Приёмы сборки кованых изделий

При художественной ковке очень важно определить, какая часть изделия будет коваться целиком, а какие элементы будут выполняться отдельно, а затем соединяться. От правильного технологического процесса во многом зависит успех работы. В свою очередь, для разработки технологии необходимо иметь кроме рисунка изделия точный чертеж, составленный конструктором с учетом припусков на механическую (токарную, фрезерную) обработку, если такая предусматривается. Имея чертеж поковки, можно рассчитать и массу необходимого материала для ее изготовления, прибавив к массе поковки отход металла на обсечку (в зависимости от сложности поковки) до 20? 30%, на угар из расчета 2? 3% на каждый нагрев и 1,5? 2% на каждый подогрев.

При разработке конструктивного чертежа деталей под ковку следует учитывать специфику этой техники и избегать нехарактерных для нее форм и конфигураций. Например, пересечение цилинд-рических поверхностей между собой, а также избегать ребристых сечений, так как ребра в некото-рых случаях (например, по контуру цилиндра) сделать крайне трудно, а иногда техникой свобод-ной ковки и невозможно. Детали с резкой разницей в размерах лучше делать сварными или со-брать на резьбе.

Процесс работы над изделием начинается с четкого представления его не только в целом, но и в деталях (характер их соединения). Это обусловливает и порядок проведения технологических операций. Особенно следует обратить внимание на приемы соединения.

В материалах, которые используются в изделиях декоративно-прикладного искусства: стекло, ке-рамика, дерево, железо, прием соединения выполняет не только соединительную функцию, но и влияет на силуэт и характер изделия, подчеркивая его образную структуру. Вот это единство функционального и архитектурного и является одним из главных свойств кованого металла.
В изделии, в основе которого использованы единый растительный мотив, целесообразно соеди-нять детали сваркой или клепкой впотай, или комбинацией обоих приемов. В этом случае соеди-нения выполняют только функциональную роль. Места соединения в таких изделиях закрывают соседними декоративными элементами, листьями, цветами. Это прием характерен для барокко (рис. 1). В других случаях, когда изделия собраны из повторяющихся элементов, соединением служит хомут (скоба) (рис. 1) -клепка с ясно выраженной головкой, которая иногда изготовляется в виде цветка. Все конструктивные соединения ясно выражены, в этом случае они несут и архитек-тоническую функцию.

Подобный прием и другие характерны для изделий многих стилей и совре-менных произведений (рис. 2). Кузнецами всех стран используются растительные элементы ук-рашений: стебли, листья, цветы, плоды и др.

В материалах, которые используются в изделиях декоративно-прикладного искусства: стекло, ке-рамика, дерево, железо, прием соединения выполняет не только соединительную функцию, но и влияет на силуэт и характер изделия, подчеркивая его образную структуру. Вот это единство функционального и архитектурного и является одним из главных свойств кованого металла.
В изделии, в основе которого использованы единый растительный мотив, целесообразно соеди-нять детали сваркой или клепкой впотай, или комбинацией обоих приемов. В этом случае соеди-нения выполняют только функциональную роль. Места соединения в таких изделиях закрывают соседними декоративными элементами, листьями, цветами. Это прием характерен для барокко (рис. 1). В других случаях, когда изделия собраны из повторяющихся элементов, соединением служит хомут (скоба) (рис. 1) -клепка с ясно выраженной головкой, которая иногда изготовляется в виде цветка. Все конструктивные соединения ясно выражены, в этом случае они несут и архитек-тоническую функцию.

Подобный прием и другие характерны для изделий многих стилей и совре-менных произведений (рис. 2). Кузнецами всех стран используются растительные элементы ук-рашений: стебли, листья, цветы, плоды и др.

Рис. 2

Техника ковки украшений достигла высоких результатов. Если в решетках классицизма раститель-ный орнамент и его элементы обобщены, то в барокко уже изображаются конкретные растения, а в модерне это приводит к натурализму. Со сменой стиля происходит изменение технологии. Если в работах романского периода кузнец использовал 2-3 универсальных инструмента — зубило, бородок ручник и работа была непосредственно связана с горном и наковальней, то в работах барокко появляются многочисленные штампы, пуансоны, оправки и работа ведется по листовому ме-таллу и на шпераках.

Ковка соединительных элементов и украшений

Изготовление листьев из полосы. В полосе шириной 30 мм, толщиной 10 мм делается перебив-ка, конец вытягивается на стебель. Заготовка укладывается в нижник и проковывается: полукруг-лым зубилом вырубаются контуры листа и насекаются зубилом жилки, на шпераке листу придается форма (рис. 3).

Изготовление листа из прутка. На конце заготовки производится осадка и осаженному концу придается форма. Заготовка нагревается, укладывается в нижник и проковывается; последние удары можно производить через гладилку (рис. 4).

Изготовление листа без нижника. Заготовку осаживают и придают ей форму. Сильными ударами проковывается часть, которую осадили, одновременно ей придается правильный силуэт листа. Обратной стороной ручника или подбойкой делаются углубления и секачом намечается стебель. При организованной работе этот листок делается с одного нагрева (рис. 5).

Рис. 3
Изготовление листа из полосы (последовательность операции)

Рис 5. Клепка В практике художественной ковки одним из средств соединения кованых элементов является клепка. Например, при изготовлении металлических дверей при реставрационных работах расхо-дуется около 200 клепок на одну дверь. Клепки изготовляют из малоуглеродистых сталей из прутка большего, чем стержень, сечения бу-дущей клепки. Инструментом служит гвоздильня. Нагретый конец стали несколькими ударами вытягивают. Надрубают на насечке и вставляют в от-верстие, равное вытянутому концу. При установке заготовки в отверстие нужно помнить, что лицевая сторона гвоздильни та, у которой диаметр отверстий меньше. Остальную часть заготовки отламывают, оставшийся конец расклепывают. Получается головка клепки, форма которой может быть очень разнообразной. После извлечения клепки из гвоздильни ее отре-зают до нужного размера. Этот же процесс используют и при ковке кованого гвоздя с той лишь разницей, что конец вытягивают на острие. Ковку гвоздя и клепки делают с одного нагрева. Горновая сварка Одной из самых сложных операций является горновая сварка (кузнечная), требующая большого опыта и знаний. При производстве изделий методом ковки применение горновой сварки облегчает и ускоряет работу, а в некоторых случаях она является решающей. Кузнечная сварка позволяет соединить в одно целое изготовленные по отдельности детали, при-чем их можно в этом случае выполнить с большей точностью и совершенством. Кузнечной сваркой легко сваривается мягкая сталь с содержанием углерода 0,15 — 0,25%. Процесс горновой сварки состоит из следующих операций: подготовка горна; подготовка концов свариваемых деталей; сварка; проковка. Подготовку горна под горновую сварку нужно проводить с большой тщательностью: горн очищают от золы, шлака, продувают горновое отверстие. Особенно тщательно горн очищают после пайки медным припоем. В этом случае рекомендуется горн прокалить с поваренной солью.

Уголь, подготовленный для горновой сварки, необходимо внимательно осмотреть.
В зависимости от толщины поковок, подлежащих сварке, их подготавливают различным способом. На рис. 6 а-е изображены различные способы подготовки концов свариваемых деталей. Наи-более распространенный шов — внахлестку. Концы осаживают и вытягивают (напуск должен быть в полтора раза больше толщины заготовки).

При сварке врасщеп (в замок) концы осаживают и один конец разрубают. Сварка врасщеп приме-няется для сваривания рессорной и инструментальной стали. Сварку можно производить в горне, ударяя в торец заготовки; она применяется при вваривании более твердой стали в мягкую.
При сварке встык концы осаживают и скругляют для того, чтобы при сварке произошло вы-жимание шлака.

Уголь, подготовленный для горновой сварки, необходимо внимательно осмотреть.
В зависимости от толщины поковок, подлежащих сварке, их подготавливают различным способом. На рис. 6 а-е изображены различные способы подготовки концов свариваемых деталей. Наи-более распространенный шов — внахлестку. Концы осаживают и вытягивают (напуск должен быть в полтора раза больше толщины заготовки).

При сварке врасщеп (в замок) концы осаживают и один конец разрубают. Сварка врасщеп приме-няется для сваривания рессорной и инструментальной стали. Сварку можно производить в горне, ударяя в торец заготовки; она применяется при вваривании более твердой стали в мягкую.
При сварке встык концы осаживают и скругляют для того, чтобы при сварке произошло вы-жимание шлака.

Подготовка концов поковок под сварку: а — внахлестку:

б — врасщеп (в замок): в — встык; г — с клепкой; д — впритык; е — вразруб

Применяется в случаях, когда невозможно применить первые
два (внахлестку и врасщеп).

Сварка внахлестку с клепкой и без клепки применяется при сварке колец.
Сварка впритык применяется для сваривания Т-образных изделий.
Осадка концов производится для того, чтобы при отделке сварного шва был запас толщины ме-талла. Запас металла необходим, чтобы можно было проковать заготовку не только в месте сва-рочного шва, но и в тех местах, где металл был нагрет до температуры сварки. Сварка бывает сухая и сочная.

При сухой сварке подготовленные концы заготовки нагревают до температуры сварки. Металличе-ской щеткой, ручником или просто легким ударом о наковальню сбивают окалину и быстро свари-вают изделие легкими ударами молотка. Более надежный способ сварки — сочный, с применением флюса.

Флюсы для сварки разных марок стали используются разные. При сварке используют сварочные порошки, состоящие из буры, поваренной соли, борной кислоты, канифоли. Малоуглеродистая сталь (железо) сваривается с помощью флюса, который состоит из чистого речного песка с не-большим добавлением буры. Для сваривания стали с большим содержанием углерода применяют флюсы с добавлением металлических опилок, например, песок, бура, опилки.

Прочность сварочного шва зависит от чистоты свариваемых деталей. Загрязнение концов при вы-сокой температуре может быть за счет окалины и посторонних включений: шлака, кокса, золы, кирпича и т. п. Флюс, попадая на нагретые концы, плавится и растворяет окалину. Расплавив-шийся флюс предохраняет металл от перегорания. Поэтому очень важно при горновой сварке флюсом присыпать свариваемые куски до того, как изделие нагреется до температуры сварочного жара, а в некоторых случаях, перед тем как положить заготовку в горн, концы погружают в жидкий раствор глины с поваренной солью.
Перед нагревом под сварку необходимо насыпать в горн достаточное количество угля, чтобы во время сварки не подсыпать, и дать ровное дутье.

Перед тем как металл нагрелся до температуры сварки, но еще не стал отбрасывать искры, его нужно посыпать флюсом и прибавить дутье. Когда концы свариваемых деталей покроются ровным слоем слизи, можно проверить их острозаточенным металлическим прутом: если конец прута вяз-нет, значит, металл достаточно нагрелся. Концы снова посыпают флюсом, не давая металлу от-брасывать искры и увеличивают дутье, дав концам металла равномерно прогреться до сварочного жара. Затем заготовку вынимают на наковальню и легким ударом о стул наковальни отбивают окалину.

Такие операции, как подача из горна на наковальню и сварка, должны производиться возможно быстрее, чтобы процесс соединения происходил при наивысших температурах, и поэтому ковку часто делают в две-три руки быстро чередующимися ударами.

Частота ударов при сварке должна быть такой, чтобы кузнец успел, переворачивая изделие, на-нести достаточное их число до того, как вследствие понижения температуры способность металла к свариванию не будет потеряна.
Весьма существенно, чтобы нагрев металла до сварочных температур был локальным (местным) т. е. только той части, которую проковывают в процессе сварки, иначе рост кристаллов в смежных областях снизит качество ковки. Этот дефект выправляют осадкой концов металла, которая по-зволяет проковать не только в месте шва, но и в зоне нагрева.

Пайка не относится к кузнечным операциям, так как эта операция не связана с наковальней. Это — средство соединения деталей или декоративных элементов, изготовленных методом свободной ковки.

Русскими мастерами эта операция применялась очень широко. Этим методом были изготовлены изделия, отличающиеся высоким мастерством и большими художественными достоинствами.

Пайка латунью позволяет соединять небольшие детали. По технологии она аналогична пайке фи-лиграни в ювелирном деле.

На рис. 7 изображена сечка. Декоративные элементы идущие вдоль стержня, к которому крепится ручка, припаяны латунью.

При изготовлении некоторых изделий пайка является решающей операцией. Например, при ковке ключей к большим секирным замкам и т. п.
При изготовлении изделия делается эскиз изделия в натуральную величину. В эскизе предусматриваются места соединения элементов с учетом технологической возможности их изготовления. Для изделий, подлежащих пайке латунью, употребляется сталь с низким содержанием углерода (полоса или квадрат). Материал круглого сечения не идет для этих целей, так как детали из этого материала имеют малую плоскость соприкосновения. Металл нагревают, и на шпераках изготов-ляют по шаблону элементы. Подгонка элементов друг к другу и к основному стержню должна про-изводиться с большой тщательностью. Для этих целей используется слесарный инструмент: ножовка по металлу, различные напильники.

Все детали собирают и крепят к основному изделию с помощью стальной проволоки (биндра). По-скольку при пайке латунью флюсом служит бура, то перед закладкой в горн изделие посыпают смоченной бурой, чтобы бура пристала к изделию. Затем изделие закладывают в горн. Закладка должна производиться осторожно. Нельзя самим изделием раздвигать угли. Кочергой в горне под-готавливают подстилку из угля, так, чтобы между горновым отверстием и изделием его должно быть достаточно. С боков подгребают уголь (при этом не допускают, чтобы комочки угля попали на изделие — это может привести к сдвигу элементов) и включают дутье. Дутье должно быть слабое. Это необходимо для того, чтобы разные по массе и величине детали могли равномерно прогреть-ся, и флюс равномерно растекся.

При пайке простых изделий с малым числом соединений можно пользоваться прутком латуни. Ко-гда металл нагреется до красного каления, концом латуни касаются мест соединения. Плавка ла-туни сопровождается зеленым цветом пламени горна. В это время ни в коем случае нельзя изде-лие передвигать. Нужно выключить горн и дать остыть изделию. После пайки изделие очищают от флюса металлическими щетками или отбеливают в слабых растворах серной кислоты.
Изделия большой сложности, как, например, сечку, паяют на металлическом листе (или полосе), на котором их собирают, связывая биндрой, затем посыпают бурой. В местах соединения раскла-дывают припой (кусочки латуни) и производят пайку. Вместо кусочков латуни удобно пользоваться опилками латуни, которые должны быть чистыми, без примесей. Для очистки латунных опилок достаточно провести над ними магнит, чтобы удалить железные включения.
При изготовлении более мелких изделий с тонким сечением элементов используют глину с не-большим добавлением соли. Изделие собирают и, как в первых двух случаях, скрепляют проволо-кой, но не стальной, а латунной. Мокрое изделие посыпают бурой, замазывают глиной с солью и помещают в горн. В этом случае дутье также должно быть слабым, чтобы равномерно высушить и прогреть глину. Когда глина высохнет, можно постепенно увеличивать дутье до тех пор, пока в мелких трещинах глины не появится расплавленная латунь. Пока глина была сырая, латунная проволока исполняла роль биндра. Когда глина высохла и сама стала скреплять элементы, прово-лока расплавилась и выполнила роль припоя.
После того как припой расплавился, нужно выключить горн. Через некоторое время изделие с гли-ной можно опустить в воду для того, чтобы глина отпала. После пайки изделие очищают от флюса и обрабатывают напильником.
После пайки неровности обрабатывают напильником и оксидируют.