Основные операции ручной свободной ковки
Основные операции ручной свободной ковки
В процессе ковки художественных изделий применяются разнообразные приемы и используются рассмотренные выше инструменты путем чередования их в различных комбинациях и последовательности. На рис. 13 даны старинные каминные щипцы, выполненные свободной ковкой. Все многообразие приемов можно свести к следующим основным операциям: осадка и высадка; вытяжка (протяжка); рубка; прошивка (пробивка отверстий); гибка; закручивание; выглаживание (отделка); насекание рисунка; набивка рельефа и фактуры; горновая (кузнечная) сварка.
Осадка и высадка. Осадка предназначена для уменьшения длины заготовки за счет увеличения ее поперечного сечения. Если осадка осуществляется не по всей длине заготовки, а только на отдельных ее участках, например, на концах или в середине, она называется высадкой. Осадку или высадку применяют в следующих случаях:
а) высадку — для получения отдельных утолщений на поковке (ее концов или середины), при ковке декоративных элементов, имеющих переменное сечение, например, растительных орнаментальных мотивов (утолщенные узлы на стебле, плоды, ягоды и т. п.). После высадки поковка дополнительно обрабатывается обжимками подбойками и др.;
б) как предварительную операцию перед изгибанием под углом; для восполнения недостающего металла при образовании угла;
в) осадку — для утолщения поковки по всей длине;
г) как предварительную операцию перед прошивкой при изготовлении пустотелых изделий — плоских изделий типа колец или высоких изделий типа трубок.
При осадке поковку нагревают, ставят вертикально на наковальню и бьют ручником или кувалдой по верхнему концу. Длина поковки (или нагретой части при высадке) не должна превышать диаметр больше чем в 2—2,5 раза, иначе произойдет изгибание заготовки. При высадке участков на длинных прутах их кладут на наковальню, наносят удары ручником или кувалдой.
Если утолщение должно распространяться только в определенные стороны, то после высадки поковка соответствующим образом проковывается и, если высадка оказалась недостаточной, операция повторяется. Мягкая сталь лучше поддается осадке, чем твердая. Высадку можно осуществить и без молота, для этого нагретый стержень бьют концом о наковальню, зажав его в клещах.
Вытяжка или протяжка. Эта операция применяется для увеличения длины заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения. Вытяжка имеет следующие разновидности:
а) наиболее частый случай, когда из толстого куска металла следует отковать полосу или прут (круглого или квадратного сечения). Для этого раскаленную заготовку кладут на наковальню и, удерживая ее клещами, наносят удары узким бойком кувалды по всей длине заготовки. Затем поковку поворачивают на 90° и операцию повторяют. Работу ведут быстрыми и частыми ударами, стремясь отковать за один нагрев больший участок поковки. Для того чтобы поковка тянулась больше в длину и не раздавалась в поперечном отношении, применяют седлообразные наковальни (желобчатые). Более удобно для вытяжки круглых болванок применять обжимки. Поворачивая поковку вокруг оси и передвигая ее вперед, ударяют кувалдой по обжимке. При работе в обжимках заготовка не только вытягивается в длину, но и выглаживается;
б) расплющивание (уширение, разгонка), применяемое в тех случаях, если необходимо увеличить площадь заготовки за счет ее высоты, т. е. получить всю поковку или отдельный ее участок в форме
пластины, например, при ковке растительного орнамента расплющиванием подготовляют заготовки для лепестков цветов, листьев.
Расплющивание осуществляется или непосредственно кувалдой или для ускорения применяют специальный инструмент — раскатку с плоскими или полукруглыми рабочими поверхностями. При работе раскаткой сила удара сосредоточивается на небольшом участке и раздача металла во все стороны идет быстрее;
в) вытяжка с оправкой, применяемая в случае, если нужно увеличить длину пустотелой заготовки (например, толстостенной трубки) за счет уменьшения толщины ее стенок. Работу ведут в обжимках (круглых или квадратных, смотря по форме заготовки) и в оправке слегка конической (для облегчения съема с нее поковки). В процессе ковки поковка все время поворачивается вокруг оси. При вытяжке на квадратной оправке поворот делают на 90°;
г) раздача на оправке, применяемая для ковки колец, обечаек, обручей и т. п. В процессе этой операции одновременно увеличивается и наружный, и внутренний диаметры поковки. Предварительно высаженную и прошитую заготовку продевают на цилиндрическую оправку, которую укладывают обоими выступающими концами на подставку и ударами ручника или подбойки производят раздачу. Диаметр заготовки увеличивают за счет утончения ее стенки.
Кузнечная рубка. Рубка — операция, посредством которой поковку разделяют на части. Для этого заготовку нагревают до темно-красного каления, кладут на наковальню и, наставив кузнечное зубило, сильно бьют по нему кувалдой. Прорубив толщу поковки на три четверти, ее перевертывают, вновь наставляют зубило и отрубают сильными ударами кувалды. Особенно толстые заготовки быстрее и легче можно рубить на механическом молоте, применив вместо зубила специальный инструмент — топор. Топоры бывают двусторонние (с заточкой с двух сторон), односторонние (с заточкой с одной стороны), угловые и полукруглые — для рубки по кривой. Тонкие поковки лучше рубить вручную с помощью подсечки, которую устанавливают в отверстие наковальни, при этом на нее кладут заготовку, а сверху наставляют зубило, по которому наносят удар кувалдой; прорубать металл насквозь нельзя, так как можно повредить острые закаленные части инструмента.
Рубка имеет следующие разновидности:
а) Разрубка (прорубка) — операция, в процессе которой заготовка только надрубается, оставаясь еще прочно соединенной в нетронутом участке. Этот прием очень широко применяется в художественной ковке. Надрубленные участки отгибаются (рис. 14), вытягиваются и претерпевают различные виды ковки (рис. 15), после чего превращаются в цветы, завитки или листья, сидящие на общей ветке.
б) Обрубка (обсечка] — отделение части материала по наружному контуру. Обрубка часто применяется при ковке декоративных изделий сложной формы всевозможных розеток, накладок и т. п., где необходимо обрубить деталь по контуру.
На рис. 16 показана заготовка розетки, выполненная обсечкой, и готовая розетка после обработки ее ковкой.
в) Вырубка — аналогичная операция отделения части металла по внутреннему контуру, широко применяемая при ковке ажурных изделий.
Прошивка. Прошивка служит для получения сквозных отверстий в поковке. Прошивку или пробивку отверстий осуществляют при помощи пробойников и бородков. Для этого нагретую поковку, захватив клещами, кладут на наковальню над круглым отверстием (находящимся около хвоста наковальни), наставляют бородок и бьют по нему кувалдой.
Гибка. Гибкой называется кузнечная операция, при которой поковке придается изогнутая форма по заданному контуру. При гибке толстых заготовок происходит искажение первоначальной формы и размеров поперечного сечения в зоне изгиба (при гибке тонких заготовок этим явлением можно пренебречь). Чтобы устранить искажение формы и утяжку (уменьшение сечения), необходимо до гибки произвести высадку того участка, где предполагается согнуть заготовку. Явление утяжки проявляется тем сильнее, чем больше угол загиба и чем меньше радиус закругления. Утяжку нельзя устранить правкой, но искажение формы поперечного сечения (овальность) легко исправляется правкой и проглаживанием. Гибка имеет следующие разновидности:
а) гибка под углом — производится на ребре наковальни с предварительным нагревом только на небольшом участке, подлежащем изгибанию. Если нагрев произведен на большом участке, то поковка согнется по кривой (дуге). Гибку прутка можно производить, воткнув его в отверстие в наковальне до нагретого участка и быстро пригнув к наковальне.
Если длинную полосу или пруток необходимо согнуть несколько раз и если места сгибов расположены близко друг к другу, гибку производят на шпераке с рогом соответствующей формы или на специальных оправках (приспособлениях);
б) гибка по дуге — производится на роге наковальни или соответствующих по дуге шпераках. Сложные кривые профили гнут на оправках. Повторяющиеся (раппортные) кривые гнут на приспособлениях (доски со штырями). Завитки (спирали) из прутков и полос тонких сечений гнут в холодном состоянии в тисках, из толстых сечений — на специальных оправках и приспособлениях и на роге наковальни. Сложные и разнообразные приемы ковки и гибки полос различного сечения использованы при изготовлении решетки теремного Дворца Московского Кремя (рис. 17).
Закручивание (скручивание]. Сущность этой операции заключается в том, что одну часть поковки поворачивают по отношению к другой под углом вокруг общей оси. Различают два случая закручивания:
а) когда часть заготовки поворачивают на угол до 180°, например, для пространственной ориентации отдельных орнаментальных элементов (листьев, цветов);
б) когда скручивание выполняют многократно на 360°, в результате чего скрученный квадратный стержень приобретает как бы витой характер (рис. 18).
Скручивание тонких заготовок производят два человека. Захватив заготовку в клещи, они вращают ее в двух противоположных направлениях одновременно. Скручивание толстых поковок производят посредством воротка, при этом другой конец заготовки зажимают в тиски. Вороток представляет собой стальную полосу с отверстием посередине. Отверстие по форме должно соответствовать сечению скручиваемого квадратного прутка или полосы. Широкие полосы удобно закручивают при помощи специальной вилки.
К скручиванию относится свивание нескольких тонких прутков (проволок) в шнуры. Наиболее красивые шнуры, с богатой светотенью получаются из двух круглых прутков, туго свитых между собой. При скручивании и свивании заготовка должна быть нагрета до яркокрасного (а еще лучше желтого цвета) каления; при более низкой температуре скручивание требует очень больших усилий, а в металле могут возникнуть трещины.
Выглаживание (отделка). К этой операции приступают после того, как основная форма уже откована и все формообразующие операции выполнены. Цель этой операции — придать законченный вид поковке. После молотка всегда остаются следы — волнистости, шероховатости и получается так называемая кованая поверхность Часто из художественных соображений ее сохраняют, но этим не следует злоупотреблять, так как кованые поверхности лучше просматриваются рядом с гладкими (по закону контраста). Кроме того, изделие из-под молотка имеет неряшливый и незаконченный вид, особенно со следами кувалды.
Выглаживание и окончательная отделка заключаются в выравнивании поверхности при помощи гладилок различной формы для плоских поверхностей и обжимок, для цилиндрических поверхностей с малыми радиусами закругления. Для выглаживания внутренних и вогнутых поверхностей применяют специальные гладилки. Выпуклые поверхности (с большим радиусом кривизны) выглаживают плоскими гладилками.
Выглаживание ведут постепенно, перемещая гладилку по поверхности изделия и ударяя по ней кувалдой. Поковка при этом должна удобно лежать на наковальне. Иногда выглаживают только отдельные участки рельефа, например, только его наиболее выступающие части, а углубления оставляют «из-под молотка». Это придает своеобразную живописность изделию. Выглаживание прутков производят иногда плоской гладилкой, проводя ее вдоль прутка и не по всей поверхности. Следы от плоской гладилки читаются как еле заметные грани и придают прутку большую иллюзорную четкость и стройность. Операция выглаживания имеет очень большое значение в художественной ковке и придает изделию законченный и выразительный вид.
Насекание рисунка. Эта операция так же, как и выглаживание, относится к отделочным, заключительным видам ковки. При помощи зубила в холодном или горячем состоянии можно воспроизвести на поверхности изделия различные штрихи, насечки, решетки или более или менее сложные узоры, включая изобразительные элементы и шрифтовые надписи. Насекание производят на более или менее плоских поверхностях, хорошо видимых на готовом изделии. Насекание на полых деталях и кольцах производят на соответствующих оправках.
Набивка рельефа и фактуры. Эта операция также относится к отделке готового изделия и выполняется с целью обогащения фактуры или светотеневых эффектов путем создания дополнительных рельефных выступов или канавок и углублений, например, жилок на листьях или лепестках, каннелюр на колонках, канавок на буквах или цифрах и т. п. Работа выполняется специальными подбойками или пуансонами.
Горновая (кузнечная) сварка. При производстве художественных изделий методом ковки большое облегчение и ускорение работе дает применение горновой (кузнечной) сварки, а в некоторых случаях при изготовлении больших и сложных изделий она является решающей, Кроме того, сварка значительно удешевляет кузнечное производство. Кузнечная сварка позволяет соединить в одно целое изготовленные по отдельности детали. В этом случае их можно выполнить с большей тщательностью и совершенством. Кузнечной сваркой хорошо и легко сваривается мягкая сталь с содержанием углерода 0,15—0,25%.
Если в стали содержание углерода превышают 0,45%, то она почти не поддается горновой сварке. Процесс горновой сварки состоит из следующих операций: подготовки концов, нагрева, сварки, проковки шва.
В зависимости от толщины поковок, подлежащих сварке, их концы подготавливают различным способом (рис. 19). Тонкие концы прутков предварительно нагревают (утолщают) и сваривают встык. Изделия толщиной до 100 мм сваривают внахлестку. Для этого концы предварительно нагревают и скашивают. Скошенные поверхности должны быть несколько выпуклыми для того, чтобы сварка началась в центре. При таком способе шлак выжимается от центра к краям. При толщине концов более 600 мм применяют сварку вразруб (или в паз), при этом концы нагревают, осаживают, затем один из них разрубают, а другой вытягивают клином.
После подготовки концов одним из указанных способов их нагревают в кузнечном горне до 1300—1350° С, что соответствует белому калению. Для сварки сталь должна быть чистой, а во время нагрева она покрывается окалиной. Окалина удаляется флюсом, которым может быть мелкий чистый кварцевый песок или бура. Флюс легко сплавляется с окалиной, образуя легкоплавкий шлак, который создает тонкую пленку и предохраняет сталь от дальнейшего окисления.
Нагретые до сварочного жара куски стали очищают от шлака встряхиванием или березовыми прутьями, вплотную кладут на наковальню свариваемыми поверхностями и затем наносят удары сначала частые и легкие ручником, а затем сильные удары кувалдой и доковывают весь стык до полной сварки.
При сварке следят, чтобы шлак не остался внутри шва, и ударами молотка его удаляют. В настоящее время кузнечную сварку применяют все реже и реже, так как автогенные виды сварки гораздо совершеннее, быстрее и дешевле (см. выше § 11).
При свободной ковке очень важно определить, какая часть изделия будет коваться целиком, какие элементы будут выполняться отдельно, а затем привариваться. От правильно намеченного технологического процесса во многом зависит успех работы. В свою очередь, для разработки технологии необходимо иметь кроме рисунка изделия точный чертеж, составленный конструктором с учетом припусков на механическую (токарную, фрезерную) обработку если такая предусматривается.