Глава 1. О металле, инструменте и оборудовании.

При ковке изделий кузнецам приходится иметь дело со сталями различных марок, цветными металлами и сплавами, которые различаются по физическим, механическим и технологическим свойствам (более подробно познакомиться со свойствами металлов и сплавов можно в Приложениях А и Б). При нагреве одни заготовки нагреваются быстрее, а другие медленнее. Кроме того, для нагрева до ковочной температуры одинаковых по размерам заготовок из разных материалов требуется сжечь разное количество топлива. Это связано с теплопроводностью металла, которая характеризуется скоростью нагрева заготовки по сечению. Чем меньше теплопроводность металла, тем больше опасность появления трещин в заготовке при нагреве.

К технологическим свойствам металла относят ковкость, усадку, свариваемость и закаливаемость.

Ковкость характеризует способность металла деформироваться под действием удара, а усадка – уменьшение размеров заготовки в процессе охлаждения. Стальные заготовки при охлаждении с ковочной до нормальной температуры уменьшаются в размерах на 1,2–1,3 %. Например, поковка длиной 500 мм после охлаждения до цеховой температуры будет иметь длину 495 мм. Если усадку металла не учесть, то получится брак поковки по размерам.

Под свариваемостью понимают способность металлов в нагретом состоянии под действием удара образовывать сварные соединения. Лучше всего свариваются стали с малым содержанием углерода и вредных примесей и плохо – легированные стали, алюминий и его сплавы.

Закаливаемость характеризует способность металлов приобретать в результате закалки высокую твердость. Хорошо закаливаются стали с содержанием углерода 0,4–0,7 %.

Наиболее широко в кузнечных работах используется сталь – сплав железа с углеродом.

Кроме углерода в сталях содержатся кремний, марганец, сера, фосфор и некоторые другие элементы. Причем сера и фосфор – вредные примеси: при содержании серы более 0,045 % сталь становится красноломкой, т. е. при нагреве до красного каления заготовка разрушается под ударами молота, а при содержании фосфора более 0,05 % сталь становится хрупкой в холодном состоянии.

В зависимости от количества углерода стали разделяют на низкоуглеродистые (до 0,25 % углерода), среднеуглеродистые (0,25–0,6 %) и высокоуглеродистые (0,6–2 %). Повышение содержания углерода увеличивает твердость и закаливаемость стали, но снижает теплопроводность и ковкость.

Легированные стали в кузнечном деле применяются в основном для изготовления инструмента, работающего при ударных нагрузках и высоких температурах. Никель повышает прочность детали, а хром еще и твердость и износостойкость. Марганец увеличивает твердость, прочность, сопротивление истиранию и удару, уменьшает вредное влияние серы, снижает теплопроводность. Кремний повышает прочность и упругость, но снижает вязкость и свариваемость. Для маркировки сталей приняты следующие обозначения наиболее распространенных легирующих элементов: X – хром, Н – никель, Г – марганец, С – кремний, Т – титан, Ю – алюминий. Буквой А обозначается пониженное содержание серы и фосфора.

Например, марка 40Х означает, что сталь содержит до 0,4 % углерода и до 1 % хрома; 18ХГТ – сталь содержит до 0,18 % углерода, до 1 % хрома и до 1 % титана; 20ХГА – сталь содержит 0,2 % углерода, до 1 % хрома, до 0,9 % марганца.

Инструментальные углеродистые стали содержат 0,6–1,3 % углерода, 0,15–0,6 % марганца, 0,15–0,35 % кремния, 0,03–0,35 % серы и фосфора. Эти стали маркируют буквой У, за которой следует цифра, обозначающая процентное содержание углерода. Например, сталь У9 – сталь инструментальная с содержанием углерода 0,9 %. В практике марку сталей определяют по искре (см. Приложение, табл. 1).

Из цветных металлов в кузнечном деле используют медь, алюминий, магний, титан и их сплавы. К деформируемым латуням (сплав меди с цинком) относятся Л90, Л80, Л68, Л62 и другие (цифры обозначают содержание меди в процентах); к оловянистым бронзам (сплав меди с оловом) – БрОЦЧ–3 (4 % олова, 3 % цинка). Кроме того, хорошей ковкостью отличаются алюминиевые сплавы.

Внутреннее строение металлов. Чтобы лучше чувствовать металл, представлять себе, почему он куется, необходимо мысленно проникнуть внутрь металла, изучить его строение. Все металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение, т. е. состоят из отдельных прочно сросшихся друг с другом зерен, между которыми располагаются в виде тонких прослоек неметаллические включения различных оксидов, карбидов и других соединений. Зерно, в свою очередь, также имеет кристаллическое строение, а его размеры составляют 0,01–0,1 мм.

При ковке деформация происходит главным образом вследствие скольжения зерен относительно друг друга, так как связь между ними слабее, чем прочность самих зерен.

В результате ковки зерна вытягиваются в направлении течения металла, что ведет к образованию мелкозернистой строчечной структуры. Одновременно вытягиваются неметаллические включения, которые придают деформированному металлу волокнистое строение, что можно наблюдать невооруженным глазом. Размеры зерна, а следовательно, и прочностные свойства металла зависят от температуры конца ковки. Чем выше температура металла в момент окончания деформирования, тем крупнее зерно и тем хуже механические свойства металла. Поэтому деформировать металл следует при такой температуре, чтобы измельченные в процессе деформирования зерна под действием высокой температуры не выросли до недопустимых размеров.

Топливо. Для нагрева заготовок кузнецы используют различные виды топлива: твердое, жидкое и газообразное (см. Приложение, табл. 2). В небольших кузницах наиболее широко применяется твердое топливо: дрова, торф, древесный и каменный уголь, кокс.

Древесный уголь был основным видом топлива вплоть до середины XVIII в., а в настоящее время его производят очень мало. Однако если необходим нагрев заготовок небольших размеров, то лучше всего сделать это все же на древесном угле, который должен быть хорошо выжжен, быть плотным, твердым, сгорать не слишком быстро, иметь блестящий излом и звонкость. Масса 1 м3 хорошего дубового и букового угля в рыхлой насыпке – 330 кг, березового – 215 кг, соснового – 200 кг, елового – 130 кг.

Кокс наиболее широко применяется в кузнечных цехах для нагрева заготовок, так как имеет относительно низкий процент содержания серы и фосфора и высокую теплотворную способность.

Каменный уголь используется в том случае, когда необходимо нагревать заготовки до высокой температуры. Уголь хорошего качества при горении дает короткое пламя и хорошо спекается. Плотность угля составляет 1,3 т/м3, а масса 1 м3 в рыхлой насыпке – 750–800 кг. Уголь должен быть черного с блеском цвета размером с грецкий орех. Кузнецы называют такой уголь «орешек».

Жидкое топливо – это нефть, продукты ее перегонки (бензин, керосин и т. п.) и остаточные масла.

Наиболее широко в кузнечном деле применяются мазуты, которые относительно дешевы и имеют высокую теплотворную способность.

Газообразное топливо (природный газ) все шире начинают использовать в кузнечных горнах, так как оно относительно дешево, имеет высокую теплотворную способность, легко смешивается с воздухом, полностью сгорает и, самое главное, в продуктах сгорания отсутствует ядовитый оксид углерода.

Для тех кузнецов и любителей кузнечного дела, кто любит работать на древесном угле, рассмотрим способы получения его в «домашних» условиях.

Получение древесного угля «в траншеях». Выкапываем траншею длиной 1,5–2 м и глубиной примерно 0,5 м, на дно насыпаем слой мелких щепок и стружки и сверху плотно укладываем поленья. Затем траншею закрываем железными листами, а сверху насыпаем песок и землю. С одного конца траншеи оставляем окно, через которое поджигаем щепки, а с другого – окно для выхода дыма. После того как дрова разгорятся, окна прикрываем, чтобы горение шло без доступа воздуха.

Украинский кузнец Богдан Попов, который изучает старинные традиции древнего кузнечества, получает древесный уголь, сжигая дрова в железной бочке при ограниченном поступлении воздуха.

Следует иметь в виду, что для нагрева стальных заготовок лучше использовать древесный уголь из твердых пород дерева: дуба, клена, бука, березы.

Нагрев заготовок. Это важная и ответственная операция, от которой зависят качество деталей, производительность труда, стойкость инструмента.

Кузнецу необходимо помнить, что в процессе нагрева изменяются структура металла, его свойства и состояние поверхностных слоев. В результате нагрева повышается активность взаимодействия металла с атмосферой и на поверхности заготовки образуется слой окалины, толщина которой зависит от температуры и времени нагрева, химического состава металла и окружающей среды.

Наиболее интенсивно окисляются стали при температуре выше 900 °C. Так, при температуре 1000 °C скорость окисления увеличивается в 2 раза, а при 1200 °C – уже в 5 раз.

Окалина, образующаяся на поверхности легированных сталей, плотная и имеет малую толщину, благодаря чему она не растрескивается при ковке и защищает металл от дальнейшего окисления. Хромоникелевые стали при нагреве практически не окисляются и поэтому называются жаростойкими.

При нагреве углеродистых сталей происходит выгорание углерода с поверхностного слоя на глубину до 2–4 мм, что ведет к обезуглероживанию и снижению прочности и твердости стали и к ухудшению закаливаемости. Обезуглероживание особенно неблагоприятно влияет на качество поковок небольших размеров, подвергаемых последующей закалке.

Известно, что прогрев заготовок по сечению происходит вследствие теплопередачи от наружных слоев к внутренним. Под действием высокой температуры наружные слои расширяются больше внутренних, и между ними возникают температурные напряжения, которые могут привести к образованию трещин и дальнейшему разрушению металла. Заготовки из углеродистых конструкционных сталей с размерами сечения до 100 мм не боятся быстрого нагрева, и поэтому их можно закладывать холодными в печь с температурой до 1300 °C.

Высокоуглеродистые и высоколегированные стали имеют низкую теплопроводность, и во избежание образования трещин заготовки необходимо нагревать медленно.

Ковать заготовку можно только тогда, когда она равномерно прогреется по всему сечению.

Следует сказать, что для каждой марки стали имеется свой температурный интервал ковки, т. е. определены температуры начала ковки Тн и конца Тк (см. Приложение табл. 3). Нагрев металла выше температуры Тн приводит к пережогу, в результате чего происходит ускоренная диффузия кислорода внутрь металла и из-за нарушения связей между зернами металл при ковке разрушается. Пережог – неисправимый брак.

Известно, что при перегреве увеличивается размер зерен, металл приобретает крупнозернистую структуру и его пластичность снижается. Кроме того, поковки с крупнозернистой структурой имеют низкие механические свойства. При необходимости перегрев можно исправить термической обработкой, но это требует дополнительного времени и расхода энергии. Ковка заготовок ниже температуры Тк приводит к образованию трещин. В связи с этим кузнецу необходимо пользоваться указанной выше таблицей и ковать металл в соответствующем температурном интервале.

Чтобы поковки имели более высокие механические свойства, необходимо стремиться заканчивать ковку при температуре на 20–30 °C выше допустимой температуры конца ковки. В этом случае в металле успеет произойти рекристаллизация, и структура останется мелкозернистой.

Низкоуглеродистые стали имеют более широкий температурный интервал ковки, чем высокоуглеродистые и легированные. Следовательно, при ковке изделий из низкоуглеродистых сталей требуется несколько меньшее число нагревов, чем при ковке аналогичного изделия из высокоуглеродистой или легированной стали, так как температурный интервал больше и кузнец успевает выполнить большее число операций без дополнительного нагрева.

Таким образом, при нагреве заготовок необходимо следить за температурой начала и конца ковки, потому что при увеличении времени нагрева слой окалины растет, а при быстром нагреве появляется опасность растрескивания металла. Из кузнечной практики известно, что нагрев заготовки диаметром 10–20 мм на древесном угле до ковочной температуры осуществляется за 3–4 мин, а заготовки диаметром 40–50 мм – уже за 15–25 мин. Температуру нагрева заготовок в промышленных условиях определяют при помощи специальных приборов, а в небольших кузницах – по цвету каления (см. Приложение табл. 4).

Горны и печи. Наши далекие предки для нагрева кусков самородного металла использовали костры, а для поднятия температуры дули в костер через трубки или применяли кузнечные мехи. Часто такие костры устраивали на склонах гор у русел рек: установлено, что там все время дует ветер и раздувает огонь очага. Эти костры впоследствии стали называть «волчьими ямами».

По мере совершенствования кузнечных мехов отпадает необходимость строить «нагревательные устройства» на горах, и их начинают размещать недалеко от жилищ. От дождя и снега очаг защищают навесом, а для подачи воздуха устанавливают мехи. В дальнейшем для удобства работы очаг горна (горновое гнездо) поднимают на некоторую высоту от земли. В таком виде горн просуществовал вплоть до настоящего времени.

Кроме того, кузнецы некоторых народностей, живущих в степных, северных или пустынных районах (цыгане, буряты, алтайцы, ненцы, якуты и др.) разворачивают свою «походную» кузницу прямо на земле. Для организации очага роют ямку, выкладывают ее камнем, ко дну ямки подводят сопло от кузнечного меха, разжигают уголь и нагревают заготовки. Наковальня устанавливается рядом на земле. На таком горне надо работать вдвоем – кузнец кует, а помощник качает мехи. Работу в такой кузнице часто демонстрирует украинский кузнец Богдан Попов на кузнечных фестивалях в Донецке (руководитель проекта – Виктор Бурдюк, заслуженный деятель искусств Украины).

Рис. 1.1.1. Открытый кирпичный горн с задним дутьем: 1 – постамент; 2 – короб с водой; 3 – ниша; 4 – очаг (горновое гнездо); 5 – фурма; 6 – дымоход; 7 – зонт; 8 – фурменная плита.

Широкое развитие кузнечного дела способствовало созданию современных горнов с регулировкой подачи воздуха и отводом дыма и продуктов горения от очага.

Основа стационарного кирпичного горна с задним дутьем – постамент (лежанка, постель, стол), который служит для размещения очага и нагреваемых заготовок. Обычно горн устанавливается по центру задней от входа (основной) стены кузницы. Высота постамента определяется ростом кузнеца исходя из удобства переноса заготовки из горна на наковальню и обратно и принимается равной 700–800 мм, а площадь горизонтальной поверхности «стола» обычно равна 1 × 1,5 или 1,5 × 2 м. Постамент горна может выкладываться из кирпича, пиленого камня или железобетона в виде ящика, заполненного мелким битым камнем, песком, глиной и горелой землей. Верхняя горизонтальная часть стола выравнивается и, если есть возможность, выкладывается огнеупорным кирпичом.

Постамент также может быть литым (рис. 1.1.2), сварным или сборным, а поверхность стола выкладывают огнеупорным кирпичом и окантовывают металлическим уголком.

Рис. 1.1.2. Стационарный горн с литым постаментом: 1 – вытяжная труба; 2 – зонт; 3 – бачок с водой для охлаждения инструмента; 4 – рычаг для регулирования подачи воздуха; 5 – воздухопровод; 6 – заслонки; 7 – конический запорный наконечник; 8 – фурма; 9 – литой стол; 10 – очаг.

Центральное место стола занимает очаг, или горновое гнездо, которое может размещаться как в центре, так и у задней или боковой стенки горна.

В очаге температура достигает максимума, поэтому его стенки обычно выкладывают огнеупорным кирпичом и обмазывают огнеупорной глиной. Размеры гнезда определяются назначением горна и размерами нагреваемых заготовок. Центральное гнездо в плане обычно имеет круглую или квадратную форму размером 200 × 200 или 400 × 400 и глубиной 100–150 мм.

Рис. 1.1.3. Литая фурма (а) со сменными колосниковыми решетками (б, в, г): 1 – корпус фурмы; 2 – заслонка; 3 – подводящий патрубок; 4 – донная крышка; 5 – груз; 6 – колосниковая решетка.

Рассмотрим один из конструктивных вариантов и принцип действия фурмы нижнего дутья (рис. 1.1.3 а). Воздух (от вентилятора или мехов) подводится через патрубок (п.3) и попадает в корпус (п.1) фурмы и через чугунную колосниковую решетку (п.6) в зону горения. Регулирование количества подаваемого воздуха осуществляется рукояткой, которая перемещает заслонку и тем самым перекрывает канал подводящего патрубка (п.3). Для очистки корпуса фурмы от золы и других отходов горения открывается донная крышка (п. 4), которая в исходном положении прижимается к днищу корпуса грузом (п.5).

Для создания пламени различного вида следует применять несколько колосниковых решеток с разнообразными формами отверстий для прохода воздуха. Равномерно расположенные круглые отверстия (рис. 1.1.3 б) способствуют образованию факельного пламени, щелевые отверстия (рис. 1.1.3 в, г) – узкого и удлиненного.

При горизонтальном расположении фурмы (слева или сзади; рис. 1.1.4 а) необходимо предохранять стенку горна от прогорания. Обычно для этого используют чугунную фурменную плиту, в которой имеются пазы для ввода конца фурмы (рис. 1.1.4 б). При выгорании участка плиты в районе фурмы ее переворачивают на 90°, и фурма устанавливается в другой паз. Чтобы не выгорала сама фурма, следует охладить ее изнутри холодной проточной водой. Внутренний диаметр фурмы в зависимости от размера горна составляет 25–30 мм.

Рис. 1.1.4. Стационарный горн с кирпичным зонтом. Общий вид (а): 1 – бачок с водой; 2 – водоохлаждаемая фурма; 3 – кронштейны; 4 – зонт; чугунная фурма (б); схема подвески зонта (в).

Над стационарным горном для сбора и отвода из кузницы дыма и газов устанавливается зонт, который может иметь различное конструктивное исполнение. Размеры нижнего входного отверстия зонта обычно совпадают с размерами стола горна. В качестве задней стенки зонта используется стена здания. Зонты обычно изготовляют из листового железа толщиной 0,5–1,5 мм.

Для лучшего улавливания дыма и газов зонты устанавливают над горном на высоте 400–800 мм, а точная высота уже определяется на месте в зависимости от индивидуальных особенностей горна (рис. 1.1.4 в) – силы дутья, высоты и размеров вытяжной трубы и других параметров. В некоторых случаях зонты оснащаются опускающимися крыльями. Недостаток металлических зонтов в том, что они могут прогореть, а ремонт их сложен и трудоемок. Наиболее долговечны зонты, сложенные из обычного или огнеупорного кирпича. Однако такие зонты значительно тяжелее металлических, и для их поддержки необходима жестко заделанная металлическая рама из уголков или швеллеров, а иногда и дополнительные подпорки по углам.

Более совершенная конструкция открытого горна показана на рис. 1.1.5. Горновая чаша (п.6) с чугунной решеткой (п.5), а также фурма (п.7) с крышкой (п.8) крепятся на сварной металлической подставке (п.9). Воздух от вентилятора подается в очаг горна по трубе (п.10) и регулируется заслонкой (п.11). Уголь (п. 4) закладывается на чугунную решетку, а газы удаляются через зонт (п.3) и две трубы (п.1) и (п.2). При прохождении дыма через наружную трубу внутренняя нагревается, что улучшает тягу. Зола и шлак, которые накапливаются на дне зольника, удаляются при открытии крышки (п.8).

Рис. 1.1.5. Стационарный горн из металла и кирпича.

Переносные горны – это цельнометаллические сварные или сборные конструкции, применяемые для нагрева заготовок небольшого размера при ремонтных работах на полевых станах, строительных площадках, в альплагерях, т. е. вдалеке от промышленных предприятий.

Переносной горн (рис. 1.1.6) состоит из металлической рамы (п.5), на которой сверху крепится стол с очагом (п.1) и вентилятором (п.6) для подачи воздуха. Вентилятор приводится во вращение от ножной педали (п.3)через кривошип, маховик (п. 2) и ременную передачу (п. 4). Они имеют небольшой вес и маленькие габариты и поэтому используются для ковки лошадей в полевых условиях, для устройства показательных выступлений кузнецов на различных праздниках и фестивалях. На рис. 1.1.7 показаны переносные горны (конструкции США).

Рис. 1.1.6. Переносной кузнечный горн.

Однако все открытые горны, о которых шла речь выше, имеют очень низкий коэффициент полезного действия (КПД – отношение количества теплоты, требуемой для нагрева заготовки, к общему количеству теплоты, получаемой в результате сгорания топлива), он составляет 2–5 %.

Установлено, что для нагрева 1 кг металла до ковочной температуры требуется 1 кг каменного угля. Кроме того, в результате непосредственного соприкосновения металла с каменным углем происходит насыщение поверхности нагреваемого металла серой, что ухудшает механические свойства кованых изделий. Поэтому необходимо закладывать заготовки в горн только тогда, когда уголь хорошо разгорится и сера выгорит. Для повышения КПД открытого горна кузнецы, используя способность каменного угля спекаться под действием высокой температуры, обычно устраивают над очагом куполообразную «шапку» из спекшегося угля и внутрь закладывают заготовки. В результате этого заготовки нагреваются быстрее, а окисляются меньше. Кроме того, экономится уголь.

Рис. 1.1.7. Переносные горны (конструкции США) с ручным (а, б, в) и с электрическим (г) приводом подачи воздуха: 1 – ручной привод; 2 – электрический привод; 3 – регулируемый по высоте зонт.

Кроме «шапки» над очагом можно сделать печурку из нескольких кирпичей (рис. 1.1.8) или согнуть П-образно металлический лист. Можно также согнуть пополам заготовку квадратного сечения (16 × 16 мм), оставив небольшую щель (рис. 1.1.9), и установить ее у очага, а все пространство завалить влажным углем. Когда уголь разгорится и шапка спечется, в щель устройства можно будет вставлять заготовки небольшого диаметра.

Рис. 1.1.8. Печурка из кирпича.

Рис. 1.1.9. Печурка со щелью.

Для нагрева крупных заготовок лучше применять шахтные горны (рис. 1.1.10). Такой горн высотой 0,6 м и площадью стола 1 м2 устанавливается в центре кузницы. Шахта имеет глубину 0,5 м с сечением у основания 300 × 300 мм, сверху 150 × 150 мм. Дутье (воздух под давлением) подводится на расстоянии 400 мм от верха горна. Дном шахты служит чугунная заслонка, которая легко выдвигается для очистки горна. После очистки заслонку задвигают и засыпают тонким слоем золы для предохранения ее от нагревания.

Рис. 1.1.10. Шахтный горн.

Современный стационарный горн закрытого типа (рис. 1.1.11) имеет камеру (п.2), выложенную изнутри огнеупорным кирпичом (п.9), установленную на металлической подставке (п.7). Уголь засыпается на колосниковую решетку (п.8) через топочный люк (п. 4), в котором имеется окно (п. 3) для «шуровки» топлива. Воздух от вентилятора по трубе (п.5) подается в металлическую коробку (п.6) и далее через отверстия в колосниковой решетке попадает в горновой очаг. Продукты горения через дымоход (п.12) и зонт (п.1) отводятся в атмосферу. Не полностью сгоревший угарный газ СО дожигается вследствие подачи дополнительного воздуха через трубку (п.10). Окно (п.11) служит для загрузки и выгрузки заготовок.

Рис. 1.1.11. Современный стационарный горн закрытого типа.

Горны, работающие на жидком или газообразном топливе, – это нагревательные устройства камерного или шахтного типа (рис. 1.1.12), состоящие из камеры нагрева (п.1) и топочной камеры (п.3). Обе камеры изнутри облицованы огнеупорным материалом. Воздух в камеру поступает по патрубку (п.6) через коническое сопло (п.7) и отверстия (п.9) и (п.8). Топливо подается сверху через воронку (п.5), стекает по соплу (п.7) и подхватывается струей воздуха, распыляется и сгорает. Разжигают смесь через специальное окно (п.4), в которое вводят горящий факел. По мере разогрева камеры увеличивают подачу воздуха и топлива и устанавливают необходимый режим горения.

Рис. 1.1.12. Современный стационарный горн закрытого типа.

Кроме горнов различных конструкций и типов, в кузницах применяют электрические и газовые печи. Печи по сравнению с горнами имеют ряд преимуществ: заготовка при нагреве практически не соприкасается с топливом, в результате чего она не насыщается серой и другими вредными элементами и меньше окисляется; сгорание топлива в печах более полное, в связи с чем повышается КПД печей до 10–15 %.

В «полевых» условиях, когда необходимо что-то срочно отковать, можно использовать паяльную лампу (рис. 1.1.13 а, б). Три кирпича (п.6) ставятся на торец, на них кладется колосниковая решетка (п.4), а на нее устанавливается печурка (п.1) из четырех кирпичей, в которую засыпается уголь (п.3). Снизу размещается паяльная лампа (п.7) с патрубком (п.5). Горн разжигают, и можно нагревать заготовку (п.2). Более простая конструкция показана на следующем рисунке. Паяльную лампу (п.7) ставят в небольшую ямку, а рядом складывают печурку из огнеупорного кирпича (п.1). Небольшие заготовки (п.2) закладывают в щель между кирпичами. Можно в ямку установить ручной или электрический вентилятор (п.8) и подавать воздух в фурму, установленную в ямке (рис. 1.1.13 в). При работе с такими горнами необходимо следить, чтобы паяльная лампа сильно не разогревалась.

Рис. 1.1.13. Простейшие горны: а, б – с паяльной лампой; в – с вентилятором.

Конструкция легкого переносного горна с бытовым пылесосом показана на рис. 1.1.14. Постамент горна (п.1) сварен из уголков, а стол горна выложен из огнеупорного кирпича. К верхним горизонтальным уголкам приваривается зольник (п.3), сверху которого плотно укладывается чугунная фурма (п.2). На высоте 150 мм от основания к зольнику приваривается патрубок с внутренним диаметром 30 мм, в который вставляется носик шланга (п.4) пылесоса (п.5). При этом необходимо иметь в виду, что шланг должен быть вставлен в верхнее гнездо пылесоса, а нижнюю чашку пылесоса с фильтром снимают, и пылесос устанавливают на подставку.

Рис. 1.1.14. Горн с пылесосом.

Воздуходувные устройства. Горячая ковка металлов и сплавов стала возможной только тогда, когда появились надежные воздуходувные устройства. Первыми такими «устройствами» были рабы, которые через тростниковые или деревянные трубки дули в костер. Со временем человек начал применять для подачи воздуха в костер шкуру (мех) животного – козла или барана, снятую «чулком», т. е. целиком. Все отверстия, кроме двух, в шкуре заделывались, в одно отверстие вставлялась глиняная трубка – сопло, а другое отверстие служило для засасывания воздуха внутрь шкуры. Человек за край отверстия приподнимал шкуру, и воздух поступал внутрь. После этого он ладонью закрывал отверстие и, надавливая на шкуру, выпускал воздух в огонь. Так появились первые воздуходувные устройства – мехи, которые с различными изменениями просуществовали вплоть до XX в. Для создания более равномерного дутья на определенном этапе развития стали применять два меха и давить на них поочередно ногами. Чтобы нога не проваливалась при нажатии, под нее стали подкладывать дощечку – так мешок из меха преобразовался в клинчатые мехи. Основу таких мехов составляли две образующие клин и клиновидные в плане доски, которые шарнирно крепились к массивному деревянному бруску – голове (вершина клина), а с противоположной стороны обтягивались кожей.

Первые конструкции клинчатых мехов были однокамерными, а с XIII в. начинают применяться двух– и даже трехкамерные мехи, которые давали длительное и равномерное дутье.

Рис. 1.1.15. Клинчатые мехи.

Рассмотрим конструкцию клинчатых мехов двойного действия (рис. 1.1.15) и принцип их работы. Голова (п.1) – основная часть мехов, которая соединяет все составные части. Спереди крепится сопло (п.2) – конусная стальная или чугунная трубка. С противоположной стороны крепятся три закругленные в широкой части доски: верхняя (п.9) и нижняя (п.15) – шарнирно, а средняя (п.11) – жестко. Кроме того, средняя доска имеет две цапфы, с помощью которых мехи жестко крепятся к стойкам (п.6). Нижняя и средняя доски имеют воздушные клапаны (п.13) и (п.14). Устроены они довольно просто (вид А): кусок кожи (п.16), одна сторона которого прибита к доске, перекрывает круглое отверстие в досках. Поверх кусочка кожи прибит ограничивающий ее подъем ремешок (п.17). Кожаная гармошка (п.10) соединяет верхнюю (п.9) и нижнюю (п.15) подвижные доски со средней неподвижной (п.11). Состоит гармошка обычно из трех отдельных частей (складок), которые соединяются между собой деревянными элементами, по форме совпадающими с широкой частью досок. Каждая складка прибивается к такому элементу через тоненькие ремешки. Крепление мехов у горна осуществляется следующим образом: голова жестко крепится в экране горна (п.5), при этом сопло (п.2) плотно входит в фурму. Второе жесткое крепление осуществляется с помощью цапф, которые прибиваются к специальным стойкам (п.6) с противоположных сторон меха.

Качает мехи или сам кузнец левой рукой, или его помощники. От рукоятки (п.3) через деревянное коромысло (п.4) и вертикальную тягу (п.7) движение передается на нижнюю подвижную доску (п.15) мехов. При движении доски вниз клапан (п.13) открывается, и воздух поступает в нижнюю камеру, а при движении доски вверх клапан (п.13) закрывается, а клапан (п.14) открывается и воздух перетекает в верхнюю камеру и далее через сопло в очаг горна.

Клинчатые мехи двойного действия дают спокойное дутье, в результате чего создается ровное пламя и заготовки нагреваются равномерно. В тех случаях, когда надо увеличить дутье, на верхнюю доску меха кладут груз (п.5), а к нижней подвешивают груз (п.12).

Рис. 1.1.16. Цилиндрические мехи.

В зависимости от размера горна и проводимых работ кузнецы применяли мехи разной длины: метровые, полутораметровые и двухметровые. Интересно отметить, что на изготовление одного меха шло от одной до трех воловьих или коровьих шкур.

К недостаткам клинчатых мехов следует отнести их громоздкость, быстрое изнашивание кожи из-за нагрева, относительно низкую производительность и трудоемкость процесса качания.

В настоящее время горн с кузнечными мехами можно увидеть не только в музеях, но и на различных кузнечных праздниках и фестивалях: так, на Международном фестивале в городе Ивано-Франковске (организатор проекта Сергей Полуботько – президент Союза кузнецов Украины) известный кузнец-оружейник Петр Федоряка всем посетителям демонстрировал работу «старинного» переносного горна с кузнечными мехами. Ана праздник кузнецов в Москве в парке Царицыно (организатор проекта Т. Бородина) кузнецы из «Сварога» (г. Клин) привезли горн на колесах с кузнечными мехами (фото 1.1.2), показывали его работу и даже поили чаем из самовара всех присутствующих. Кроме того, в парке были организованы другие площадки для ковки (фото 1.1.3), на одной из которых были размещены горны – один с электроприводом, другой с ножным механическим приводом. Наковальни установлены на деревянных колодах, стуловые тиски – на массивном столе, инструмент во время работы разложен и повешен на металлической стойке. На другой площадке (фото 1.1.4) была организована показательная ковка: известный московский специалист по подковам коваль Семен Рубцов, автор такой оригинальной работы, как «Учитель» (фото 1.1.5), «рассказывал» при помощи ручника, как куется подкова, а автор этих строк А.Навроцкий со школьником Ваней Садецким проводили уроки кузнечного мастерства (фото 1.1.6).

Более современными по сравнению с клинчатыми мехами можно считать цилиндрические мехи, которыми оснащались небольшие переносные горны (рис. 1.1.15). Принцип действия у них аналогичен действию клинчатых мехов, но их габариты значительно меньше. Постепенно мехи начинают заменяться вентиляторами с ручным (рис. 1.1.17) или ножным приводом (рис. 1.1.18). Преимущества их бесспорны: они значительно компактнее, имеют бо́льшую производительность и обеспечивают постоянную струю воздуха.

Рис. 1.1.17. «Ветрогон» с ручным приводом.

Рис. 1.1.18. Горн с вентилятором и ножным приводом.

В современных кузницах применяются различные по мощности вентиляторы и турбины с электроприводом. Частота вращения крыльчатки в вентиляторах средней производительности достигает 1000–2000 мин–1, что создает скорость истечения воздуха из фурмы до 50 м/с. К недостаткам этих устройств следует отнести повышенную вибрацию и шум, поэтому лучше выносить их за пределы кузницы.

Инструменты и приспособления

Кузнецу для работы необходимо большое число разнообразных инструментов и приспособлений. Все кузнечные инструменты по своему назначению делятся на опорные, ударные, подкладные, зажимные, захватывающие, мерительные и вспомогательные.

К опорному инструменту относятся: основные наковальни, наковальни небольших размеров для мелких работ и шпераки.

В настоящее время в РФ выпускается три вида наковален (рис. 1.1.19 а, б, в): безрогая массой 90–200 кг, однорогая массой 70–210 кг и двурогая массой 100–270 кг. Раньше выпускались наковальни и других типов с различными технологическими выступами, пазами и наклонными плоскостями для выполнения специальных видов работ.

Рис. 1.1.19. Типы наковален: а – безрогая; б – однорогая; в – двурогая: 1 – лицо; 2 – квадратное отверстие; 3 – хвост; 4 – скобы; 5 – стул; 6 – лапы; 7 – конический рог; 8 – незакаленная площадка; 9 – круглое отверстие.

Современные наковальни изготовляют обычно из стали 45Л методом литья. Наиболее удобна и универсальна в работе двурогая наковальня. Верхняя горизонтальная плоскость п.1 называется лицом или наличником, на ней выполняются все основные кузнечные работы. Поверхность лица термообрабатывается до твердости HRC 45–50 и шлифуется. Боковые грани наковальни должны образовывать с лицевой поверхностью угол 90°, а ребру следует быть довольно острым и не иметь сколов и заминов. На ребре проводят гибку изделий, раздачу материала, а также другие вспомогательные операции.

Конический рог (п.7) предназначен для гибки полос и прутков, а также раскатки и сварки кольцевых заготовок. В некоторых типах наковален имеется промежуточная прямоугольная площадка (п.8) между рогом и лицом, которая не закалена и предназначена для рубки на ней заготовок.

С противоположной стороны от рога расположен хвост (п.3), представляющий собой консольную прямоугольную пирамиду, он предназначен для гибки и правки замкнутых прямоугольных заготовок. В районе рога имеется круглое отверстие (п.9) диаметром 15–25 мм, которое используется при пробивке отверстий. Около хвоста расположено квадратное отверстие (п.2) размером 35 × 35 мм для установки подкладного инструмента (нижняков) и других приспособлений. В некоторых типах наковален делаются два круглых отверстия разных диаметров.

Снизу у наковальни – лапы (п.6), за которые она крепится специальными скобами (п.4) к чурбану – стулу (п.5) или металлической подставке. Для стула обычно берут массивный деревянный чурбан или пень от дуба, клена либо березы диаметром 500–600 мм. Можно набирать стул и из отдельных частей, стягивая их железными обручами. Если нет возможности подобрать необходимый чурбан, можно использовать металлические или деревянные бочки: их набивают песком, глиной, землей, хорошо утрамбовывают, а сверху кладут деревянную прокладку и на нее устанавливают наковальню.

Большое внимание следует уделить установке стула: он должен стоять вертикально и не вибрировать во время работы. Стул закапывают на глубину не менее 0,5 м, а землю вокруг него хорошо утрамбовывают. Верхний торец стула можно закрыть кровельным железом, что предохранит его от обгорания при попадании окалины или горячих обрубков заготовки. Высота стула зависит от роста кузнеца и определяется исходя из того, что плоскость лица наковальни должна быть на высоте 600–700 мм от уровня пола, а точнее – доходить до кончиков слегка согнутых пальцев стоящего кузнеца.

При легком ударе по хорошей наковальне раздается высокий, чистый звук, а молоток при ударе отскакивает от нее со звоном. На фото 1.1.7 а, б, в показаны наковальни и способы установки их на основание: а – на сварном основании вместе со стуловыми тисками, б – на деревянной колоде и в – на литой тумбе.

Рис. 1.1.20. Шпераки: а – для установки на основную наковальню; б – для вколачивания в землю.

Для мелких работ кузнецы применяют наковальни небольших размеров и массы (фото 1.1.8) или специальные наковальни – шпераки (рис. 1.1.20), которые устанавливают четырехгранным хвостовиком в квадратное отверстие в основной наковальне. Некоторые шпераки имеют удлиненную вертикальную стойку и вбиваются заостренным концом в деревянный чурбан или в землю. Изготовляют шпераки методом ковки из углеродистой стали 45–50 с последующей закалкой рабочей поверхности до твердости HRC 40–47.

К ударному инструменту относятся молотки – ручники, боевые молоты и кувалды (рис. 1.1.21). Ручник – основной инструмент кузнеца, с помощью которого он кует. Про кузнецов, работающих без помощников (молотобойцев), говорили, что они куют «в одну руку», и называли их «однорукими».

Рис. 1.1.21. Ручники (1–3), боевые молоты (4–6) и кувалда (7): 1 – с круглым задком; 2, 4 – с односторонними клиновыми задками; 3, 5, 6 – с двухсторонними клиновыми задками.

Обычно ручники (п. 1–3) имеют массу 0,5–2 кг, но часто используют и более тяжелые ручники, массой до 4–5 кг. Ручники имеют разнообразные формы головок. Так, для управления процессом ковки при работе с молотобойцами кузнецы применяют ручники с легкой головкой, у которой задок имеет шарообразную форму (п.1). Для ковки изделий применяют ручники с тяжелой головкой с клинообразным продольным (п.3) или поперечным (п. 2) задком. Такая форма головки ручника более универсальна, так как наряду с бойком кузнецы работают и задком, разгоняя металл. Головки ручников изготовляют ковкой из углеродистых и легированных сталей (стали 45, 50, 40Х), рабочие поверхности (бой и задок) термически обрабатывают до твердости НRС 48–52. Рукоятки делают из тонкослойных пород дерева (граба, клена, кизила, березы, рябины, ясеня) длиной 350–600 мм. Рукоятки должны быть гладкими, без трещин, удобно лежать в руке.

Боевые молоты (п. 4–6) – тяжелые (массой 10–12 кг) двуручные. Головки боевых молотов бывают трех типов: с односторонним клиновидным задком (п. 4), с двусторонним продольным (п. 6) или поперечным (п. 5) задком. Нижняя рабочая поверхность головки – бой – предназначена для основной ковки, а верхний клиновидный задок – для разгона металла вдоль или поперек оси заготовки. Для тяжелых работ используются кувалды (п.7), вес которых может достигать 16 кг. Материал головки молота – стали 45, 50, 40Х, У7, твердость боя и задка – HRC 48–52 на глубину 2–3 мм. Рукоятка молота изготовляется из тех же пород дерева, что и ручника, а длина рукоятки подбирается в зависимости от массы головки молота и от роста молотобойца и равна 70–95 см.

Про кузнеца, работающего с одним или двумя молотобойцами, говорят «двурукий» или «трехрукий». Работа с молотобойцами в три руки проводится при сложной ковке крупных изделий.

Все ударные инструменты должны быть максимально надежны, поэтому при работе особое внимание уделяется креплению рукоятки с головкой. Форма отверстия в головке молота – всад, куда вставляется рукоятка, должна быть элипсообразной и иметь уклон 1: 10 от середины к боковым граням. Это облегчает всаживание рукоятки и обеспечивает прочное ее закрепление после забивки клина. Практикой установлено, что надежны металлические «заершенные» клинья, которые входят на глубину, равную 2/3 ширины головки молота, а забивать клин следует наклонно к вертикальной оси, что позволяет распирать древесину в двух плоскостях.

На фото 1.1.9 показаны рабочие молотки автора книги, а также способы размещения молотков и другого инструмента кузнеца из г. Себежа Владимира Тюрягина. А на фото 1.1.10 и 1.1.11 приведены изделия и их фрагменты.

При работе боевыми молотами используют три вида удара (рис. 1.1.22): легкие, или локтевые; средние, или плечевые (удар «с плеча»); сильные, или навесные, когда молот описывает в воздухе полный круг. Навесными ударами работают молотобойцы при проковке большой массы металла и при кузнечной сварке массивных частей.

Рис. 1.1.22. Удары молотобойца: а – локтевые; б – плечевые; в – навесные.

Подкладной инструмент разделяется на три группы. Инструменты первой группы устанавливаются под молот или ручник; инструменты второй и третьей групп устанавливаются на наковальню.

Весь подкладной инструмент первой группы, а также «верхники» из третьей группы имеют деревянные рукоятки из дерева, толстой проволоки или троса. Длина рукояток 500–600 мм. Следует отметить, что рукоятки подкладного инструмента забивают во всад головки и не расклинивают. Это делают для того, чтобы вибрация и удары не передавались через рукоятку руке кузнеца. Проволочную рукоятку закручивают вокруг головки в горячем состоянии, а рукоятку из троса вставляют во всад, расклинивают и приваривают электросваркой к головке инструмента.

К первой группе относятся: простые и фасонные кузнечные зубила, пробойники, гладилки и подбойники, раскатки и надавки (рис. 1.1.23).

Зубило кузнечное (рис. 1.1.23 а) предназначено для поперечной (п. 1) и продольной (п. 2) рубки заготовок в горячем или холодном состоянии. Головка зубила состоит из трех основных частей: верхней выпуклой поверхности, по которой наносятся удары молотом, средней части с отверстием – всадом для установки рукоятки и ножа – основной части, которая осуществляет разделение металла. Угол заточки ножа для холодной рубки составляет 45–90°, а для горячей – 15–30°. Для изготовления зубила применяются высокоуглеродистые стали У7, У8, легированные 6ХС и углеродистые стали 45, 50.

Рис. 1.1.23. Подкладной инструмент первой группы.

По форме ножа зубила разделяются на три вида: с прямым ножом (п. 1, 2), с ножом, имеющим кривизну в горизонтальной плоскости (п. 3), и с ножом, имеющим кривизну в двух плоскостях (п. 4).

Зубила с прямым ножом используют для поперечной и продольной рубки. Нож зубила для поперечной рубки расположен параллельно оси рукоятки, а нож зубила для продольной рубки – перпендикулярно к ней.

Односторонняя заточка зубила применяется в том случае, когда требуется получить изделие с прямым торцом, т. е. без уклона, а если допускается уклон или нужно сделать фаску, то применяется зубило с двусторонней заточкой.

Зубила с радиусным ножом применяются для вырубки из листового материала различных радиусных элементов, типа цветов, акантовых листьев и т. п.

Фасонные зубила с двумя радиусами кривизны ножа применяются для вырубки из листовых заготовок криволинейных контуров. В зависимости от размеров изделий и вырубаемых рисунков необходимо применять и различные по размерам зубила. Для нанесения различных орнаментов на изделия методом насечки используются зубила как с острой, так и с притупленной режущей кромкой.

При работе зубилом под заготовку необходимо подкладывать прокладку из железного или медного листа – это предохранит лицо наковальни от повреждения, а лезвие ножа зубила – от затупления. Кроме того, отрубать заготовки можно на специальной незакаленной площадке наковальни, которая располагается в основании конического рога. Следует иметь в виду, что первые и последние удары по зубилу при рубке заготовок должны быть легкими, чтобы при первом ударе зубило врезалось в заготовку, а при последнем отрубаемая часть не отлетела и не поранила кого-либо.

Пробойники (рис. 1.1.23 б) предназначены для пробивания отверстий и выдавливания углублений в поковках и листовых заготовках. Головка пробойника состоит из верхней части, по которой наносится удар молотом, средней части с отверстием – всадом для рукоятки и рабочей части – бородка. В зависимости от формы пробиваемых отверстий выбирают сечение бородка: круглое, овальное, квадратное, прямоугольное или фасонное. Сами бородки делаются конусными, что облегчает извлечение инструмента из заготовки и дает возможность получать отверстия различных размеров. Для различных размеров отверстий применяются разные по размерам сечения пробойники. Пробивка осуществляется следующим образом: заготовку укладывают на наковальню, а пробойник устанавливают над тем местом, где должно быть пробито отверстие, и по нему наносят удар. После этого заготовку переворачивают и удар наносят по тому же месту с противоположной стороны. В результате происходит двухстороннее уплотнение металла в зоне деформации. Последней операцией является выбивание этого уплотненного цилиндрика, который называется «выдрой». В результате такой пробивки отверстие получается без заусенцев и правильной геометрической формы.

Материал пробойников – стали 40, 45, У7, 6ХС, твердость рабочей части HRC 45–50 на длине 3–4 мм, а твердость верхней части головки HRC 40–45 единиц.

Для пробивки отверстий в более толстых кованых заготовках применяются прошивни и специальные пуансоны (рис. 1.1.23 в), которые отличаются от пробойников тем, что не имеют рукояток и удерживаются клещами. Овальные отверстия в головках молотков или кувалд, как отмечалось выше, имеют двустороннюю конусность, которая образуется при пробивке отверстия с помощью овально-конических прошивней (п. 5). Вначале отверстие продавливают с одной стороны заготовки, а затем ее переворачивают на 180° и прошивают отверстие с другой стороны. Аналогичным образом овально-цилиндрическими прошивнями (п. 6) прошивают овально-цилиндрические отверстия. В головках подкладного инструмента – гладилках, пробойниках, раскатках и т. п. всад делается овально-цилидрическим.

В кузнечной практике для облегчения извлечения прошивня из пробиваемого отверстия в предварительно намеченное углубление подсыпают немного мелкого угля, и газы, возникающие при прошивке, способствуют выталкиванию инструмента.

Гладилки (рис. 1.1.23 г) предназначены для выравнивания неровностей на поверхности поковки после обработки ее молотом. Гладилки бывают с плоскими (п. 7, 8, 9) и полукруглыми (п. 10) рабочими поверхностями различных размеров и форм. Для выравнивания больших плоскостей применяют гладилки с квадратной рабочей поверхностью больших размеров, примерно 100 × 100 мм, а для выравнивания небольших поверхностей – гладилки с квадратной поверхностью размером 50 × 50 мм или с прямоугольной поверхностью. Гладилки с цилиндрической поверхностью применяются для выравнивания галтелей и радиусных поверхностей. Приэтом для различных цилиндрических форм необходимо использовать гладилки соответствующего радиуса. Материал гладилок – стали 40, 45, 50. Твердость рабочей поверхности HRC 40–50, а твердость верхней части головки HRC 30–40.

Раскатки (надавки) (рис. 1.1.23 д) служат для ускорения раздачи металла вдоль или поперек оси, а также для выбивания цилиндрических пазов на заготовках.

Подкладной инструмент второй группы – это подсечки, конусные оправки, различные вилки, уклоны и другие приспособления для специальной ковки (рис. 1.1.24), имеют хвостовик квадратного сечения, который вставляется в соответствующее гнездо основной наковальни.

Рис. 1.1.24. Подкладной инструмент второй группы (1–7).

Подсечки (п. 1) предназначены для рубки заготовок или отрубания ее частей при помощи ручника. Кузнец накладывает заготовку на лезвие подсечки и, ударяя по ней сверху ручником, отрубает необходимую часть. При этом следует помнить, что рубку заготовки нельзя доводить до конца, чтобы не испортить лезвие подсечки. Поэтому проводят глубокую подрубку заготовки, а окончательное отделение части заготовки производят на краю наковальни легким ударом ручника. Материал подсечки – сталь 50, 40X, У7-У8 с твердостью рабочей поверхности HRC 50–55, с глубиной закалки лезвия 3–4 мм. Угол заточки лезвия 45–60°.

Конусные оправки (п. 2) применяют для расширения отверстий в поковке, раздачи колец и выполнения определенных гибочных операций.

Вилки (п. 3) предназначены для гибки заготовок под углом, по окружности или по спирали. Кроме того, к подкладным инструментам второй группы относятся различные оправки для ковки уклонов (п. 4), гибки (п.5), кузнечной сварки звеньев цепи (п. 6) и гибки петель из листового материала (п. 7).

Парный подкладной инструмент третьей группы используется для повышения производительности труда кузнецов и улучшения форм поковки. Инструмент состоит из двух частей. Нижняя хвостовиком квадратного сечения вставляется в квадратное отверстие основной наковальни, верхняя имеет рукоятку для держания. К этой группе относятся обжимки, подбойки, гвоздильни и специальные плиты-формы (рис. 1.1.25).

Обжимки (рис. 1.1.25 а, 1–3) придают предварительно откованной заготовке правильную цилиндрическую, прямоугольную или многогранную форму, подбойки (п. 4) предназначены для продольной или поперечной раздачи металла. В зависимости от назначения используются подбойки с различными радиусами рабочей части (8–30 мм).

Рис. 1.1.25. Подкладной инструмент третьей группы.

Материал обжимок и подбоек – стали 45, 50, У7. Твердость рабочих частей HRC 45–50, а верхней ударяемой части HRC 30–40.

К этой же группе можно отнести различные типы гвоздилен (рис. 1.1.25 б). Гвоздильня предназначена для высадки головок различной формы гвоздей, болтов и заклепок и представляет собой определенную форму или плиту со сквозными отверстиями.

Гвоздильни изготовляют ковкой из сталей 45, У7, У7А и термообработкой доводят до твердости HRC 45–50.

К подкладному инструменту этой же группы относится и массивная стальная плита-форма (рис. 1.1.25 в) размером 300 × 400 мм и высотой 150–200 мм, по четырем боковым граням которой имеются пазы разнообразной формы и величины: полукруглые, треугольные, четырехугольные и т. п. На торцовых поверхностях этой плиты имеются сквозные круглые, квадратные, треугольные и фасонные отверстия различных размеров. На этих формах можно производить пробивку и вытяжку, а на боковых гранях – обжимку заготовок и гибку изделий из листовых материалов.

К захватывающим инструментам относятся клещи различных видов (рис. 1.1.26), которые используют для вынимания нагретых заготовок из горна и удерживания их во время ковки. Клещи состоят из двух рукояток (п. 1), соединенных между собой заклепкой (п. 3). Передняя головная часть клещей с губками (п. 4) предназначена для захвата заготовок (п.5). Для облегчения труда кузнеца кузнечные клещи должны быть легкими, с пружинящими рукоятками, а для надежного удержания поковок во время работы рукоятки клещей могут стягиваться специальным кольцом – шпандырем (п. 2). По форме губок клещи делятся на продольные (п. 7–10, 13–17), поперечные (п. 11, 12, 18), продольно-поперечные (п. 20, 21) и специальные (п. 19).

Рис. 1.1.26. Виды клещей.

Длина кузнечных клещей составляет 300–700 мм, материал – стали 15, 20, 25.

Если имеющиеся клещи не плотно захватывают заготовку, то необходимо подогнать губки. Для этого губки клещей нагревают в горне и, зажав ими заготовку, обжимают их.

Правильно подобранные клещи значительно повышают производительность труда и снижают травматизм. Поэтому у кузнецов ручной ковки всегда большой набор различных клещей. На фото 1.1.12 показаны рабочие клещи автора.

К зажимным инструментам относятся стуловые тиски (рис. 1.1.27) и различные струбцины, которые применяют для зажимания нагретых и холодных заготовок перед гибкой осадкой, высадкой и другими операциями.

Рис. 1.1.27. Стуловые тиски.

Стуловые тиски состоят из неподвижной массивной губки (п. 1), к которой прикреплены крепежная планка (п. 2) и нижний стержень (п.3). Подвижная губка (п. 9), соединенная шарниром (п. 5) с неподвижной губкой, отводится назад пружиной (п. 8), а зажимание заготовок осуществляется рукояткой (п. 7), которая вращает винт (п. 10), проходящий через гайку (п. 11). Для направления подвижной губки имеются две накладки-щечки (п. 6), жестко соединенные заклепками (п.4) с неподвижной губкой.

Крепятся стуловые тиски на основной опоре слесарного верстака или на отдельном стуле – массивном бревне, хорошо закрепленном в полу кузницы при помощи больших шурупов. Верхний уровень губок находится на высоте 900–1000 мм от уровня пола. Для большей жесткости нижний стержень (п. 3) крепится к стойке или стулу.

Стуловые тиски отливаются из сталей 35Л, 45Л или отковываются из сталей Ст. 25–45.

Контрольно-мерительный инструмент (рис. 1.1.28) предназначен для измерения заготовок и поковок как в процессе ковки, так и после окончательной обработки и охлаждения. Весь контрольно-мерительный инструмент можно разделить на универсальный и специальный кузнечный инструмент.

К универсальному мерительному инструменту относится стальная линейка для измерения линейных размеров. В зависимости от измеряемой длины применяются линейки длиной 250, 500 и 1000 мм. Стальной металлический метр используется для тех же целей, что и линейка, но для компактности он состоит из отдельных звеньев, соединенных шарнирно. Погрешность измерения линейкой и метром составляет 0,5 мм.

Штангенциркуль (рис. 1.1.28 а) предназначен для измерения линейных размеров (наружных и внутренних), в том числе диаметров заготовок и поковок при помощи больших (п. 11, 12) и малых губок (п. 1, 2), а также глубиномера (п. 7). Подвижная губка (п. 4) перемещается при нажатии пальцем на выступ (п.9), а ее прижим к линейке (п. 6) осуществляется при помощи плоской пружины (п. 5). Фиксируют губку винтом (п. 3). Погрешность измерения штангенциркулем составляет 0,1 мм. Десятые доли миллиметра определяются при помощи шкалы-нониуса (п. 10).

Рис. 1.1.28. Мерительный инструмент.

Угольники и угломеры используют для измерения или контроля угловых размеров. Наиболее широко в кузнечном деле применяются угольники с постоянными углами, равными 90, 60 и 30°.

При точных работах и особенно при слесарных доработках используют универсальный угломер.

Кронциркулями и нутромерами (рис. 1.1.28 б) измеряют наружные и внутренние линейные размеры и диаметры заготовок и поковок. Некоторые типы кронциркулей и нутромеров оснащены измерительными шкалами (п. 13 правая часть), но большинство применяются для измерения размеров поковки во время ковки путем предварительной настройки по линейке на определенные размеры. Для точности определения размеров и надежности в работе на нутромерах (п. 14, 15), а иногда и на кронциркулях (п. 16, 17) устанавливаются регулировочные винты.

Для большей универсальности и повышения производительности труда кронциркули изготавливаются двойными, тройными или многоразмерными.

К специальному кузнечному мерительному инструменту (рис. 1.1.29) относятся и усадочные проволочные шаблоны (п. 1, 2), предназначенные для измерения нагретых заготовок в процессе ковки. Шаблоны имеют специальные выточки (Δ), предназначенные для компенсации размеров длины заготовки в связи с усадкой металла при охлаждении.

Рис. 1.1.29. Специальный мерительный инструмент.

По этому шаблону устанавливают кронциркули, нутромеры и прутковые шаблоны для измерения и контроля нагретых заготовок и поковок.

Кузнечные шаблоны и калибры (п. 3–7) применяются для контроля размеров путем наложения на поковку или заготовку во время и после окончания ковки. Шаблоны и калибры обычно изготовляются из прутков и листовой стали 30, 40Х.

Вспомогательный кузнечный инструмент (рис. 1.1.30) предназначен для ухода за горном.

Угольная лопатка (п. 4) используется для подсыпания угля в горн и очистки от шлака и других продуктов горения горнового очага. Совочек лопатки делается из стального листа толщиной 1–2 мм, а рукоятка из прутка диаметром 12–16 мм.

Рис. 1.1.30. Вспомогательный инструмент.

Кочерга (п. 1) применяется для подгребания угля к очагу во время горения и очистки горнового гнезда от шлака. Изготовляется она из пруткового материала диаметром 12–16 мм, а конец ее расковывается до ширины 20–40 мм.

Пика (п. 2) применяется для пробивания корки спекшегося слоя угля и также изготовляется из стального прутка диаметром 10–16 мм.

Метелка (п. 6) предназначена для очистки горна от мелкой угольной и шлаковой пыли и мусора. В качестве основы метелки применяется стальная проволока, а ручку делают из стального прутка.

Брызгало (п. 3) предназначено для смачивания угля при спекании купола (шапки) над очагом. Для изготовления брызгала используется пруток диаметром 10–16 мм. С одной стороны делается рукоятка, а с другой – ушко, в которое вставляется пакля, мочало или пук соломы.

Щипцы пинцетного типа (п. 5) применяются для укладки в горн крупных кусков угля и извлечения спекшегося шлака. Однако кузнецы часто используют для этих целей кузнечные клещи.

Длина рукояток вспомогательного кузнечного инструмента обычно составляет 500–700 мм и зависит от размеров стола горна, расположения в нем очага и других параметров.

Необходимо отметить, что вспомогательный инструмент обычно располагается на столе горна, а рабочий инструмент – на специальном столе в непосредственной близости от рабочего места кузнеца. Высота стола составляет 500–600 мм от уровня пола. Кузнечные клещи обычно размещаются на специальных вешалках на стене или на полу (п. 7). Для охлаждения клещей (п.8) кузнецы приспосабливают корытце (п.9) с водой.

Кроме основного и вспомогательного инструмента в кузнице всегда размещаются ящик для сухого песка, емкости для воды, ларь для угля, стеллажи для хранения инструмента и металла и т. п.

Кузницы

По мере развития кузнечного дела совершенствовались и здания кузниц. Если первые кузнецы работали под открытым небом или в лучшем случае в шалаше или землянке, то начиная с XIV–XV вв. для них начинают строить специальные помещения. В зависимости от имеющегося материала и возможностей кузнеца их возводили из самана, прутьев, бревен, камня, кирпича или другого строительного материала. Для предохранения стен от возгорания, а также для дополнительного утепления стены кузниц обмазывались глиной или штукатурились. Высота стен обычно не превышала 2–2,5 м.

По размерам в плане здания кузниц делались от 2 × 3 м до 10 × 15 м. Потолков обычно не было. Крыши были одно-, двух– или четырехскатными и покрывались дерном, соломой, досками, дранкой, черепицей, шифером или железом. Ворота в кузнице были широкими, чтобы могла проехать телега, а дверь – одностворчатой в одной из половинок ворот. Доски для ворот подбирались довольно толстыми (30–40 мм) и навешивались с помощью кованых петель – жиковин. Снаружи они обычно обивались железным листом и укреплялись различными металлическими накладками. В теплое время года ворота кузницы обычно были открыты. Напротив ворот внутри кузницы располагались горны с мехами; в центре стояла наковальня. В стороне, под небольшим оконцем, размещался верстак со стуловыми тисками, рядом – точило и сверлильный станок.

Одними из наиболее древних кузниц на территории нашей страны, обнаруженных археологами, были кузницы Славянского городища IX–X вв. на р. Воронеж. Типичная кузница была полуземлянкой размером в плане 3,5 × 3,7 м. Стена и крыша были из прутьев, обмазанных глиной. В центре находился круглый очаг диаметром около 1 м, высота его была не более 0,2 м. Дым выходил через отверстие в крыше.

Журнал «Кустарная промышленность России» отмечал, что «в России в основном кузницы деревянные, в лучшем случае стены были сложены из камня, а также могли быть плетеными, с последующей обмазкой глиной. А крыши были дощатыми, соломенными и даже дерновыми. Размеры в плане от 20 до 150 кв. аршин. Высота постели горна 11/4–1 аршин».

Рассмотрим некоторые особенности сельских кузниц.

В сельской кузнице горн обычно располагался напротив ворот и был сложен из кирпича на бутовом основании, а очаг выложен из огнеупорной глины. Воздух в горн подавался мехами, расположенными слева от горна. Между очагом и мехами устраивалась вертикальная стенка (экран), в торце которой проделывали небольшие углубления – печурки размером 200 × 200 × 300 мм, в них хранился мелкий подкладной инструмент. Рядом с горном ставили ведро с песком и бочонок с водой для закалки изделий и охлаждения инструмента. Над очагом подвешивали металлический зонт для вытяжки газов. Горновой инструмент – кочерга, лопатка для угля, метелка и т. п. – находился справа от кузнеца на поверхности горна, а кузнечные клещи и некоторый подкладной инструмент – слева на специальной вешалке. Массивная наковальня устанавливалась на деревянном стуле в центре кузницы на расстоянии 1,5 м от горна. В углу кузницы имелся короб для хранения угля.

Снаружи кузницы устанавливался навес для хранения угля, дров и других материалов, станок для ковки лошадей, точильный камень и массивный круглый камень (жернов) для обтяжки колес.

Народные кузницы Узбекистана (рис. 1.1.31) обычно имеют небольшие помещения размером в плане 2 × 3 м, с легкими стенками и навесом. Горн (п. 2) закрытый, в виде печи, сложен из камня и обмазан глиной. Подача воздуха осуществляется с помощью мехов (п.6), установленных на стойке (п. 5), приводимых в действие коромыслом (п. 3) с рукояткой. Кузнечный инструмент подвешивается на специальной вешалке (п. 4) в непосредственной близости от горна. В последнее время горны работают от вентиляторов. Рядом с горном устанавливается столик или скамья для хранения инструмента (п. 1), в углу свален уголь. Наковальня, как во всех кузницах, занимает центральное место. Формы наковален, шпераков (п. 8, 9) и молотков (п. 7) своеобразны и напоминают формы инструмента древних времен.

Рис. 1.1.31. Узбекская кузница: инструмент и оборудование.

Кузнецы-медники обычно работают сидя, поэтому их горны размещаются на небольшом возвышении от пола (рис. 1.1.32). Подача воздуха в горн (п. 1) осуществляется клинчатыми мехами (п. 5), установленными на стойке (п. 4), а «голова» мехов (п. 2) с соплом удерживается на специальной подставке около горна. Для ножного привода мехов используется педаль (п. 6). При изготовлении разнообразных изделий из листовой меди или латуни кузнецы применяют разнообразные по форме и массе молотки, наковальни (п.7) и специальные оправки – стойны (п. 8, 9), которые вбиваются прямо в землю. На горне кузнецы-медники нагревают и отжигают металл и инструмент перед пайкой, здесь же лудят посуду.

Рис. 1.1.32. Медницкий горн (а) и инструмент (б).

Одним из замечательных архитектурно-строительных памятников XVIII в. является комплекс белокаменных Старицких кузниц в Тверской области. С 1982 по 1987 г. Старицкая архитектурно-археологическая экспедиция (руководитель М. Г. Левин) совместно с Музеем кузнечной науки и техники ЦП НТО Машпром проводила исследования по изучению кузнечных промыслов Тверской области, и Старицких кузниц в частности.

В конце XVIII в., по архивным данным, кузнецы г. Старицы перерабатывали до 1250 пудов железа в год. Большинство кузниц располагалось в подножии вала Нового городища (фото 1.1.13). Строились кузницы следующим образом: в откосе вала выкапывалась прямоугольная пещера, затем из тесаного белого камня выкладывались боковые стены и цилиндрический свод, пол, передняя и задняя стены. Сверху свод «проливался» раствором извести, закрывался для гидроизоляции слоем глины и засыпался землей. Из белого камня выкладывались и стенки горна. Средняя часть горна (рис. 1.1.33 б) забивалась землей, щебнем, глиной с песком. У левой стенки – экрана делалось горновое гнездо, устанавливалась фурма (п. 20) и за экраном – мехи (п.1). Зонтов над горнами обычно не делали, а дым выходил через специальное отверстие в своде. Размещение оборудования показано на рис. 1.1.33. Горн размещался справа от входа в непосредственной близости от ворот, так как основное освещение было естественное, а окон в кузницах не было. Слева от входа обычно располагался небольшой верстак (п.11) со стуловыми тисками (п.10). Ворота кузницы были массивными двустворчатыми, с коваными жиковинами, рукоятками и замками. Рядом с кузницей часто укладывались большие камни для ошиновки колес (п.8) и ставились столбы с кольцами для привязывания лошадей при ковке (п.5).

Рис. 1.1.33. План Старицкой кузницы (а) и схема ее горна (б): 1 – мехи; 2 – бадья с водой; 3 – лежанка горна; 4 – горновой инструмент; 5 – стан для ковки лошадей; 6 – камень для ошиновки колес; 7 – короб для песка и флюса; 8 – наковальня; 9 – точило; 10 – стуловые тиски; 11 – верстак; 12 – стеллаж для металла; 13 – угольная яма; 14– коромысло; 15 – подвеска; 16 – груз; 17 – вешалка для инструмента; 18 – рукоятка для качания мехов; 19 – сопло; 20 – очаг горна.

В некоторых Старицких кузницах работали медники, которые изготовляли различные виды посуды, чинили и лудили самовары. Для медницких работ в центре кузницы делался невысокий очаг с центральным дутьем, кузнецы работали сидя и мех качали ногой, так как руки были заняты.

В конце XVIII в. начинается широкое строительство городских кузниц из кирпича или камня. Часто под одной крышей размещались две-три кузницы. Работали в этих кузницах обычно «полные кузнецы», т. е. кузнец с двумя или тремя молотобойцами, и выполняли они довольно сложные кузнечные работы: ковали оси для экипажей, подковывали лошадей, изготовляли массивные связи длиной 10–15 м для строительства домов. Планировка небольшого участка для ручной ковки на одну наковальню показана на рис. 1.1.34. Площадь участка 6,2 × 6,7 м. У стены напротив входа располагается горн (п. 2) с вентилятором (п. 1). На расстоянии 1,5–2 м от горна устанавливается наковальня (п. 5). Наковальню следует располагать так, чтобы ее рог находился слева от кузнеца, когда он стоит спиной к горну. Вокруг наковальни должно быть достаточно свободного места для работы молотобойца. Рядом с наковальней стоит бачок (п. 4) с водой для охлаждения кузнечного инструмента и закалки изделий. Кузнечный инструмент размещается на металлическом столике (п.3) с двумя полками. Верхняя полка предназначена для часто используемого инструмента – молотков, зубил, клещей и т. д., нижняя – для инструмента, применяемого реже. Для удобства работы кузнец кладет инструмент на столик так, чтобы рукоятки его выступали за край столика.

Рис. 1.1.34. План кузницы на одну наковальню.

Запасной инструмент и инструмент, редко используемый, хранят в шкафу (п. 6), в котором имеются специальные полки и крючки. Для заточки инструмента и других работ применяют точило (п. 7). В углу около горна устанавливают ящик (п. 10) для хранения угля. У стенки размещают стуловые кузнечные тиски (п. 9), на которых производят высадку, гибку, закручивание. Рядом устанавливают слесарный верстак (п. 8). В удобном месте хранят сухой песок для засыпки мокрых мест на полу участка и тряпочные концы для обтирки инструмента и других целей.

Схема расположения основного и вспомогательного оборудования и инструмента на более крупном кузнечном участке показана на рис. 1.1.35. Вдоль боковой стены установлен горн на «два огня». Для размещения клещей на горне имеются две вешалки (п.8) – приваренные к горновому столу стальные скобы. Слева и справа от горна стоят бачки (п.6) с водой емкостью 30–40 л каждый. На расстоянии 1,5–2 м от горна установлены две наковальни (п. 1), а между ними столики (п.2), на которые кладут кузнечный инструмент. Расстояние между наковальнями должно быть не менее 2,5–3 м. Наждачное точило (п.9) располагают у стенки на достаточно большом расстоянии от наковален. Современные кузнечные участки оснащаются небольшими пневматическими молотами (п.10) с массой падающих частей 50, 75 или 100 кг.

Рис. 1.1.35. Схема размещения оборудования на два кузнечных места.

Эти кузнечные участки обычно оснащаются передвижными ручными ножницами (п.11) для резки листового металла, прави́льной чугунной плитой (п.12) размером 1500 × 1000 мм, стуловыми тисками (п.13), слесарным верстаком, настольным сверлильным станком, сборочным столом, стеллажом (п.14) для заготовок, а иногда и механической ножовкой для отрезания мерных заготовок из проката. Над горном для отвода дыма и газов устанавливается вытяжной зонт (п. 7).

В некоторых случаях для повышения эффективности вытягивания газов зонт делается регулируемым по высоте или снабжается дополнительными опускающимися закрылками.

Кузнечный участок небольших ремонтных мастерских показан на рис. 1.1.36. Расстояние от горна (п. 1) до стены составляет 0,8 м, между горном и нагревательной печью (п.2) – 1,5 м, наковальней (п. 6) и горном – 1,5 м, нагревательной печью и молотом (п.4) – 1,5 м и трансформатором (п.3) – 0,8 м, от горна до закалочной ванны (п.7) – 1 м, от ковочного молота до смежного оборудования (п.5) – 1,5 м и до стены – 2,5 м.

Рис. 1.1.36. Схема размещения оборудования на производственном участке.

При организации кузнечного и термического участков в одном помещении оборудование располагается, как показано на рис. 1.1.37. Пневматический молот (п. 1) располагается в центре кузницы, стеллаж (п.2), трансформатор (п. 3) и электропечь (п.4) – у правой стены от молота; верстак (п. 9) и стеллаж для изделий (п. 10) – у стены за молотом; сверлильный станок (п.8) и стеллаж для изделий (п.7) – слева от молота; наковальня (п. 5) и закалочные ванны (п.6) – перед молотом.

Рис. 1.1.37. Кузнечно-термический участок.

Кузнечно-слесарная мастерская автора размещается в деревянном строении площадью 6×6 м с односкатной крышей (фото 1.1.14). Внутри два помещения: сама кузница и кабинет для творческой работы и отдыха. На фото 1.1.15 показан интерьер кузницы: экспонаты кованых старинных изделий (фото 1.1.15 а), рабочий участок кузницы – виден угол горна, стуловые тиски, вешалка для молотков и столик для подкладного инструмента (фото 1.1.15 б). На стене – современные кузнечные изделия и полуфабрикаты. Рабочая наковальня – переносная, установлена на чурбане и, когда не используется, стоит у стены (на фото не видно).

В кузнице Евгения Машкова в «Русском подворье» в Измайлове были изготовлены уникальные кованые двери (фото 1.1.16), сказочные не только по оформлению, но и по технике исполнения.

На фото 1.1.17 кузнец Валентин Политковский – один из создателей Кузнечного музея в подмосковной Салтыковке и организатор кружка юных кузнецов – демонстрирует изделия из музея.

Архитектор А. Харькова – один из главных разработчиков Парка кузнецов – выполнила на срезе сучка дерева оригинальный «портрет» дома-музея (фото 1.1.18).

Вообще образ кузнеца во все времена был настолько колоритен, что многие великие скульпторы и художники делали его героем своих произведений. Всем известна скульптура В. Мухиной «Рабочий и колхозница» (фото 1.1.19), которую недавно отреставрировали в фирме «Биор» под руководством скульптора и главного реставратора Вадима Церковникова, установили на постаменте высотой 34,5 м. А высота скульптуры равна 24 м, таким образом символ СССР «Серп и Молот» виден с многих точек Москвы.

Другая уникальная скульптурная кузнечная композиция – «Перекуем мечи на орала» Евгения Викторовича Вучетича (фото 1.1.20), величайшего скульптора современности, создавшего ансамбль на Мамаевом кургане в Волгограде, – установлена у здания нового корпуса Третьяковской галереи, рядом с Центральным домом художника на Крымском валу.

На Раушской набережной на воротах бывшего завода пожарного оборудования установлены уникальные чугунные скульптуры «Кузнец» (фото 1.1.21) и «Литейщик», которые были отлиты на этом же заводе вначале XX в.

На фронтоне Политехнического музея, созданного в 1872 г. на основе первой в России политехнической выставки, можно увидеть символическую картину свободного труда с кузнецом на переднем плане и с пахарем немного в глубине.

Одежда кузнеца состоит из куртки, сшитой из плотной хлопчатобумажной ткани, брюк, ботинок или сапог, брезентовых или кожаных рукавиц, фартука и головного убора – шляпы, кепки, косынки (банданы) или просто лобной повязки. При этом надо помнить, что ботинки и сапоги должны иметь толстую кожаную подошву, а брюки – закрывать верх обуви. Куртка должна быть ниже талии и перекрывать пояс брюк. Нижних карманов на куртке лучше не делать. Все эти предосторожности нужны для того, чтобы уголек, окалина или кусочек раскаленного металла не попал в обувь, брюки, карман куртки или фартука. Сам фартук шьется из плотного брезента или из мягкой кожи. Спереди в районе живота делается большой карман для инструмента, а слева вверху – для карандаша, чертилки и т. п.

Кузнечное оборудование. По мере развития общества металл занимает все большее значение в деятельности человека. Возникает необходимость изготовлять из металла изделия и детали большой массы. Однако отковать эти детали при помощи ручных молотов уже не представляется возможным, и начинаются поиски «новых видов энергии и оборудования».

В V в. индийские мастера при ковке крупных изделий применяли тяжелые камни, которые поднимали несколько человек (рис. 1.1.38). Позднее тяжелые каменные или металлические бабы поднимали ремнем через блок (рис. 1.1.39), когда ремень отпускали, баба падала и деформировала горячий металл или дробила камни.

Рис. 1.1.38. Ковка железной Индийской колонны.

Рис. 1.1.39. Ковка на молоте с ремнем.

Начиная с XIV в. для привода различных машин и механизмов применяют водоналивные или, как их называли, водяные колеса. Первоначально они применялись для привода водяных мельниц, и строили их мастера-самоучки, талантливые изобретатели. Эти водяные колеса в зависимости от формы русла реки и мощности потока делались трех типов: верхнего боя (наливные), среднего боя и нижнего боя (подливные).

С XVI в. в России начинают строить «мельницы железцовые», т. е. использовать водяные колеса для молотов, обрабатывающих железо. Известно, что первый молот с водяным колесом для ковки железа – «самоков» – был установлен на р. Лахоме (близ р. Вычегды). Все работы по строительству плотин, водяных колес и самих молотов производили кузнецы без каких-либо чертежей и расчетов. Всю необходимую технологическую документацию мастер хранил в памяти, а секреты строительства передавались только самым близким людям.

Применение водяного колеса позволило создать механический рычажный молот, толчейное устройство, сверлильные и расточные станки и другие устройства с зубчатыми и цевочными передачами между вращающимися осями, в том числе пересекающимися под прямым углом.

В России на металлургических и железоделательных заводах наиболее широко использовался хвостовой молот, у которого мотовище продолжалось за ось вращения, образуя хвост. Молот поднимался под действием кулаков, сидящих на боевом валу. При сходе кулака с «хвоста» молот под действием кулака падал, деформируя заготовку, лежащую на наковальне. Сама наковальня устанавливалась на массивном деревянном (позднее металлическом) стуле-шаботе.

Для повышения эффективности удара в конструкциях хвостового молота использовалась деревянная упругая доска – отбой, которая пружинила и способствовала увеличению скорости опускания головы.

Хвостовые молоты совершали 30–200 ударов в минуту, а вес падающих частей (головы) достигал 20 пудов и более. Они использовались для всевозможных работ – от протяжки мелкосортного железа до ковки тяжелых якорей. Интересно отметить, что небольшой молот с головой массой 80 кг заменял 25–30 молотобойцев.

У некоторых народностей применялись очень простые молоты с ручным или ножным приводом. На упругом деревянном стержне подвешивался на канате тяжелый шар-баба. Раскачивая его (рукой или ногой), производили удар, а вверх баба поднималась вследствие упругости стержня. На рис. 1.1.40 представлены конструкции древних молотов с ручным приводом, а на рис. 1.1.41 показаны молоты с ножным управлением. В конструкции (а) удар молота получается в результате собственного веса бабы при отпущенной ножной педали, а подъем – при помощи нажатия на педаль и за счет жесткости верхнего упругого стержня. В конструкции (б) удар производится при нажатии на педаль.

Рис. 1.1.40. Старинные молоты с ручным приводом.

Рис. 1.1.41. Старинные молоты с ножным приводом.

На рис. 1.1.42 показан небольшой по размерам молот с ножным приводом, а на рис. 1.1.43 – оригинальная конструкция самодельного молота с ножным приводом.

Рис. 1.1.42. Молот с ножным приводом: 1 – молот; 2 – наковальня; 3 – стул; 4 – педаль; 5 – тяга; 6 – стойка; 7 – рычаг; 8 – вал; 9 – зажим рычага молота; 10 – зажимной винт; 11 – пружина; 12 – серьга.

Рис. 1.1.43. Рычажный молот с ножным приводом: 1 – стойка; 2 – пружина для подъема; 3 – упор пружинный; 4 – хомутик рычага; 5 – верхний боек (баба); 6 – серьга (4 шт.); 7 – основание (шабот); 8 – хомут; 9 – связи; 10 – тяга (2 шт.); 11 – педаль; 12 – труба с пружиной.

В 2008 г. в ГУМе устроили уникальную выставку, на которой были представлены многочисленные модели всевозможных изделий, сделанных по чертежам выдающегося инженера, мыслителя и художника XVI в. Леонардо да Винчи. Среди этих моделей был и эксцентриковой молот с ручным приводом, который возможно сделать своими руками.

Необходимо отметить, что при работе «в одну руку» многие кузнецы чувствуют, что им не хватает рук для одновременного держания молотка, заготовки и подкладного инструмента. Можно посоветовать способ, которым пользовались кузнецы-серповики при зубрении серпов. Заготовка (рис. 1.1.44, п. 1), вынутая из горна, подсовывается под кольцо из троса (п.5), которое под действием ножной педали (п. 4) прижимает ее к наковальне (п.2), установленной на подставке (п.3). В результате этого левая рука кузнеца освобождается от клещей, удерживающих заготовку, и может держать необходимый подкладной инструмент (зубило, гладилку и т. п.). Известный в Западной Европе кузнец и создатель уникальной кузнечной школы Альфред Хаберманн предложил для удержания заготовки на наковальне специальный прижим, вставляемый в наковальню (Фото 1.1.21).

Рис. 1.1.44. Приспособление для прижима заготовок: 1 – заготовка; 2 – наковальня; 3 – стул; 4 – педаль с пружиной, 5 – кольцо из троса.

В современных условиях, когда кузнецу приходится работать без молотобойцев, лучший помощник – пневматический молот.

Такой молот (рис. 1.1.45) состоит из рабочего цилиндра (п.8) с поршнем (п.7), штоком (п.6) и верхним бойком (п.5); компрессорного цилиндра (п.13) с поршнем (п.12); привода компрессорного цилиндра, состоящего из электродвигателя (п.18), ременной передачи (п.17), редуктора (п.16), кривошипного вала (п.15) и шатуна (п.14). Рабочий и компрессорный цилиндры соединены друг с другом верхним и нижним воздушными каналами с кранами управления (п.9–11). Краны поворачиваются с помощью рукоятки управления.

Рис. 1.1.45. Молот пневматический (а), рукоятки управления (б).

На молотах с массой падающих частей до 250 кг дополнительно к ручному управлению устанавливается педаль для ножного управления. Нижний боек (п.4) крепится к шаботу (п.2), установленному на фундаменте на деревянных брусьях (п.1). Детали молота крепятся в литой чугунной станине (п.19), а шабот фиксируется в окне станины с помощью деревянных клиньев (п.3). Принцип действия молота следующий. В исходном положении поршень (п. 7) занимает крайнее нижнее положение, поршень компрессора – крайнее верхнее. Верхний боек (п. 5) лежит на нижнем или на заготовке. При включении электродвигателя кривошипный вал (п. 15) начинает поворачиваться и перемещать поршень (п.12) компрессорного цилиндра вниз. Под поршнем компрессора воздух сжимается, через канал в нижнем кране (п. 9) попадает в нижнюю часть рабочего цилиндра и давит снизу вверх на рабочий поршень. В этот момент верхняя полость рабочего цилиндра через краны (п.10) и (п.11) соединяется с атмосферой, и, так как в нем нет избыточного давления, рабочий поршень начинает подниматься вверх. Когда поршень поднимается вверх, то над поршнем создается повышенное давление и подвижные части молота с ускорением двигаются вниз и наносят удары по заготовке.

Рассмотрим основные режимы работы пневматического молота: удержание бойка в верхнем положении, единичные удары, прижим заготовки к нижнему бойку, автоматические удары и холостой ход.

Удержание бойка в верхнем положении: рукоятка (п. 21) (рис. 1.1.45) ставится в положение I, рукоятка (п. 20) – в положение II. При этом ножная педаль (п. 22) будет находиться в горизонтальном положении. При этом верхние полости обеих цилиндров соединяются с атмосферой, а нижние друг с другом. Сжатый воздух из нижней полости компрессора постоянно поступает в нижнюю полость рабочего цилиндра, что и удерживает подвижные части молота в верхнем положении. Единичные удары: рукоятку (п. 20) ставят в положение I или II, а рукоятку (п. 21) быстро переводят из положения I в положение II и сразу же возвращают обратно. После удара боек снова поднимается вверх и остается в этом положении пока рукоятка (п. 21) находится в положении I.

Прижим заготовки: рукоятку (п. 20) ставят в положение I, рукоятку (п. 21) – в положение III. В этом положении верхняя полость компрессора и нижняя полость рабочего цилиндра соединяются с атмосферой, а сжатый воздух из нижней полости компрессора через специальные каналы постоянно подается в верхнюю полость, что обеспечивает прижим поковки между бойками. Избыточный сжатый воздух выбрасывается в атмосферу через предохранительный клапан, установленный в верхней полости рабочего цилиндра. Автоматические удары: рукоятку (п. 20) ставят в положение I или в положение II. При этом положении рукояток средний кран закрывает выход воздуха в атмосферу, верхний кран соединяет верхние полости цилиндров, а нижний – нижние. Силу ударов бойка при этом режиме работы регулируют рукояткой (п. 21); чем ближе рукоятка к положению II, тем сильнее удары. Холостой ход: рукоятки (п. 20) и (п. 21) ставят в положение I. При холостом ходе верхняя и нижняя полости компрессорного цилиндра соединяются с атмосферой и воздух без сопротивления постоянно выбрасывается наружу. Такой режим работы молота предохраняет компрессор от перегрева во время длительных пауз в работе. При холостом ходе верхний боек под действием своей тяжести опускается вниз и лежит на нижнем бойке. Перед включением электродвигателя ручки обязательно следует устанавливать на режим «холостого хода», а перед выключением – на режим «удержания бойка в верхнем положении». После остановки двигателя подвижные части молота под действием силы тяжести медленно опускаются вниз на нижний боек.

Рассмотрим, какие кузницы для изготовления художественных изделий наиболее функциональны в настоящее время. Лучше всего, чтобы кузница размещались в отдельном кирпичном или железобетонном здании. Изготовления крупных художественных изделий, таких как ворота, высокие ограды, балконные решетки и др., требует большого рабочего пространства. Помещение должно иметь широкие въездные ворота, высокие потолки, пол, выложенный металлическими плитками, хорошую вентиляцию и освещение. Горн в такой кузнице должны иметь два очага с хорошим поддувом и вытяжкой. Размеры столешницы горна должен быть примерно 1,5 × 2,5 м, чтобы на ней можно было разместить крупногабаритный элемент будущего кованого изделия. Рядом с горном по центру кузницы размещается одна большая стационарная наковальня со столиком для инструмента. Другие наковальни меньших размеров могут быть переносными и в нерабочем состоянии находиться у стены. Недалеко от горна должны размещаться (стационарно) стуловые тиски. Рядом с горном размещаются вешалки для инструмента и полки для подкладного инструмента, сменных штампов и всевозможных приспособлений. Около горна размещаются емкости с водой для охлаждения инструмента, закалки и отпуска изделий, бачок с маслом для воронения изделий; а также ящики с песком, лари для небольшого количества угля и дров и пр. По технике безопасности предусматривается, чтобы уголь, дрова и другие горючие материалы хранились в отдельном помещении. Пневматический молот устанавливают недалеко от горна, и в 2-х метрах от стен кузницы. Вокруг молота должно быть свободное пространство, достаточное для работы и обслуживания. Кроме этого, в центре кузницы должна размещаться большая (1,5 × 2 м) правильная плита толщиной 30–50 мм для правки и сборки крупногабаритных изделий.

Вдоль стен около окон размещают слесарные стеллажи со сверлильными, отрезными и заточными станками. Если позволяет площадь, то в кузнице можно установить небольшой токарный станок, гидравлический пресс и другое оборудование для накатки рельефа, гибки и скручивания заготовок. Для сварочных, покрасочных, сушильных и других работ необходимо оборудовать отдельные помещения. Кроме этого, в кузнице необходимо предусмотреть раздевалки, душевые и комнаты отдыха.

1.1.46 Участок художественной ковки.

План такой кузницы в масштабе (10 мм соответствует 1 метру) показан на рис. 1.1.46.

Кузница состоит из десяти участков: I – кузнечный, II – сварочный, III – чистки, IV – покраски и сушки, V – для складирования металла, VI – для складирования угля, VII – душевая, VIII – туалет, IX – раздевалка, X – компьютерная. Оборудование основное и вспомогательное: 1 – сушильный шкаф, 2 – камера для очистки дробью, 3 – сварочный пост, 4 – стеллаж для хранения кузнечного инструмента, 5 – сварочный агрегат, 6 – металл, 7 – пневматический молот, 8 – короб с углем, 9 – бачек с маслом, 10 – вентилятор, 11 – основная наковальня, 12 – горн с зонтом, 13 – ящик с песком, 14 – бачок с водой, 15 – малая наковальня, 16 – токарный станок, 17 – горизонтальный гидравлический пресс, 18 – стеллаж для инструмента, 19 – душ, 20 – унитаз, 21 – шкафчики для одежды, 22 – компьютер, 23 – диван, 24 – стеллаж для инструмента, 25 – установка для гибки, 26 – сверлильный станок, 27 – слесарный стол, 28 – тиски, 29 – ворота, 30 – правильная плита, 31 – отрезной станок, 32 – слесарный стол, 33 – точило, 34 – пресс-ножницы, 35 – стеллаж для инструмента, 36 – шкаф для одежды и инструмента, 37 – шкаф для спецодежды, 38 – шкаф для спецодежды и инструмента.

Установка молота на фундамент является очень ответственной операцией и должна проводиться опытными монтажниками. Размеры фундамента зависят от типоразмеров молотов, качества грунта, расположения уровня грунтовых вод и других местных условий. Так, молот с массой падающих частей (мпч) 80 кг устанавливается на бетонную подушку, толщиной 0,7 метра (рис. 1.1.47), а молот с мпч 160 кг устанавливаются на специальном бетонном фундаменте, армированном металлической сеткой. Размеры ямы под фундамент должны быть больше габаритных размеров основания молота на 500–800 мм, а центр молота, совпадающий с вертикальной осью рабочего цилиндра, должен располагаться на расстоянии 3700 мм от основных стен здания. При плотном грунте глубина фундамента обычно составляет 2000 мм. Для предупреждения массива фундамента от разрушения под действием ударов молота фундамент армируют в продольном и поперечном направлениях двумя рядами металлических сеток из стержней диаметром 8–10 мм с квадратными ячейками 15–20 мм. При заливке бетона необходимо оставлять колодцы глубиной 1450 мм и 450 мм для последующей установки крепежных шпилек для станины молота и для крепежных шпилек для электродвигателя, а также выемку для шабота (рис. 1.1.48). Для создания при работе молота эластичности на дно выемки шабота укладывают прокладку из толстого дубового бруса. Вначале устанавливают на деревянную прокладку шабот, проверяют горизонтальность нижнего бойка и высоту над уровнем пола. При этом необходимо следить, чтобы шабот располагался по центру отверстия в нижней части стойки молота, а рабочие и боковые грани верхнего и нижнего бойков полностью совпадали. После этого заливаются бетоном шпильки молота и электродвигателя. По окончании затвердевания цементного раствора производится затяжка фундаментных шпилек и закрепления шабота в отверстии станины при помощи дубовых клиньев. Контроль правильности взаимной установки шабота и станины по высоте производится с помощью специальной риски, нанесенной на штоке бабы молота. При положении бабы внизу, то есть когда верхний боек лежит на нижнем, риска не должна выходить ниже нижней кромки направляющей буксы. Для некоторой гарантии на случай осадки шабота или «подстрожки» бойков риска должна быть на 5–15 мм утоплена внутри буксы.

Рис. 1.1.47 Бетонная подушка для молота с мпч 80 кг.

Рис. 1.1.48 Бетонный фундамент нем, для молота с мпч 160 кг.

Совпадение риски с нижней кромкой направляющей буксы указывает на то, что внутри рабочего цилиндра между венцом поршня бабы и верхней кромкой направляющей буксы имеется зазор в 20–30 мм, исключающий перекрытие выпускного канала и возможности удара венца поршня бабы о направляющую буксу. Это нормальное положение бабы и отмечается риской. Если риска находится ниже нижней кромки направляющей буксы, значит, шабот установлен слишком низко и баба опустилась ниже нормального положения. Вследствие этого при работе молота венец поршня может удариться о направляющую буксу, что приведет к аварии молота. Чрезмерное утопание риски внутри направляющей буксы, указывает на то, что шабот установлен слишком высоко, это также нежелательно, так как вследствие этого ход бабы сократится и уменьшится энергия удара. Правильная установка молота по риске на бабе достигается путем уменьшения или увеличения толщины прокладки под шаботом. В процессе установки молота нельзя допускать, чтобы риска выступала из буксы больше, чем на 5–10 мм.

После того как шабот и станина молота установлены и выверены в горизонтальном и вертикальном направлениях, заливают фундаментные болты и нижнюю часть станины цементным раствором. По окончании затвердевания цементного раствора производится затяжка фундаментных болтов и закрепление шабота в отверстии станины дубовыми клиньями. В процессе работы клинья необходимо время от времени подтягивать, так как при работе молота их затяжка ослабевает.

Сборка рабочего цилиндра производится в следующем порядке. Сначала ставят на место направляющую буксу бабы и предварительно ее закрепляют. Затем в собранном виде, с надетыми поршневыми кольцами и бойком, бабу опускают в цилиндр в нижнее положение. Стыки поршневых колец не должны лежать на одной вертикали, а также против отверстий в стенках цилиндра.

Поставив бабу цилиндра на место, надо несколько раз поднять и опустить ее, добиваясь, чтобы оси направляющей буксы и бабы совпадали и чтобы баба свободно опускалась из верхнего положения в нижнее. После этого окончательно затягивают гайки шпилек, крепящих буксу бабы. Затем еще раз проверяют сборку на свободное опускание бабы в цилиндре от собственного веса. Если баба свободно, без остановки, плавно опускается вниз в цилиндре от собственного веса, то это показывает, что направляющая букса смонтирована без перекосов. Если же баба остановилась на какой-то высоте, не дойдя до нижнего положения, или опускается рывками, это означает, что букса бабы перекошена. Обнаруженный перекос необходимо устранить. Сборка рабочего цилиндра завершается установкой верхней крышки. Перед установкой крышки у молотов с верхним буфером следует проверить наличие и исправность шарикового клапана.

Сборка цилиндра компрессора начинается с направляющей буксы поршневого компрессора, которая является также нижней крышкой цилиндра. Букса вставляется в цилиндр заводом-изготовителем на плотной посадке; разборка ее может иметь место только при капитальном ремонте молота.

В цилиндр компрессора сверху вставляется поршень компрессора с надетыми кольцами и присоединенным к нему шатуном. Шатун соединяется с поршнем посредством пальца, закрепленного двумя пружинными кольцами, препятствующими осевому смещению пальца. Другой конец шатуна соединяется с нижней головкой, смонтированной на мотылевой шейке кривошипного вала, при помощи двух шатунных шпилек. После этого поршень ставится на место и закрепляется верхняя крышка компрессорного цилиндра.

При сборке шатуна с нижней головкой нельзя допускать установку между ними каких-либо прокладок, которые изменят расстояние и положение взаимодействующих частей кривошипно-шатунной передачи, отрегулированной при сборке молота на заводе-изготовителе. В процессе эксплуатации молота необходимо обязательно следить за состоянием шатунных шпилек и периодически подтягивать их, особенно в начальный период эксплуатации.

Установка кранов производится заводом-изготовителем по специальным рискам, нанесенным на торцах крана и их втулок. Риски располагаются на стороне, противоположной той, на которой устанавливаются рычаги управления. Рычаги управления надеваются на оси кранов и закрепляются штифтами. Таким путем достигается правильная установка всего механизма управления.

После окончания монтажа и установки молота его необходимо опробовать. Перед первым пуском необходимо тщательно осмотреть всю установку в целом и проверить крепление молота на фундаменте, установку и крепление электродвигателя, соединение его с пусковой аппаратурой и электросетью, установку и закрепление рычагов управления, состояние смазки трущихся поверхностей и т. п.

Пуск молота при первом опробовании производится в следующем порядке. Рычаги управления крайними кранами устанавливаются на цикл «прижим» – баба внизу, а средний кран в положение «открыт». Установка кранов в такое положение нужно для того, чтобы молот после пуска электродвигателя не наносил удары по нижнему бойку. До пуска электродвигателя необходимо вручную за приводной шкив молота повернуть кривошипный вал на 1–2 оборота, чтобы убедиться в отсутствии перетяжек, посторонних предметов и других причин, мешающих вращению кривошипного вала. Только после этого включают рубильник, нажимают кнопку «пуск» и электродвигатель запускается.

Если рычаги управления были поставлены в указанное выше положение, то после пуска электродвигателя баба останется свободно лежать на нижнем бойке и компрессор будет иметь холостой ход. Опробование на холостом ходу производится в течение 10–15 минут. Убедившись, что все узлы молота работают нормально (отсутствует повышенный шум, детали не греются), можно опробовать молот на ковке хорошо нагретой заготовки. При переходе на рабочий ход средний кран переводится в положение «закрыт». Поворот рукоятки управления на цикл «автоматические удары» делать плавно, нанося сначала легкие удары.

Для остановки молота следует рукоятку управления поставить на цикл «держание на весу» – «баба вверху», и тогда баба станет в верхнее положение. Затем нажатием кнопки «стоп» – выключают электродвигатель. После остановки двигателя баба должна плавно опуститься вниз под действием собственного веса. При опробовании молота необходимо следить за подачей смазки к трущимся поверхностям его деталей.

Бойки являются основным инструментом молота. Наиболее универсальными бойками являются плоские, с их помощью производятся практически все технологические операции, такие как протяжка, осадка и высадка, пробивка и пр. От их надежности и прочности зависит безопасность и качество. Бойки, рабочие сменные накладки и вкладыши к бойкам изготавливаются из сталей 50, 50Г, 40ХН, 5ХНВ, 5ХГМ и подвергаются термической обработке до твердости HRC 40–45 ед. Кромки бойков по периметру рабочей поверхности должны быть скруглены в соответствии с требованиями безопасности труда. Бойки перед работой рекомендуется подогревать до температуры 150–200 °C для обеспечения их высокой стойкости. Технологический инструмент, подвергаемый нагреву, следует периодически контролировать на твердость и при необходимости подвергать повторной термической обработке.

Нижний боек (п. 1) закрепляется в шаботной вставке (подушке) (п. 4) при помощи паза «ласточкин хвост» (рис. 1.1.49) и клина (п. 2), а от продольного перемещения – сухарем (п. 3). Подушка также крепится к шаботу при помощи «ласточкина хвоста» и клина (п. 5) и сухаря (п. 6).

Рис. 1.1.49 Крепление нижнего бойка к шаботу молота.

Верхний боек (рис. 1.1.50) крепится к штоку бабы (п. 1) также при помощи «ласточкина хвоста» и основного клина (п. 2) и сухаря (п. 7). Однако для того, чтобы основной клин верхнего бойка при работе случайно не выпал, в бойке сделан еще один паз «ласточкин хвост», в который входит малый клин (п. 6) с отверстием. В это отверстие входит кончик подпружиненного фиксатора (п. 5), который стопорит малый клин, удерживающий от выпадания основного клина. Поэтому, чтобы снять верхний боек, необходимо «утопить» фиксатор, сжав пружину (п. 4), вытащить малый клин и только тогда можно будет выбить основной клин, удерживающий верхний боек в штоке бабы.

Рис. 1.1.50 Крепление верхнего бойка к штоку молота.

Основным инструментом молотовой ковки являются бойки, которые могут быть плоскими, комбинированными или специальными. Плоские бойки являются наиболее универсальными и применяются для всех видов ковки. Комбинированные бойки (рис. 1.1.51 а) предназначены для ускорения процесса протяжки, а вырезные (рис. 1.1.51 б) используются для ковки различных элементов в срединной части заготовки, а также для оформления «наверший» или «лапок» на концах заготовок.

Рис. 1.1.51 7 – Комбинированные (а) и специальные (б) бойки молота.

Если в верхнем бойке просверлить установочное отверстие, а сбоку сделать резьбовое отверстие для стопорного винта, то при помощи различных пуансонов (рис. 1.1.52) можно будет значительно повысить количество технологических операций, производимых на молоте.

Рис. 1.1.52 Сменные пуансоны.

Бойки, рабочие сменные накладки и вкладыши к бойкам изготавливаются из сталей 50, 50Г, 40ХН, 5ХНВ, 5ХГМ и подвергаются термической обработке на твердость HRC 40–50. Кромки рабочей поверхности бойков должны быть по технике безопасности скруглены.

Основными технологическими операциями при ковке являются:

Отрубка – операция, при которой отделяется какая-либо часть заготовки, а разрубка – разделение заготовки на заданные длины. Отрубка прямоугольных заготовок небольших сечений (рис. 1.1.53 а) осуществляется «в холодную» двумя стальными подкаленными заготовками прямоугольного сечения, одна из которых (п. 4) укладывается на нижний боек (п. 5), а сверху накладывается заготовка (п. 3). На нее параллельно нижнему ножу накладывают второй нож (п. 2) так, чтобы между режущими кромками был минимальный зазор. Нанося по верхнему квадрату удар бойком (п. 1), разрубают заготовку на части. Более толстые заготовки разрубают «в горячую» топором (рис. 1.1.53 б) с одной стороны без применения и с применением (в) подкладного квадрата.

Рис. 1.1.53 Отрубка (а) и разрубка (б) заготовок.

Протяжка – основная операция, при которой изменяется площадь сечения заготовки и увеличивается ее длина. Протяжку можно производить как на всю длину в одном направлении, без кантовки (Рис. 1.1.54), с кантовкой после каждого прохода (б) и кантуя заготовку после каждого удара на 90 градусов (в).

1.1.54 – Схема протяжки.

Гибка на молоте осуществляется следующим образом: нагретую заготовку зажимают между бойками молота и ударами кувалды гнут ее (рис. 1.1.55 а). Для гибки скоб используют подкладной штамп и оправку соответствующего радиуса (рис. 1.1.55 б).

Рис. 1.1.55 Гибка заготовки.

Осадка производится на молотах с помощью плоских бойков, а высадку невысоких заготовок – с помощью подкладного кольца (рис. 1.1.56 а). Удаление поковки (п. 1) из кольца (п. 3) производится при помощи надставки (п. 2) и подкладки (п. 4), (рис. 1.1.56 б). Высадку головки на длинном стержне производят следующим образом: конец заготовки (п. 6) (рис. 1.1.56 в) нагревают, после чего стержень зажимают бойками молота (п. 8) и тяжелым подвешенным на цепях (п. 10) инструментом (п. 9) (соколом или балдой) ударяют по нагретому концу и деформируют головку.

Рис. 1.1.56 Высадка заготовки

Пробивку отверстия в плоской заготовке (п. 2) (рис. 1.1.57 а) осуществляют на подкладном кольце (п. 3) с подставкой (п. 4) с помощью прошивня (п. 1), который внедряется в заготовку до образования отверстия и отделения «выдры» (п. 5). Изготовление отверстий в более толстых заготовках (рис. 1.1.57 б) осуществляют при помощи конического прошивня, который устанавливают на нагретую заготовку и с помощью молота внедряют его на 2/3 ее высоты. После этого заготовку переворачивают (рис. 1.1.57 в) на потемневшее место устанавливают прошивень и ударами верхнего бойка пробивают отверстие и выбивают «выдру».

Рис. 1.1.57 Пробивка заготовок

Пневматические молоты используют кузнецы в основном для предварительных операций, таких как протяжка, разгонка, осадка и др. А вот киевские кузнецы-художники О. Стасюк, В. Демин и А. Миловзоров отковали на молоте оригинальную решетку для Дома художников в Киеве (фото 1.1.23–1.1.26).

Еще одно уникальное изделие – пятитонную розу (фото 1.1.27) изготовили ульяновские кузнецы фирмы «Корч» под руководством Александра Романова и Ивана Монастырского на гидравлическом прессе усилием 1250 т Ульяновского завода тяжелых станков. Технология художественной ковки таких крупногабаритных изделий (высотой более 3,5 м) не имеет аналогов в мире. Эта роза была подарена Санкт-Петербургу на 300-летие города.

На фото 1.1.28 директор ульяновской фирмы, президент Союза кузнецов России Алекандр Романов делится своими планами с Генеральным директором «Металлургиздат» Ольгой Николаевной Новоселовой.

Ульяновские кузнецы изготовили и очень оригинальный столик-подставку (фото 1.1.29), столешницами которого являются распиленные вдоль и отполированные древние раковины.

Параллельно с развитием молотов шло развитие винтовых прессов, которые первоначально применялись в сельском хозяйстве для выжимания сока из фруктов и масла из семян, позднее использовались для чеканки монет, а с XVIII в. – для изготовления массовых деталей на оружейных и машиностроительных заводах.

Винтовые прессы с ручным приводом применяются для чеканки, обрезки заусенцев, запрессовки деталей и пробивания фасонных отверстий в листовых заготовках. На рис. 1.1.58 показан ручной винтовой пресс для пробивания фасонных отверстий (отдушек) на самоварных поддонах и конфорках. Пресс своим основанием (п. 1) (хвостом) надежно крепится к верстаку. При вращении маховика (п.2) с жестко связанным винтом (п.3) начинается перемещение вниз ползуна (п.4) с инструментом – пуансоном (п.5). На нижнюю матрицу надевается конфорка, в которой и пробиваются фасонные отверстия.

Рис. 1.1.58. Винтовой пресс.

Рис. 1.1.59–60. Давильный станок.

Для давильных работ применяют давильный станок (рис. 1.1.59), но можно использовать и токарный станок. На шпиндель (п.1) закрепляют деревянную колодку – оправку (п.2) с профилем, необходимым для выдавливания изделия, и заготовку – кружок из латуни. Оправка обычно изготовляется из дерева, а при выполнении сложных работ, связанных с большими усилиями, – из металла. Круглая металлическая заготовка из листовой меди, латуни, алюминия, низкоуглеродистых сортов стали прижимается к оправке специальным деревянным прижимом (п. 3) при помощи задней бабки станка (п. 6), установленной на станине (п. 7). Для выдавливания изделия применяют специальный инструмент – давильники (рис. 1.1.60 б, п. 8–11). Они в основном изготовляются из стали, но могут быть из латуни, бронзы и даже твердых пород дерева. Длина рукоятки давильника должна быть свыше 40 см, а рабочий конец может иметь шарообразную или скругленную форму или вращающийся ролик. Давильники при работе опираются на специальные штифты (п. 4), которые устанавливаются на упоре (п.5). Высота упора чуть ниже оси вращения заготовки. Давильник необходимо держать так, чтобы его рукоятка была направлена к подмышке. Перед работой заготовку и инструмент протирают салом или воском. Выдавливание начинают от центра к краям. Если в процессе выдавливания на заготовке начинают образовываться складки, то ее необходимо отжечь, а затем продолжать процесс выдавливания. После окончания выдавливания края заготовки следует подрезать резцом, поверхность обработать гладильным давильником (п. 9, 10) а затем шлифовать и полировать.

Техника безопасности

Все кузнечное оборудование относится к оборудованию повышенной опасности, поэтому при работе необходимо уделять большое внимание качеству ручного и съемного инструмента и средствам индивидуальной защиты.

Перед началом работы следует проверить исправность молота, а также наковальни, нагревательных устройств и воздуховодов и устранить замеченные недостатки. Наковальня должна быть надежно прикреплена к стулу и стоять устойчиво. Расстояние между наковальней и горном должно быть не менее 1,5 м, между рядом расположенными наковальнями – не менее 4 м и от наковальни до прохода – не менее 2 м. При проверке наковальни «на удар» звук должен быть чистым, звонким, без дребезжания, что свидетельствует об отсутствии трещин.

До начала работы устанавливают щиты, где это необходимо, для предохранения от возможного поражения людей отлетающей окалиной или частицами металла, а также экраны для защиты от теплового воздействия нагревательных устройств.

Перед началом работы следует проверить инструмент. Разрешается работать только исправным инструментом, и обязательно использовать его по прямому назначению. Инструменты следует располагать на рабочем месте с максимальным удобством для пользования, не допуская в зоне работы лишних предметов. Пол на рабочем месте должен быть ровным и сухим (не скользким); следует своевременно производить его уборку и не загромождать заготовками, отходами и другими предметами. В бачке для охлаждения инструмента всегда должна быть чистая вода.

Перед работой необходимо очистить от окалины, масла, воды или других возможных загрязнений рабочую поверхность наковальни, протереть тряпкой (ветошью) мокрый или замасленный инструмент.

Во время работы следует пользоваться защитными очками с небьющимися стеклами для предохранения глаз от поражения отлетающими частицами, а при обработке поковок, нагретых до белого каления, – очками со светофильтром. Нельзя смотреть незащищенными глазами на яркое пламя – это может привести к ослаблению и потере зрения.

На рабочем месте недопустимо присутствие лиц, непосредственно не участвующих в работе. При выполнении работы надо быть внимательным, не отвлекаться на посторонние дела или разговоры и не отвлекать от работы других.

При ковке заготовок необходимо соблюдать температурный интервал. Ковка перегретого или охладившегося ниже нормы металла запрещается, так как это может быть причиной несчастного случая.

Инструмент перед применением надо подогревать, а сильно нагревшийся во время работы охлаждать в бачке с чистой водой и затем просушивать. Удалять окалину и обрубки с наковальни рекомендуется специальными щетками или короткой метлой.

Перед ковкой следует удалить с заготовки окалину металлической щеткой, скребком или легкими ударами молотка. Поковку надо брать клещами так, чтобы губки клещей плотно прилегали к ней. Для надежного крепления поковок в клещах на их ручки рекомендуется надевать предохранительные кольца. Заготовку укладывают на наковальню так, чтобы она плотно прилегала к ней (проверяют легким ударом по заготовке молотком). Для подъема и перемещения к наковальне вручную тяжелых заготовок пользуются самозажимающими (болваночными) клещами. Ручки инструмента при ударах надо держать только сбоку, а не перед собой. Нельзя держать пальцы между ручками клещей. Необходимо следить за тем, чтобы молотобоец стоял к кузнецу вполоборота, а не напротив него. Команды молотобойцу следует подавать четко, громким голосом и показывать молотком место удара. Наносить удары можно только по месту ковки.

Должны быть исключены удары по клещам, ручкам инструмента, холостые удары кувалдой по наковальне. Окончание ковки производить по команде «Стой!», а не выносом поковки с наковальни. Класть какой-либо инструмент на поковку или изменять ее положение разрешается только после предупреждения молотобойца.

При рубке металла зубило устанавливают строго вертикально. Рубку производят на краю (ребре) наковальни, на плоскости наковальни с «подкладкой» и на незакаленной площадке около рога. Первый и последний удары делаются слабыми; перед последним ударом заготовку переворачивают подрубленной стороной вниз и наносят окончательный удар. Отрубаемый конец поковки следует направлять от себя и в сторону, убедившись в том, что это не угрожает кому-либо.

По окончании работы отключают нагревательные устройства и оборудование; убирают инструмент, очищают горн и подметают пол.