Совокупность этих свойств обусловливает способность коваться и называется ковкостью металла. Это свойство непостоянно и зависит от степени нагрева металла. Чем выше температура, тем мягче становится металл и тем легче он куется.
Без предварительного нагрева можно ковать драгоценные металлы (золото, серебро), а также цветные – медь, алюминий и их сплавы.
При холодной ковке металл, деформируясь под действием ударов, быстро теряет пластичность и тягучесть, начинает растрескиваться, разрываться. Чтобы избежать этого, нужно вовремя произвести отжиг заготовки, после чего металл снова приобретает свои первоначальные качества. По мере изготовления изделия отжиг выполняют неоднократно. Основное применение холодная ковка находит в ювелирном деле.
Горячая ковка используется при обработке малоуглеродистых сталей (ковочного железа) для производства различных художественных изделий – светильников, фонарей, решеток, башенных часов, кованой пластики, скульптур, различного инструмента и т.д. Для изготовления художественных кованых изделий применяется углеродистая сталь обыкновенного качества.
Лучшей является с наименьшим содержанием углерода: СО (углерода до 0,23), С1 (углерода 0,07 – 0,12) и С2 (углерода 0,09 – 0,15). Может также использоваться углеродистая качественная конструкционная сталь марки 10 (углерода 0,1) и 15 (углерода 0,15), хотя она в экономическом отношении обходится дороже.
Для изготовления кузнечных, чеканных, слесарных инструментов применяют инструментальную углеродистую сталь с содержанием углерода от 0,6 до 1,4 и некоторые марки легированной инструментальной стали.
Куют изделия из стали в нагретом состоянии, когда металл становится пластичным и лучше поддается деформации. У каждого сорта стали существует определенный интервал температур начала и конца ковки, зависящий от химического состава и структуры обрабатываемого металла. В среднем температура начала ковки 1100 – 1300, конца – 800 900°С.
Устройство для нагрева металла называется кузнечным горном. Кузнечный горн на один или два огня под одним дымоходом является важнейшим оборудованием кузницы. Помещение для нее должно быть достаточно просторным и светлым. Полезная площадь – около 40 квадратных метров при высоте 3 м. Стены кузницы могут быть кирпичными или деревянными, оштукатуренными с внутренней стороны. Гладкий пол должен легко убираться.
Горн в художественной ковке применяется для нагрева металлических заготовок массой до 20 кг.
Существует несколько видов кузнечных горнов: переносные, стационарные, открытого и закрытого типа, одноочковые и двухочковые (в зависимости от количества очагов горения), кирпичные, клепаные, сварные.
Состоит горн из кирпичной кладки, вытяжной трубы с вытяжным зонтом (колпаком). На поверхности кладки сделано углубление для горнового гнезда и второе – для ванны с водой. В нижней части предусмотрена ниша для хранения угля. Через сопло воздух от меха, который приводится в действие неравноплечим рычагом, подается в горновое гнездо. Высота кирпичной кладки 700 – 800 мм, ширина и глубина 1000 – 1100 мм. Для большей прочности горн связывается каркасом из угловой стали. Горновое гнездо облицовано огнеупорным шамотным кирпичом. Длина кирпича – 200 мм, ширина – 400 мм, глубина – 100 – 150 мм.
Горны могут быть с боковым дутьем (рис. 20) и с нижним дутьем.
Сжигаемое в горнах топливо (кокс, антрацит и древесный уголь), должны содержать минимальное количество серы, а при горении спекаться и образовывать сверху твердую корку, способствующую развитию высокой температуры в очаге. Наилучшим топливом является древесный уголь, который при сгорании не выделяет серы и имеет малое количество золы.
Для того, чтобы правильно разжечь и обслужить горн необходимо очистить горновое гнездо от остатков топлива, шлака, кусков кирпича, золы, а сопло очистить от шлака и продуть воздухом. Затем необходимо проверить газоплотность воздухопровода и его заслонки. Разжигать горн можно промасленными тряпками, дровами, деревянной стружкой, горячими углями, взятыми из работающего горна. Далее нужно открыть заслонку воздухопровода, постепенно подавать топливо и добавлять воздух, добиваясь при этом яркого, слегка коптящего пламени и следить, чтобы сопло во время работы всегда было покрыто слоем угля, дутье осуществлялось равномерно и вдуваемый воздух не соприкасался с нагретым металлом, а верхние слои угля, предварительно смоченные водой, спекались и образовывали корку.
Заготовку или ее конец зарыть в горячие угли и засыпать свежим углем. Между соплом и заготовкой оставить слой горячих углей. Для обеспечения равномерного нагрева заготовку необходимо время от времени поворачивать, а дутье регулировать, чтобы избежать местных перегревов. При нагреве заготовок недопустимо и вредно высокое дутье, так как избыточный кислород вдуваемого воздуха вступает в соединение с металлом и образует окалину. В результате возникают потери металла, затрудняется его обработка.
Перегрев заготовок также отрицательно сказывается на их качестве: чрезмерный рост зерен, ухудшение механических свойств металла. Опытные мастера определяют температуру нагретого металла на глаз – по цвету каления. Так, темно-красному цвету каления соответствует температура 650°С, вишнево-красному 700°С, светло-красному 800°С, густо-оранжевому 900°С, оранжево-желтому 1000°С, светло-желтому 1100°С, соломенно-желтому 1150°С, белому различной яркости – 1200 1400°С.
В некоторых кузницах на расстоянии 1,5 – 2 м от горна устанавливают наковальню, на некотором расстоянии от нее стуловые тиски. Баки для воды монтируют вместе с конструкцией горна или возле нее.
В старых кузницах использовали деревянную бочку, которую на две трети зарывали в землю. Это давало возможность держать воду холодной, что необходимо при закалке инструмента или его охлаждении. Кузнечный инструмент развешивают на стене, на колпаке дымохода или в специальной стойке, что практиковалось у русских мастеров.
Ящики для песка, передвижные козлы из стали, сверлильные станки, пневматический молот, рычажные ножницы, автогенный сварной аппарат в качестве передвижного горна – все это поможет мастеру полнее и качественнее воплощать свои идеи в материале. Поэтому нужно помнить, что все инструменты и приспособления должны всегда находится на определенном месте, в строгом порядке. То, что требуется чаще, нужно положить ближе. Инструмент, который берут правой рукой, должен находиться справа; то, что берут левой, – слева. Под рукой должен находиться инструмент, необходимый для данной технологической операции.
Оборудование и инструмент для ковки.
Все кузнечные инструменты делятся на опорные, ударные, вспомогательные и измерительные.
К основному оборудованию при свободной ковке относятся горн, наковальня, ковочный молот, бак с водой, вспомогательный вытяжной вентилятор, вертикально-сверлильный станок, рычажные ножницы, установка для газовой сварки, электросварочный аппарат, высокооборотная бормашина, точильный и шлифовальные станки и др.
Опорный инструмент
Основной опорой, на которой производят ковку, является наковальня.
Наковальни подразделяется на безрогие, однорогие и двурогие. Масса наковальни колеблется от 150 до 350 кг. Наибольшее распространение получили двурогие наковальни массой до 200 кг.
Изготовляется наковальня из углеродистой стали. Ее масса колеблется между 80 – 300 кг.
Наковальня состоит из следующих составных частей. В верхней части наковальни находится гладкая пластина – наличник толщиной 10 – 20 мм, изготовленная из стали У8. Наличник является непосредственной опорой для обрабатываемых заготовок. Конусообразный рог служит для выполнения различных гибочных работ и раздачи колец. Квадратный хвост служит для загибания поковок под углом 90 градусов. Отверстие служит для пробивки отверстий (круглое) и закрепления вспомогательного инструмента (квадратное), лапы – основание наковальни служат для крепления наковальни к стулу.
Так как наковальня является инструментом, на рабочую часть которой действуют большие нагрузки, то при выборе наковальни нужно быть очень внимательным.
При легком ударе молотком хорошая наковальня издает чистый звук. Наличник наковальни должен быть закаленным, что проверяют напильником, который оставляет едва заметный след.
Наковальня устанавливается строго горизонтально и крепится к деревянному, из крепких пород, чурбану (стулу) со стальным обручем на верхней части на высоте согнутого большого пальца опущенной руки кузнеца – это примерно – 750 – 800 мм от пола.
Шпераки. Небольшие двурогие наковальни массой 4 – 20 кг называются шпераками. Применяются в основном для сложных художественных работ, для гибочных работ из полосовой и листовой стали, для выколотки и правки всевозможных орнаментальных элементов. Их можно вставлять в квадратное отверстие наковальни или в кузнечные тиски.
