Ковка. Определение. Общие понятия.
Ковка — это высокотемпературная обработка различных металлов (железо, медь и её сплавы, титан, алюминий и его сплавы), нагретых до ковочной температуры. Для каждого металла существует своя ковочная температура, зависящая от физических (температура плавления, кристаллизация) и химических (наличия легирующих элементов) свойств. Для железа температурный интервал 1250–800 °С, для меди 1000–650 °С, для титана 1600—900 °С, для алюминиевых сплавов 480–400 °С. Различают:
- ковка на молотах (пневматических, паровых и гидравлических)
- ручная ковка
- штамповка
Изделия и полуфабрикаты, получаемые ковкой, называют «поковка». При ковке в штампах металл ограничен со всех сторон стенками штампа. При деформации он приобретает форму этой полости. При свободной ковке (ручной и машинной) металл не ограничен совсем или же ограничен с одной стороны. При ручной ковке непосредственно на металл или на инструмент воздействуют кувалдой или молотом. Свободную ковку применяют также для улучшения качества и структуры металла. При проковке металл упрочняется, завариваются так называемые несплошности и размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретает волокнистое строение. Машинную ковку выполняют на специальном оборудовании — молотах с массой падающих частей от 40 до 5000 кг или гидравлических прессах, развивающих усилия 2–200 МН (200–20000 тс), а также на ковочных машинах. Изготовляют поковки массой 100 т и более. Для манипулирования тяжёлыми заготовками при ковке используют подъёмные краны грузоподъёмностью до 350 т, кантователи и специальные манипуляторы. Ковка является одним из экономичных способов получения заготовок деталей. В массовом и крупносерийном производствах преимущественное применение имеет ковка в штампах, а в мелкосерийном и единичном — свободная ковка. При ковке используют набор кузнечного инструмента, с помощью которого заготовкам придают требуемую форму и размеры.
Ковка железа и стали по технологии конца XIX в
Ковка применяется для разных целей, и из-за этого способы обработки металла могут быть различными:
- обжимка криц — ковка, при которой происходит уплотнение и сварка частиц, а также выделение шлаков из тестообразной железной массы (крицы) .
- сварка — ковка, при которой сращиваются пакеты, состоящие из отдельных кусков нагретых до вара .
- обыкновенная ковка — уплотнение и придание желаемых форм предмету.
В зависимости от величины обрабатываемых изделий, ковка разделяется на ручную и на механическую.
Инструменты
– наковальня – молот – ручные молоты (небольшие), которыми кузнец, сам один, или с помощью молотобойцев, обрабатывает предмет. – механические молоты. Важный элемент механического молота – наковальня, или нижний боек, на который кладётся предмет. – кузнечные клещи, которыми кузнец захватывает нагретый кусок, вынимает его из горна, или печи, подносит под молот, кладёт на наковальню и поворачивает предмет во время ударов молота. – подъёмные краны по обеим сторонам механического молота. Они служат для посадки болванки в печь, переноса под молот и поворачивания её во время ковки. Вспомогательным прибором при этих манипуляциях служит державка, состоящая из прочного, длинного стержня, имеющего на одном конце 4 лапы, которые захватывают болванку, а на другом — рукоятку, для поддерживания болванки рабочими на весу.
Кованые элементы и детали своими руками
Сегодня существуют цеха или мастерские, предлагающие изделия художественной ковки собственного производства. Спрос на эту продукцию стабилен, несмотря на завышенную стоимость кованых изделий.
При желании и определенном опыте работы с металлом многое из ассортимента профессионалов художественной ковки можно выполнить и своими руками. Вовсе не обязательно вооружаться горном и кувалдой или приобретать специальный станок. Даже для изготовления сложных элементов или изделий достаточно верстака, тисков, сварочного аппарата и молотка. Материалом для самодеятельного творчества послужит круглый пруток, профильная труба с небольшим сечением, неширокая полоса стали или листовой металл.
Мебель
В качестве мебели для самостоятельного изготовления можно рассмотреть садовые или дачные столики и стулья, декоративные полочки на стены. Кованые элементы могут украсить интерьер кухни, спальни, прихожей или садовую беседку, а намеченные для отправки в утиль старую табуретку или торшер можно укрепить коваными полосками и представить в качестве антиквариата.
Беседка
Беседка, заветная мечта дачников и владельцев собственного участка, необязательно должна быть деревянной или кирпичной. Можно сделать и металлическую конструкцию из профиля. Ее несложно превратить в легкую и изящную композицию с помощью собственноручно изготовленных кованых деталей — витой из стального круга ажурной арки на входе, завитушек по периметру беседки или замысловатой подвески для светильника.
Ворота
Кованые ворота и входная калитка, пожалуй, самые востребованные на сегодня изделия из ассортимента художественной ковки, в которых практичность сочетается с художественным вкусом. Между тем многие владельцы частных домов из экономических соображений обходятся приобретенной или самостоятельно изготовленной из стандартного металлопроката и металлопрофиля входной группой.
Любую металлоконструкцию можно перевести в разряд нестандартных или сделать такой изначально с помощью простейших самостоятельно изготовленных кованых элементов. В качестве заготовки используются уже упомянутые стальные прутки, профили или полосы. Из них можно выполнить различные витые узоры и вензеля, листья и бутоны, строгие или произвольные геометрические фигуры.
Особенности художественной ковки
Преимущества изделий с элементами художественной ковки:
- Уникальность. Кузнец каждый раз создает неповторимый рисунок.
- Долгий срок эксплуатации.
- Возможность использования на маленьких участках и в больших погребальных комплексах.
- Устойчивость к перепадам температур.
- Отсутствие сложного ухода.
- Широкий выбор узоров.
- Сочетание с любым материалом – гранитом, деревом, кирпичом и т.д.
Для создания кованых предметов используется металл, который соответствует требуемым показателям пластичности и вязкости. Это может быть латунь, сталь, железо, медь, серебро или золото. Такие материалы сгибаются и образуют любую форму, при этом не рвутся и не трескаются.
Например, алюминий отличается небольшим весом и привлекательным внешним видом. Однако в чистом виде он используется редко, так как со временем теряет свои прочные характеристики.
Медь применима для создания украшений в винтажном стиле. Материал со временем покрывается налетом, который придает старину изделию. Чаще для создания кованых изделий мастера соединяют медь и цинк, образуя латунь. Полученный состав отличается желтым оттенком, повышенной прочностью и антикоррозийными характеристиками.
Сплав меди и никеля называется мельхиор. Он выделяется серебристо-молочным цветом, поэтому часто применяется для создания узоров с имитацией серебра.
Из полнотелых прутков различного сечения кузнецы создают составные элементы, которые в дальнейшем превратятся в витиеватые узоры. Перед установкой готовое изделие обязательно обрабатывается специальным составом, который защитит поверхность от образования ржавчины.
В архитектуре известны два вида художественной ковки в зависимости от обработки:
- Горячая;
- Холодная.
Горячая ковка
Такой метод – самый популярный. Его применяют для создания уникальных декоративных элементов. Исходник нагревают до конкретной температуры, сделав его мягким и пластичным
Здесь важно не перегреть материал. В противном случае основа станет хрупкой и потеряет привлекательный внешний вид. После теплообработки кузнец придает изделию нужную форму с помощью специального пресса и молотка, а затем охлаждает конструкцию в воде
После теплообработки кузнец придает изделию нужную форму с помощью специального пресса и молотка, а затем охлаждает конструкцию в воде.
Холодная ковка
Такая обработка применяется реже. Она используется для массового производства, а соединяются элементы с помощью сварки. Такие изделия красивые, но не уникальные.
Детали из холодной ковки создаются без нагрева. Металл видоизменяют под воздействием пресса, а уже потом обжигают под высокими температурами. Такой способ актуален для драгоценных материалов, которые обладают необходимыми характеристиками для щадящей обработки.
Стоимость кованых изделий зависит от размеров рисунка и сложности проделанных работ. В любом случае, ограда с художественной ковкой будет стоить дороже, чем металлические или гранитные аналоги. Еще в античной мифологии кузнецов сравнивали с богами. Например, таким искусством ковки увлекались Гефест, Вулкан, Тор и Амацумара. Такое элитное направление требует соответствующей цены.
Оборудование
Для изготовления фигурных изделий используют различные оправки на гибочном станке с ручным и с гидравлическим приводом. Заготовка обвивается по наружному диаметру, образуя дугу заданного диаметра. Шаблоны и упоры позволяют создавать одинаковые детали без разметки.
Применение универсального кузнечного оборудования для холодной ковки металла позволяет менять рабочий инструмент (валки, упоры) и создавать несколько видов деталей разного размера.
Гнутик
Для красивого оформления угла используется ковка металла в открытом штампе с подвижным элементом, заменяющим пуансон.
Основанием служит прочная чугунная пластина с направляющими по центру и подвижной частью, которую перемещает винт. Подойдет суппорт с маленького станка.
Прут укладывается под шайбы на стационарных прижимах. Пуансон имеет форму ромба. Он перемещается вращением винта, сгибая острым углом заготовку. Перемещая прокат в разные стороны и переворачивая его, можно получить плоский зигзаг и пространственную фигуру.
Улитка
Улитка
Станок представляет собой модернизированный гибочный рычаг для труб. Вместо цилиндрической насадки используется копир. Техника ковки основана на обвитии заготовки вокруг шаблона, приваренного к массивному основанию.
Один конец проката закреплен в центре витка. Второй свободный. За него поворачивают заготовку вокруг копира, заставляя ее плотно прилегать к его поверхности и принимать форму спирали — улитки.
В усовершенствованном варианте приспособления улитка, в основание вместо шаблона вкручиваются упоры. Конец детали зажимается в центре. Второй упирается в плоскость. Деформация производится вращением стола.
На улитке можно гнуть пруток, трубы, полосы листа.
Волна
Пруток, красиво изогнутый в плоскости с одинаковыми радиусами по всей длине, напоминает волну на воде. Изготовить приспособление для холодной ковки можно различными способами. Установить вместо ромба круглый пуансон и гнуть прокат, переворачивая его на 180⁰, деформируя каждый следующий участок.
Поставить оправку на вращающийся стол с упором рядом с круглой насадкой. Второй фиксатор устанавливается на стационарной станине. Прокат или лента прижимается в насадке и вращается вместе с ней. Освободиться деталь не может, поскольку второй упор ограничивает ее движение.
Твистер
Простое устройство, позволяющее закручивать прут в спираль, точнее деформировать прокат, скручивая его вокруг своей оси. На станине из двутавра или швеллера, на одной стороне помещен корпус с втулкой и подшипниками. Снаружи, на вращающемся узле смонтирован ворот. Квадрат заводится в отверстие, фиксируется болтами во втулке и поворачивается.
Второй фиксатор двигается вдоль основания, регулируя длину спирали. Когда ворот начинают вращать, прут крутится и завивается вокруг своей оси.
Фонарик
Для создания объемной детали используется инструмент для ковки, на котором производится навивка проволоки. На ось одеваются круги с отверстиями для фиксации проволоки ближе к центру. Один из них крепится неподвижно, второй вращается вместе с валом.
Производится ковка сразу нескольких заготовок. После соединения торцов деталей вместе, получается красивый объемный фонарик со спиральными линиями.
Глобус
Устройство глобус позволяет гнуть прокат по окружности правильной формы, представляющей сегмент круга. На нем можно делать элементы для арок, навесов, объемных решеток.
Шаблон представляет собой окружность со втулкой для рычага в центре. Прут или труба одним концом фиксируются на краю дуги. Рычаг перемещается вдоль дуги и роликом прижимает заготовку к шаблону.
Мангал выполнен с помощью инструмента глобус
Приемы и способы технологии
Приемы деформации металла:
- гибка;
- кручение;
- протяжка;
- чеканка.
Технология изготовления простая. Необходимо прочно закрепить конец заготовки и гнуть его с помощью инструмента вокруг оправки определенной формы и размера. В зависимости от диаметра выбранной оправки, гибка позволяет создавать вензеля и завитки разного размера и направления.
Кручение вдоль оси требует большого усилия и самых простых тисов для перекручивания проката. Смотрится витой прут только если прокат ребристый. На круглом ничего не видно.
Протяжка меняет сечение заготовки. Ею чаще всего выполняют заостренные края прута. При навивке просто оттягивают, чтобы элемент выглядел красиво. На верхний край оград сплющивают и заостряют, делая пики и увеличивая неприступность своего участка.
Чеканка делается по листу. Ударами с обратной стороны, постепенно изменяется форма материала, создается объемный рисунок или элемент для большого полотна.
Использование кованых изделий из металла
В современном мире художественная ковка по металлу очень прочно вошла в обиход и используется во многих местах. Такие изделия можно встретить как в частных дворах, так и в некоторых квартирах.
Самые популярные кованые изделия:
- ворота;
- заборы;
- оконные решётки;
- лестницы и ограждения;
- беседки;
- фонари;
- мангалы;
- мебель или предметы интерьера;
- изделия для камина.
Этот список можно продолжать ещё очень долго, ведь современные возможности ковки позволяют создать из металла абсолютно любые формы и предметы, которые могут вписаться практически в любой интерьер квартиры или дома. Чтобы разобраться со всем многообразием кованых изделий, недостаточно просто посмотреть фотографии в интернете.
Имеется очень много красивых вещей, которые выпускаются только в специальных книгах или руководствах, там даются полезные советы о том, где можно применить ковку — на улице города или в своём доме.
Достоинства ковки
Почему люди так любят кованые изделия из металла? Многие металлы подвержены коррозии, а это будет негативно сказываться как на эстетическом виде, так и на эксплуатационных свойствах. Несмотря на это, ковка очень популярна, и даже сегодня, когда используются уже различные искусственные материалы для ворот и заборов, многие люди всё равно используют те металлы, которые могут со временем заржаветь. Необходимо просто изучить положительные стороны этого искусства, чтобы понять ответ на поставленный вопрос.
Достоинства кованого металла:
- красота;
- долговечность;
- защитные функции;
- возможность изготовления индивидуальных размеров;
- работа выполняется вручную;
- кованые изделия применяются в абсолютно любом стиле интерьера;
- может красиво сочетаться с иными материалами.
На самом деле это лишь основные преимущества, о которых только немного было сказано. Перечень можно составлять ещё очень долго, и он будет весьма велик. Если же охарактеризовать преимущества кованого металла в нескольких словах, то получится, что эти изделия является идеальным сочетанием красоты, долговечности и замечательной функциональности.
Немногочисленные недостатки
Безусловно, ковка очень хороша, но и такие изделия обладают некоторыми недостатками. Эти минусы могут быть настолько значимыми, что многие люди будут отказываться от подобного приобретения.
Основные недостатки:
- высокая стоимость;
- подверженность коррозии.
Разумеется, можно отыскать ещё несколько минусов, но они, так или иначе, будут вытекать из уже предоставленных. Высокая стоимость материалов способна отпугивать очень многих людей. Бюджет даже самого простого изделия из художественной ковки, например, забора, получается намного выше, чем из другого, более простого материала. Процесс включает в себя всегда очень сложные элементы художественной ковки, которые очень проблематично изготовить и окрасить. Именно поэтому коррозия появится довольно скоро.
Виды станков и оборудования для ковки
Принцип обработки металла с помощью различных станков и другого оборудования, совсем не изменились. Можно в своей мастерской используя различные эскизы, оформить интерьер или экстерьер своего дома. Для самостоятельной художественной ковки металлических изделий используют:
Индукционные системы нагрева
Муфельные печи и системы индукционного нагрева для придания нужной температуры небольшим заготовкам. Их использование очень экономно и безопасно.
Станки для холодной ковки
Чтобы изменить форму трубы, профиля или прута с помощью механического воздействия используют кузнечные станки. Они подразделяются на:
- Улитки – формируют спирали из прутковых заготовок и завитки на их концах.
- Торсионы (твистеры) – продольно скручивают одну или сразу несколько заготовок.
- Гнутки – изгибают заготовку в нужных направлениях по радиусу необходимого размера.
- Волны – позволяют придать волнообразный изгиб заготовке. Приспособление позволяет задавать нужный шаг и высоту волны.
Выполненная своими руками художественная ковка металла холодным способом – это возможность оригинально украсить элементы решёток, калитки, ворота, придав им индивидуальность и респектабельный внешний вид.
Холодная ковка своими руками, пошаговая инструкция и советы специалистов
Как это ни странно, но кованые изделия можно изготовить даже в домашних условиях. Конечно, они не будут столь вычурными, как элементы горячим способом изготовления, но в качестве декоративного оформления им нет равных. Все что вам нужно, это несколько приспособлений, описанных выше, материалы и самое главное, желание. Остальное — это соблюдение технологии.
Процесс изготовления состоит из нескольких этапов:
- Первое, что вам нужно сделать, это нарисовать эскиз будущего изделия. Если вы только учитесь, попробуйте соорудить что-то элементарное, и только потом беритесь за большие объемы. Что касается эскиза, то на нем нужно отразить все нюансы будущей конструкции, рисунок, нужные детали и размеры. Здесь же продумайте, сможете ли вы выполнить задуманные элементы на вашем оборудовании? Каждый механизм предназначен для выполнения одной функции, но не всех сразу.
- Второе, о чем нужно подумать, это как правильно рассчитать материал. Если вы задумали изготовить подставку для цветов из элементов холодной ковки, то нужно подготовить железную трубу и металлические полосы, а для ворот или забора перечень материалов будет намного шире.
Начиная работу, проверьте еще раз ваши расчеты, даже небольшая погрешность может испортить внешний вид готового изделия, не говоря уже о том, что оно может не подойти по размеру к задуманной композиции. Исправлять и подгонять готовые детали всегда сложнее, гораздо проще несколько раз все проверить.
Теперь можно приступать к изготовлению самих деталей. Для этого возьмите подходящий механизм и заготовку и выполните нужное количество кованых элементов.
После изготовления всех деталей можно начинать собирать задуманную композицию. Для крепления лучше использовать сварку, но и переусердствовать с ней не стоит, чтобы не повредить более мелкие элементы.
Финальным этапом будет обработка готового изделия, которая подразумевает шлифовку и покраску готовой композиции.
Желательно, чтобы покраске предшествовала грунтовка изделия, тогда оно вам прослужит очень долго.
Если вы взялись за изготовление кованых элементов холодным способом, то вы наверно изучили рынок цен и оценили ваши финансовые возможности
Если нет, то сначала обратите внимание на стоимость материалов, необходимого оборудования и способы обработки готового изделия. Но в любом случае изделие, изготовленное своими руками, стоит всех затрат
А снизить их можно на оборудовании, если изготовить его своими руками.
Где применяется художественная ковка?
Кованые предметы уместны везде: и внутри жилых помещений, и на садовых участках. Главное – понимать и чувствовать стиль окружения, чтобы оно гармонировало с новыми аксессуарами из металла.
Естественно, кованые вещи должны поддерживать уже существующую эстетику участка и внутреннего интерьера. Поэтому при выборе декоративных элементов, перед тем, как их заказать, нужно изучить все возможные образцы самым тщательным образом.
Дело облегчается тем, что практически все декоративные кованые элементы прекрасно уживаются с любым типом ландшафта парка или садового участка.
Художественная ковка хороша везде: и в окружении мраморных скульптур итальянских площадей, и на фоне яркой зелени английских парков, и в строгой симметрии парков французского устройства, и в усадьбах классического русского стиля. Главное – чувство меры: уместен ли орнамент, не слишком ли много декоративных элементов и т.д.
Множество мелких асимметричных завитушек на общем пышном фоне подойдут не везде и не в каждом доме или саду. Барокко, а это именно оно, всегда требует больших пространств как внутри помещений, так на открытых участках.
Современные технологии ковки и декоративной обработки металла позволяют делать вещи любых стилей, включая самые современные. Их тонкость и изящность украсят любой ландшафт.
Способы ковки
- Ручная;
- Штамповка;
- Ковка на молотах.
Ковку осуществляют с использованием ручных или механизированных инструментов. Это может быть или кувалда, или пресс, работающий от разного вида приводов, например, пневматического.
Эта операция позволяет получать детали, имеющие различные габариты, вес и формы.
Применение ковки повышает механические параметры стали, улучшает его внутреннюю структуру. Именно поэтому, особо ответственные детали обрабатывают методом ковки. Например, шатуны, устанавливаемые на двигателях внутреннего сгорания.
Ковку разделяют на две большие группы – ручную и машинную. Для первой применяют ручной ударный инструмент или специально изготовленное кузнечно-прессовое оборудование. Для машинной обработки применяют прессы и молоты. Тяжелые и габаритные детали обрабатывают на прессах, более мелкие детали обрабатывают на механических молотах.
Ручная ковка должна осуществляться только в специально оборудованной мастерской. Кроме нагревательного горна, мастерская должна быть оснащена системой вентиляции и наковальней. Она представляет собой значительный кусок металла, на которой могут быть смонтированы технологические приспособления, например, рог или матрица, для получения калиброванных деталей. Для производства наковальни применяют сталь 45Л.
С помощью наковальни ковку заготовок выполняют своими руками и придают им нужные формы и размеры. Наличие плоской поверхности на наковальне позволяет обрабатывать плоские детали.
Обработку металла при помощи ударов разделяют на свободную ковку и обработку в штампах.
Суть свободной ковки заключается в заключение заготовки между молотом (прессом) и основанием. Получение требуемой формы и размеров осуществляет оператор станка, используя для этого вспомогательного инструмента.
Во время штамповки металл получает форму и размеры в пределах инструмента, применяемого для обработки. Для выпуска детали, требуется новый штамп. Штамповка – это промежуточная технологическая операция, после которой полученные полуфабрикаты отправлены на дополнительную обработку, например сварку или сверление.
Виды станков
При оснащении кузницы нужно составить список необходимых инструментов и оборудования. При составлении списка нужно учитывать тип проводимых работ:
- Холодная — простой метод ковки, при котором деталь не нужно нагревать. Поэтому в помещении не нужно устанавливать громоздкого огнеопасного оборудования. Понадобятся различные автоматизированные и ручные приспособления, инструменты, шаблоны для холодной ковки, расходные материалы. Из электроинструментов используется сварка и болгарка.
- Горячая — сложный технологический процесс обработки металла. Требует разогревания заготовок в горне. Обрабатывать разогретый металл проще, однако производство становится пожароопасным и требует расходных материалов для разогрева горна.
Основные моменты ковки
Ковка своими руками требует от человека внимательности и осторожности. При работе с металлами нужно использовать защитную экипировку
Две основные технологии ковки — холодная и горячая.
Особенности ковки
Холодный способ ковки
Холодная ковка металла в домашних условиях подразумевает под собой простой технологический процесс, состоящий из нескольких этапов:
- В первую очередь, мастер должен создать эскиз будущего изделия.
- С помощью специальных приспособлений, которые описаны выше, и ручных инструментов человеку нужно создать узоры, присутствующие на эскизе.
- Последним этапом является сборка деталей в одну конструкцию. На рабочем столе располагаются готовые узоры. Мастеру нужно соединить их с помощью сварочного аппарата вместе.
Достаточно научиться работать со сваркой, чтобы успешно создать изделие холодным методом. После сборки конструкции сварочные швы зачищаются и покрываются защитным составом. Изделие можно покрасить в любой цвет.
Горячий способ ковки
Процесс обработки металлических заготовок горячим методом более сложный и трудоемкий. Этапы:
- В первую очередь, создаётся эскиз.
- Заготовки нагреваются в горне. Температура выбирается в зависимости от используемого вида материала. Можно разогревать всю поверхности или нагревать выборочные участки, которые будут обрабатываться.
- Осадка. Выполняется ударами молота.
- При помощи молота увеличивается длина заготовки.
- Фасонными молотками можно выполнить изгибы раскалённой заготовки.
Если нужно скрутить две нагретых детали, используется твистер. При проведении горячей обработки нужно знать, как температура воздействует на визуальные изменения металлической поверхности. Кузнецы не использующие термометры на глаз определяют примерную температуру. Для точной работы желательно купить промышленный пирометр.
Ковка металла считается популярным методом обработки металлических заготовок. В зависимости от методики, ею может заниматься человек без опыта в любом свободном помещении. Новичкам желательно сначала обучиться холодной ковке.
