Текст книги "Основы технической и художественной ковки"

Топливо и нагревательные устройства

Приступая к работе в кузнице мы должны определится с нагревательными устройствами, от простого кузнечного горна до нагревательных печей. В мелких кузницах основным нагревательным устройством является горн на твёрдом топливе (уголь). Он наиболее прост в устройстве и работает на многих видах твёрдого топлива, и в то же время имеет самый низкий КПД, порядка до15% и требует большого количества твердого топлива (угля), от древесного до графита.

Основным топливом для нагрева заготовок и поковок в простейшей кузнице является каменный уголь и его производные (кокс, графит, и др.). Достоинства угля – это его высокая теплотворность и лёгкость работы с ним, а также простое устройство нагревательных печей, которые не требуют сложных регулировочных и защитных устройств. Недостаток – высокое потребление топлива при низком кпд. Потребление топлива снижается в зависимости от его твёрдости и теплотворности. Если взять самый низко калорийный (Подмосковный или Экибастузский), то вряд вы нагреете в горне объёмную поковку, или нагреете с большой трудностью, потратив большой объём угля. Подмосковный ещё и потравит вас угарным газом, Экибастузский подарит вам шлаку более половины объёма – значит эти угли не годятся для горна и приобретать их незачем. Многие приобретают их из-за дешевизны, но вы потратите на них гораздо больше и времени, и нервов, и, наконец, тех же денег. Длиннопламенный котельный уголь будет давать хороший нагрев, но и при хорошем расходе, и составит неприятность в виде большого пламени, которое будет вас обжигать при приближении к горну, зимой терпимо, но летом, да в жару! Сами понимаете… Хорошие показатели у Уральского угля: прекрасно горит, даёт достаточно высокую температуру, имеет низкую зольность и сгорает не так быстро (для кузницы это, пожалуй, самый лучший). Таким же является и древесный уголь, но он не переносит усиленного дутья, а недостаток его – довольно большой расход и быстрое сгорание. А если ещё прибавить стоимость? Можно использовать и Кузнецкий уголь, но желательно мешать его с антрацитом в пропорции 2 к 1. Антрацит имеет высокую температуру горения, но его недостатки – трудно разгорается даже дутьём, быстро гаснет без дутья, а из-за высокой температуры спекается в монолит (и это, пожалуй, его главный недостаток). При этом шлаки затекают в отверстия колосника и быстро засоряют его, вот для чего лучше использовать его в смеси. В этом случае шлаки будут перемешиваться, тяжёлые антрацита с лёгкими и пористыми кузнецкими и не засорять отверстия колосников. Есть свои недостатки и у кокса. Кокс тяжело разгорается и, кроме всего прочего, не переносит усиленного дутья в горне, начинает быстро сгорать. Работая с коксом никогда не увеличивайте резко дутьё, лучше дать умеренное, дайте просто больше время ему разгореться или добавьте для розжига немного другого угля, кроме антрацита.

И отдельно о графите. Результаты прекрасные, хорошо горит, без пламени, только синие всполохи, весь жар концентрируется внутри кучи, переносит любое дутьё, имеет очень низкий расход при высокой теплоотдаче и практически полное отсутствие шлака. Но есть и одно существенное «но»: из-за быстрого нагрева можно легко сжечь заготовку. Нельзя на долго оставлять поковку в раскалённом графите, она быстро насыщается углеродом, а если ещё и попали катализаторы, то насыщается на всю глубину. А самые главные недостатки – это его высокая стоимость и трудность розжига. Для розжига потребуется котельный каменный уголь, предварительно разожженный до высокой температуры.

Так какой уголь лучше? Я считаю, что идеального угля нет, у каждого есть свои преимущества и недостатки. Лучше всего применять смесь углей. Исключив работу с Подмосковным и Экибастузским. Смеси подбирайте индивидуально, в зависимости от сортов угля. Примерно я дам некоторые рецепты: если Уральский или Кузнецкий уголь и у вас есть антрацит, то добавляйте антрацит, но не более трети объёма. Если кокс плюс антрацит, то 1 к 1. И мой вам совет: не применяйте антрацит, по возможности, в чистом виде.

Разбейте куски угля на мелкие фракции диаметром 2—4см, они лучше горят и держат тепло, легче разгораются.

Никогда на долго не оставляйте заготовки в разогретом угольном горне, это может привести к насыщению стали углеродом или, в некоторых случаях, выгоранию углерода. Что повлияет на механические свойства стали.

При работе на твёрдом топливе старайтесь чтобы уголь постоянно был в куче. Начинающие часто делают ошибку: увидев наиболее жаркое место в угле (это наиболее касается низкокалорийных), стараются освободить это место от не горящих углей, чтобы быстрей нагреть заготовку, но получают обратный эффект – уголь быстро гаснет. Поэтому, лучше собрать уголь в кучу и для более быстрого возгорания добавить свежую порцию, немного уменьшив дутьё, через небольшое время уголь разгорится в полном объёме.

Закончив работы с нагревом (перерыв, перекур, временное занятие другими видами работ т.п.), уменьшите дутьё и подсыпьте порцию свежего угля, не перемешивая его с горящим. Это позволит вам сохранить объём горения без дутья, а при включении дутья – быстро поднять температуру.

И во всех случаях, при добавке свежей порции топлива, не перемешивайте его сразу с горящем, дайте свежему углю разгореться. Ни в коем случае не пользуйтесь для розжига угля свежей порции жидким топливом, это может привести к сильной вспышке или, ещё хуже, детонации.

Несгоревший шлак удаляйте при средней температуре горна, с наименьшим дутьём, т.к. шлак при высоких температурах может находится в расплавленном виде. И по возможности, после удаления шлака прочистите отверстия колосников. Шлак и негорючие остатки поместите в промежуточную ёмкость (металлический ящик или бочку) до полного их охлаждения. Осевшие на под горна легкие фракции не выбрасывайте, соберите их в специальный ящик или бочку и используйте их как теплоизолирующий материал при отжиге стали, для медленного охлаждения поковки, закопав или засыпав её до полного охлаждения.

Закончив работу, выключите дутьё, немного разгребите горящий уголь, но в пределах колосников. Всё! Не выкидывайте его, ни в отход, ни в промежуточную ёмкость. Самое безопасное место в пожарном отношении – это горн. Оставьте уголь в горне.

Убирайте горн только в начале работы, когда уверены, что он полностью остывший. И в то же время, освобождайте промежуточную ёмкость и выносите отходы поковок. Никогда не выбрасывайте не остывшие отходы на улицу, даже в шлак, в нём всегда содержатся несгоревшие остатки топлива, и они могут воспламениться, а ветер сыграет роль поддува.

Основным нагревательным устройством в кузнице является горновая печь (или проще – горн). В отличие от других устройств: газового горна, нагревательной печи на газовом или жидком топливе, горн на твердом топливе отличается простотой в устройстве и отсутствием сложных предохранительных устройств (вентиля, клапанов, редукторов и др.). И этим компенсируется его низкий КПД.

Не старайтесь сделать горновую печь со сложными отражателями, клапанами, воздуховодами и дымоходами. Сделайте простейший горн, вот одна из простейших схем горна и горновой печи

Простейший горн

Схема простейшего горна

Основным элементом горна является короб, к которому приварена труба-зольник, с заслонкой в нижней части, для удаления несгоревших фракций топлива, просыпавших через отверстия колосника. Примерно в середину вварена вторая труба под углом 90°. Для поворота потока воздуха вверх к колоснику, установлен отражатель на 5 – 10 мм ниже нижней кромки приваренной вводящей трубы, под углом от 35° до 55°, перекрывая половину трубы-зольника. Угол определяется опытным путём так, чтобы поток воздуха шёл точно вверх на колосник. Колосник – стальная плита толщиной 20 – 30 мм, с отверстиями 10 – 12 мм, расположенными по кругу. Почему стальная? Её не поведёт от высокой температуры? Часто задают такой вопрос. Очень просто, колосник в данном горне постоянно обдувается холодным воздухом, который, проходя через отверстия колосника нагревается, отбирая тепло от плиты. За более тридцати лет работы с такими горнами, колосник у меня ни разу не прогорел, за исключением только тех, которые были тоньше 20 мм. В трубе ввода воздуха стоит заслонка простого типа, пластина на оси, регулировка которой производится поворотом оси с помощью рычага. В пластине просверлено отверстие до 10 мм для подачи малой порции воздуха, поддерживающий горение при холостой работе горна. Вентилятор можно применять любой, но, конечно, лучше нагнетательный, мощностью от 500 Вт до 2,5 кВт. Лучше вентилятор дутья устанавливать так, чтобы забор воздуха происходил с улицы, от этого может зависеть работа вытяжной трубы, так как забор воздуха внутри помещения может снизить тягу трубы.

Сзади и с боков прикройте горновую печь листами железа, это так же улучшит отсос газов. Боковые листы не должны полностью закрывать горн, низ лучше сделайте открытым, это позволит класть в него длинные элементы поковок. И такое расположение листов ограждения, создаёт пониженное давление и завихрение в задней части, куда устремляются лёгкие фракции золы и оседают у задней стенки, а не летят на работающих и в помещение.

Отвод газов из горновой печи можно производить через трубу естественной тягой или с помощью вентилятора-дымососа. И самое главное, не ставьте дополнительный отсасывающий вентилятор в помещении кузницы. Лучше поставьте нагнетательный или реверсивный (отсос-нагнетание). Когда работаете с горящим горном, воздух лучше нагнетать в помещение, создавая дополнительное давление, этим вы усилите тягу в трубе или дымососе, а регулировку тяги производите шибером вытяжной трубы. При наддуве воздуха вы понизите температуру в помещении, что благоприятно скажется на вашей работоспособности, особенно летом, при повышенных температурах, и газы не пойдут в помещение. А вот при отсосе воздуха из помещения во время работы горна дополнительным вентилятором, тяга в трубе снизится и газы будут поступать в помещение. Включать реверсивный вентилятор в кузнице на отсос можно только тогда, когда не работает горн. Ещё один важный момент: выбирайте помещение с двумя выходами. Это позволит вам естественно проветривать помещение сквозным потоком воздуха, и увеличит противопожарную безопасность в непредвиденных случаях.

Школа ковки

Школа ковки
ШАГ ПЕРВЫЙ

Этот раздел для тех, кто впервые решил попробовать себя в ковке.

Что такое ковка? Ковка – это прежде всего труд, труд, требующий не только желания им заниматься, но и навыков, необходимых в данной работе.

С чего начать?

Начните с теории, просмотрите учебник по Технологии металлов, для начала подойдёт учебник для ПТУ и техникумов, в нем проще всё сказано, без лишних слов.

Определим основные кузнечные операции, которые нам придётся освоить:

– Вытяжка металла;

– Обсадка (осадка) металла;

– Высадка металла – сюда входит штамповка и фактуровка (нанесение пробитого рисунка на поверхность);

– Рубка металла;

– Гибка металлов;

– Пробивка и прошивка отверстий;

– Торсировка или скручивание заготовок.

– Сварка и провар металла (кузнечные способы);

– Уплотнение металла и нанесение наклёпа на поверхность;

– Термообработка поковок.

Освоение этих операций составляет весь основной спектр кузнечных работ. Но, чтобы освоить их в полном объёме, вам понадобится не мало времени и труда, придётся перековать тонны металла. Научившись этим операциям, вы освоите ковку на профессиональном уровне, и не встанете в тупик, когда придётся изготавливать (ковать) незнакомое изделие.

Какие стали чаще всего приходится ковать? Старые кузнецы определяли их так: «глина», «резина», «сухарь».

Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода С₂ – до 0,15% («глина»).

Среднеуглеродистые стали с содержанием углерода С₂ – от 0,15% до 1,0% («резина»).

Высокоуглеродистые стали с содержанием углерода С₂ – от 1,0% и выше («сухарь»).

Чугун, сплав железа с углеродом с содержанием углерода С₂ – более 2,0% (не куётся)

Часто в руки кузнеца попадают стали марганцовистые, их можно определить по грязно-красному цвету окислов сразу после ковки (не путайте с цветом ржавчины), цвет же окислов на других сталях серо-синий. Эти стали часто сбивают с толку неопытных кузнецов. Особенно при изготовлении инструмента: сталь вроде упругая, «углеродистая», но увы, при небольшом нагреве, что происходит при работе данным инструментом на горячем металле, становится «вдруг» мягкой (содержание марганца до 5,0% – сталь конструкционная, до 12,0% – марганцовистая)

Прежде, чем приступить к работе вначале изучим таблицу цветов нагрева сталей:

550°С – 650°С – от тёмно-коричневого до тёмно-красного

650°С – 720°С – от тёмно-красного до тёмно-вишнёвого

720°С – 800°С – от тёмно-вишнёвого до светло-вишнёвого

800°С – 900°С – от светло-вишнёвого до светло-красного

900°С – 1000°С – переход в оранжевый цвет

1000°С – 1150°С – тёмно-жёлтый (тёмно-соломенный)

1150°С – 1250°С – светло-жёлтый (светло-соломенный)

1250°С – 1300°С – ярко-жёлтый с переходом в белый (точка плавления чугуна,) температура сварочного жара.

1300^оС и выше – белый (переход в расплав, рассыпание высокоуглеродистой стали, точка провара металла).

НАКОВАЛЬНЯ: Основной инструмент (станок) кузнеца, на котором производится ковка металла. Вес наковальни, которая необходима для работы, определяется просто: берётся вес молота (кувалды) и увеличивается в 10—20 раз. Обычно стандартная наковальня весит 90 кг

Основные названия частей наковальни: тело – самая массивная часть наковальни; лицо или зеркало – верхняя поверхность (рабочая, самая прочная часть); рог – круглый уступ; хвост – плоский уступ; кромка – внешняя и внутренняя грань наковальни; мягкая площадка – между рогом и зеркалом (с уступом); два отверстия в хвосте, одно круглое до 16 мм, другое квадратное от 28х28 до 35х35 мм.

Бывают и другие виды наковален, но это уже специализированные инструменты и работать на них сложнее.

РУЧНИК: Тяжёлый молоток кузнеца, весом до 2,5 кг, основной рабочий инструмент. Насажен на деревянную рукоятку, (дерево; берёза, орех, черемуха, рябина и другие, но не ель, сосна, дуб, ольха и другие «хрупкие» породы). Длина рукояти, от отведённого в сторону большого пальца до сгиба локтя.

Как правильно работать ручником:

Удары ручником бывают: кистевые, локтевые и плечевые.

Кистевые: лёгкие удары, которые наносятся на поковку при правке, доработке. В этом ударе работает только кисть руки.

Локтевые: основные удары, которыми работает кузнец. Исходное положение: ручник на плече, толчок рукой, ручник идет вниз, удар.

Плечевые: удар с плеча. Исходное положение: ручник на плече, толчок с подъёмом вверх, импульс с верха, удар.

При ударах ручником кисть руки должна быть свободна, не напряжена. Импульсы при ударе посылаются дважды: первый толчок с плеча, далее свободное падение ручника и второй импульс в момент удара по поковке (как в карате или боксе). При напряжённой кисти удар гасится (слабеет), но отдача в руку сильнее. Ни в ком случае не сдвигайте траекторию падения ручника, не бейте с потягом на себя или от себя, при этом значительно слабеет удар и нельзя использовать энергию отдачи для возврата ручника на плечо. Результат: затраты энергии выросли, а работа уменьшилась, быстро устаём.

ПОДСЕЧКА: Инструмент-нижник. Предназначен для рубки заготовок методом наложения заготовки на рабочую заточенную часть и ударами по заготовке ручником. Имеет вид зубила с квадратом в нижней части, предназначенным для установки в отверстие наковальни.

Начнём с нагрева металла.

Заготовку, пруток или квадрат 10—12 мм, длиной 600—700 мм, поместим в горн, так, чтобы конец прутка находился в центре пламени. Нагреваем, пруток начинает менять цвет от тёмного до красного, наконец, он исчезает, становится невидимым, температура прутка равна температуре пламени. Достаём пруток, он светится или соломенным, или светло-соломенным цветом, это температура ковки. Металл стал пластичным и легко деформируется под ударами ручника. Если мы нагреем пруток до более высокой температуры (до белого каления), металл начинает гореть, идёт интенсивное окисление, раскидывая во все стороны звёздочки искр. Металл перегорел. В нем появились изъяны в виде канавок, а высокоуглеродистый рассыпается под ударами.

Упражнение – рубка на подсечке:

Положим разогретую заготовку на подсечку и ударами ручника отрубим небольшой кусочек. Как рубить? Стоя в полуоборот к хвосту наковальни, хвост должен быть со стороны руки держащей ручник. Другая рука держит заготовку горизонтально зеркалу наковальни. Первый удар наносим не сильный (примерочный), затем сильными рубим, в конце рубки удар ослабеваем и немного сдвигаем ручник в сторону отрубаемой части. При таком способе отрубаемый кусок раскаленного металла падает вниз на пол, а не летит вверх или в сторону.

Рубка на подсечке

Упражнение первое:

Разогреем заготовку (в данном случае пруток), поместим его на внешний край наковальни и будем вытягивать конец прутка. Метод: удар-поворот.

Ударяем ручником по раскаленному концу прутка, во время подъёма ручника для следующего удара, проворачиваем на 90° пруток, при следующим ударе проворачиваем пруток в обратном направлении. Таким приемом вытягиваем конец прутка в заострённый квадрат. Отрубаем квадрат на подсечке, как описано в первом упражнение.

Упражнение №1: удар – проворот

Не сдвигайте пруток на себя, вытягивайте только на внешней стороне наковальни, иначе конец будет не острый

Это упражнение отрабатывает синхронность работы рук, что в дальнейшем скажется на скорости ковки и точности ударов. Повторять его надо каждый раз перед началом работы, пока не достигнете автоматизма работы рук.

Упражнение второе:

Нагреваем заготовку примерно на 150—200мм по длине. С) Укладываем пруток на наковальню так, чтобы нагретый конец находился за передней кромкой на длину чуть меньшую нагретой части. Резкими ударами ручника по нагретой части гнем её. Ударом сверху, (у кромки наковальни,) и ударом сбоку фиксируем загиб. А, Б) Переносим пруток на хобот наковальни и лёгкими ударами сгибаем кольцо, так чтобы нагретый конец прутка коснулся загиба. Кольцо готово.

Гибка кольца на роге. А, Б, С – место гибки на наковальне, стрелка – направление удара

Освоив гибку кольца, перейдите на гибку таким-же образом эллипса. Это упражнение позволит вам свободно перейти на гибку рукояток инструмента.

Упражнение третье:

Освоив гибку кольца и эллипса, на том же прутке, но с другого конца оттянем плоскость и подбив её с боков получим заготовку отвёртки, остаётся только обрубить на подсечке кончик и отвёртка готова. Попробуй тем– же способом изготовить заготовку зубила, шила, монтировки и т. п.

Упражнение №3

Освоив эти простые упражнения, можно перейти к более сложным. И всегда соблюдайте правило: никогда не наносите сильный удар первым, вначале слабый (пробный), чтобы удостоверится, правильно ли лежит поковка. Затем сильные (ковочные) удары. Это правило соблюдайте при каждой смене позиции ковки.

Упражнение четвёртое:

Возьмём пруток 14—18мм, нагреем конец на 50—60мм загнём его на внешней кромке под 90°. Положим загнутым концом вверх, на зеркало наковальни. Сильными ударами посадим загнутый конец. Затем перенесём пруток на внешнюю кромку так, чтобы выступала обсаженная часть. Ударами ручника под углом в 45—50°, использовав кромку, как подсекающую часть, с небольшими проворотами высадим головку.

Упражнение №4

Данное упражнение позволит вам изготавливать головку болта, шарик на прутке, цветоложе цветков, головки кованного гвоздя и т. д.

Данные упражнения выполняются одним человеком без привлечения подручного. На освоение этих нехитрых упражнений требуется не так много временив, в среднем около недели. Не забывайте только постоянно повторять упражнение №1, оно необходимо для постановки кузнечного удара ручником.

Ковка гвоздя: Прежде всего необходимо освоить упражнение №4. Освоив изготовление шарика, отрубаем изготовленный шарик с ножкой, длина немного меньше длины будущего гвоздя. Затем оттягиваем ножку упр. №1. Нагреваем шарик и вставляем оттянутую ножку в отверстие гвоздильни (отверстие подбираем по диаметру ножки, которая должна входить в него свободно), чтобы шарик коснулся тела гвоздильни. Гвоздильня должна лежать рабочим отверстием напротив отверстия наковальни Сильными ударами высаживаем шарик в плоскую головку гвоздя. Даём немного приостыть и с обратной стороны резким, несильным ударом выбиваем гвоздь.

Ковка гвоздя