В процессе ковки художественных изделий применяют разнообразные приемы, используя различные инструменты, исходя из характера материала и задач, стоящих перед мастером.
В основном все приемы можно свести к следующим основным операциям: осадка, вытяжка, рубка, разрубка, пробивка отверстий, гибка, закручивание, выглаживание (отделка), насекание рисунка, набивка рельефа и фактуры.
Осадка предназначена для уменьшения длины заготовки за счет увеличения ее поперечного сечения.
Осадка может быть полной и местной.
При полной осадке деформируется весь металл.
При местной осадке деформируется только часть металла. Соответственно этому и делается нагрев – полный или местный.
Осадка применяется для получения отдельных утолщений на поковке (осадкой концов или середины) при ковке декоративных элементов, имеющих переменное сечение. Например, растительные орнаментальные мотивы (утолщенные узлы на стебле, плоды, ягоды и т.п.).
После осадки заготовка дополнительно обрабатывается обжимками, подбойками. Кроме того осадка применяется как предварительная операция перед загибанием под углом для восполнения недостающего металла для образования угла.
При осадке заготовку нагревают, ставят вертикально на наковальню и бьют молотком или кувалдой по верхнему концу. Длина поковки не должна превышать диаметр больше, чем в 2 – 2,5 раза, иначе произойдет изгибание. Если длина заготовки не позволяет наносить удары молотком, то осадка производится ударами самого предмета о наковальню. При осадке важно соблюдать следующие условия: концы заготовки должны быть срублены под углом 90 градусов, заготовка должна быть прямой.
При необходимости осадить заготовку на малом участке с большой разницей в сечении, нагретую заготовку опускают в холодную воду, исключая участок, подлежащий осадке. Эта операция должна производиться быстро, заготовку нельзя передерживать в воде, необходимо следить за нагретым концом. Такой прием применяется при изготовлении головок болтов или больших строительных гвоздей.
В некоторых случаях осадку концов заготовки производят, нагревая конец и загибая его под углом 90 градусов, затем, перевернув, ударяют на загнутому концу металла. Сложность этого приема в том, чтобы при осадке не сделать складку загнутого конца. Хорошо этот прием использовать при горновой сварке. Осадку концов заготовок можно производить в тисках. Для этого нагретую заготовку закрепляют в тиски так, чтобы над губками возвышалась та часть металла, которую требуется осадить.
Высота осаживаемой части должна быть в 2,5 раза больше сечения заготовки. Эту операцию необходимо производить быстро, так как при зажатии в тиски нагретый металл быстро остывает от соприкосновения с губками. Заготовку быстро закрепляют и осаживают ручным молотком.
Порой может случиться, что при осаживании концов заготовок большого сечения, сила губой тисков недостаточна, чтобы удержать заготовку и она при ударе скользит в тисках. В этом случае, если позволяет заготовка, в ней делают плечики.
Работая с заготовками большой длины, может случиться, что нужно производить осадку в середине заготовки. В этом случае в зоне осадки заготовку выгибают в форме Z и сверху по изгибу ударяют молотком. После осадки заготовку выправляют.
Существуют и множество приемов осадок с использованием приспособлений.
Вытяжка, или протяжка – это кузнечная операция, в результате которой происходит увеличение длины заготовки за счет уменьшения площади ее поперечного сечения. Она не только изменяет форму заготовки, но и улучшает качество металла. В практике ручной свободной ковки различают несколько основных приемов вытяжки: на плоских бойках, поочередная и на вырезных бойках.
Вытяжка на плоских бойках выполняется по всей длине участка заготовки вначале с одной стороны, затем кантовка на 90 градусов и вытяжка с другой стороны.
Большие по длине поковки могут изгибаться на наковальне или в бойках концами книзу. Чтобы исправить изгиб, заготовку кантуют сначала на 180 градусов, а затем на 90 градусов. Работу ведут быстро, стараясь за один нагрев отковать большую площадь.
Поочередная вытяжка на плоских бойках выполняется по винтовой линии. Прием более сложный и менее производительный. Применяется при ковке твердых инструментальных сталей.
Вытяжка в вырезных бойках или в комбинации плоских бойков с вырезными используется при ковке легированной стали с пониженной пластичностью. Благодаря боковому давлению, которое создается жесткими стенками инструмента, повышаются сжимающие напряжения, увеличивается пластичность металла. Поковки получаются более точные по форме и размерам, а скорость вытяжки возрастает.
Имеются и другие разновидности операции вытяжка: протяжка на кромке наковальни, расплющивание, вытяжка с оправкой, раскатка на конус, раскатка на оправке и другие.
Протяжка на кромке наковальни производится тогда, когда мастер работает без подручного.
В этом случае нагретую заготовку укладывают на острую кромку наковальни под углом 45 градусов и ударами ручного молотка по противоположной грани протягивают ее.
От кромки наковальни под действием ударов на заготовке появляются уступы, которые при дальнейшей ковке разравниваются с учетом нужных размеров и форм.
Расплющивание (уширение, разгонка) заготовки в поперечном направлении осуществляется при помощи раскатки или непосредственно кувалдой. Расплющивание необходимо при выполнении таких орнаментов, как лепестки цветков, листья и др.
Вытяжкой называется кузнечная операция, в результате которой происходит увеличение длины заготовки за счет уменьшения площади ее поперечного сечения. Она не только изменяет форму заготовки, но и улучшает качество металла. Существует несколько основных приемов вытяжки с оправкой, вытяжки на плоских бойках, поочередная вытяжка, на вырезных бойках.
Вытяжка с оправкой – это прием, который позволяет увеличить длину пустотелых поковок за счет толщины стенок и уменьшения наружного диаметра. Применяется при ковке длинных полых деталей – труб, цилиндров и т.д. Производится в круглых или квадратных обжимках, в зависимости от формы заготовки. Перед работой оправку следует нагреть до 150 – 250 градусов, а ее рабочая поверхность должна быть хорошо смазана.
Вытяжка на плоских бойках выполняется по всей длине участка заготовки вначале с одной стороны заготовки, затем кантовк на 90 градусов и вытяжка с другой стороны.
Большие по длине поковки могут изгибаться на наковальне или в бойках концами книзу.
Поочередная вытяжка на плоских бойках выполняется по винтовой линии. Применяется при ковке твердых инструментальных сталей.
Вытяжка в вырезных бойках или в комбинации плоских бойков с вырезными применяется при ковке легированной стали с пониженной пластичностью.
Боковое давление создается жесткими стенками инструмента, что повышает сжимающее напряжение и увеличивает пластичность металла. Возрастает скорость вытяжки и точность поковок.
Вытяжка на конце применяется при изготовлении гвоздей, светцов, пробоев, жиковин и других изделий. Нагретую заготовку начинают вытягивать, немного отступая от конца, и в процессе вытяжки подают на себя.
Во время работы нужно следить, чтобы квадрат, который, получился в процессе ковки, сходил на конец поковки. Это достигается силой и характером ударов. Заканчивать вытяжку нужно легкими ударами.
Применяют и другие разновидности операции вытяжка, например, протяжка по кромке наковальни, расплющивание, вытяжка с оправкой, раскатка на оправке, раскатка на конус и др.
Протяжка на кромке наковальни производится в случае, когда кузнец работает один. В этом случае нагретую заготовку укладывают на острую кромку наковальни под углом 45 градусов и ударами ручника по противоположной грани протягивают ее. От кромки наковальни под действием ударов на заготовке появляются уступы, которые затем при дальнейшей ковке разравниваются с учетом нужных форм и размеров.
Раскатка на оправке. Этот прием применяется для увеличения наружного и внутреннего диаметра за счет утончения стенок (при ковке колец, обручей и т.п.). Полая заготовка надевается на круглую оправку, края которой опираются на козлы. Ковка ведется узкими бойками, заготовка постоянно вращается.
Раскатка на конус производится на роге наковальни с помощью клиновых раскаток.
Процесс обработки давлением, в результате которого уменьшается высота заготовки и одновременно увеличиваются ее поперечные размеры называется осадкой .
Высадкой называется прием, который заключается в деформации заготовки частичной осадкой с целью создания местных утолщений за счет уменьшения длины заготовки.
Перед осадкой заготовку нагревают до ковочной температуры полностью, а при высадке нагревают только ту часть, которая будет высаживаться.
Применяют высадку при ковке декоративных элементов с переменным сечением, например, работая над растительными и орнаментальными мотивами и др.
Прошивкой (пробивкой) называется кузнечная операция, с помощью которой в заготовках получают сквозные или глухие отверстия. Производится при ручной ковке с помощью пробойников различных форм – круглых, квадратных, фигурных.
Нагретую заготовку кладут на наковальню против круглого отверстия и, наставив пробойник, бьют по нему кувалдой. Прошиваются отверстия с одной или двух сторон в зависимости от толщины заготовки.
Рубкой называется операция, посредством которой поковку разделяют на части.
Для этого заготовку нагревают до темно-красного каления, кладут на наковальню и, наставив кузнечное зубило, прорубают на три четверти ее толщины; затем заготовку переворачивают, вновь наставляют зубило и отрубают сильными ударами.
При работе кузнечными зубилами по горячему металлу нужно при рубке толстых заготовок время от времени охлаждать зубило, так как при долгом соприкосновении с нагретым металлом лезвие зубила отпускается.
Перед тем как вновь наставить зубило на заготовку, нужно легким постукиванием о стул наковальни сбить капли воды с зубила.
Для холодной поковки зубило затачивается под углом 60 градусов, для горячей – под 80 85 градусов.
Тонкие поковки лучше рубить вручную – с помощью подсечки, которая устанавливается в отверстие наковальни.
На подсечку кладут заготовку, а сверху наставляют зубило, по которому наносят удар кувалдой. При этом нельзя прорубать металл насквозь, чтобы не повредить острые закаленные части инструмента.
Работая на лице наковальни зубилами и другими режущими инструментами без подкладки нужно быть осторожным и следить, чтобы и в этом случае заготовка не прорубалась. Это может повредить лицо наковальни.
Рубка производится как в холодном, так и горячем состоянии заготовки. В холодном виде рубят тонкие и узкие полосы и прутки сечением 15 – 20 мм. Особо толстые заготовки рубят на механическом молоте с помощью топориков.
Кузнечная рубка имеет три разновидности: разрубка, обрубка, вырубка.
Разрубка (прорубка) применяется в случаях, когда заготовка только надрубается, надрубленные участки отгибают, вытягивают, закручивают или проковывают до нужной формы. Это широко распространенный прием в художественной ковке. Надрубленные участки после его применения превращаются в цветы, завитки, листья.
При разрубке заготовку разрубают с одной стороны – лицевой. Первые удары делают легкими, ими только надрубают канавку. Нагрев должен быть слабым, что дает возможность не торопиться и спокойно раскроить металл.
После раскроя материал нагревают и сильными ударами разрубают. Зубило в процессе рубки только в момент удара ставят в направляющий желоб. Удары молотом должны быть редкие, но сильные. Производить удар нужно в тот момент, когда зубило будет установлено правильно.
Обрубкой (обсечкой) называется кузнечная операция для отделения части металла по наружному контуру.
Применяется при ковке декоративных изделий сложной формы: накладок, жиковин, и т.д., т.е. там, где нужно обрубить деталь по контуру.
Вырубка – операция, аналогичная обрубке. Применяется для вырубки металла по внутреннему контуру. Операции обрубки и вырубки схожи с просечкой. Однако просечка выполняется по более тонкому листу ручным зубилом и в холодном состоянии.
При вырубке применяются полукруглые, прямые, угольные и иной формы зубила. Если обрубка и вырубка производятся на наковальне с железной подкладкой, то просечка делается на торце чурбана.
Техника просечки в прошлом получила интересное применение в связи с использованием жести.
При устройстве водостоков мастера декоративно оформляли прорезью верхнюю часть трубы, принимающей во время дождя воду с крыши, фигурно расстириженными розетками украшали верхнюю часть трубы-воронки и ее соединение остальной частью водостока. Каждый мастер придумывал свои элементы декора и потому даже в одном городе оформление водостоков отличалось многообразием ажурного узора, накладок и обрамлений.
Еще один вид просечного металла – "дымники". Это завершья дымовых труб, в которых соединяется утилитарная и декоративная функция.
Практическая цель дымников – гасить искры, вылетающие с дымом из трубы, чтобы предотвратить возможное возникновение пожара, защитить трубу от попадания излишней влаги. Выполняя эту роль, дымник покрывается защитным слоем, приобретает ровную черную окраску. На фоне светлого неба его силуэт всегда хорошо заметен, он воспринимается как фигурная деталь архитектуры здания.
Искусство изготовления дымников сохраняется и в наше время. Мастера, проявляя фантазию создают нарядные, сложные композиции из металла, в котором арнаментальные мотивы сочетаются с фигурами птиц, животных и т.д. Просечный металл находит применение даже в ювелирном деле – кулонах, ожерельях, браслетах, где железо использовано в виде ленты, прутка, проволочки, образующие орнаментальный узор вместе с включенными в украшения прозрачными бусинами.
Гибкой называется кузнечная операция, при которой поковке придается изогнутая форма по заданному контуру.
При гибке толстых заготовок происходит искажение первоначальной формы и размеров поперечного сечения в зоне изгиба. Чтобы устранить искажение формы и утяжку, необходимо до гибки произвести осадку того участка, где предполагается согнуть заготовку.
Явление утяжки проявляется тем сильнее, чем больше угол загиба и чем меньше радиус скругления. Утяжку нельзя устранить правкой. Однако искажение формы поперечного сечения – овальность – легко исправить правкой и проглаживанием.
Гибка имеет следующие разновидности: гибка под углом – производится на ребре наковальни с предварительным нагревом только участка гибки. Нагретую заготовку устанавливают так, чтобы будущее ребро сгиба на заготовке совпадало с передним ребром наковальни, и прижимают сверху кувалдой. Ручным молотком ударяют не по концу заготовки, а ближе к ребру наковальни. Если необходимо заготовку согнуть без радиуса сгиба (под углом 90 градусов), используют вилку. С помощью вилки заготовку подготавливают под гибку, после этого на ребре наковальни с помощью молотка и гладилки выправляют угол.
Гибка под 90 градусов без радиуса скругления (в тисках).
Нагретую заготовку сгибают на ребре наковальни, зажимают в тиски и ударяют в торец металла. В зоне загиба происходит осадка металла (утолщение), запас которого необходим для выправления угла. Если необходимо согнуть длинную полосу или пруток несколько раз и места сгибов расположены близко друг к другу, гибку производят на шпераках с рогом подходящей формы. Для того чтобы гнуть заготовки под любым углом, применяют нижник, который изготавливают в процессе работы. Нагретую заготовку кладут на нижник, сверху перпендикулярно ей – пластину, равную по ширине детали, которую нужно обогнуть, и сильным ударом кувалды продавливают (изгибают) в нижник. Если нижника нет, можно воспользоваться вилкой, которую также можно согнуть во время работы над изделием. После изгибания в вилке поковку выправляют гладилкой или на квадратном роге наковальни.
Гибка по дуге производится на роге наковальни или соответствующих по дуге шпераках.
Сложные профили гнут на оправках, шаблонах и гибочной плите. Гибку по шаблону делают тогда, когда в изделии один и тот же элемент повторяется много раз. Из достаточно толстого полосового металла выгибают шаблон будущего элемента. Его закрепляют одним концом в тиски или он может быть смонтирован на подкладку и нагретой заготовкой огибают. Изготавливать шаблон нужно внимательно и тщательно, так как будущие элементы изделия будут повторять шаблон.
Гибка на конусе. При изготовлении декоративного элемента – конусной спирали – применяют инструмент – конус, который представляет собой коническую оправку, сечение которой и обусловливает внутреннее сечение будущей спирали. Нагретый прут металла закрепляют вместе с оправкой в тиски и огибают до вершины оправки. Витки нужно класть один к одному. Окончание прутка, которое служит вершиной спирали, претерпевает различные изменения. Если сечение прутка достаточно тонкое, то работу проводят в холодном состоянии. В этом случае железо отпускают.
Гибку без конуса применяют при изготовлении спирали, которую можно гнуть без оправки – как бы саму на себя. Конец прутка загибают на угол 90 градусов, в нагретом состоянии закрепляют в тисках и огибают на себя. При достаточном количестве витков спираль нагревают и за конец, который является вершиной будущей конусной спирали, вытягивают.
Скручиванием называется кузнечная операция, сущность которой заключается в повороте одной части четырехгранной поковки вокруг общей оси по отношению к другой под определенным углом. Выполняется в холодном и горячем состоянии. Скручивание толстых поковок производят посредством воротка, при этом другой конец заготовки зажимают в тиски. Широкие полосы удобно захватывать с помощью вилки.
При скручивании можно часть заготовки поворачивать на угол до 180 градусов.
Так, например изгибают цветы для большей пластической выразительности. Закручивание на 180 градусов производится на шпераке на роге наковальни с помощью ручного молотка, а более мелкие элементы скручивают круглогубцами.
Скручивание может осуществляться многократно на угол 360 градусов. Этот прием часто используют при изготовлении оконных решеток. Скручивание тонких заготовок производят два кузнеца. Захватив заготовку клещами, они вращают ее в двух противоположных направлениях одновременно. Наиболее красивые декоративные элементы, получают из двух круглых прутков, туго свитых между собой. При скручивании заготовка должна быть нагрета до ярко-красного каления. При более низкой температуре скручивание требует больших усилий, а в металле могут возникнуть трещины.
Сваркой называется кузнечная операция, посредством которой производится соединение в одно целое отдельных частей заготовок.
Горновой сварке хорошо поддается только мягкая углеродистая сталь, которая содержит 0,15 – 0,25 процентов углерода.
Свариваемые концы заготовок нагревают в горне до температуры 1300 1380°С, что соответствует белому цвету каления с желтоватым оттенком. Затем быстро вынимают из горна, ударами об наковальню или щеткой удаляют с поверхности шлак и окалину, свариваемые концы соединяют, посыпают флюсом (чистый кварцевый песок или бура) и проковывают место сварки сначала слабыми частыми ударами, а затем сильными.
Проковку начинают с середины свариваемого шва, чтобы удалить оставшуюся окалину и шлак между свариваемыми поверхностями. Заканчивают горновую сварку интенсивной проковкой поверхности шва с последующей отделкой.
В настоящее время, как правило, применяют электродуговую или автогенную сварку.