Ковка металла – виды, основы и приемы технологии

Все, что нужно знать о ковке металла

  1. Что это такое?
  2. Обзор видов
  3. Необходимые инструменты
  4. Технология
  5. Применение

Путать ковку со сваркой могут, наверное, только те, кто крайне далек от темы обработки металлов. Но разбираться в базовых понятиях может быть полезно и неспециалисту. А еще более интересно будет разобраться в том, что привлекает и может стать средством заработка. Кованые изделия действительно востребованы, и предела совершенству в их изготовлении нет.

Что это такое?

Если очень коротко, то ковка – это такой способ обработки металла, после которого этот металл меняется. Он нагревается до так называемой ковочной температуры, становится пластичным, что и использует специалист для придания новых форм заготовкам. Каждому металлу присущи свои характеристики, в том числе и уровень ковочной температуры.

Любопытно, но слова «ковка» и «коварство» неслучайно имеют один корень. Кузнечное дело веками народам и племенам казалось немного мистическим, тайным. Кузнец делал ковы и, если сократить объяснение до одного предложения, «коварство» как-то взяло и обрело значение мудрости, тайного знания, особых навыков. Это только потом оно стало ассоциироваться с негативными намерениями.

В XX веке кузнечное дело утратило свой вес. Производство стало унифицированным, появилось прокатное и штамповочное оборудование, а потом добавилась еще и компьютеризация процесса. Кузнечное дело слабо конкурировало в индустрии, но конец эпохи еще не настал. Массовое производство оказалось таким привычным людям третьего тысячелетия, что они иначе взглянули на ручной труд. И оказалось, что кованые лестницы, ограды, всевозможные архитектурные и дизайнерские элементы – это красиво, в этом есть особый шик.

Потом ковка металла удачно интегрировалась с компьютерным проектированием, в специальных 3D-конструкторах стали разрабатывать кованые изделия для самых разных целей. Свободную ковку сегодня используют для многих видов металла, ее методом делают предметы обихода, а также те объекты, которые можно назвать высокохудожественными. Мало кто задумывался об этом, но ковка применима и в ювелирной сфере.

Наиболее ковким металлом является золото: оно очень пластично, тягуче, текуче, податливо процессу ковки.

Итак, эта технология стара как мир, переживала упадок, но возродилась и подчинила себе инновационные ресурсы. А принцип технологии ковки элементарен, он основывается на физических свойствах любого материала, обладающего температурой плавления. Например, железо плавится при 800-1200 градусах, ковочная температура меди – 100-600 градусов, а алюминия – 400-480.

Обзор видов

Это будет интересным даже для тех, кто о ковке не знает почти ничего. А еще это небольшой ликбез по физике.

Свободная

Она осуществима, если металл разогрелся до нужного уровня. Кстати, свободная ковка и горячая ковка – это одно и то же. Долгое время (почти всегда) это был единственно возможный способ изготовления кованых элементов. Горячая ковка – это нагревание металла до той температуры, когда он начинает быть пластичным, и тогда его обработка ударным инструментом становится простой (относительно, конечно). Материал податлив и принимает нужные мастеру формы. В свободной ковке используются особые технологии металлообработки, которые дают максимально широкое поле выбора мастеру.

И все же этот метод не обходится без недостатков. Например, чтобы нагреть металл, потребуется горн либо муфельная печка. Это дорого, требует организации особого помещения, а также подобное оборудование не так легко содержать и обслуживать. А ведь еще и топливо приобретать необходимо. Наконец, это открытый источник огня, а значит, мастер, работающий с ковкой, должен предельно точно соблюдать все меры безопасности. Не говоря уже о том, что он не может работать без специальных навыков, знаний о температурных параметрах разных металлов.

Машинная

Под этим термином понимается деформация сплавов, которая происходит с применением автоматических молотов либо гидравлики, прессов, падающих с огромным весом (доходит до 5 тонн). И вес поковок после такого вида ковки может равняться 100 тоннам, и даже это не предел. То есть для данного типа ковки необходимы и очень крутые подъемные механизмы, и разнокалиберные манипуляторы. Но при этом такой способ ковки считается самым экономичным. И она действительно экономически целесообразна, если надо получить фасонные заготовки из стали, механические свойства которых будут очень высоки.

Это касается и мелкосерийного, и индивидуального производства.

Штамповка

Именно благодаря такому технологическому производственному приему ковка стала массовой. Металл в своем преображении оказывается ограничен штампами, деформируясь, он получает нужную форму. Там, где надо получить много кованой продукции и быстро, применяют штамповку. В сравнении с той же свободной ковкой у штамповки производительность будет выше в десятки раз. При этом квалификация занятых на производстве рабочих – ниже. А еще штамповка позволяет достичь большей точности размеров и чистоты поверхности поковок.

Штамповка бывает горячей и холодной. При горячей штамповке процесс формообразования завязан на штампах. Их рабочие полости, которые называются ручьями, допускают течение материала лишь в заданном направлении и до ограниченных пределов, а значит, в результате такого процесса получится поковка по форме и размерам только одного вида. Еще ее называют принудительной.

Необходимые инструменты

Инструментов и приспособлений, участвующих в ковке, множество. Каждый новоизобретенный инструмент был обязан упростить для мастера процесс ковки, усовершенствовать его. Но некоторые инструменты фактически не меняются, по принципу действия и назначения они с мастерами уже много столетий. Это кузнечный очаг, наковальня, молот и клещи.

Кузнечные очаги бывают:

  • переносными и стационарными;
  • закрытыми и открытыми;
  • электрическими и работающими на топливе;
  • жидкостными, задействующими твердое топливо и газотопливными;
  • имеющими боковые сопла топливной подачи и с центральной фурмой.
Читайте также:
Какие строительные герметики применяются для ремонта и строительства дома.

Как выглядит наковальня, наверное, представляют и неспециалисты в кузнечном деле. Наковальня – это такой большой металлический стол, где и формируется сама заготовка. Это в каком-то смысле рабочее поле кузнеца. Стол включает основание, рог и наличник, имеющий отверстия под гибку. Видов наковален тоже много, но у каждой обязана быть стальная опора, весящая не менее 30 кг.

А вот клещи кузнецу нужны, чтобы проводить с заготовкой самые разные манипуляции в ходе работы. Молот же считается основным инструментом мастера, и они разнятся по массе. Также специалисту для работы понадобится горн или печка, а еще «державка» – это такой стержень, имеющий лапы для захвата болванки.

Если говорить о материалах, так самые первые кованые изделия изготавливали из меди. Когда-то этот вид металла был самым распространенным с точки зрения самородных материалов. Да еще и по ковкости лучше меди материала не найти, ведь ее можно ковать даже на 100 градусах, и первобытным мастерам такие температурные разбежки были вполне доступны.

Уже потом люди принялись за ковку железа и бронзы.

Технология

А теперь можно немного углубиться в физику процесса, она доступна (хотя бы для осмысления) даже в домашних условиях. Тем, кто собирается ковать своими руками, такие знания нужны непременно. Главное правило кузнеца – как нагреешь, так и пойдет. То есть сначала металлическую заготовку надо нагреть, и нагреть качественно. Для этого и нужен горн или нагревательная печь: что именно, зависит от типа заготовки.

Сначала разогревают печь (допустим, рассматривается процесс именно с учетом ее использования), и разогревают до темно-красного цвета. Затем в готовую печь надо отправить заготовку. Она непременно должна быть горячей, иначе не избежать трещин во внутренних сплавных слоях. Для предварительного подогрева хватает 300 градусов температуры, достижение таких значений заметно по дыму и тому, как легко зажигается масло на поверхности элемента.

Что делать дальше, расскажем в инструкции.

  1. Когда продукт уже в печке, нагрев нужно плавно нагнетать. Конечно же, контролируя процесс. Тут выстраивается прямая зависимость: чем выше будет температура, тем пластичнее и мягче станет заготовка.
  2. Но и перегрева надо всячески избегать. Чем выше нагревается металл, тем яснее угроза образования кристаллов, обладающих слабыми связями. А значит, после ковки сплав может быть хрупким, с заметными трещинами и даже надрывами. Речь идет уже о перегреве металла.
  3. Если же температура будет, напротив, малой, с заготовками просто нереально окажется работать. Надрывы и трещины никуда не денутся.
  4. Вынутую из печки заготовку непременно предстоит уплотнить, потому что внутри детали могут быть пустоты (металл на самом деле не на 100% однороден). А уплотняют заготовку молотком: им бьют от середины детали к концам.
  5. Подготовка молотом – это первое действие, которое фактически приводит в порядок сплав, то есть уплотняет его. Далее идут сугубо специальные действия. Из металла на рассматриваемом этапе можно получить цилиндры (пустотелые либо сплошные), а еще кольца, плоские заготовки и т. д. А чтобы сделать, например, вытягивание, надо обжимать деталь несколько раз, металл должен перемещаться по оси. Если заготовка очень большая, работают с частями: сначала с нижней частью, потом с остатком. Вариантов заготовок очень много. Как и, собственно, способов ковки. И задача кузнеца заключается в том, чтобы выбрать лучший из них.
  6. Далее следует этап окончательной отделки. До этого заготовку можно назвать не более чем металлическим черновиком из-за ее неровности, грубоватой поверхности и несовпадения с размерами, которые ожидаются изначально. Деталь очищают зубилом, потом по всей поверхности хорошенько проходятся молотом. Потом нужно проверить спецлинейками размеры и неровности, ориентируясь на коррекцию того, что не получилось сразу.
  7. Дальнейшим состоянием металла будет снижение тягучести детали, она начнет затвердевать. И это ключевой момент всего процесса, потому что трещины чаще всего появляются именно на данном этапе (это связано с малой подвижностью материала и нарушениями связей меж частицами).
  8. Чем больше заготовка, тем сложнее она будет остывать. Способны возникать внутренние натяжения, что чревато явно нежелательными деформациями. А чтобы такого не случилось, элемент отправляется в горячий мусор. И сделать это надо, пока деталь еще красная. Это если процесс относительно прост, а если же уровень сложности повыше, понадобится еще один отжиг.

Мастера говорят, что ковку можно назвать искусством компромисса.

Мало знать главные операции, надо еще и уметь определять способ ковки, форму и вид инструментов, подбирать актуальное и наиболее рациональное для каждой конкретной задачи действие. И еще нужно уметь видеть наперед, прогнозировать результат. Конечно, все это приходит с опытом.

Применение

Ковка ориентирована именно на мелкосерийное или единичное производство. В чем-то она лучше литья: наверное, в меньшей трудоемкости и длительности процесса, в разности температур и выборе инструментария. Для литья, например, требуются очень мощные (а значит, и очень дорогие) печи.

В быту кованые изделия используются очень активно. Они украшают интерьер: от кованых подставок и подсвечников до вешалок и больших декоративных композиций. Очень популярны сейчас кованые корзины для дров: они выглядят очень гармонично в интерьере, где есть печка или камин.

Шикарно и убедительно смотрятся двери с элементами ковки, мебель: кресла, кровати, скамьи. Кованые часы очень облагораживают интерьер или уличное оформление дома. А лестницы из кованого металла – это еще и вложение на долгие десятилетия, они вне моды и времени. Беседки, ограждения, ворота тоже идеально смотрятся в кованом виде.

Читайте также:
Комплектные трансформаторные подстанции: виды и техусловия КТП

Словом, актуальности запроса на кованые изделия пока ничто не угрожает. Это всегда изящная ручная работа, красивая и очень прочная, эксклюзивная (в большинстве случаев) и интересная как мастеру в процессе изготовления, так и заказчику.

Кузнечный цех: краткое описание, оборудование. холодная ковка

Что в себя включает технология ковки, какое оборудование и приемы используются в самом старом виде металлообработки?

Понятие ковки металла

Говоря простым языком, ковка — обработка металла, нагретого до ковочной температуры. Принцип технологии построен на физических свойствах любого материала, имеющего температуру плавления. Но прежде, чем будет достигнут этот порог, структура вещества станет более мягкой.

Каждый металл имеет свою температуру, при достижении которой он становиться более мягким, а, значит, и более податливым для обработки путем ковки.


Однако, существует также технология металлообработки, когда заготовку не нагревают, а куют холодной. Такой прием позволяет получить не менее прочные изделия, без нагревания заготовка прессуется и изгибается.В таблице указаны пределы температур, при которых тот или иной металл можно ковать.

Особенности процесса

Технология горновой сварки проста и сложна одновременно, так как необходимо всего лишь нагреть заготовки, тщательно проковать шов и выполнить отделку (если требуется). Сложность же состоит в кропотливости и монотонности, что требует колоссального терпения от сварщика. В результате, при должном терпении и усердии, получается прочный и плотный шов.

Не стоит забывать о том, что ковке поддаются не все металлы. Цветные металлы и их сплавы образуют пористое хлипкое соединение, такой же результат при обработке легированных сталей.

Стоит отметить, что чугун и его вариации абсолютно не поддаются кузнечной сварке.

Нагрев

Началом сварочного процесса становится нагрев деталей до определенной температуры в специальных печах, топливом для которых может служить каменный или древесный уголь. В приоритете, конечно, древесный — в нем очень низкое содержание серы, избыток которой ухудшает качество шва, делает его более пористым.

Каменный уголь применяется только в просеянном виде и реже, в нем содержится до 1% серы. Для равномерного и быстрого испарения серы во время горения угольные фракции должны быть примерно одного размера.

Для испарения серы уголь должен прогореть какое-то время. Только потом в огонь можно поместить металлические заготовки. Низкоуглеродистые металлы нагревают до 1300-1400°С. Определяют степень нагрева по цвету раскаленного металла — в указанном диапазоне цвет колеблется от ярко-желтого до ярко-белого. Металлы с высоким содержанием углерода нагревают до 1200°С, определяя нужную степень нагрева по ярко-белому цвету с желтыми прожилками.

Во избежание прожога на заготовки наносят специальный состав — флюс. В качестве флюса чаще всего используют просеянный речной песок, который можно смешать с поваренной солью или бурой. Можно также приобрести состав в магазине. Наносить флюс необходимо тонким слоем непосредственно в момент нагрева, так намного ниже вероятность образования шлака.

Для высокоуглеродистых металлов флюс желательно смешивать с ферромарганцем или железными опилками, так как эти добавки поглощают избытки углерода и способствуют укреплению сварного шва.

При потребности в соединении разных металлов, нагрев стоит осуществлять с той детали, в которой меньше содержание углерода, так как ее потребуется дольше нагревать. Вторую заготовку следует нагревать чуть позже.

Ковка

После достижения требуемой степени нагрева металлических заготовок, наступает процесс ковки. Ковка представляет собой частые ритмичные удары по состыкованным деталям, которые располагаются на наковальне. Процесс правильной ковки выглядит так:

  • Сразу после нагрева детали необходимо 1-2 раза стукнуть о наковальню для сбивания образовавшейся окалины. Некоторые используют для этого металлические щетки.
  • Детали быстро прижимают друг к другу и укрепляют стык, слегка ударив по нему кузнечным молотом.
  • Чтобы металл не окислился соединение деталей должно быть плотным, а удары молотом частыми и ритмичными с постепенным увеличением силы.
  • Для большей прочности детали проковывают от центра к краям не уменьшая частоты ударов. Ускорить процесс помогает одновременная работа двух или более кузнецов.

Подобная последовательность обеспечит достаточно плотное и монолитное соединение. Встречаются кузнецы, которые несколько раз нагревают и проковывают заготовки. Не стоит отрицать, что готовое изделие выглядит более однородным, но существует опасность разрушения шва. Необходимо оценить уровень мастерства прежде, чем совершать подобные манипуляции.

Отделка

В редких случаях в кузнечной сварке применяется внешняя отделка готового изделия. В основном, такой этап популярен в художественной ковке. Для улучшения внешнего вида используют пасту для полировки, щетки с металлическим ворсом, пасту ГОИ. Также для более эстетичного вида изделия можно применить полировку, кварцевание, патинирование.

Виды кузнечной обработки

Существуют основные виды ковки металла:

  • Свободная.
  • Машинная.
  • Штамповка.

Свободная ковка подразумевает то, что заготовки не ограничены никакими формами. Или же материал будет закреплен с одной стороны на наковальне. К этому технологическому приему относиться и ручная ковка металла, когда изделию придают форму, используя кувалду или молоток. Свободная ковка применяется как для производства отдельных продуктов, так и просто для улучшения качества материала.

При проковке поверхности заготовки улучшается свойство металла. Крупные кристаллы материала размельчаются, структура станет более мелкозернистой и однородной. К тому же, при поковке завариваются внутренние раковины, упрочняя тело заготовки.

Машинная ковка — более современный вариант обработки. Такая технология используется в массовой, тяжелой промышленности. При этом используют механизированные молоты (с массой от 40 килограмм до 5 тонн), ковочные машины или прессы. Вес заготовок и конечных поковок порой может достигать нескольких десятков тонн.

Читайте также:
Как сделать электролобзик из подручных средств

ПОСМОТРЕТЬ Индукционный нагреватель на AliExpress →

Штамповка. Такой технологический прием позволил сделать производство массовым. При изготовлении изделий металл ограничивается штампами и при деформации получает нужную форму.

Штамповка используется в массовом производстве, где важно получить большое количество продукции. Свободная ковка, как правило, используется в мелкосерийном и единичном производстве.

Элементы кованых узоров

Изделия холодной ковки можно отнести к одному из типовых элементов:

Элементы кованых узоров

  • Завиток.Спиралевидный завиток может быть однонаправленный и двунаправленный- то есть с изменением направления закручивания спирали. На практике при использовании прутка 10-12 мм можно получить до 5 витков спирали
  • Двойной завиток, или китайский фонарик. Это пространственная конструкция из двух или более элементов, каждый из которых является обычной двухрядной спиралью. Изготовляется на твистере
  • Волюта.Завиток односторонний или двухсторонний, используется для отделки решеток, балюстрад, мебели.
  • Крутень.Скрученный вдоль продольной оси пруток (или несколько прутков). Используется для балясин, элементов декора, рукояток каминных инструментов
  • Навершие. Используется как конечный элемент на прутьях решеток, Это пика, к которой прикрепляется ряд завитков.

Все эти элементы можно получить и методами горячей ковки, однако трудоемкость работ и потребная квалификация кузнеца, а, следовательно, и стоимость, возрастет при этом многократно.

Оборудование и инструменты

Многовековое развитие такого вида металлообработки привело к появлению огромного количества инструментов и приспособлений. Но горячая ковка металла сохранила ту же технологическую линию, как и тысячи лет назад: нагревание, закрепление, деформация, закалка.
При изготовлении кованых изделий ручным способом используют практически те же наборы инструментов и оборудования, которые применяли мастера с зарождения этой технологии. Список следующий.

  • Кузнечный очаг → ПОСМОТРЕТЬ на AliExpress
  • Наковальня → ПОСМОТРЕТЬ на AliExpress
  • Клещи.
  • Молот → ПОСМОТРЕТЬ на AliExpress

Кузнечный очаг или горн используется для нагревания материала до нужной температуры. Существует множество различных видов этого оборудования.

  • Стационарные и переносные.
  • Закрытые и открытые очаги.
  • Топливные или электрические.
  • Жидкостные, газо- или твердотопливные.
  • С боковыми соплами подачи воздуха или центральной фурмой.

Наковальни — это массивные металлические столы, где собственно и происходит формирование заготовки. Состоят из основания, рога и наличника с отверстиями для гибки. Существует несколько разновидностей этого кузнечного приспособления, однако обязательно наличие стальной опоры с весом от 30 килограмм.

Клещи в ручной ковке мастер использует для оперирования заготовкой в процессе работы.

Молоты — основной инструмент, использующийся в кузнечном деле, могут иметь различную массу для работы с разными по габаритам заготовками.

Холодная художественная ковка

В процессе производства современных предметов мебели, а также разных видов бытовых защитных конструкций такой метод как холодная художественная ковка практически не используется. В первую очередь, это связано с тем, что данный метод основывается на применении заранее подготовленных металлических заготовок.

Сам процесс изготовления таких металлических заготовок происходит на специальном оборудовании в автоматическом режиме. В дальнейшем для ручной сборки применяется технология холодной сварки.

Как бы это ни странно звучало, именно использование заготовок уменьшает шанс получения оригинальной детали. Тем не менее, изделия полученные таким способом обладают достаточно неплохими эксплуатационными качествами: надежностью, качественностью, прочностью, износостойкостью, а также длительным сроком службы. Методом отличается также и своей доступной ценовой категорией.

Наиболее часто технологию используют для защитных сооружений, для которых такие качества как практичность и надежность находятся на первом месте. В редких случаях может использоваться в ювелирном промысле, поскольку под воздействием сильных ударов металл уплотняется, а также теряет свою пластичность, в результате чего появляется наклеп.

Кузнечные приемы

Основные кузнечные операции, использующиеся в технологии ковки металла:

  • Осадочные.
  • Высадочные.
  • Протяжные.
  • Обкатки.
  • Раскатки.
  • Прошивки.
  • Разгонки.

Осадочные кузнечные работы подразумевают уменьшение высоты заготовки и увеличение ее поперечной площади сечения.

Высадка, по сути, частичная осадка заготовки. Применяется, когда на поверхности металла нужно сделать некоторые утолщения. Добиваются этого за счет уменьшения длины заготовки.

Протяжка — еще один технологический прием обработки металла кузнечным способом. Такая операция подразумевает удлинение заготовки. При этом уменьшается поперечная площадь сечения.


Раскатка на станке

Обкатка в кузнечном деле подразумевает собой придание заготовке формы цилиндра. В процессе деформации металла заготовка проворачивается вокруг своей оси.

Раскатка — обработка кольцевой заготовки. Когда нужно увеличить ее внутренний и наружный диаметры, металл раскатывают на оправке за счет уменьшения толщины стенок.

Прошивку в кузнечном деле применяют для получения сквозного отверстия за счет использования пробойника.

Разгонка — это операция получения более широкой заготовки. По сути, металл для ковки расплющивают на поверхности наковальни молотом, двигаясь поперек оси изделия.

Существует также множество других приемов, с помощью которых получают требуемые формы изделия.

Обустройство помещения для кузницы

Бизнес-план кузницы — это документ, согласно которому будет реализовываться проект. Если говорить о требованиях к помещению для данного вида деятельности, то в первую очередь следует отметить, что оно должно быть просторным и светлым. Высота потолков должна составлять минимум три-четыре метра при общей площади от 40 кв. м.

Основным оборудованием кузницы является горн на один или два огня. Для него необходимо оборудовать дымоход. На расстоянии полутора или двух метров от горна устанавливается наковальня, чуть дальше от нее – тиски. Вместе с конструкцией горна необходимо монтировать ящики для воды, которая нужна для закалки или охлаждения инструмента.

Кузнечный инструмент должен находиться в удобном месте. Можно вешать его на стене или оборудовать для него специальную стойку. Сверлильные станки, стальные передвижные козлы, рычажные ножницы, пневматический молот – все это поможет мастеру создавать качественные кузнечные изделия.

Читайте также:
Какой детский батут на дачу лучше выбрать?

Варианты соединения

Для более прочного шва, в горновой сварке используют шесть типов соединения заготовок:

  1. Внахлест. Самый популярный метод. Прочность соединения достигается за счет высадки (деформации) концов деталей с последующей их накладкой друг на друга.
  2. В обхват (в разруб). Этот способ считается самым надежным. Концы заготовок (чаще всего это металлические стержни) высаживаются, после чего одну деталь разрубают вдоль и раздвигают образовавшиеся концы. Конец второй заготовки формируют так, чтобы он легко вошел в разруб. После чего осуществляют процесс сварки по привычной технологии.
  3. Сварка встык считается самой недолговечной. Производится в случае необходимости соединения поперечной и продольной деталей или невозможности осуществления любого другого способа. Концы заготовок нагревают, соединяют, после чего ударами с торцов укрепляют соединение.
  4. Для монолитного скрепления заготовок из листовой стали наиболее востребованным является метод сварки в расщеп. Торцы обеих заготовок дважды разрубают, отгибают получившиеся «лепестки» и уже потом нагревают и проковывают.
  5. Сварка с «шашками» актуальна для соединения деталей, у которых отсутствует часть. Такие вставки выполнены из малоуглеродистой стали, благодаря чему легко заполняют пустой участок. Для более прочного соединения удары наносят сильно.
  6. Кольцевая сварка. Для сварки колец часто используют сталь круглого сечения. Прут сгибается до нужного диаметра, торцы заготовок высаживают до плоского состояния, а потом производят сварку по типу внахлест.

Общая информация

Кузнечная сварка (она же сварка ковкой) — метод соединения металлов, суть которого заключается в формирование сварного шва с применением кузнечных инструментов. Металл доводят до пластичного состояния и бьют по нему кузнечным ударным инструментом. До изобретения РДС такой способ сварки применялся повсеместно. Но сейчас кузнечная сварка применяется только для соединения деталей из низкоуглеродистой стали.

Чтобы получить качественный шов нужно тщательно очистить металл. Загрязнения и коррозия не должны препятствовать формированию шва во время ковки. Но нужно понимать, что кузнечная сварка — это трудоемкая и малопроизводительная работа. К тому же, шов получается не таким уж прочным, как хотелось. По этой причине сварка ковкой не применяется на производствах, а остается уделом частных мастерских. Тем не менее, с помощью такой незамысловатой технологии можно своими руками выполнить несложный ремонт в полевых условиях.

Основы процесса ковки металла

Что в себя включает технология ковки металла, какое оборудование и приемы используются в самом старом виде металлообработки? Об этом далее.

Ковка металла, наряду с литьем, самая древняя технология по обработке материалов. Причем производить изделия таким способом человечество начало еще задолго до появления железа и стали. Первые кузнецы работали около 5-6 тысяч лет назад. Со временем технология лишь совершенствовалась и дополнялась новыми приемами. Сегодня ни одно производство не обходиться без обработки металла ковкой.

Что в себя включает технология ковки, какое оборудование и приемы используются в самом старом виде металлообработки?

Понятие ковки металла

Говоря простым языком, ковка — обработка металла, нагретого до ковочной температуры. Принцип технологии построен на физических свойствах любого материала, имеющего температуру плавления. Но прежде, чем будет достигнут этот порог, структура вещества станет более мягкой.

Каждый металл имеет свою температуру, при достижении которой он становиться более мягким, а, значит, и более податливым для обработки путем ковки.


Однако, существует также технология металлообработки, когда заготовку не нагревают, а куют холодной. Такой прием позволяет получить не менее прочные изделия, без нагревания заготовка прессуется и изгибается.В таблице указаны пределы температур, при которых тот или иной металл можно ковать.

Виды кузнечной обработки

  • Свободная.
  • Машинная.
  • Штамповка.

Свободная ковка подразумевает то, что заготовки не ограничены никакими формами. Или же материал будет закреплен с одной стороны на наковальне. К этому технологическому приему относиться и ручная ковка металла, когда изделию придают форму, используя кувалду или молоток. Свободная ковка применяется как для производства отдельных продуктов, так и просто для улучшения качества материала.

При проковке поверхности заготовки улучшается свойство металла. Крупные кристаллы материала размельчаются, структура станет более мелкозернистой и однородной. К тому же, при поковке завариваются внутренние раковины, упрочняя тело заготовки.

Машинная ковка — более современный вариант обработки. Такая технология используется в массовой, тяжелой промышленности. При этом используют механизированные молоты (с массой от 40 килограмм до 5 тонн), ковочные машины или прессы. Вес заготовок и конечных поковок порой может достигать нескольких десятков тонн.

Штамповка. Такой технологический прием позволил сделать производство массовым. При изготовлении изделий металл ограничивается штампами и при деформации получает нужную форму.

Штамповка используется в массовом производстве, где важно получить большое количество продукции. Свободная ковка, как правило, используется в мелкосерийном и единичном производстве.

Оборудование и инструменты

При изготовлении кованых изделий ручным способом используют практически те же наборы инструментов и оборудования, которые применяли мастера с зарождения этой технологии. Список следующий.

Кузнечный очаг или горн используется для нагревания материала до нужной температуры. Существует множество различных видов этого оборудования.

  • Стационарные и переносные.
  • Закрытые и открытые очаги.
  • Топливные или электрические.
  • Жидкостные, газо- или твердотопливные.
  • С боковыми соплами подачи воздуха или центральной фурмой.

Наковальни — это массивные металлические столы, где собственно и происходит формирование заготовки. Состоят из основания, рога и наличника с отверстиями для гибки. Существует несколько разновидностей этого кузнечного приспособления, однако обязательно наличие стальной опоры с весом от 30 килограмм.

Читайте также:
Как отстирать детские вещи от старых пятен

Клещи в ручной ковке мастер использует для оперирования заготовкой в процессе работы.

Молоты — основной инструмент, использующийся в кузнечном деле, могут иметь различную массу для работы с разными по габаритам заготовками.

Материалы и технология ковки

Кузнечные приемы

Основные кузнечные операции, использующиеся в технологии ковки металла:

  • Осадочные.
  • Высадочные.
  • Протяжные.
  • Обкатки.
  • Раскатки.
  • Прошивки.
  • Разгонки.

Осадочные кузнечные работы подразумевают уменьшение высоты заготовки и увеличение ее поперечной площади сечения.

Высадка, по сути, частичная осадка заготовки. Применяется, когда на поверхности металла нужно сделать некоторые утолщения. Добиваются этого за счет уменьшения длины заготовки.

Обкатка в кузнечном деле подразумевает собой придание заготовке формы цилиндра. В процессе деформации металла заготовка проворачивается вокруг своей оси.

Раскатка — обработка кольцевой заготовки. Когда нужно увеличить ее внутренний и наружный диаметры, металл раскатывают на оправке за счет уменьшения толщины стенок.

Прошивку в кузнечном деле применяют для получения сквозного отверстия за счет использования пробойника.

Разгонка — это операция получения более широкой заготовки. По сути, металл для ковки расплющивают на поверхности наковальни молотом, двигаясь поперек оси изделия.

Существует также множество других приемов, с помощью которых получают требуемые формы изделия.

Особенности кузнечной обработки стали

  • Стальная заготовка должна нагреваться равномерно со всех сторон.
  • Обязательно при ковке стали нужно соблюдать температурные рамки, которые зависят от твердости материала. Легированные инструментальные марки металла нельзя перегревать свыше 1000 градусов, мягкие — более 1300. Недостаточный нагрев также не способствует нормальной кузнечной обработке: во-первых, это затрудняет ковку стали, а во-вторых, в структуре изделия могут образовываться трещины и разрывы.
  • Обязательно перед нагревом заготовки до температуры ковки металл предварительно нужно разогреть до показателя в 300 градусов.

До изобретения сварочных аппаратов кузнечным способом проводили и соединение металлических частей. Это делалось за счет сильного разогрева крепящихся концов заготовки и их последующего сдавливания ударами молота. Кузнечные сварные соединения использовались практически для любого доступного металла: меди, бронзы, серебра и железа.

Несмотря на развитие современных технологий, ковка металла остается одним из основных технологических приемов получения различных изделий. Кузнечным способом изготавливают различную продукцию. Усовершенствование такой обработки привело к массовому производству путем штампования по стандартной форме.

Пример работы в промышленных условиях можно посмотреть в предоставленном видео:

Несмотря на упадок и появление машинной штамповки, кузнечное дело не теряет своей популярности. Особенно пользуются спросом изделия художественной ковки.

А что Вы думаете по поводу материала этой статьи? Если у Вас есть опыт кузнечных работ и изготовления вещей путем ковки поделитесь им в блоке обсуждения к этой статье.

Ковка

Основные операции и технологический процесс ковки

Ковкой называют процесс горячей обработки давлением, при котором путем многократного действия универсального подкладного инструмента или бойков металл заготовки пластически деформируется, постепенно приобретая заданные форму, размеры и свойства.

Ковкой получают поковки с массой от десятков граммов до сотен тонн для изготовления деталей машин резанием. Мелкие поковки с массой менее 50 кг и средние поковки с массой 50. 400 кг в единичном и мелкосерийном производстве изготовляют ковкой, поскольку прибегать к штамповке экономически нецелесообразно из-за высокой стоимости и длительности изготовления штампов. В качестве исходного материала используют слитки, блюмы и сортовой прокат.

Различают ковку ручную, применяемую иногда при мелких ремонтных работах и выполняемую с помощью наковальни и кувалды, и машинную, осуществляемую с помощью молотов и прессов.

Применяемый для обработки кузнечный инструмент разделяют по функциональному назначению на основной (рис. 4.20, а), т.е. непосредственно деформирующий металл, и вспомогательный (рис. 4.20, б), предназначенный для удержания заготовки и манипулирования ею в процессе ковки.

Основные операции ковки — осадка, протяжка, пробивка, прошивка, гибка, скручивание, отрубка и кузнечная сварка.

Осадка — уменьшение высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения (рис. 4.21, а). Осадку производят бойками или осадочными плитами. Заготовки, у которых отношение высоты к диаметру или меньшей стороне поперечного сечения больше 2,5, осаживать не рекомендуется во избежание продольного искривления. Осадку применяют для получения поковок с большими поперечными сечениями из заготовок меньшего поперечного сечения (поковки шестерен, дисков и т.п.), перед прошивкой отверстия или перед протяж-

Рис. 4.20. Инструмент, применяемый при ковке: а — основной (1 — бойки; 2 — обжимки; 3 — раскатки; 4 — топоры;

5 — прошивки); 6 — вспомогательный (1 — патрон; 2 — вилка; 3 — клещи)

кой для увеличения укова или размеров поковки. Высадка — осадка части заготовки (рис. 4.21, 6).

Протяжка (рис. 4.21, в) — удлинение заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения — осуществляется последовательными обжатиями отдельных примыкающих друг к другу

Рис. 4.21. Основные операции ковки:

а — осадка; б — высадка; в — протяжка; г — раскатка; д — протяжка на оправке; е — гибка; ж — скручивание; з — отрубка; и — пробивка; к — прошивка участков заготовки при ее подаче вдоль оси. Количество обжатий, осуществляемых последовательно до определенной толщины заготовки, называется проходом. Два последовательных обжатия с промежуточной кантовкой (поворотом) между ними па 90° называется переходом. Протяжку выполняют в верхнем и нижнем плоских, верхнем плоском и нижнем вырезном и в обоих вырезных бойках. Чем более закрытую форму калибра имеют бойки, тем интенсивнее удлинение.

К разновидностям протяжки относятся раскатка (рис. 4.21, г) и протяжка на оправке (рис. 4.21, Э). Раскатка — увеличение диаметра кольцевой заготовки при вращении за счет уменьшения ее толщины с помощью бойка и оправки. При раскатке ширина кольца несколько увеличивается. Инструментами для раскатки служат плоский боек, оправка и люнет. Протяжка на оправке — увеличение длины прошитой или просверленной заготовки за счет обжатия ее по обе стороны оправки двумя бойками (нижним вырезным и верхним плоским или обоими вырезными). При протяжке наружный диаметр и толщина стенки заготовки уменьшаются. Раскаткой изготовляют поковки колец, а протяжкой на оправке — поковки сосудов высокого давления, стволов орудий и т.д.

Читайте также:
Корзина для игрушек штатная

Гибка (рис. 4.21, е) — образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы. Гибку осуществляют с помощью различных опор, приспособлений и в подкладных штампах.

Скручивание (рис. 4.21, ж) — поворот части заготовки вокруг продольной оси. Осуществляют его с помощью крана валками, например, при развороте колеи коленчатых валов.

Отрубка (рис. 4.21, з) — полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в нее деформирующего инструмента. Осуществляется гонорами для удаления прибыльной и донной частей слитка, лишних концов поковки или для разделения длинной поковки на более короткие части.

Пробивка (рис. 4.21, и) — образование в заготовке отверстия с удалением материала в отход путем сдвига.

Прошивка (рис. 4.21, к) — получение полостей в заготовке за счет вытеснения материала. Она может выполняться как самостоятельная операция — продавливание отверстия либо как подготовительная — для последующей раскатки или протяжки заготовки на оправке. Отверстия диаметром до 500 мм пробивают сплошным прошивнем с применением подкладного кольца, а отверстия большего диаметра — полым прошивнем, применяя в случае высокой заготовки надставки. Часть металла, удаляемая в отход вместе с прошивнем, называется выдрой.

Кузнечная сварка — образование неразъемного соединения под действием давления в пластическом состоянии. В связи с развитием новых видов сварки эта операция применяется редко.

Технологический процесс ковки представляет собой совокупность операций, непосредственно связанных с изменением формы исходной заготовки, ее свойств и состояния, а также с транспортированием от момента поступления заготовки в обработку до получения поковки. При разработке технологического процесса ковки по чертежу детали составляют чертеж поковки с припусками и допусками (рис. 4.22, а), а иногда и с напусками (рис. 4.22, б).

Припуск — превышение размеров поковки над номинальными размерами детали, обеспечивающее после обработки резанием необходимые размеры и шероховатость поверхности детали. Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами поковки называют допуском. Напуск — это местное увеличение припуска, позволяющее упростить форму поковки для облегчения ковки.

По размерам поковки подсчитывают ее объем и массу. В зависимости от массы поковки выбирают вид заготовки — слиток или прокат. Массу слитка Gcn подсчитывают по формуле

где Спок — масса поковки; Спр — масса прибыльной части слитка; Сдон — масса донной части слитка; Gvr — масса металла на угар; Gg — масса отхода на обсечки.

Рис. 4.22. Схема размеров поковки, припуска и напуска: а — размеры и припуск; б — припуск и напуск на заготовке

При расчете массы заготовки из проката можно пользоваться приведенной выше формулой, исключив из нее массы прибыльной и донной частей слитка.

Назначив величину укова, обеспечивающую требуемые механические свойства поковки, выбирают слиток или определяют размеры заготовки из проката. Для поковки, изготовляемой протяжкой, площадь поперечного сечения слитка или заготовки

где У — величина укова; Fl[OKmax — площадь максимального поперечного сечения поковки.

В зависимости от формы и сложности поковки выбирают необходимые операции ковки и рациональную последовательность их выполнения. Далее определяют нужные для ковки инструменты, приспособления, основное и вспомогательное оборудование. Исходя из марки стали назначают температурный интервал ковки, выбирают режимы нагрева слитка или заготовки и охлаждения поковки, а также нагревательную печь.

Основы процесса ковки металла

История возникновения кузни: описание холодной ковки

Ковка – это процесс обработки металла для придания ему желаемой формы, превращения заготовки (болванки) в продукт. У людей, которые незнакомы с особенностями работы по металлу, слово «кованый» ассоциируется с кузней, где болванку разогревают от 800 до 1000°С и обрабатывают молотом для придания формы. Но в быту чаще используются предметы, сделанные путем холодной ковки. Кастрюли, чайники, узоры на воротах и дверях, металлические подставки выполнены путем деформирования металла под давлением без предварительного нагрева.

Красивые кованые элементы можно создавать даже в домашних условиях без наличия специального дорогостоящего оборудования

Холодная ковка – более легкий, безопасный и эргономичный способ обработки, чем горячая. Главные преимущества:

  • оборудование для холодной ковки металла дешевое и эргономичное;
  • небольшая трудоемкость;
  • быстрое обучение работе, низкие требования к квалификации;
  • возможность создания уникального орнамента из базовых элементов.

Минусом является ограниченность рабочих поверхностей и материалов: прутьев, листов и пластин.

Холодная ковка — один из древних методов обработки металла

Ручная холодная ковка исторически старше, чем горячая. Первые изделия обнаружены в Египте и Месопотамии и датируются 4-3 тысячелетием до нашей эры. Изначально использовалась руда, которая поддавалась деформации после удара камнем. Холодная ковка применялась для изготовления украшений из золота. Мягкий металл было удобно обрабатывать каменными молотками. Самое древнее изделие найдено в Египте, оно изготовлено 8 тысяч лет назад.

Спустя несколько столетий, наблюдая за вулканами, люди узнали, что благодаря высокой температуре придавать металлам форму намного легче. Начали строить доменные печи – появилась профессия кузнеца. Каменный век сменился железным, в быт людей вошли не только украшения, но и посуда, оружие, садовые инструменты. Принцип работы кузни сохранился до сих пор, но оборудование для холодной ковки было модернизировано.

Читайте также:
6 отличных идей для хранения чая и кофе на кухне

Используя современное оборудование можно создавать изделия с большим количеством кованых элементов

Базовые инструменты для холодной ковки в домашних условиях

Создание уникального изделия всегда начинается с расчетов материала и разработки подробного плана работы. Легче всего продумать ходы, создавая эскизы кованых изделий в масштабе, записывая размеры и подбирая нужные инструменты. Особого внимания заслуживает выбор материала. Металл должен быть прочным, но легко изгибаться.

Существует два вида ковки металла своими руками – вальцовка (работа с прутьями) и штамповка (выдавливание листов под прессом). В домашних условиях чаще используется первый вариант. Для прессования листов нужно сделать специальную заготовку для деформации. Распространенные инструменты для вальцовки: гнутик, улитка, твистер, волна и фонарик.

Элементы холодной ковки можно использовать для украшения лестницы

Гнутик – базовый инструмент, применяется для изгибания прутьев под разными углами. Спиральные элементы холодной ковки закручиваются с помощью улитки. Для формирования лучше всего выбрать прутья диаметром 10-12 мм. Выбор слишком толстого материала может существенно усложнить работу мастера.

Станок твистер используют для скручивания прутьев по продольной оси. Волна, соответственно, предназначена для создания волнообразных элементов. Инструмент фонарик применяется для работы сразу с несколькими прутьями. Они устанавливаются на оснастку и сгибаются путем вращения рычага.

Торсионные станки

Мастера рекомендуют закручивать пруты для художественной ковки, не пользуясь станками вовсе. Для предотвращения загиба детали у зажатого в тисках конца под дальний конец следует использовать подставку с небольшим вырезом сверху, куда следует закрепить прут.

Вращательные станки могут ускорить работу, повысить качество изготовляемых элементов. Так как нагрузка сильно влияет на опору, подставка должна быть повышенной прочности, например, сваренные вместе швеллеры от ста миллиметров.

Исходный материал удерживается оправой квадратного сечения. Из-за сокращения длины прута, следует тщательно проверять надежность крепления оправы. Для этого заднюю бабку делают скользящего вида. Подразумевает холодная ковка станков высокое качество, иначе изделие будет непрочным.

Любой инструмент для холодной ковки требует бережного ухода за собой, своевременного ремонта и наладки. А ручная художественная ковка и вовсе требует сноровки и дисциплины от мастера. Все схемы, кузнечные станки и даже самодельные станки требуют порядка и чистоты.

Прокатный материал

То, из чего кузнец будет изготавливать изделие.

Пруток металлический полуфабрикат, заготовка для производства деталей с помощью пластической деформации или обработки резанием. В зависимости от назначения прутки обладают сечением круглой, прямоугольной, шестиугольной, реже трапециевидной, овальной или сегментной формы.

  • Квадрат — прут квадратного сечения диаметром от 8 до 25 мм.
  • Кругляк — прут круглого сечения.

* Получить изменение сечения стандартного квадратного прута с 20?20 в полосу 30?5 и далее в полосу 20?10 можно только кузнечным способом. Болванка кругляк диаметром 50 мм, используется для точеных деталей. Полоса прут прямоугольного сечения, половинный по отношению к квадрату. Профиль мерный отрезок изделия, полученный прокаткой, прессованием, формовкой (гибкой) между валками. Сечение профиля — разрез по линии, перпендикулярной длинной стороне отрезка; различается по ширине. Поковка промежуточная заготовка или изделие, полученное ковкой или объемной штамповкой. В зависимости от своих характеристик поковки подразделяются по сечению — квадратные, прямоугольные, многоугольные и круглые, а также по методу изготовления — штампованные и кованые.

Основные моменты ковки

Холодный способ ковки

Процесс холодной ковки достаточно простой, и состоит всего из нескольких этапов:

Имейте в виду, что узоры должны соответствовать вашему оборудованию, на котором вы будете заниматься ковкой.

Таким образом, в процессе холодной сварки никаких ударов молота не выполняется. Поэтому, чтобы освоить мастерство, главное разобраться как работают различные инструменты или станок. Кроме того, нужно уметь обращаться со сварочным аппаратом.

Горячий способ ковки

Горячая ковка тоже включает в себя несколько этапов, но сам процесс обработки металла гораздо более сложный, требующий определенных навыков и физической подготовки.

Работа осуществляется в такой последовательности:

Надо сказать, что в процессе горячей ковки важно не только научиться обрабатывать металл, но и разбираться в температурных режимах. Как я уже с казал выше, черные металлы нагреваются до температуры 800 до 1250 градусов

Так как термометром измерить температуру невозможно, необходимо ориентироваться по цвету. Для этого надо запомнить, что при разогреве до 800 °C метал становится светло-вишнево- красным. При дальнейшем повышении температуры металл изменяет свой цвет от светло-красного до оранжевого и светло-желтого (1250 °C)

Вот и все основные моменты ковки, о которых я хотел вам рассказать.

Зачем используют холодную ковку

Горячая ковка и штамповка требуют сложного и дорогостоящего оборудования для нагрева стали до состояния пластической деформации. В зависимости от материала, показатель температуры может варьироваться в пределах 750–1200⁰. Такие печи имеют огромные размеры и потребляют много газа. Ставить их рядом с жилыми домами опасно. Небольшой горн подойдет только для ковки изделий в виде пик, мелких элементов.

Изготовление изделий холодной ковкой позволяет создавать красивые решетки, ограждения и другие украшения в единичных экземплярах и для своих нужд. В работе используется обычный инструмент и простые приспособления. Справиться с ними может любой желающий, владеющий элементарными навыками работы с металлом и сваркой на низком уровне.

Приспособления для холодной ковки имеют узкое назначение. Для создания красивого узора на полотне забора или ограждения для перил лестницы необходимо использовать несколько видов инструментов. Все они простые, доступные для самостоятельного изготовления.

Читайте также:
Как убрать нитраты из воды скважины

Что нужно знать о художественной ковке?

Согласно технической терминологии, художественная ковка — метод обработки металлов, при котором достижение необходимых форм и размеров производится с помощью деформации. Под этим определением скрывается одна из древнейших технологий, позволившая человеку сделать огромный шаг в истории и не потерявшая своего значения и сегодня. Ковка активно применяется в металлургии и машиностроения.

Роза ручной работы

Описание процесса

Основным признаком художественной ковки металла считается присутствие творческой составляющей в произведенном мастером изделии. Это изделие может быть изготовлено с целью практического применения или иметь только эстетическую ценность. Такая ковка уже давно оформилась как самостоятельный вид кузнечных работ, а к профессии кузнеца добавилась еще одна специализация — художник по металлу.

История появления

История практического применения и обработки металла насчитывает уже несколько тысячелетий. Столько же тысячелетий насчитывает и история изготовления художественных элементов, о чем свидетельствуют древнейшие археологические находки. Примитивные наконечники для копий и мотыг хранят признаки творческой обработки. Раньше ковка имела в основном практическую направленность, но среди кузнецов всегда находились мастера, умеющие совместить практичность с художественностью. Примером служат образцы оружия и доспехов, конской сбруи, домашней утвари.

Началом становления этого искусства как самостоятельного ремесла можно считать эпоху Возрождения и связанный с ней расцвет искусств и науки. Средневековые дворцы и храмы в стиле ренессанс или барокко содержат в своем убранстве кованые элементы, отражающие духовные, геральдические или просто эстетические запросы владельцев.

Инструменты

Многие века стандартный набор оборудования и инструментов кузнеца не изменялся. Горн с углями, меха для их раздувания, молот и наковальня, клещи и бочка с водой являлись основными инструментами кузнеца. Развитие средневекового производства привнесло в этот набор элементы механизации, а промышленная революция превратила кузнечное дело в отрасль, направленную на массовое производство продукции.

Молот и наковальня

Это направление получило в свое распоряжение целый ряд специального оборудования для художественной ковки — станков и приспособлений, облегчивших труд кузнеца и позволяющих выполнять сложные изделия.

Классический угольный горн по-прежнему остается в кузнечном арсенале, но на помощь ему пришли еще и муфельные печи, индукционные нагреватели. Многие кузнечные станки сохранили свои исторические названия, соответствующие их назначению — гнутики, улитки, волны, твистеры и торсионы — но получили мощный электрический привод или превратились в универсальные многофункциональные станки.

Виды кузнечных работ

Технология кузнечных работ включает в себя несколько видов операций, различающихся применяемым инструментом, режимами выполнения и целью. Эти операции в полной мере применяются и в технике художественной ковки, а изготовление какого-либо изделия может включать любой их набор и последовательность. Основным признаком для классификации является температура обработки — горячая и холодная ковка. Остальные критерии также могут относить операцию к различным видам и подвидам.

Горячая ковка

При горячей ковке изделие подвергается предварительному и при необходимости сопутствующему нагреву для повышения мягкости и пластичности. Существуют два вида горячей ковки металла:

  1. Свободная или ручная ковка, при которой обрабатываемое изделие свободно размещается на наковальне, а необходимые форма и размер обеспечиваются ударами ручного или механического молота. К этому виду относится и кузнечная сварка — соединение разогретых до температуры плавления деталей с использованием кузнечного инструмента.
  2. Штамповка, при которой заготовка помещается в штамп с внутренней полостью, по форме и размерам соответствующими готовому изделию. В процессе ковки заготовка деформируется и заполняет пустую область штампа.

Горячая ковка (Фото: pixabay.com)

Холодная ковка

При холодной ковке изделие подвергается обработке без предварительного нагрева. Чтобы деформировать холодный металл, нужно приложить много усилий, поэтому этот метод применяется для обработки заготовок небольшого сечения. При холодной ковке используются разнообразные станки, в том числе для холодной штамповки.

Основные приемы

Для каждого из видов ковки металлов и сплавов существуют свои технологии и приемы обработки. Ковка декоративных элементов использует в своем арсенале практически все основные приемы кузнечного мастерства, с помощью которых в металле можно выразить любой творческий замысел.

Высадка

Целью операции является уменьшение длины заготовки с одновременным увеличением поперечного сечения. При горячей ручной ковке нагретую деталь ставят вертикально на наковальню и отбивают молотом по верхнему концу. Нагревая отдельные места и удерживая деталь щипцами, на ней можно выполнить утолщенные узлы, изгибы, объемные или плоские элементы задуманного украшения.

Протяжка

Протяжка представляет собой операцию, противоположную высадке, и применяется для удлинения заготовки. Направление удара при протяжке — поперек оси детали с ее проворотом или продвижением по длине.

В зависимости от формы заготовки (плоской, круглой, пустотелой, кольцевой) и применяемой оснастки техника протяжки включает в себя множество приемов. Отдельные приемы протяжки могут называться своими терминами — разгонка, расплющивание или раскатка.

Кузнец работает

Округление

Операция применяется при горячих методах ковки и заключается в закруглении граней профильных заготовок. Первоначально углы заготовки расковывают, доводя ее до восьмигранного сечения. Окончательное округление выполняют с помощью специальных обжимок или вырезных молотков.

Продевание

Продевание проводится двумя способами — сборкой по принципу цепных звеньев или прошивкой отверстия в одном из элементов. В этом случае для операции используют зубила нужной формы и размера.

Оформление уступов

Уступы различной формы выполняют как с декоративной, так и с технологической целью, чтобы закрепить детали между собой. Выполняют уступы, используя острые ребра наковальни или специальную подкладную оснастку.

Гибка

Гибка — распространенная технология, активно применяющаяся в художественной ковке. Для гибки разработаны специальные станки и приспособления, позволяющие мастерам работать по собственным шаблонам.

Читайте также:
Красивые натяжные потолки для зала

Кованые элементы и детали своими руками

Сегодня существуют цеха или мастерские, предлагающие художественные изделия собственного производства. Спрос на эту продукцию стабилен, несмотря на завышенную стоимость кованых изделий.

При желании и определенном опыте работы с металлом многое из ассортимента профессионалов можно выполнить и своими руками. Вовсе не обязательно вооружаться горном и кувалдой или приобретать специальный станок. Даже для изготовления сложных элементов или изделий достаточно верстака, тисков, сварочного аппарата и молотка. Материалом для самодеятельного творчества послужит круглый пруток, профильная труба с небольшим сечением, неширокая полоса стали или листовой металл.

Гибка металла (Фото: pixabay.com)

Мебель

В качестве мебели для самостоятельного изготовления можно рассмотреть садовые или дачные столики и стулья, декоративные полочки на стены. Кованые элементы могут украсить интерьер кухни, спальни, прихожей или садовую беседку, а намеченные для отправки в утиль старую табуретку или торшер можно укрепить коваными полосками и представить в качестве антиквариата.

Беседка

Беседка — заветная мечта дачников и владельцев собственного участка, необязательно должна быть деревянной или кирпичной. Можно сделать и металлическую конструкцию из профиля. Ее несложно превратить в легкую и изящную композицию с помощью собственноручно изготовленных кованых деталей — витой из стального круга ажурной арки на входе, завитушек по периметру беседки или замысловатой подвески для светильника.

Ворота

Кованые ворота и входная калитка, пожалуй, самые востребованные на сегодня изделия из ассортимента художественной ковки, в которых практичность сочетается с художественным вкусом. Между тем многие владельцы частных домов из экономических соображений обходятся приобретенной или самостоятельно изготовленной из стандартного металлопроката и металлопрофиля входной группой.

Любую металлоконструкцию можно перевести в разряд нестандартных или сделать такой изначально с помощью простейших самостоятельно изготовленных кованых элементов. В качестве заготовки используются уже упомянутые стальные прутки, профили или полосы. Из них можно выполнить различные витые узоры и вензеля, листья и бутоны, строгие или произвольные геометрические фигуры.

Обработка металлов методом ковки: назначение и технологии

Технологии пластического деформирования металлов и сплавов в горячем состоянии являются прогрессивным методом металлообработки, поскольку позволяют существенно повысить коэффициент использования металла и отформовать исходную заготовку быстрее любого процесса механической обработки на металлорежущих станках. Ковка – один из старейших способов, который и сейчас находит применение, особенно в условиях единичного выпуска продукции.

  • Суть и назначение ковки
  • Разновидности ковки
  • Оборудование и инструменты
  • Приемы обработки металла (кузнечные операции)

Суть и назначение ковки

Под собирательным термином «ковка» подразумевают совокупность процессов горячей пластической обработки, при которых формоизменение металла происходит непрофилированным инструментом, а материал получает возможность свободного течения во всех направлениях, кроме того, в котором прикладывается деформирующее усилие.

Исходным металлом для ковки являются слитки, болванки или прутковые профили. Ковка литых заготовок и болванок распространена в крупном металлоёмком машиностроении, а мелкие ковочные мастерские предпочитают ковать металл в форме прутков.

Последовательность переходов ковки заключается в следующем. Исходный металл, который поступает на участок из литейного цеха или со склада проходит очистку от прокатной окалины или ржавчины, после чего режется/рубится на мерные заготовки, передаётся на кузнечный участок, где и деформируется специализированным оборудованием – в основном, ковочными прессами или молотами. Затем заготовка проходит очистку и, при необходимости, термическую обработку. После этого полуфабрикат может быть отправлен на штамповочный или станочный участок, где с ним будут выполняться завершающие (отделочные) операции.

Таким образом, ковка редко когда является переходом, в результате которого получается изделие конечной формы и размеров.

Разделка слитков является первичной операцией ковки, которая проводится на пилах или – реже – на ковочных молотах с применением кузнечных топоров – инструмента, имеющего острую кромку. Ещё реже, при обработке особо крупноразмерных заготовок, используют ломку на холодноломах.

Для резки прутков используются пресс-ножницы. Резка на ножницах является наиболее дешёвой, производительной и распространённой операцией, которая обеспечивает повышенную точность и производительность разделки. В условиях мелкосерийного и единичного производства стараются выбирать пруток с размерами, максимально приближёнными к размерам поковки, поэтому иногда обходятся без разделочного оборудования.

В технологии машинной ковки различают подготовительные и завершающие операции. К первым, кроме рубки, относят осадку, гибку, скручивание, оттяжку, выкручивание и другие операции, которые выполняются с использованием плоских бойков. На завершающих переходах ковка металла заключается в применении подкладного формоизменяющего инструмента, при помощи которого выполняются переходы пережима и протяжки. После этих переходов заготовка приобретает примерную форму поковки по длине и размерам поперечного сечения.

Разновидности ковки

Классификация процессов ковки металла может быть произведена по следующим параметрам:

  • По виду применяемого оборудования – ручная или на приводных ковочных машинах;
  • По температуре обрабатываемого металла – горячая, полугорячая или холодная;
  • По материалам – ковка стали или цветных металлов/сплавов.

Выбор технологии определяется размерами готовой поковки, серийностью производства и точностью размеров готовой продукции.

Горячая

Поскольку в нагретом состоянии металл обладает наилучшей пластичностью, то горячая ковка – преобладающий вид рассматриваемого процесса. Выбор ковочной температуры зависит от марки металла. Например, для обычных углеродистых сталей исходным пунктом выбора всегда является диаграмма «железо-углерод». Для доэвтектоидных сталей температура нагрева металла выше, чем для заэвтектоидных, причём с уменьшением количества углерода температура начала ковки выше.

Средний диапазон ковочных температур – от 1200 0 С до 800 0 С, однако мастера кузнечного дела никогда не оперируют понятием «температура нагрева», а вместо него используют два показателя – температура начала и конца ковки. Дело в том, что при выгрузке из печи металл начинает остывать; в зависимости от поперечного сечения болванки или слитка падение температуры может составлять до 100 0 С/10 мм поперечного сечения, поэтому металл нагревают до температур, которые примерно на 30 0 С превышают верхнюю границу ковки.

Читайте также:
Как цветет алоэ в домашних условиях?

При превышении температуры неопытными нагревальщиками могут произойти два неприятных явления – перегрев и пережог металла. В первом случае структура нагретого металла становится крупнозернистой, что повышает опасность растрескивания заготовки, особенно при интенсивном формоизменении. Перегрев устраняется медленным охлаждением исходной заготовки и её повторным нагревом до необходимых температур. Если же ещё больше перегреть заготовку, наступает пережог металла, сопровождающийся необратимыми изменениями в его микроструктуре. В частности, происходит расплав неметаллических включений (например, серы), и исправить такой брак уже невозможно.

Конец ковки обычно соответствует условиям образования крупных зёрен в структуре, когда сопротивление металла пластическому деформированию резко возрастает (особенно – для сталей с повышенным содержанием углерода). Это приводит к возрастанию потребного деформирующего усилия и снижает стойкость инструмента.

Ручная

Используется в мелких ремонтных мастерских, а также на предприятиях, которые занимаются технологическими процессами художественной ковки. Здесь процессы металлообработки максимально приближены к условиям работы кузнецов прошлого: для нагрева исходного металла используются открытые печи – горны, в качестве рабочего инструмента применяют ручной молот и наковальню, а для подачи воздуха – кузечные меха с механизированным приводом.

Специфической операцией ручной ковки является кузнечная сварка встык нескольких фрагментов исходной заготовки, при которой обжим соединяемых участков происходит за счёт комбинированного термо-силового воздействия на металл. Поскольку термические напряжения, присущие традиционным видам сварки, здесь отсутствуют, то работоспособность и долговечность сваренного стыка заметно выше.

Холодная

Процесс ковки металла, при котором температура исходной заготовки составляет не более 25 % от температуры плавления металла, из которого она изготовлена, называют холодной ковкой. Не слудет путать понятие холодной ковки с понятием ковки металла при комнатной температуре: например, пластическая обработка свинца в большинстве случаев будет отвечать условиям горячей ковки, а деформирование вольфрама при температуре 650…700 0 С – условиям холодной деформации.

Холодная ковка распространена в небольших мастерских, которые занимаются изготовлением малых форм из металла – статуэток, навесов, перил, баллюстрад и т.п. Исходным видом металлопроката служит здесь профилированный металл – прутки, полосы, а преобладающим видом пластического деформирования – гибка, скручивание, чеканка. Холодной ковке подвергают преимущественно цветной металлопрокат, окалинообразование на поверхности которого практически отсутствует.

Оборудование и инструменты

Самыми распространёнными видами кузнечного оборудования в условиях промышленного производства являются паровоздушные (или пневматические) кузнечные молоты и прессы. Первые деформируют энергией удара, вторые прикладываемым усилием. Поскольку запасаемая мощность единичного удара молота сильно зависит от массы его падающих частей, то ради повышения производительности практикуют несколько ударов подвижной части молота – бабы по проковываемому металлу. Масса падающих частей ковочного молота обычно не превышает 25 тонн; при необходимости развить повышенную энергию пластической деформации применяют гидравлические ковочные прессы, номинальное усилие которых достигает 150…200 тыс. тонн.

Значительно реже используют специализированное кузнечное оборудование, например, выкрутные или горизонтально-ковочные машины.

Для перемещения крупных поковок во время обработки применяются ковочные манипуляторы рельсового или безрельсового типов. Перемещение поковок, средних по своим размерам, ведут при помощи кантователей.

Ассортимент ковочного инструмента представлен ковочными топорами, протяжками, накладками и прошивками. Инструмент размещается на заготовке сверху, после чего приводится в движение баба молота или ползун пресса, выполняя формоизменение.

Приемы обработки металла (кузнечные операции)

Технология ковки включает в себя ряд основных переходов, выбор которых определяется конечной формой поковки и возможностями формоизменяющего оборудования

Осадка

Заключается в увеличении поперечного сечения поковки за счёт уменьшения её высоты. Подразделяется на свободную и закрытую. Свободная осадка практически всегда является первичной операцией ковки, позволяющей предварительно перераспределить металл по длине поковки.

Высадка

Представляет собой осадку части заготовки, при этом основная её часть помещается вне зоны действия бойка молота или ползуна пресса. Высадкой получают поковки со значительным перераспределением металла вдоль оси.

Протяжка (вытяжка)

Операция, которая используется для существенного удлинения поковки. Выполняется всегда за несколько ударов бойка или нажатий ползуна с соответствующим перемещением заготовки по плите оборудования. Протяжку особо крупных заготовок часто ведут с нескольких последовательных нагревов в печи.

Раскатка и протяжка с обкаткой

Так называется операция, при выполнении которой одновременно производят нажатие на заготовку бойком или ползуном при одновременном повороте полуфабриката на специальной оправке. Используется при пластическом деформировании трубчатых или кольцеобразных заготовок.

Прошивка

Операция предназначена для получения в поковке сквозных или глухих отверстий. Выполняется при помощи прошивня, силовое воздействие на который оказывает боёк молота или ползун пресса.

Рубка

Первичная операция ковки, которая заключается в отделении заготовок от первичного прокатного профиля или разделении нескольких однотипных поковок друг от друга. Выполняется при помощи кузнечных топоров.

Гибка

Переход состоит в изменении направления отдельных частей заготовки. Для объёмного металлопроката используется редко, зато незаменима при холодной ковке листовых изделий.

Закручивание

Используется при ковке небольших художественных элементов, которые часто используются в конструкциях ворот, навесов, спиралей и других кузнечной продукции. Заключается в относительном повороте некоторых частей поковки друг относительно друга при одновременном удлинении проката.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: