Инструменты и оборудование для художественной ковки.
Внутреннее устройство кузницы
При планировке внутреннего пространства необходимо соблюдение ряда требований, которые могут значительно облегчить работу.
Рис. 1. Схема планировки кузницы: а – горн; в – наковальня; б – бачок с водой; г – стол для инструментов; д – шкаф; е – кузнечный верстак; ж – ящик для хранения угля.
Главная деталь кузницы – горн (рис. 1, а) – устанавливается около дальней от входа стены.
Как правило, горн устраивается в центре помещения, чтобы к нему можно было свободно подойти со всех сторон.
Рядом, на расстоянии 1,5–2 м от горна, ставится наковальня (рис. 1, б), которая располагается так, чтобы ее рог был с левой стороны от кузнеца, находящегося между горном и наковальней и стоящего к ней лицом. Неподалеку должен находиться бачок с водой для остужения заготовок и инструментов (рис. 1, в).
Инструмент, раскладывается на металлическом столе (рис. 1, г), имеющем две полки. Наиболее часто употребляемые инструменты (молотки, зубила, клещи) располагаются на верхней полке, специальные – на нижней. Рукоятки инструментов должны немного выступать за край стола.
Запасные и редко используемые инструменты хранятся в шкафу (рис. 1, д) на крючках или полочках. Вдоль стен располагаются столы для вспомогательных работ, на которых находятся тиски, точило и другие приспособления, а также жесткий кузнечный верстак (рис.1, е).
На противоположной стороне, в углу, ближе к горну ставят ящик для хранения угля (рис. 1, ж).
Нагревательное оборудование
Горн
Рис. 2. Устройство стационарного горна: а – столешница; б – очаг; в, г – внутренняя и наружная трубы; д – зонт; е – чугунная колосниковая решетка; ж – фурма; з – шлакосборник; и – трубопровод с заслонкой.
Рис. 3. Переносной горн с использованием паяльной лампы.
Рис.4. Чугунная колосниковая решетка.
Работа горна
Топливом для горна служит малозернистый каменный уголь. Хорошую температуру дает коксующийся уголь.
Однако чаще всего в небольших кузницах используется древесный уголь. Он более доступен, но коэффициент его полезного действия не превышает 2,5 %. В промышленности для растопки горнов используется жидкое топливо, но его нужно подводить с помощью специальной аппаратуры и принимать особые меры предосторожности, чтобы в кузнице не произошел пожар или взрыв. Поэтому кузнецы-художники пользуются в основном угольными горнами.
Когда в работающем горне устанавливается режим горения, топливо разделяется на три зоны.
Рис.5. Горение угля в горне.
Опорные инструменты для художественной ковки.
Наковальня.
На ней металлу придается необходимая форма, проводится закалка и другие основные операции.
Стационарные наковальни делают из прочной легированной стали, их масса достигает 350 кг. На наковальню приходится большая нагрузка, и поэтому она должна обладать устойчивостью и прочностью. Наиболее распространены двурогие наковальни, но встречаются и однорогие.
Рис. 6. Наковальня: а – рог; б – хвостовик; в – лицо; г – углубление для пробивания отверстий; д – отверстие для установки подкладного инструмента; е – площадка для рубки металла; ж – башмак.
Рогом называется выступ на ее боковой части, который, в зависимости от назначения, имеет разную форму. У большинства однорогих наковален он конусообразной формы и предназначен для гибки и раскатки закругленных частей изделий. Второй рог делается в виде усеченного конуса и удобен для загибания на углы меньше 90°.
У основания рога имеется специальная незакаленная площадка для рубки металла зубилом (рис.6, е).
С противоположной стороны наковальня имеет похожий на рог выступ квадратной формы – хвостовик (рис.6, б). Он используется для гибки под прямым углом.
У однорогих наковален для этой цели служит край рабочей поверхности.
Плоская поверхность в центре наковальни называется лицом, на ней производится большинство операций плоской ковки (рис.6, в). Для большей прочности на нее иногда наваривается пластина из прочной стали – наличник.
На рабочей поверхности со стороны рога имеется одно или несколько круглых углублений для пробивания в заготовках отверстий (рис.6, г). С другой стороны сделано квадратное отверстие 35 х 33 мм для установки подкладного инструмента (рис. 6,д).
Наковальня опирается на массивную ногу, или башмак (рис. 6, ж), который имеет четыре крепежных отверстия и выемку в нижней части основания. В башмак вставляется центральный шип, скрепляющий наковальню с подставкой.
Под наковальню необходимо сделать прочную деревянную или песочную подушку, которая гасила бы импульс от удара по лицевой части. Крепление производится с помощью костылей, вставляющихся в отверстия ноги, или хомутами. Для большей устойчивости основание немного вкапывают в землю.
Лицевая поверхность должна располагаться строго горизонтально.
Шпераки.
К ним, кроме большой наковальни, относятся так называемые шпераки – маленькие наковальни массой до 4 кг.
Рис.7. Шпераки различной формы.
Они устанавливаются в квадратное отверстие наковальни или вставляются непосредственно в опору наковальни.
Их форма зависит от характера выполняемых работ, каждый мастер обычно делает шпераки сам с расчетом на конкретное изделие. На них выполняется окончательная ковка мелких частей детали, гибка сложных форм и другие специальные операции.
Ударные инструменты.
К ударным инструментам относятся молоток (ручник) и кувалда (молот).
Рис. 8. Кувалда и молотки: а – кувалда; б – боевые молоты; в – ручник; г – фасонные молотки.
Самый тяжелый инструмент кузнеца – кувалда, ее вес может достигать 16 кг. Собственно кувалдой (рис.8, а) называют молот с двумя плоскими бойками. Если один из бойков (задок) клиновидный, то молот называют боевым (рис. 8, б). Задок служит для разгона металла. Он может быть односторонним или двухсторонним, продольным или поперечным. Кувалдами и боевыми молотами весом 10–12 кг работают молотобойцы двумя руками. Длина ручки у такого инструмента 70–95 см. Там, где не требуется очень большой силы удара, пользуются молотами весом 2–4 кг, которыми иногда можно работать и одной рукой, без молотобойца.
Ручник (рис.8, в) используют для мелких поковок, для указания молотобойцу места удара кувалдой и других работ. Его вес – 0,5–2 кг, а длина рукоятки – 35–60 см. Задок клиновидный, тупой, заостренный или шарообразный.
Фасонные молотки (рис. 8, г) предназначены для работы над деталями различной формы, их каждый мастер изготавливает самостоятельно по своим потребностям и особенностям работы.
Особым ударным инструментом является киянка – молоток, полностью сделанный из дерева. В кузнечном деле киянка применяется в основном для работы с проволокой.
Рукоять делают деревянной, из прочных сортов дуба, клена, рябины, с небольшим утолщением к свободному концу. Она часто трескается или ломается в месте крепления молота (на него приходится наибольшая сила удара). Для большей безопасности ручку кувалды иногда делают металлической, наглухо приваривая ее к головке. Но она намного хуже деревянной амортизирует удар, и импульс вибрирующей рукоятки передается в руку.
Подкладные инструменты.
Подкладные инструменты располагаются между молотом и поковкой или между поковкой и наковальней. К ним относят зубило, подсечку, пробойники (бородки), обжимки, подбойки, раскатки и гладилки.
Зубило
Зубило и подсечка применяются для рубки металла.
Рис. 9. Виды зубил: а – для поперечной рубки холодного металла; б – для поперечной рубки горячего металла; в – для продольной рубки; г – для рубки по радиусу; д – для фасонной рубки.
Рис. 10. Подсечка.
Кузнечное зубило имеет отверстие для ручки и насаживается без расклинивания. Различают зубила для горячей рубки (угол заточки не более 50°), для холодной рубки (угол заточки не менее 60°), зубила с полукруглым лезвием и фигурные зубила. Нож фасонных (фигурных) зубил имеет закругленную форму и служит для вырезания контуров неправильной формы.
Подсечка вставляется в отверстие наковальни с помощью четырехгранного хвоста.
Можно производить рубку металла между зубилом и подсечкой с помощью одного зубила (на площадке у основания рога наковальни) или на самой подсечке.
Работать зубилом можно и с использованием подсечки, которую устанавливают в отверстие на хвосте наковальни. Эти инструменты выпускаются парами.
Зубилом можно высекать узоры. Для этого раскаленную поковку следует положить на лицо наковальни и держать щипцами или зажать в тисках. Наставив зубило, нужно наносить удары молотом или ручником. На холодной заготовке рисунки и узоры лучше насекать слесарным зубилом и молотком.
Пробойники и бородки
Пробойники и бородки служат для пробивания отверстий.
Рис. 11. Пробойник.
Их, как и зубила, насаживают на рукоятки. Пробивание (просечка) отверстий производится на горячей заготовке с помощью круглого отверстия наковальни. Вначале ударом пробойника нужно сделать на металле углубление на месте будущего отверстия, затем переместить заготовку на лицо наковальни и несколько раз с помощью пробойника ударить по тому же месту. Вновь прогреть заготовку и положить ее противоположной стороной вверх. Выбить пробойником отверстие. Оформить его проковкой на роге наковальни. По сечению рабочей части различают квадратные, прямоугольные, круглые, овальные и фасонные пробойники, которые используются для просечки различных отверстий и декоративных работ.
Обжимки
Обжимки придают изделию цилиндрическую или граненую форму.
Рис. 12. Обжимка цилиндрической формы: а – верхник; б – нижник.
Они состоят из двух половин – верхника и нижника. Нужно вставить нижник хвостом в квадратное отверстие наковальни, положить на него разогретую заготовку, наложить на нее верхник и наносить по нему удары до смыкания частей обжимки. Для получения длинного участка сечения нужно постепенно передвигать заготовку по мере проковки.
Подбойки
Подбойки состоят из верхника и нижника и применяются для выделки углублений, канавок, желобков и т. п., а также для облегчения протяжки металла при ручной ковке. Их рабочая поверхность может быть разной формы.
Рис. 13. Подбойки: а – верхник; б – нижник.
Раскатка
Раскатка – подкладной инструмент, напоминающий молоток с выпуклым (полукруглым) бойком и плоским задком.
Рис. 14. Раскатка.
С ее помощью ускоряется вытяжка металла в длину.
Гладилки
Их используют для выглаживания поверхности изделия, удаления следов от кувалды. Рабочая поверхность гладилок хорошо отшлифована, края немного приподняты, чтобы грани не пропечатывались на поковке. Гладилки тоже парные инструменты, но можно работать и одной верхней частью. Форма инструментов может быть полукруглой, тогда выглаживать поверхность лучше на роге.
Вспомогательные инструменты
Гвоздильня
Гвоздильня – металлическая доска толщиной около 2,5 см и размером обычно 30 х 40 см, в которой сделаны конические отверстия разных размеров.
Рис. 15. Гвоздильня.
С помощью гвоздильни можно делать (высаживать) головки болтов и заклепок, шляпки гвоздей и т. п. Гвоздильня предназначена для изменения формы конца стержня. Обычно ее используют для получения утолщенных шляпок гвоздей, заклепок или болтов.
В нее вставляют меньший по размерам стержень и серией ударов деформируют выступающую часть так, чтобы она заполнила собой все пространство формы. Ее стенки имеют небольшой уклон для облегчения снятия гвоздильни с заготовки.
Многорядные гвоздильни представляют собой плиту с различными по форме отверстиями, которую устанавливают на плоской поверхности наковальни. Ударами в нее вбивают металл, а затем переворачивают и выбивают готовые детали.
Формы и оправки
Для ковки однотипных изделий будут нужны различные формы, оправки и т. д. Кузнечная форма – это массивная стальная плита толщиной 10–15 см с отверстиями и желобами (ручьями) различной формы. Раскаленную заготовку необходимо наложить на нужное отверстие или ручей, под ударами молота она примет соответствующую форму.
Плита
При изгибе различных кривых (завитков, меандров и т. п.) из прутков и полос используют стальную плиту с рядами просверленных отверстий. Плотно вставив в подобранные по шаблону отверстия стальные штыри, можно легко выгнуть вокруг них или между ними необходимую кривую. Особенно полезно это приспособление в тех случаях, когда необходимо сделать несколько одинаковых деталей для решетки, ограды и т. д.
Кузнечные клещи
Важнейшим вспомогательным инструментом являются кузнечные клещи. С их помощью поковки вынимаются из жара, удерживаются в ходе ковки, поворачиваются в нужное положение и т. д. Клещи бывают продольными, поперечными, с прямоугольными, квадратными, круглыми губками и т. п.
Рис. 16. Клещи: а – для круглого металла; б – для квадратного сечения; в – для полосового металла.
Рис. 16 (продолжение). Клещи: г – для уголка; д – для широкой полосы; е – для заклепок.
Рукояти клещей должны пружинить и легко удерживаться одной рукой. Для более надежного зажима поковки в клещах можно насадить на ручки кольцо – шпандырь. Если ширина захвата слишком велика, можно воспользоваться открытым (разомкнутым) кольцом (рис. 17).
Рис. 17. Клещи с круглым и скобообразным шпандырем.
Для изгиба и закручивания некоторых изделий применяют специальные вилки с длинными рукоятками, позволяющие захватить заготовку для изгиба и приложить к ней большое усилие, не нанося ударов молотом.
Тиски
В кузнице обязательно надо иметь одни или несколько тисков. Самые большие – слесарные – располагаются на отдельном верстаке. Их губки должны быть снабжены специальными насадками, смягчающими давление на горячий металл.
Часто в тиски зажимают не сами заготовки, а подкладки или различные специальные приспособления, которые нельзя закрепить на наковальне. Для этого надо иметь специальные съемные тиски, закрепляющиеся на хвосте с помощью надежного винтового механизма.
Хорошо иметь под рукой несколько струбцин разных размеров, особенно если мастер работает в кузнице один.