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.

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.

Торсионные станки

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:

Иллюстрации	Описание действий
	Создание эскиза. Эскиз служит проектом, поэтому на нем необходимо изобразить конструкцию, которую вы собираетесь сделать, и указать на ней все узоры и их расположение. Имейте в виду, что узоры должны соответствовать вашему оборудованию, на котором вы будете заниматься ковкой.
	Изготовление узоров. Все узоры, которые имеются на эскизе, изготавливаются из заготовок на вышеперечисленном оборудовании — детали изгибаются, спрессовываются, вытягиваются и т.д.
	Сборка конструкции. Эта работа выполняется так: Все детали выкладываются на сборочном столе согласно эскизу; При помощи сварки детали соединяются в единую конструкцию.

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:

Иллюстрации	Описание действий
	Подготовка эскиза. Как и при холодной ковке, работа начинается с подготовки проекта.
	Нагрев в горне. Заготовка нагревается до температуры от 800 до 1250 градусов. Нагрев может происходить как общий, т.е. всей заготовки, так и локальный — того участка детали, с которым вы планируете работать.
	Обработка. Данный процесс обычно включает в себя выполнение нескольких основных операций: Осадка. Заключается в увеличении поперечного сечения заготовки путем ударов молота; Вытяжка. Позволяет увеличить длину заготовки путем уменьшения ее сечения. Эта операция может выполняться как при помощи молота, так и путем прокатки заготовки между валами; Гибка. Суть этой операции заключается в придании заготовке загнутой формы. Для этого используют фасонные молотки, рог наковальни и кондукторы; Скручивание. Эта операция позволяет скручивать деталь вокруг своей оси. Принцип напоминает холодную ковку — заготовка фиксируется в тисках и проворачивается. Однако, в отличие от холодной ковки, горячий способ позволяет выполнить локальный нагрев, и таким образом сделать скрутку лишь на отдельном участке детали; Насечение рисунка, разрубка, набивка рельефа. Все эти приемы относятся к художественной ковке и выполняются при помощи зубил. Рассеченные участки детали могут скручиваться, сплющиваться и т.д.

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.