Стальной металлический метр используется для тех же целей, что и линейка, но для компактности он состоит из отдельных звеньев, соединенных шарнирно. Погрешность измерения линейкой и метром составляет 0,5 мм.