6. Различные способы изготовления художественных изделий

Технология получения художественной заготовки методом ковки. Оборудование, инструмент.

Ковка – технологический процесс получения заготовки путем деформации металла между двумя плоскими бойками. Возможно применение подкладного инструмента.

При выборе материала предпочтение следует отдавать самым «мягким» сортам стали с наименьшим содержанием углерода (до 0,2 %), такие стали называются мягкими, они обладают хорошей пластичностью и свариваемостью. Существует ручная и механическая ковка. При механической ковке ударный инструмент перемещаются за счет действия сил сжатого воздуха или пара или механических сил. Наковальня жестко закреплена в раме. Весь молот, установлен на фундаменте.

К инструментам относиться наковальня (для ручной ковки). Три типа наковален: одно, двух и безрогая. Их изготавливают из сырой (незакаленной) стали методом литья. Сверху наваривается стальной наличник закаленный толщиной от 10 до 30мм. Рог служит для загибания металла. На другой стороне хвост в нем есть два отверстия: круглое для пробивания отверстия в заготовках и квадратное для крепления приспособления. Нижняя часть – башмак- для крепления к основанию. Вес наковальни- 80-300кг.

При необходимости выполнения мелких работ ковкой на наковальню в квадратное отверстие устанавливаются шпераки - небольшие двухрогие наковальни разнообразных профилей.

Наковальни весом 4-20кг называют шпераками. Это небольшие, двухрогие наковальни разнообразных профилей. На них производиться гибка, правка, выколотка различных орнаментальных элементов. Шперак имеет либо заостренный хвост и тогда он вбивается в деревянную плаху, либо квадратный – для установки в отверстие наковальни.

Ручник - молоток - основной инструмент кузнеца. Ручником наносят удары при мелких поковках, им же указывают место молотобойцу, по которому следует бить кувалдой. Весит ручник от 0,5до 2кг. – насаживаются на прочную ручку, длиной 350-400мм. Его главная часть имеет плоскость, обратная сторона - либо шарообразной либо продольно-заостренной формы.

Кувалда - молоток весом до 10кг. Кувалдой работает подручный кузнец - молотобоец. Рукоятка кувалды до 900мм изготавливается из рябины. Кувалда имеет оба плоских бока, или один клиновидный. По силе различают три типа ударов кувалдой: легкий - локтевой, с плеча - средний, и самый сильный - навесной - когда кувалда описывает полный круг. Молотобоец, выполняющий работу кувалдой должен обладать не только физической силой, но и определенными навыками и уверенностью в работе.

Клещи - инструмент, при помощи которого кузнец вынимает заготовку из жара, удерживает и поворачивает в процессе ковки. В зависимости от конфигурации поковки клещи имеют, губки различной формы. Форму губок придают клещам в процессе из изготовления. Таким образом, набирается некоторое количество различных клещей.

Следующая разновидность инструмента

Подкладной инструмент:

Зубило и подсечка - инструмент для рубки металла. Кузнечное зубило имеет ручку для удерживания. Рубка производиться между подсечкой и зубилом. Подсечка вставляется в наковальню четырехгранным хвостиком. Иногда рубят одним зубилом, укладывая заготовку на наковальню у основания рога, наставив зубило и нанося удары кувалдой. При нанесении узоров поковку кладут на лицо наковальни и удерживают клещами.

Пробойник кузнечный - инструмент для пробивания отверстий. В поперечном сечении имеет различную форму. Существует для вырубки отверстий в нетолстых заготовках. Иногда используется в сочетании с подкладкой матрицей нужной конфигурации. Пробойник имеет рукоятку и хвостик с обратным конусом.

Подбойка, обжимка – приспособление, состоящее из верхника и нижника. Нижник устанавливается в наковальню хвостиком. Применяется для выбивки в заготовке углублений различного сечения кольцевой формы. Для этого заготовка укладывается в нижник, вращается, и наносятся удары. Таким образом, получают местное граненое или круглое поперечное сечение.

Раскатка - инструмент, служащий дл ускорения вытяжки заготовки в длину. Имеет различное поперечное сечении и позволяет деформировать металл по площади, большей, нежели имеет кувалда (боек).

Кроме этих инструментов, применяют различные приспособления, облегчающие операции и ускоряющие процесс изготовления изделий. Применяются они в основном в случае получения одинаковых изделий, например кованых листьев или орнаментов из гнутых и витых профилей. При наполнении на такие формы заготовки, она под ударами молота приобретает нужную форму.

При художественной ковке, применяют различные оправки, которые кузнец изготавливает исходя из рисунка или модели. При гибке завитков и других кривых из прутков или полос применяют стальную плиту с рядами отверстий, в которые плотно вставляются штыри. Затем по шаблону выставляют нужную конфигурацию штырей и огибают вокруг них полосы или прутки.

Применяются и другие приспособления, например штампы и пуансоны, особенно распространенные при листовой штамповке.

Для измерения деталей в горячем состоянии применяются кронциркули и нутромеры, снабжение специальными ручками, а так же кузнечные калибры. При работе с горячим металлом необходимо учитывать изменение размера в процессе охлаждения. Поэтому мерительные инструмент изготавливается с учетом усадки.

В современных кузнечных производствах применяются кузнечные молоты. Они более высокопроизводительны и позволяют сделать больше формообразующих операций за один нагрев. Существуют, различие по приводам молота (пневматические, кривошипные и т.д.)

При художественной ковке не потребуется особенно сильных ударов, поэтому возможно применение пружинных и рессорных молотов.

Основные приемы кованых работ.

Осадка и высадка

Осадка предназначена для уменьшения длины заготовки за счет увеличения ее поперечного сечения. Если осадка осуществляется на части заготовки, то она называется высадкой. Применяют осадку при ковке декоративных элементов, для восполнения недостающего металла при изгибании заготовки. При осадке заготовку нагревают до ковочной температуры. Короткие заготовки ставятся на наковальню вертикально и осаживают разогретую часть. Длинные кладут и удары молотком или кувалдой наносят в горизонтальной плоскости. Иногда при необходимости осадки части заготовки пользуются подкладным инструментом, обеспечивающим строгий размер не деформируемой части заготовки. После окончаний формообразующих операций инструмент либо легко снимается т.к. после остывания образуется зазор, либо аккуратно сбивается легкими ударами молотка на оправке.

Вытяжка - кузнечная операция применяется для увеличения длинны заготовки за счет уменьшения её поперечного сечения. Вытяжка имеет три разновидности.

1. Наиболее частный случай, когда из толстого куска металла необходимо отковать полосу или прут (круглого или квадратного сечения). Для этого разогретую заготовку кладут на наковальню и, удерживая её клещами, наносят удары узким бойком кувалды по всей длине заготовки. Затем заготовку поворачивают на 90 градусов и операцию повторяют. Работу ведут уверенно и быстро, стремясь по всей длине проковать заготовку. Для этого чтобы заготовка тянулась в длину, а не в поперечине применяют седлообразные наковальни. Более удобно для вытяжки круглых болванок применяют обжимки. Подворачивая поковку вокруг оси и передвигая ее в перед по обжимке, ударяют кувалдой.

2. Расплющивание (уширение или разгонка) применяется в том случае если необходимо увеличить площадь заготовки за счет ее высоты, т.е. получить всю заготовку или отдельный ее участок в виде пластины. Например, при выполнение поковок мотивов растительного орнамента. Расплющивание применяют для лепестков цветов, листьев и т.д. Расплющивание осуществляют или непосредственно кувалдой, или, для ускорения применяют специальный инструмент - раскатку, который имеет плоскую или полукруглую рабочую поверхность. При работе раскаткой вся сила удара сосредотачивается на небольшом участке и раздача металла во все стороны идет быстрее.

3. Вытяжка с оправкой - применяют, если необходимо увеличить длину пустотелой заготовки (толстостенной заготовки) за счет уменьшения толщины ее стенок. Работу ведут в обжимках. В процессе работы поковка постоянно поворачивается вокруг своей оси.

4. Раздача на оправке применяется для ковки колец, обручей и т.д. В процессе этой работы одновременно увеличивается наружный и внутренний диаметр поковки. Предварительно высаженную и прошитую заготовку продевают на цилиндрическую оправу, по которой укладывают обоими выступами на подставки и ударами ручника или подбойки производят раздачу. Увеличение диаметра кольца происходит за счет утонения его стенки.

Рубка

Это кузнечная операция, посредством которой поковку разделяют на части. Её осуществляют кузнечным зубилом в холодном или горячем состоянии.

Для холодной рубки зубило затачивается под углом 60 градусов а для горячей 80-85 градусов. В холодном виде рубят тонкие и узкие полосы и прутки сечением до 20мм. Более толстые заготовки нагревают до темно-красного свечения, кладут не закаленную часть наковальни и, поставив кузнечное зубило или топорик, сильно бьют по нему кувалдой. Прорубив толщу металла более чем на половину, заготовку переворачивают, снова наставляют зубило и сильными ударами отрубают заготовку. При рубке горячего металла зубило нужно охлаждать и смазывать.

Для ручной рубки применяют подсечки. Последовательно устанавливают в отверстие наковальню, на нее кладут заготовку а сверху наставляют зубило, по которому кувалдой наносят удары. Металл до конца не прорубают во избежание порчи подсечки и зубила.

Кузнечная рубка имеет три разновидности:

Разрубка - операция при которой заготовка только надрубается, надрубленные участки отгибаются, вытягиваются, закручиваются или проковываются до нужной формы. Этот прием широко используются в художественной ковке. Для его выполнения применяются специальные ковочные топорики, имеющие жало, линия которого расположена перпендикулярно ручки (в виде тяпки). Топорик имеет более заостренную рубящую кромку.

Обрубка (обсечка) - отделение части материала по наружному контуру. Применяется при ковке декоративных изделий сложенной формы: розеток, накладок.

Вырубка- аналогичная операция обрубки – но выполняется по внутреннему контуру. При этой операции на изделии получается отверстие той или иной конфигурации.

Гибка – это кузнечная операция, при которой поковке придается изогнутая форма по замкнутому контуру. При гибке толстых заготовок происходит искажение первоначальной формы размеров поперечного сечения в зоне изгиба. Чтобы устранить искажение формы, утяжку (уменьшение сечения), необходимо, до гибки, произвести высадку того участка, где предполагается согнуть заготовку.

Если на заготовку действует усилие больше чем предел упругости, но меньше предела прочности, то наступает пластическая деформация. При этом во время изгиба внутренний слой заготовки и сжимающий изгиб по меньшему радиусу сжимается и его внутренняя структура измельчается. Внешний же слой наоборот расширяется и внутренние кристаллы, благодаря скольжению по плоскости скольжения, вытягиваются вдоль контура заготовки. Посередине толщины заготовки имеется нейтральный слой, который не изменяется по длине, а только прогибается.

Если же нагрузка превышает предел прочности, в краевой зоне появляются трещины, свидетельствующие о начале разрушения металла. Поэтому изгиб малопластичных материалов производится с промежуточными отжигами для рекрасталлизации структуры и восстановления пластических свойств. Если металл имеет грубую крупнозернистую структуру, связь между отдельными кристаллами может настолько ослабнуть, что приводит к надлому металла. Во избежании этого неисправимого дефекта желательно заготовку под художественную ковку брать из проката а не литую.

Гибка имеет следующие разновидности:

Гибка под углом: - производится на ребре наковальни с предварительным нагревом только на небольшом участке, подлежащем изгибанию. Если нагрев произведен на большом участке, то половина согнется по кривой. Изгибание прутка можно производить, воткнув его в отверстие в наковальне до нагретого участка и быстро пригнув к наковальне.

Если длинную полосу или пруток необходимо согнуть несколько раз, причем места сгибов должны быть расположены близко друг к другу, гибку производят на шпекарке с рогом соответствующей формы, или с применением соответствующих приспособлений.

Гибка по дуге: -производится на роге наковальни или соответствующих по дуге шпераках. Сложные кривые профили гнут на оправках. Повторяющиеся (рапортные) кривые гнут на приспособлениях (доске со штырями). Завитки (спирали) из прутков и полос тонкого сечения гнут в холодном состоянии в тисках. Из толстых сечений - на специальных оправках. Мотив завитков, обогащенных тройчатыми листочками проковывают каждый в отдельности.

Скручивание: - кузнечная операция, сущность которой заключается в повороте части заготовки вокруг оси относительно другой. Заготовки толщиной до 20 мм скручивают без нагрева. Для этого точно размечают участок скручивания и стержень по риску зажимают в тисках, на другую часть стержня одевают трубу с двуручным или четырех ручным воротком. Ворот вращают до тех пор, пока не получится требуемая закрутка.

Различают скручивание до 180 для пространственной ориентации растительного орнамента (листьев и т.д.) и когда скручивание многократно до 360 . В результате изделие приобретает как бы витой характер.

Скручивание заготовок толщиной более 20 мм производятся в горячем состоянии. Нагрев осуществляется в печи т.к. горн не дает равномерного нагрева.

Тонкие полосы прямоугольного сечения скручивают в специальном приспособлении: Берут трубку по диаметру чуть больше ширины полосы. Один ее торец глушат пробкой со щелевидным отверстием, в которое входит полоса с зазором. Предварительно готовят полосы определенной длины. Полосу вставляют через трубку в отверстие и фиксируют винтом. Все приспособление зажимается в тисах. На другой конец заготовки надевают двуручный вороток с прорезью. При вращении воротка часть заготовки, находящаяся между зажимами будет скручиваться, приобретая витой характер. При необходимости получения множества скрученных заготовок ( витый решетки с повторяющимся орнаментом) заготовки должны быть одинаковой длины с одинаковым количеством витков. Следует учитывать, что при вращении длина заготовки будет уменьшаться.

Разновидностью скручивания является свивание нескольких тонких прутков в шнуры. Наиболее красивые шнуры с богатой светотенью получаются из двух круглых прутков, туго свитых между собой. При скручивании и свивании заготовку нагревают до ярко-красного свечения выше (500-700оС)

При более низкой температуре скручивание требует очень больших усилий, в металле могут возникнуть трещины. Кроме того изящность изделию придает плотность витка. При холодном свивании после снятия нагрузки проволока слегка раскручивается, поскольку обладает относительной упругостью, что ухудшает рисунок.

Свиванию подвергают и один тонкий пруток (проволоку) добиваясь данной операции прилегания одного завитка к другому. При выполнений этой операции проволока значительно упрочняется.

Изготовление шишек: - одна их специфических операций художественной ковки. Шишки весьма популярны в художественной ковке, однако в последнее время они встречаются все реже. Их выполняют свертыванием в спираль одного прутка или нескольких связанных в пучке. При изготовлений шишек из нескольких прутков. В месте, где заканчивается шишка прутки сваривают. Затем полученную заготовку в месте скручивания нагревают и скручивают. Связку скручивают на 1,5 -3 оборота в зависимости насколько сложную шишку хотят получить. После охлаждения связку раскручивают в обратном направлении. В результате связка распускается до тех пор, пока не получится требуемая форма шишки. Наиболее сложным способом получения шишки является ее изготовление из цельного прутка. По этой технологии часть прутка, где задумывается шишка, рассекается на несколько ветвей, ветви разводятся в разные стороны и только затем скручиваются. Такой орнамент нашел широкое применение в украшении ворот, балконов,

Выглаживание:- операция, придающая законченный вид поковке. После ударов молотка всегда остаются следы - выглаживание убирает их. К этой операции приступают после того, как основная форма уже откована и все формообразующие операции выполнены.

Поверхность выглаживают с помощью гладилок или обжимок, имеющих цилиндрическую поверхность. Для выглаживания внутренних и вогнутых поверхностей применяются специальные гладилки.

Выглаживание ведут постепенно, перемещая гладилку по поверхности изделия и ударяя по ней кувалдой. Поковка должна при этом удобно лежать на наковальне. Иногда выглаживают только отдельные участки рельефа, а углубления оставляют из под молотка. Это придает своеобразную живописность изделию. Выглаживание прутков производят иногда плоской гладилкой, проводя ее вдоль прутка. Следы оси плоской гладилки “читаются” как еле заметные грани и придают прутку определенную иллюзорную четкость и стройность.

Насекание рисунка - операция относится к отделочным. При помощи зубила в холодном или горячем состоянии на поверхности изделия можно воспроизвести штрихи-насечки, решетки или различные узоры, включая и изобразительные элементы. Насекание производится на более или менее плоских поверхностях, хорошо видимых на готовом изделии. Насекание на полых деталях и кольцах производится на оправках.

Набивка рельефа и фактуры - отделочная операция, выполняемая на основной части поковки. Свето-теневой эффект создается за счет дополнительных выступов или канавок, например, жилок на листьях или лепестках, каннелюр на колоннах, канавок на буквах или цифрах. Работа выполняется специальными инструментами.

Сварка - кузнечная сварка - операция посредством которой производится соединением в одно целое отдельных частей заготовок. При изготовлении больших и сложных изделий - она является основным процессом. Кузнечной сваркой хорошо свариваются мягкая сталь с содержанием углерода 0.15-0.25%, при повышенном содержании углерода она не поддается сварке.

В процесс черновой сварки входят следующие операции: подготовка концов, нагрев, сварка, проковка швов.

Сваривающиеся концы подготавливают в зависимости от вида шва: затем сваривающиеся концы заготовок нагревают в горне до температура 1300-1380, что соответствует белому цвету каления. После извлечения, ударами о наковальню или щеткой удаляют окалину, сваривающиеся концы соединяют, посыпают флюсом (бурой или чистым кварцевым песком) и проковывают место сварки, сначала слабыми частыми ударами, а затем сильными.

        Проковку начинают с середины свариваемого шва, чтобы удалить случайно оставшиеся шлак. Заканчивают черновую сварку интенсивной проковкой поверхности шва с последующей отделкой. Этот вид сварки требует высокой квалификации кузнеца и определенных навыков. В настоящее время кузнечная сварка применяется редко - ее заменяет газовая и электросварка.

После сборки воедино всего кованного художественного полотна приступают к операции отделки общего фона и установки элементов крепления (скоб и шарниров).