Ковка металла на горячую

Обновлено: 04.10.2024

Художественная ковка — это изготовление изделий, выполняющих не только практические, но и эстетические функции, способом горячей или холодной ковки. Главное отличие художественной ковки от обычной в том, что создаваемые поковки обретают художественную значимость, превращаясь в произведение искусства.

Исключительно эксклюзивный забор в стиле арт-деко Эксклюзивный кованый стол со стеклом Художественная ковка

С помощью художественной ковки делают предметы интерьера, элементы декора, каминные и садовые решетки, мебель, скамейки, самые разнообразные бытовые изделия.

Владение изделиями художественной ковки во все времена являлось признаком высокого статуса и богатства. Мастер-кузнец, или, как их сейчас называют, художник по металлу, долго приобретал свои знания и навыки, развивал художественный вкус. Трудиться ему приходилось в очень тяжелых условиях, работа требовала больших затрат на материалы и была сопряжена с риском увечий и пожаров.

Античная мифология даже приравнивала кузнецов к богам — кузнецами были греческий Гефест и римский Вулкан, скандинавский Тор и японский Амацумара. Поэтому художественная ковка и в прошлом, и сегодня стоит дорого.

История художественной ковки

История художественной ковки начинается сразу в нескольких точках древнего мира — в Китае и Месопотамии, в Египте и в Европе, в зоне проживания кельтских племен. Именно там были впервые обнаружены кованые изделия, обладавшие, кроме утилитарного, еще и художественным значением.

История художественной ковки

Древние мастера украшали свою продукцию изображениями и орнаментами. Художественная ковка была отмечена во всех отраслях хозяйства — украшали оружие и домашнюю утварь, решетки и ограды, части механизмов и предметы культа. После расцвета искусства художественной ковки в античном мире средневековые мастера во многом утратили достижения времен Римской империи. Узоры стали намного проще, практически исчезли крученые прутки. Эпоха Возрождения стала возрождением и для искусства художественной ковки. Вновь открывались античные секреты, разрабатывались новые методы и художественные приемы. Особенно славились итальянские мастера из княжеств в регионах Милана и Турина, создававшие великолепные доспехи и оружие.

Кованые изделия Кованое кресло-качалка

Начало широкого применения энергии воды и пара для механизации работы кузнечных горнов и молотов привело к началу технической революции — кованые изделия стало возможно выпускать массово. Однако художественная ковка не потеряла своего особого положения и продолжает цениться и в наши дни именно за свою уникальность

Инструменты для ковки

Набор инструментов античного кузнеца был нехитрым, но стоил по тем весьма дорого. В него входили:

Кузнечный горн — приспособление для разогрева заготовки до высокой температуры.
Ручные меха для раздувания углей.
Наковальня — массивная металлическая отливка или поковка, на которой заготовке придают желаемую форму.
Кузнечный молоток и молот.
Клещи.
Оправки, зубила и т.п.
Емкость с жидкостью для охлаждения поковок.

Но для того, чтобы выковать корабельный якорь или тележную ось, требовалась уже стационарная кузница. В ней устанавливали тяжелую большую наковальню, большой горн и закрепленные рядом с ним меха с ручным или ножным приводом. Ставился также прочный верстак и большие тиски. В состав инструмента добавлялись также большое количество оснасток, подкладок, пробойников, струбцин, а также измерительные инструменты сообразно эпохе. Кузнец работал не один — обладающий большой физической силой и выносливостью подмастерье сначала раздувал меха, чтобы болванка в горне раскалилась докрасна, а потом с размаху бил большим кузнечным молотом в то место, которое намечал маленьким молоточком — ручником мастер — кузнец.

В современной мастерской художественной ковки принципиальных изменений в составе инструмента не произошло, разве что измерительный инструмент стал точнее, а вместо установки громоздкого горна и мехов появилась возможность нагревать заготовки в муфельных печах или индукционным способом.

Особняком стоит группа оборудования для холодной ковки — изменения формы металлических прутков, проката или труб в холодном состоянии путем приложения механической силы. В нее входят различные станки для холодной формовки прутковых и профильных заготовок

Технология холодной ковки получила большое распространение, поскольку позволяет без длительного обучения и сложного оборудования получать недорогие художественные изделия начального уровня.

Виды кузнечных работ

Кузнечные работы подразделяются на несколько подвидов:

Свободная ковка — нагретая до температуры пластичности болванка одной стороной лежит на наковальне, а по другой наносятся формующие удары молотом или специальными инструментами
Штамповка — нагретая или холодная заготовка помещается в специальную форму — штамп, ограничивающую ее со всех сторон, и уже эта форма подвергается ударам молота или статическому давлению.
Холодная ковка — холодная прутковая заготовка изменяет форму на специальных станках.

Свободная ковка подразделяется в свою очередь на подвиды:

Обыкновенная ковка — происходит придание болванке формы готового изделия за один или несколько последовательных циклов ковки
Сварка – соединение двух или более нагретых деталей в одно изделие
Обжимка криц — подготовительная операция, в ходе которой проходит уплотнение и сваривание пастообразной железной массы в единый слиток.

Виды современного кузнечного оборудования

Современное кузнечное оборудование для художественной ковки по форме и назначению практически не отличается от античного или средневекового. Изменились материалы — молоты и наковальни, молотки и пробойники, тиски и струбцины делают из современных высокопрочных сплавов, что существенно поднимает их долговечность и эффективность.

Другое важное изменение — это способ нагрева. Традиционный горн с ручными или ножными мехами уступает свое место муфельным печам для мелких заготовок и системам индукционного нагрева. Это существенно снижает трудоемкость, вредность и опасность для здоровья и имущества

Кузнечные станки

Кузнечные станки применяются для холодной ковки – изменение формы прутковой или профильной заготовки под механическим воздействием. К ним относятся:

Улитка с воротом и поворотным лемехом Твистер для холодной ковки Гнутик для холодной ковки Волны для выполнения волнообразного изгиба заготовки

Гнутики — общее название станков для изгиба заготовки в одном или нескольких направлениях по заданному радиусу.
Волны для выполнения волнообразного изгиба заготовки, с заданным шагом и радиусом волны
Твистеры, или торсионы — для скручивания заготовки (или группы заготовок) по продольной оси
Улитки — для формирования спиралевидных завитков на конце прутка.

Станок для холодной ковки Станок для изготовления витой трубы

Холодная ковка прекрасно подходит для изготовления элементов оград и решеток, балясин, завитков, предметов декора помещений и ландшафтного дизайна. Станок для холодной художественной ковки несложно сделать своими руками, если мастер владеет навыками слесарных и сварочных работ.

Индукционные нагреватели

Индукционный нагреватель предназначен для разогрева болванки до температуры пластичности. Нагрев происходит вследствие того, сто в поверхностном слое металла, помещенного в сильное переменное магнитное поле, наводятся вихревые токи, или токи Фуко. С их помощью можно разогреть болванку намного равномернее, быстрее и безопаснее, чем с помощью традиционного кузнечного горна.

Индукционный нагреватель промышленного производства даже небольшой мощности стоит десятки, а то и сотни тысяч рублей. Поэтому в Сети публикуется много схем типа «Как сделать индукционный нагреватель своими руками». Важно понимать, что в конструкции устройства применяется высокое напряжение и большие мощности. Для самостоятельного изготовления потребуются инженерные знания в области токов высокой частоты и навыки электромонтажника.

Технологические особенности художественной ковки

Процесс ручной художественной ковки металла разбивается на несколько отдельных операций. Начинается он с разогрева болванки в горне или другом типе нагревателя. В зависимости от качества угля, подачи воздуха в горн и массы заготовки разогрев может занять от нескольких минут до нескольких часов. При изготовлении изделий, имеющих сложную форму, большое количество деталей или отверстий, изделие может остыть. Тогда его возвращают в горн и повторяют нагрев.

Собственно ковочные операции бывают следующие:

Осадка. Удары молотом наносятся сверху вниз, исходная высота уменьшается, а ширина увеличивается. Это подготовка заготовки для вытяжки.
Вытяжка. Удары по заготовке наносятся вдоль продольной оси вдоль, и заготовка плющится в направлении ударов, и длина ее таким образом увеличивается.
Раздача — подвид вытяжки, применяется для увеличения диаметра пустотелых заготовок.
Прошивка – получение отверстий, углублений или пазов.
Закручивание – многократный поворот одной части заготовки относительно другой. При этом используются тиски, клещи, а при значительном сечении заготовки — и специальные вороты.
Рубка — процесс разрубания изделия на две или более части. Применяется также для коррекции формы и размеров изделия. Иногда из заготовки вырубают готовое изделие, пользуясь для этого фигурными штампами.
Гибка – проводится для изменения формы изделия при изготовлении деталей кольцевой или гнутой формы.
Сварка — соединение в единую деталь двух или нескольких частей.

При ковке металла своими руками следует соблюдать общую последовательность операций, при этом при изготовлении каждой конкретного изделия в части из них необходимость может и не возникнуть.

По окончании ковки изделие окунают в емкость с жидкостью для охлаждения и закалки. Традиционно используют воду, однако при ковке специальных сортов стали, таких например, как булат, применяют различные кислоты и масла. Легенда гласит, что некоторые мастера после ковки меча охлаждали его, втыкая в тело раба.

Разновидности художественной ковки металла

Наиболее сложные и изысканные изделия получают способом традиционной, горячей ковки. Этим способом можно выковать как обычные прутья решетки, таки элементы ажурной ковки, такие, как листья и цветы, стилизованные фигурки животных и замысловатые орнаменты.

Горячая художественная ковка металла

Холодная ковка не позволяет достичь таких же высот художественной выразительности, но имеет свои явные достоинства: низкую себестоимость и высокую повторяемость изделий в серии.

К холодной ковке иногда относят и технику чеканки. В этом случае на тонкий лист металла с помощью набора остроконечных инструментов и молотка наносят узор, состоящий из множества вмятинок и черточек, складывающихся в высокохудожественное изображение.

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.

Последовательность окончательной сборки отдельных кованых элементов

Для соединения объемных деталей изделий художественной ковки в окончательную конструкцию, применяют несколько способов:

Сварка. Горячая сварка требует нагрева места соединения, что не всегда возможно. Для соединения элементов, полученных способом холодной ковки, применяют электросварку или газосварку
Клепка. Для этого в месте соединения в каждой детали необходимо проделать отверстие, в которое будет вставлена заклепка и расклепана.
Кольцом. Два пересекающихся прутка, например, в решетке, часто соединяются разогретым кольцом, концы которого свариваются. Так же соединяются и куски кованых цепей.

Плоские детали соединяются своими способами:

Фальцовка — смежные кромки скручиваются вместе.
Чеканка – смежные кромки изделий счеканиваются, путем вытеснения части одной детали в объем другой.
Сварка.

На практике могут применять и различные комбинации перечисленных методов.

Горячая ковка металла

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.

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.

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

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

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.

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.

Ручная горячая ковка

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:

Наковальня для ковки металла Муфельная печь

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:

Разделение заготовки на части определенного размера.
Обработка заготовки с наружной поверхности, такую операцию называют прорубка.
Получение чернового варианта заготовки. Для этого мастер должен отсечь от нее лишний материал.
Вытяжка – это удлинение заготовки путем уменьшения ее поперечного сечения.
Пробой отверстий разной формы, для этой операции применяют специальный инструмент или отверстия уже проделанные в наковальне.
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.

Алюминиевые сплавы Сталь конструкционная качественная углеродистая Медь Желтая латунь

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.

Титан Внешний вид титановых сплавов

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.

Процесс охлаждения заготовки при горячей ковки 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.

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.

Ковка металла

Ковка – это обработка металла, которая выполняется для придания ему необходимой формы и размеров. Горячая ковка обеспечивает производство поковок, которые впоследствии будут использованы на производстве или в быту.

Надо отметить, что в последние годы особой популярностью стали пользоваться кованые изделия, используемые в качестве ограждений, ворот, решеток и пр.

Интересно о ковке металла

Интересный факт, одна из самых распространенных фамилий в мире произошла от кузнечного дела. Это Кузнецов в России, во Франции – Ферран, в Британии – Смит. Это говорит о распространенности этого ремесла по всему миру.

Основой слова коварство, является глагол ковать. Дело в том, что многие народы и племена считали кузнечное дело малопонятным и покрытым тайной. Коварь (кузнец) изготавливает ковы, вяжет путы, так со временем существительное коварство обозначало мудрость, навыки, умение. Со временем, оно стало означать злобные планы и умыслы. Одновременно появились и словосочетания ковать свое счастье и ковать свою судьбу, носящие позитивный смысл.

Во время массовой унификации производства и применения такого оборудования, как прокатное, штамповочное, использование компьютерного управления практически вытеснило кузнечное дело из тяжелой индустрии, но оно осталось и пользуется популярностью и дизайнеров и специалистов по проектированию интерьеров. Современные кузнецы изготавливают продукцию, которая применяется при создании ограждений, лестниц, архитектурного оформления зданий и пр.

Прокатное оборудование для холодной ковки Горячая штамповка

Но наш век, привел к тому, что проектирование кованых изделий выполняют на специальных конструкторских 3D программах, предназначенных для разработки деталей различного назначения.

Свободную ковку применяют ко множеству металлов. С помощью этой операции выполняют и предметы обихода, и предметы, представляющие собой художественную ценность. Кстати, этот способ обработки металла применяют и в ювелирном деле. В самом деле, самый ковкий металл – это золото. Оно обладает пластичностью, текучестью, тягучестью и многими другими свойствами, позволяющие получать из него бесценные изделия.

Ковка ювелирных изделий

На практике применяют два основных вида ковки – горячую и холодную.

Основные способы ковки металла

Свободная ковка металла может быть выполнена, когда металл разогрет до определенного уровня. Такой способ называют горячей ковкой, и до недавнего времени это был основной способ производства кованых деталей.

В последние несколько десятков лет стал набирать популярность способ холодной ковки. Этот способ отличается тем, что его применение позволяет сэкономить на производственных площадях, пропадает необходимость в содержании энергозатратного кузнечного горна и пр.

Как уже отмечалось выполнение горячей ковки, возможно, при нагреве металла до температур, при которых он изменяет свои прочностные характеристики и приобретает пластичность, которая позволяет его относительно легко обрабатывать, используя ударный инструмент и различные приспособления. Горячая обработка металла предполагает использование некоторых технологий обработки металла, позволяющих разнообразить готовые изделия.

Между тем нагрев металла имеет и определенные недостатки. Во-первых, нагрев металла, подразумевает то, что в мастерской должен быть установлен кузнечный горн или муфельная печь. Надо сразу отметить, что наличие такого оборудования подразумевает наличие расходов на его обслуживание и на топливо. Во-вторых, использование открытого огня – это небезопасное занятие и требует от мастера соблюдения повышенных мер безопасности. В-третьих, горячая ковка требует того, чтобы мастер обладал определенными знаниями и навыками в части температурных параметров металла.

Ручная ковка

Ручная ковка металла должна выполняться в специально оснащенной мастерской. В перечень оснащения входит следующее оборудование и устройства:

горн или муфельная печь;
система отвода воздуха;

Наковальня, представляющая собой солидных размеров (до 250 кг весом) металлическую чушку, которая может обладать такими технологическими приспособлениями, как рога, калиброванные отверстия. Для ее изготовления применяют сталь 45Л.

На наковальне может быть выполнена ковка металла своими руками и придание нагретым заготовкам необходимых форм и размеров.

Кроме того, на поверхности наковальни существует возможность ковки листа.

Холодный метод ковки

Большая часть работ холодной ковки выполняется на специально спроектированном для этих целей оборудовании. Можно назвать определенный перечень оборудования, который применяют для холодной обработки металла. Как правило, такое оборудование показывает свою эффективность при выполнении больших объемов работ при архитектурном оформлении зданий и сооружений.

Среди оборудования, применяемого при получении изделий холодной ковкой можно назвать следующее:

торсионный, с его помощью выполняют кручение прутка вдоль оси;
волновой, на нем выполняют различные волнообразные детали.

Всего парк оборудования для холодной ковки насчитывает порядка десятка единиц. Некоторые работают от мускульной силы оператора, некоторые от электрического привода. Некоторые умельцы занимаются самостоятельным изготовлением подобного оборудования.

Ковку выполняют с помощью ручных или механических ударных инструментов, это может быть, кувалда или пресс, который может работать от электрического, пневматического или гидравлического привода.

Ковка и штамповка обеспечивают получение деталей, которые имеют разные габаритно-весовые параметры и форму.

Использование ковки приводит к повышению механических параметров стали и оптимизирует его внутреннюю структуру. Именно поэтому ответственные детали, например, шатуны, производят применяя свободную ковку или штамповку. Ковку можно разделить на следующие типы — ручную и машинную. Для первой применяют ручной ударный инструмент (молот, кувалда и пр.) все работы по обработке металла выполняют на наковальне. Второй тип ковки выполняют на кузнечном оборудовании, оснащенными молотом и пр. При машинной обработке тяжелые и объемные заготовки обрабатываются под прессовым оборудованием, а менее размерные, и с меньшим весом обрабатывают на молоте.

Обработку металла с помощью ударов можно разделить на свободную ковку и обработку в штампах. Свободная ковка подразумевает то, что заготовку сжимают между прессом и основанием. Формирование готовой детали происходит за счет вспомогательного инструмента, которые применяет кузнец.

При штамповке, металл приобретает форму и размеры в пределах инструментального штампа. Для изготовления отдельной детали необходимо изготавливать новый штамп. По сути, ковка и штамповка – это промежуточные технологические операции, которые приводят к получению заготовок, которые в дальнейшем будут проходить через дополнительную обработку, например, фрезеровку или сварку.

В промышленности широко применяют множество кузнечно-штамповочного оборудования. Его можно классифицировать по следующим параметрам:

по температуре обрабатываемой заготовки. Для этой операции применяют ковочные машины, оборудование для горячей и холодной штамповки как плоской, так и объемной;
по операциям, выполняемым на оборудовании. Разделяют заготовительное, основное и финишное КШО;
по методу подачи и удаления готовых изделий из рабочего пространства КШО. На практике применяют оборудование, на котором все эти операции выполняют вручную, в полу- и автоматическом режиме.
по виду привода. Прессы и штамповочные машины работают от электричества, сжатого воздуха, гидравлики и пр.
по ключевому параметру. Как правило – это номинальное усилие, создаваемое прессом или рабочий момент.

Индукционные нагреватели

Перед обработкой методом горячей ковки заготовки нагревают до определенной температуры. Для решения этой задачи применяют различное нагревательное оборудование. В этот список входят и индукционные нагреватели. В них проходят предварительный нагрев заготовки перед операциями штамповки, гибки, ковки и пр.

Такая форма нагрева обладает рядом достоинств перед другими типами, например, перед газовым или электрическим.

Технология производства горячей ковки

Сегодня горячая ковка металла применяется не только в промышленности для изготовления крупных деталей производственного оборудования: металлорежущие станки, горнодобывающие установки и пр. С помощью данной технологии кузнецы создают различные предметы для украшения зданий или ландшафтного дизайна территории. Сюда относятся лестницы, заборы, беседки, мангалы. Все они при соответствующем подходе способны стать изюминкой любого интерьера/экстерьера. Но как этого добиваются профессионалы?

Начинаем с азов

Горячая ковка подразумевает нагрев заготовки до температуры (примерно до 1000 С°), при которой она начинает терять прочность, становясь пластичной. Последнее свойство дает возможность кузнецам придавать заготовке определенную форму, создавая произведения искусства. Преимущества горячей художественной ковки:

Неограниченность в реализации дизайнерских идей;
Большой выбор сплавов, подходящих для обработки;
Возможность автоматизации кузнечного труда;
Придание готовому металлоизделию повышенных технических характеристик (прочность, стойкость к коррозии и износу).

Что необходимо для горячей ковки?

Печь. Самые распространенные разновидности – горн и муфельная печь. Часто для увеличения КПД кузнецы оборудуют печи дополнительными система нагнетания воздуха;
Наковальня. Она может быть изготовлена на заводе либо «кустарным» способом. Первые регламентируются советующим ГОСТом, роль вторых зачастую играет кусок железнодорожного рельса;
Емкость для охлаждения заготовки. Также необходимы специальные молоты (кувалды), клещи и прижимы. Как правило, требуются наборы из указанных инструментов с различными формами, конфигурациями и массой.

Также необходимы специальные молоты (кувалды), клещи и прижимы. Как правило, требуются наборы из указанных инструментов с различными формами, конфигурациями и массой.

Виды горячей ковки и основные операции

Горячая ковка бывает предварительной (черновой) и окончательной (чистовой). Первая представляет собой предварительную подготовку к чистовой обработке. Чистовая ковка может включать следующие виды операций:

Осадка – изменение геометрии будущего изделия в пользу увеличения его сечения за счет уменьшения длины. Достигается при помощи ударов молота параллельно длине заготовки;
Вытяжка – операция, обратная осадке (длина увеличивается, площадь поперечного сечения уменьшается). Проводится ударами молота перпендикулярно длине заготовки;
Рубка – позволяет разделять заготовку на части с использованием зубила и кувалды. Рубка может быть частичной, для создания художественных элементов;
Гнутье – придание поковке изогнутой формы.
Кручение, торсион – вращение заготовки вокруг ее оси;
Гладка, зачистка – используется для обеспечения максимальной ровности поверхностей;
Нанесение рисунка, узоров – подразумевает выполнение на поверхности заготовки насечек, шрифта, линий и пр. Для этого используют молот и зубило. Поковку предварительно нагревают.

Сборка как завершающий штрих горячей ковки

После изготовления отдельных элементов кованого изделия переходят к сборке. Сборка конструкции может осуществляться тремя способами:

Сварка (газо- или электросварка);
Клепка. Сначала в соединяемых элементах просверливаются отверстия заданного диаметра. В отверстие вставляется заклепка, которая расклепывается ударным способом;
С помощью кольца. Два пересекающихся элемента «связываются» металлическим кольцом, концы которого потом соединяются сваркой.

Для плоских элементов кованого изделия могут применяться такие способы сборки, как фальцовка (скручивание кромок) и чеканка (ударный способ).

Читайте также: