рис. 1. Инструменты для ручной ковки: а — однорогая наковальня; б — кувалда с продольным задком; в — ручник с поперечным задком; г — продольные клещи с круглыми губками; д — круглый бородок; е — прямое зубило для горячей рубки; ж — плоский подбойник; з — круглая обжимка.

Кузнечный инструмент и оборудование

В современных условиях ковку ведут вручную или на машинах: молотах с массой падающих частей от 1 до 5000 кг и ковочно-гидравлических прессах с усилием от 2 до 200 Мн (200—20 000 тс). Заготовки деформируются непосредственно верхним бойком штампа или простейшими приспособлениями, кузнечным инструментом.

В процессе ковки используются кузнечные инструменты - инструменты, применяемые при ручной и машинной ковке. Кузнечные инструменты служат для перемещения, захвата, поддержания, измерения заготовок в процессе кузнечно-штамповочных работ. Ручную ковку ведут на наковальне (рис. 1). Молотобоец наносит удары кувалдой. Кузнец манипулирует поковкой, держа её в клещах, указывая молотобойцу место удара ручником, которым также наносит лёгкие удары. Для пробивки отверстий пользуются бородками, для разрубки материала — зубилом, при отделке поковок применяют подбойники и обжимки.

Основные способы деформирования ковкого железа

Основным способом деформирования ковкого железа является ковка. Удары кувалды или молота сообщают материалу необходимую форму, при этом ковать можно лишь пластичные металлы и сплавы и, как правило, в нагретом состоянии. Различают свободную ковку, при которой форму изделию сообщают различно осуществляемыми ударами, и ковку в штампах, где нужную форму получают вдавливанием материалов в металлическую форму, называемую штампом. В зависимости от способа работы ковка может быть ручной или машинной. Мелкие изделия кузнец изготовляет вручную на наковальне, а для обработки более крупных заготовок применяет молот. Раньше эту работу выполняли два или более кузнецов вместе. Старший кузнец держал заготовку и ручником показывал направление ковки. В настоящее время крупные заготовки, как было указано, обрабатывают на молоте. Молот состоит из станины, бабы, шабота, подушки и бойков. Шабот установлен на собственном фундаменте, отдельном от фундамента станины для того, чтобы от шабота не передавались сотрясения. Масса шабота, изготовленного из серого чугуна, в 25 раз превосходит массу бабы, это соотношение приблизительно равно отношению массы падающих частей молота к массе заготовки. Назначение шабота - амортизировать удары молота. В верхней части шабота находится подушка. В бабе и подушке имеются пазы, в которых крепятся стальные бойки. В зависимости от типа привода молоты бывают пружинные, паровые и пневматические. Наибольшее распространение в практике художественной ковки получили пружинные молоты фирмы "Аякс". Некоторые кузнецы умеют удерживать в процессе работы расстояние между бойками с невероятной точностью.

Большая часть работы в художественной ковке и слесарном деле выполняется вручную; металлу сообщают нужную форму последовательными ударами ручника или кувалды, наносимыми по деформируемому материалу. Ручная ковка - работа очень тяжелая, кропотливая, требующая сноровки. Прежде чем перейти к рассмотрению собственно художественной ковки, следует сообщить некоторые сведения об основах ковки вообще, т.е. о кузнечной азбуке

Нагрев

Материал для ковки нагревают в горне, который в настоящее время оборудуют электрическим вентилятором, нагнетающим в горн необходимое количество воздуха. Горн отапливают кузнечным углем или мелким коксом. Огонь следует постоянно поддерживать чистым, пламя не должно быть длинным, чтобы самый большой жар был внутри его. С этой целью время от времени пламя сверху поливают водой из жестяной лейки. Золу, которая образуется на дне горна, не раскалывая, выгребают из горна ломиком или кочергой. Чтобы при чистке горна огонь не погас, в горн подкладывают дополнительно побольше топлива и дают ему возможность разгореться. Уголь в горн подкладывают по краям, а не сверху. Нагреваемый материал укладывают в горн под небольшой слой углей, где жар наибольший. Материал, уложенный слишком глубоко, охлаждается поступающим в горн воздухом, и нагрев здесь минимальный. Нагревать материал следует медленно, особенно крупные заготовки, с тем чтобы он достаточно прогревался. Нельзя допускать перегрева стали, особенно инструментальной во избежание образования трещин и разрушения при ковке. Если по недосмотру заготовка все-таки окажется перегретой, то перегретую часть следует отрубить. Наиболее благоприятный температурный интервал ковки 800-900°. Прочность стали при этих температурах уменьшается примерно в 20 раз, а пластичность существенно увеличивается. Ковать при меньших температурах не следует. Например, при температуре так называемого синего каления, т.е. примерно 400°С, сталь становится очень хрупкой и легко разрушается.

Температурный интервал ковки зависит от химического состава и структуры обрабатываемого металла, а также от вида операции или перехода. Для стали температурный интервал 800— 1100 °С., для алюминиевых сплавов — 420—480 °С. Различают ковку в штампах и без применения штампов — т. н. свободную ковку. При свободной ковке (ручной и машинной) металл не ограничен совсем или ограничен с одной стороны. При ручной ковке кувалдой или молотом воздействуют непосредственно на металл или на инструмент. Свободную ковку применяют также для улучшения качества и структуры металла. При проковке металл упрочняется, завариваются т. н. несплошности и размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретает волокнистое строение. При ковке используют набор кузнечного инструмента, с помощью которого заготовкам придают требуемую форму и размеры. Основные операции ковки: осадка, высадка, протяжка, обкатка, раскатка, прошивка и другие.

Протяжка

Если кузнец работает в одиночку, то в большинстве случаев он протягивает заготовку на кромке наковальни. Нагретую заготовку он укладывает на острую кромку наковальни под углом приблизительно 45° (рис. 1, а) и ударами ручника по противоположной грани заготовки протягивает ее. Если у кузнеца есть подручный, то кузнец укладывает заготовку на плоскость наковальни, а другой рукой устанавливает на заготовку молоток для протяжки. После протяжки заготовку выравнивают с учетом требуемых размеров и формы; если же поверхность заготовки должна быть исключительно ровной, то охлаждающуюся заготовку выравнивают гладилкой.

Высадка

В некоторых случаях из более тонкой заготовки отковывают изделие, у которого на конце или на некотором ином участке должно быть утолщение, в частности, на конце должно быть утолщение сферической или иной подобной формы. Здесь необходима операция, которая называется высадкой. Если заготовка короткая, то нагревают участок необходимой для высадки длины, после чего осуществляют высадку сильными ударами кувалды (рис. 1). Если высаживаемая часть должна получаться более широкой, а ее длина сравнительно небольшой, то в этом случае заготовку надо устанавливать холодным концом на наковальню, а удары наносить непосредственно по нагретому участку. Если, наоборот, высаженную часть необходимо получить подлиннее, заготовку устанавливают на наковальню горячим концом, а удары наносят по холодному концу. Более длинные участки высаживают, укладывая заготовку поперек наковальни, чтобы за пределами наковальни находился участок, предназначенный для высадки, подручный прижимает заготовку кувалдой, помещая ее напротив кромки наковальни, а кузнец ручником осуществляет высадку.

Разновидностью высадки является изготовление металлических костылей. Из цилиндрической заготовки отковывают сначала стержень костыля квадратного профиля. Неоткованной оставляют лишь ту часть заготовки, которая необходима для получения головки костыля, лишнюю часть отрубают. Стержень вставляют в соответствующее отверстие гвоздильни и ударами ручника отковывают головку костыля.