Художественная ковка горячим способом

Горячая ковка

Горячая ковка металла один из самых древних способов обработки металла. И надо отметить этот способ обработки металла не потерял актуальности до сих пор. Более того, можно смело утверждать, что горячая ковка переживает новое рождение.

Причиной тому новое оборудование и методы обработки горячего металла, которые стали применять при работе с деталями.

Горячий метод ковки

Горячая ковка обеспечивает изготовление оригинальных и зачастую индивидуальных изделий. Металл необходимо разогреть до температуры порядка 1000 °C. При таких температурах, стальные заготовки теряют свою прочность, но зато приобретают повышенную пластичность и это позволяет мастерам кузнечного дела выполнять самые разные детали, которые затем применяют и в производстве, и в украшении интерьера.

Для выполнения горячей обработкой заготовки необходим следующий минимальный набор оборудования:

Кроме этого мастеру потребуется определенное количество инструмента и приспособлений – молотки, молоты, щипцы, прижимы и пр.

Процесс работы с горячим металлом

Процесс работы с горячим металлом можно условно разделить на следующие основные операции:

1. Разделение заготовки на части определенного размера.
2. Обработка заготовки с наружной поверхности, такую операцию называют прорубка.
3. Получение чернового варианта заготовки. Для этого мастер должен отсечь от нее лишний материал.
4. Вытяжка – это удлинение заготовки путем уменьшения ее поперечного сечения.
5. Пробой отверстий разной формы, для этой операции применяют специальный инструмент или отверстия уже проделанные в наковальне.
6. При необходимости мастер в состоянии придать заготовке необходимый изгиб. Эта операция может выполняться и с применением шаблона, и без него.

Мастер чеканки по металлу

Надо отметить это далеко не полный список операций, которые выполняет кузнец во время работы над деталью. В любом случае, завершающая операция – отделочная. То есть во время ее выполнения можно создавать надписи, рельеф и чеканку и пр.

Выбираем металл

Заготовки, которые подвергают горячей ковке металла, должны быть изготовлены из таких материалов, которые при определенной температуре получают высокую пластичность, при некотором снижении прочностных параметров.

Для получения изделий по технологии горячей ковки вполне допустимо применять такие металлы как стальные, алюминиевые, медные сплавы. Широко применяют латунь марки Л90, Л80 и пр. Наибольшей популярностью заслуженно пользуются такие материалы как сплав железа с углеродом. Этот сплав (сталь) обладает прочностью, которая возрастает по мере роста объема углерода. Но с другой стороны при насыщении его углеродом сталь может потерять пластичность и ковкость.

В середине ХХ века, перед производственниками встали задачи по обработке титана и его сплавов. Они были решены после того, как были разработаны технологии по горячей ковке и штамповке этого материала.

Какие для ковки нужны инструменты

Ключевыми инструментами, применяемыми при горячей ковке являются молот, щипцы и некоторые другие.

Инструменты для горячей ковки

Ковка заготовок выполненных из стали требует от мастера определенных навыков и знаний в части термической обработки металлов. Все дело в том, что если заготовки передержать в горне, то последующая ковка может привести к образованию некоторых дефектов, например, трещины.

Если нагрев произведен до строго определенной температуры, например, 1 000 °, то применение специального кузнечного инструмента позволяет выполнять контролируемое изменение размеров и формы металла.

Для достижения необходимой температуры заготовки применяют горн или муфельную печь. Для повышения ее эффективности некоторые мастера устанавливают системы дополнительной подачи воздуха.

Наковальня — ключевой инструмент

Наковальня, как правило, выполняется в заводских условиях, так как в домашних условиях практически невозможно обработать кусок стали марки 45Л весом от 70 до 250 кг. Именно такие наковальни выпускает отечественная промышленность. Для работы с небольшими заготовками применяют ж/д рельс марки Р65.

Кстати, конструкции наковален определены в серии ГОСТ.

Кроме описанного оборудования в кузне должен находиться набор инструмента, включающий в себя:

• молотки разной массы и формы бойка;
• клещи с разной длиной рукоятей и формы губ;
• различного вида прижимы и пр.

Надо учитывать и то, что процесс охлаждения чаще всего выполняют непосредственно в кузне, для этих целей в помещении мастерской устанавливают емкость с жидкостью для охлаждения разогретой заготовки.

Довольно часто в кузне можно встретить сварочный аппарат. На самом деле, сварку можно выполнить и с применением кувалды и при соблюдении определенных температурных режимов. Но это весьма трудоемкий и длительный процесс, поэтому многие мастера применяют традиционную электродуговую сварку. Другими словами, набор оборудования, который устанавливается в современной кузнечной мастерской, способен обеспечить полный производственный цикл, начиная от разработки эскиза и заканчивая сборкой готового изделия.

Достоинства и недостатки горячей ковки

Ковка металла, как впрочем, и любая другая технология обработки, обладает положительными и отрицательными свойствами. К первым можно смело отнести получение улученных механических свойств, особенно если сравнивать поковки с литьем.

Горячая ковка крупногабаритных изделий

Ковка позволяет обрабатывать заготовку с такими – габаритно-весовыми параметрами масса от 250 тонн, длина может быть от 10 метров и более.

При обработке разогретого металла в ручном или автоматическом режиме нет необходимости в прикладывании больших мускульных усилий.

Кузнечный труд может быть относительно легко автоматизирован и это приводит к снижению затрат на производство.

С другой стороны горячая ковка не самый производительный способ обработки металла. Кроме этого после такой обработки металла заготовка будет подвержена большому объему механических работ.

Горячая ковка металла своими руками

Действительно горячая ковка металла не самый сложный способ обработки деталей и при довольно небольших затратах можно организовать собственное кузнечное производство полного цикла.

В качестве сырья часто применяют пруты квадратного и круглого сечения, чушки и другие формы металла.

Так как кузнечный горн, довольно сложное и затратное оборудование, вместо него все чаще применяют муфельные печи. Они занимают меньшее количество производственной площади и вызывают меньше хлопот по установке и обслуживанию. Устройства этого типа более качественно поддерживают заданную температуру, контроллер управления позволяет выставлять временные границы нагрева и определять его скорость.

Использование муфельных печей позволяет достичь ровного прогрева заготовок до нужного состояния.

Как уже выше отмечалось в качестве наковальни можно использовать кусок тяжелого рельса.

Источник

Художественная ковка горячим способом

Горячую ковку металла можно без преувеличения назвать видом искусства. На начальном этапе подбирается металл. Затем определяется температура нагрева и в соответствии с технологией с помощью станков и инструментов выполняются осадка, протяжка, прошивка и другие операции. Горячую ковку можно выполнять и домашних условиях, для чего, как минимум, нужно соорудить горн и подобрать оптимальное топливо.

Где искать и как выбрать металл

Горячей ковке поддаются как цветные металлы, так и черные, например, сталь. Температура обработки зависит от их физических и химических свойств. Титан куется при 900-1600 °C, железо — при 800-1250 °C, медь — при 650-1000 °C, алюминий — при 400-480 °C. Сталь выбирается в зависимости от содержания углерода в своем составе (ГОСТ 380-71). Подходящие марки — Ст0, СТ1, СТ2 и другие. Для изготовления художественных изделий обычно используется стали ДО и 15.

1. До 0,1% углерода. Железо — мягкое, легко куется и сваривается специальным кузнечным методом.
2. 0,1-0,3%. Поделочный металл хорошо подходит для художественной ковки.
3. 0,08-0,85%. Конструкционная сталь обрабатывается при надлежащем нагреве. Закаливается хорошо, но сваривается плохо.
4. 0,6-1,35%. Высокоуглеродистая сталь перед ковкой и в ее процессе требует от кузнеца навыков и знаний этапов нагрева. Из этого сырья производятся инструменты.
5. От 2,14%. Чугун отличается твердостью и хрупкостью. Ковке поддаются только некоторые марки.

Таблица 1. Определение по искре марок сталей

Марки стали

Восприятие искры

Нити тонкие, разветвлений искр немного

Разветвлений мало, нити немного гуще, чем Ст3 (Ст2)

Нити острые, звездочек немного, ветви расходятся незначительно

Разветвлений звездочек уже больше

Ветви расходятся еще значительней

Концы нитей тонкие, звездочек и разветвлений много

Звезды густые и мелкие

Разветвление существенное, звездочки круглые, концы нитей острые

Мягкий и пластичный алюминий подходит для создания декоративных деталей: на его поверхности при подогреве появляется защитная оксидная пленка. Медь — универсальный материал, который куется и в холодном, и в горячем состоянии: применяется для оформления композиций под старину. Изделия из латуни выглядят элегантно, но температура ковкости этого металла находится в диапазоне 10 °C. Бронза отлично куется, обладает красивым оттенком: материал востребован при оформлении готических и классических интерьеров.

Важно: Домашние мастера могут купить прутки и другой прокат для горячей ковки в специализированных строительных магазинах. Но дешевле и практичней будет приобрести полуфабрикат на слесарном складе ЖКХ, в пункте приема металлолома, на участках возведения объекта.

Оборудование для ковки

Требуемая температура заготовки достигается с помощью горна или муфельной печи. Ковка разогретого металла выполняется на наковальне. Для изготовления из полуфабриката изделия используются кувалды, молотки, зубила и подсечки. А также подбойки, обжимки, гладилки, пробойники, плиты и клещи.

Используемые инструменты

Основная работа по деформации металла выполняется боевыми молотами: тупоносыми, остроносыми продольными и поперечными. Для управления ударами мастера и мелких работ используются кузнечные молотки. У них задки бывают шарообразными, поперечными и продольными. Для разделения металла используются зубила и подсечки. Если первые бьют по заготовке, то вторые при рубке вставляются в специальное отверстие в наковальни, сверху накладывается материал, затем операция выполняется ударным инструментом.

Нижние и верхние подбойки используются для удлинения заготовки за счет её сужения в поперечном сечении. Для сглаживания неровностей поковок и достижения их требуемых формы и размеров применяются обжимки. Задача гладилок заключается в выравнивании материала после ударов кувалдой. Для создания в поковках отверстий используются пробойники. Утолщения головок в стержнях выполняется с помощью многорядных и простых гвоздилень.

У формы — массивной плиты — имеется множество разных по конфигурации верхних отверстий и боковых ручьев. Первые нужны для пробивки скважин в заготовках. Вторые применяются для протяжки поковок. Для извлечения из горна раскаленных заготовок и их удерживания при ковке используются клещи.

Применяемые станки

Муфельная печь используется для разогрева заготовки до требуемой температуры. В конструкции имеется муфель — узел, который защищает полуфабрикат от соприкосновения с топливом (газом, углем, дровами, составами перегонки нефти) и продуктами сгорания. При ковке используются две печи: в одной элементы проходят весь цикл от нагрева до финишного этапа, в другой проходит процесс только до охлаждения. По ходу эксплуатации один муфель забирается, другой ставится на его место.

Кузнечный горн предназначен для нагрева заготовок. Его конструкция включает в себя 5 узлов:

• стойкий к воздействию огня ствол;
• оснащенный колосниковой решеткой очаг;
• система подачи воздуха и его отбора;
• предусмотренные для длинных заготовок рабочие окна;
• выводящий продукты горения дымоход.

Принцип действия горна основан на восстановительной способности углерода. Благодаря этому качеству заготовка не окисляется. Чтобы этот процесс не происходил, также следует настраивать подачу воздуха: его должно быть ровно столько, сколько нужно для сгорания углерода: если произойдет пресушивание, то металл станет излишне хрупким.

Наковальня используется не только в горячей ковке, но и в холодной. На ее поверхности деформируются заготовки и доводятся до товарного вида. У станка большой вес, поэтому он жестко крепится к основе. В составе станка: основание с лапками для установки на пол, наличник с отверстиями, рога. При производстве наковальни используется сталь марки 45Л. Станок производится в соответствии с требованиями ГОСТов 11398-75 и 11396-75.

Технология метода горячей ковки стали

Ковка начинается с подогрева заготовки в муфельной печи или горне, затем горячий металл посыпается кузнечным флюсом. При обработке стали выполняются такие операции:

• по требуемым размерам раскаленный полуфабрикат разделяется на части;
• проводится прорубка — наружная обработка поверхности заготовки;
• отсекаются от металла лишние фрагменты, в результате получается черновой вариант изделия;
• выполняется вытяжка, после которой заготовка становится длинней и у́же;
• с помощью специнструмента пробиваются отверстия различной формы;
• если требуется, заготовке с помощью шаблона (или без него) придается нужный изгиб;
• на завершающей стадии после дополнительных операций выполняется отделка.

При горячей ковке выполняются осадка, высадка, протяжка, обкатка, раскатка, прошивка и разгонка. По ходу осадочных работ заготовка увеличивается в сечении и уменьшается в высоте. При высадке на поверхности делается утолщение. В этом случае длина полуфабриката также уменьшается. Протяжка — еще один кузнечный прием, при котором заготовка удлиняется и становится тоньше.

При прокатке разогретый материал обретает цилиндрическую форму: по ходу горячей ковки такого типа заготовка оборачивается вокруг своей оси. Раскатка предусматривает обработку кольцевого полуфабриката, который в процессе обработки меняет свои внутренний и наружный диаметры. При разгонке металлический предмет становится шире.

Внимание: Прошивка — операция, при выполнении которой получается сквозное отверстие с помощью пробойника.

Преимущества и недостатки горячей ковки

Метод горячей ковки не предусматривает изготовление однотипных изделий. Поскольку при этой трудоемкой работе затрачиваются значительные человеческие ресурсы, то уникальные художественные композиции стоят недешево.

Таблица 2. Преимущества и недостатки горячей ковки

Плюсы горячей ковки

Минусы горячей ковки

Эксклюзивность продукции: абсолютно одинаковые изделия отсутствуют

Низкая скорость изготовления

Широкий ассортимент: он ограничивается только фантазией кузнеца и заказчика

Доступно изготовить изделие любой дизайнерской сложности

Невысокая точность при соблюдении размера

К подбору исходного материала не выдвигаются строгие требования

Невозможность массового производства

После горячей ковки упрочняется металл

Обработанный горячим способом металл слабо подвергается коррозии и окислению

У продукции горячей ковки высокая престижность

Технология горячей ковки может подразумевать использование такого оборудования, как машинный, паровой или гидравлический молот. Но основная работа все равно выполняется руками.

Чем отличается холодная ковка от горячей

Холодная ковка — современный метод деформации металла. Изделия, производимые таким способом, носят преимущественно утилитарный характер — речи об эксклюзивности здесь идти не может. Причина в особенностях технологии: заготовки вырезаются на машинах, затем без нагрева гнутся на станках, после этого соединяются сваркой. Для создания холоднокованой продукции требуется значительно меньше времени, чем для изготовления композиций горячим способом. Что естественно, стоят они относительно дешево.

Горячая ковка — вид искусства, которое предусматривает изготовление вручную эксклюзивных, декоративных и функциональных изделий. По ходу работы металл разогревается до высочайшей температуры, после чего заготовкам придается нужная форма с помощью ручных инструментов и художественных приемов. В завершение готовое изделие погружается в холодную воду для закалки материала. Продукция горячей ковки стоит относительно дорого, поскольку в процессе трудоемкой работы требует высокого профессионализма мастера-кузнеца.

Горячая ковка металла своими руками

Чтобы выполнить ковку металла в домашней мастерской нужно соблюсти некоторые условия. Требуется изготовить горн. Необходимо научиться правильно подбирать ковочную температуру. Надо выбрать наиболее подходящее топливо для нагрева заготовок. В процессе ковки важно не допускать ошибок, которых невозможно будет исправить.

Как сделать горн для ковки в домашних условиях

Горны бывают твердо-, жидко- и газотопливные, стационарные и переносные, с очагом закрытым и открытым. В конструкции, работающей на газу, намного больше преимуществ, чем у аналогов. Среди плюсов: экономичный топливный расход, высокий КПД, отсутствие скапливания серы.

Газовый кузнечный горн, состоящий из печи и горелки, делается своими руками в таком порядке:

• для конструкции оборудования подыскивается металлическая емкость: в ее качестве можно использовать ведро или бочонок;
• под систему подачи газа сбоку проделывается отверстие, для чего используется электродрель с коронкой;
• из муфт и кусков труб собирается горелка;
• снизу емкости для ножек горна просверливаются отверстия: крепеж стоек выполняется гайками и длинными болтами;
• футеровка очага создается из алебастровой засыпки с добавлением песка и воды: для устройства внутренних стенок используется керамическая труба;
• после изготовления футеровки под подачу топлива проделывается отверстие.

Для создания газового горна также подходит огнеупорный кирпич. Он между собой скрепляется с помощью глины. В построенной конструкции под имеющуюся газовую горелку просверливается отверстие.

Важно: Пропанового топлива, продающегося в баллонах, будет достаточно для нагрева заготовок из большинства марок сталей до нужной температуры.

Подбор температуры для ковки стали

При правильном нагреве металла достигается ковочная температура, которая равномерно распределяется по длине и толщине, а также сохраняется целостность и образуется минимальный слой окалины. Эти условия выполняются, если достигнуты нужные параметры предела, продолжительности и скорости нагрева заготовки.

Таблица 3. Температурные ковочные интервалы для сталей и цветных сплавов

Перегревать заготовки нельзя, ибо на поковке образуются трещины и рваные участки. Скорость определяется теплопроводностью металла, которая зависит от химического состава и толщины обрабатываемого полуфабриката. На продолжительность накаливания влияют скорость нагрева и тип муфельной печи или горна.

Топливо для ковки металла дома

Газообразное топливо, быстро смешиваясь с воздухом, сгорает полностью, в результате металл фактически не окисляется при подогревании. Но при его использовании нужно иметь кузнечный горн закрытого типа и соблюдать правила безопасности. Жидкое топливо чаще используется для растопки нагревающего металл оборудования. Полноценно применяется редко, поскольку требует использования дорогостоящих устройств. Твердое топливо, если оно качественное, создает короткие языки пламя и хорошо спекается.

Внимание: У домашних мастеров наибольшей популярностью пользуется кокс, древесный и каменный уголь.

В домашних кузницах обычно используется древесный уголь. Это топливо имеет высокое качество, недорого стоит, но быстро сгорает, поэтому его требуется много. Каменный уголь в мелких зернах хорошо поднимает температуру, но по ходу ковки нужно постоянно следить за чистотой огня и высотой пламени. Стоимость кокса выше, но расход его в 4 раз меньше. Помимо того, при сгорании этого топлива с высоким КПД отсутствует копоть.

Ошибки при ковке в домашних условиях

Если превысить начальную температуру (tн) нагрева заготовки, её пластичность существенно понизится, кроме того, изменится структура металла: она станет крупнозернистой. Если же температуру и далее поднимать, то полуфабрикат пережжется, а эту ошибку уже не получится выправить.

Рис. Метод определения марки стали по искре

Если заготовку нагреть недостаточно, то в ней появятся трещины. Поэтому при горячей ковке дома требуется строго соблюдать температурный режим: переходить пределы интервала от tн до tк нельзя. Нужно предварительно, зная марку металла, сверится с таблицей 3. Если материал не покупался в магазине, а приобретался в пункте сдачи металлолома, рекомендуется по таб. 1 и вышеприведенном рисунке определить марку материала, исходя из цвета и внешнего вида искры.

Источник