Все, что нужно знать о ковке металла

Путать ковку со сваркой могут, наверное, только те, кто крайне далек от темы обработки металлов. Но разбираться в базовых понятиях может быть полезно и неспециалисту. А еще более интересно будет разобраться в том, что привлекает и может стать средством заработка. Кованые изделия действительно востребованы, и предела совершенству в их изготовлении нет.

Если очень коротко, то ковка – это такой способ обработки металла, после которого этот металл меняется. Он нагревается до так называемой ковочной температуры, становится пластичным, что и использует специалист для придания новых форм заготовкам. Каждому металлу присущи свои характеристики, в том числе и уровень ковочной температуры.

Любопытно, но слова «ковка» и «коварство» неслучайно имеют один корень. Кузнечное дело веками народам и племенам казалось немного мистическим, тайным. Кузнец делал ковы и, если сократить объяснение до одного предложения, «коварство» как-то взяло и обрело значение мудрости, тайного знания, особых навыков. Это только потом оно стало ассоциироваться с негативными намерениями.

В XX веке кузнечное дело утратило свой вес. Производство стало унифицированным, появилось прокатное и штамповочное оборудование, а потом добавилась еще и компьютеризация процесса. Кузнечное дело слабо конкурировало в индустрии, но конец эпохи еще не настал. Массовое производство оказалось таким привычным людям третьего тысячелетия, что они иначе взглянули на ручной труд. И оказалось, что кованые лестницы, ограды, всевозможные архитектурные и дизайнерские элементы – это красиво, в этом есть особый шик.

Потом ковка металла удачно интегрировалась с компьютерным проектированием, в специальных 3D-конструкторах стали разрабатывать кованые изделия для самых разных целей. Свободную ковку сегодня используют для многих видов металла, ее методом делают предметы обихода, а также те объекты, которые можно назвать высокохудожественными. Мало кто задумывался об этом, но ковка применима и в ювелирной сфере.

Итак, эта технология стара как мир, переживала упадок, но возродилась и подчинила себе инновационные ресурсы. А принцип технологии ковки элементарен, он основывается на физических свойствах любого материала, обладающего температурой плавления. Например, железо плавится при 800-1200 градусах, ковочная температура меди – 100-600 градусов, а алюминия – 400-480.

Это будет интересным даже для тех, кто о ковке не знает почти ничего. А еще это небольшой ликбез по физике.

Она осуществима, если металл разогрелся до нужного уровня. Кстати, свободная ковка и горячая ковка – это одно и то же. Долгое время (почти всегда) это был единственно возможный способ изготовления кованых элементов. Горячая ковка – это нагревание металла до той температуры, когда он начинает быть пластичным, и тогда его обработка ударным инструментом становится простой (относительно, конечно). Материал податлив и принимает нужные мастеру формы. В свободной ковке используются особые технологии металлообработки, которые дают максимально широкое поле выбора мастеру.

И все же этот метод не обходится без недостатков. Например, чтобы нагреть металл, потребуется горн либо муфельная печка. Это дорого, требует организации особого помещения, а также подобное оборудование не так легко содержать и обслуживать. А ведь еще и топливо приобретать необходимо. Наконец, это открытый источник огня, а значит, мастер, работающий с ковкой, должен предельно точно соблюдать все меры безопасности. Не говоря уже о том, что он не может работать без специальных навыков, знаний о температурных параметрах разных металлов.

Под этим термином понимается деформация сплавов, которая происходит с применением автоматических молотов либо гидравлики, прессов, падающих с огромным весом (доходит до 5 тонн). И вес поковок после такого вида ковки может равняться 100 тоннам, и даже это не предел. То есть для данного типа ковки необходимы и очень крутые подъемные механизмы, и разнокалиберные манипуляторы. Но при этом такой способ ковки считается самым экономичным. И она действительно экономически целесообразна, если надо получить фасонные заготовки из стали, механические свойства которых будут очень высоки.

Именно благодаря такому технологическому производственному приему ковка стала массовой. Металл в своем преображении оказывается ограничен штампами, деформируясь, он получает нужную форму. Там, где надо получить много кованой продукции и быстро, применяют штамповку. В сравнении с той же свободной ковкой у штамповки производительность будет выше в десятки раз. При этом квалификация занятых на производстве рабочих – ниже. А еще штамповка позволяет достичь большей точности размеров и чистоты поверхности поковок.

Штамповка бывает горячей и холодной. При горячей штамповке процесс формообразования завязан на штампах. Их рабочие полости, которые называются ручьями, допускают течение материала лишь в заданном направлении и до ограниченных пределов, а значит, в результате такого процесса получится поковка по форме и размерам только одного вида. Еще ее называют принудительной.

Инструментов и приспособлений, участвующих в ковке, множество. Каждый новоизобретенный инструмент был обязан упростить для мастера процесс ковки, усовершенствовать его. Но некоторые инструменты фактически не меняются, по принципу действия и назначения они с мастерами уже много столетий. Это кузнечный очаг, наковальня, молот и клещи.

Кузнечные очаги бывают:

• переносными и стационарными;
• закрытыми и открытыми;
• электрическими и работающими на топливе;
• жидкостными, задействующими твердое топливо и газотопливными;
• имеющими боковые сопла топливной подачи и с центральной фурмой.

Как выглядит наковальня, наверное, представляют и неспециалисты в кузнечном деле. Наковальня – это такой большой металлический стол, где и формируется сама заготовка. Это в каком-то смысле рабочее поле кузнеца. Стол включает основание, рог и наличник, имеющий отверстия под гибку. Видов наковален тоже много, но у каждой обязана быть стальная опора, весящая не менее 30 кг.

А вот клещи кузнецу нужны, чтобы проводить с заготовкой самые разные манипуляции в ходе работы. Молот же считается основным инструментом мастера, и они разнятся по массе. Также специалисту для работы понадобится горн или печка, а еще «державка» – это такой стержень, имеющий лапы для захвата болванки.

Если говорить о материалах, так самые первые кованые изделия изготавливали из меди. Когда-то этот вид металла был самым распространенным с точки зрения самородных материалов. Да еще и по ковкости лучше меди материала не найти, ведь ее можно ковать даже на 100 градусах, и первобытным мастерам такие температурные разбежки были вполне доступны.

А теперь можно немного углубиться в физику процесса, она доступна (хотя бы для осмысления) даже в домашних условиях. Тем, кто собирается ковать своими руками, такие знания нужны непременно. Главное правило кузнеца – как нагреешь, так и пойдет. То есть сначала металлическую заготовку надо нагреть, и нагреть качественно. Для этого и нужен горн или нагревательная печь: что именно, зависит от типа заготовки.

Сначала разогревают печь (допустим, рассматривается процесс именно с учетом ее использования), и разогревают до темно-красного цвета. Затем в готовую печь надо отправить заготовку. Она непременно должна быть горячей, иначе не избежать трещин во внутренних сплавных слоях. Для предварительного подогрева хватает 300 градусов температуры, достижение таких значений заметно по дыму и тому, как легко зажигается масло на поверхности элемента.

Что делать дальше, расскажем в инструкции.

1. Когда продукт уже в печке, нагрев нужно плавно нагнетать. Конечно же, контролируя процесс. Тут выстраивается прямая зависимость: чем выше будет температура, тем пластичнее и мягче станет заготовка.
2. Но и перегрева надо всячески избегать. Чем выше нагревается металл, тем яснее угроза образования кристаллов, обладающих слабыми связями. А значит, после ковки сплав может быть хрупким, с заметными трещинами и даже надрывами. Речь идет уже о перегреве металла.
3. Если же температура будет, напротив, малой, с заготовками просто нереально окажется работать. Надрывы и трещины никуда не денутся.
4. Вынутую из печки заготовку непременно предстоит уплотнить, потому что внутри детали могут быть пустоты (металл на самом деле не на 100% однороден). А уплотняют заготовку молотком: им бьют от середины детали к концам.
5. Подготовка молотом – это первое действие, которое фактически приводит в порядок сплав, то есть уплотняет его. Далее идут сугубо специальные действия. Из металла на рассматриваемом этапе можно получить цилиндры (пустотелые либо сплошные), а еще кольца, плоские заготовки и т. д. А чтобы сделать, например, вытягивание, надо обжимать деталь несколько раз, металл должен перемещаться по оси. Если заготовка очень большая, работают с частями: сначала с нижней частью, потом с остатком. Вариантов заготовок очень много. Как и, собственно, способов ковки. И задача кузнеца заключается в том, чтобы выбрать лучший из них.
6. Далее следует этап окончательной отделки. До этого заготовку можно назвать не более чем металлическим черновиком из-за ее неровности, грубоватой поверхности и несовпадения с размерами, которые ожидаются изначально. Деталь очищают зубилом, потом по всей поверхности хорошенько проходятся молотом. Потом нужно проверить спецлинейками размеры и неровности, ориентируясь на коррекцию того, что не получилось сразу.
7. Дальнейшим состоянием металла будет снижение тягучести детали, она начнет затвердевать. И это ключевой момент всего процесса, потому что трещины чаще всего появляются именно на данном этапе (это связано с малой подвижностью материала и нарушениями связей меж частицами).
8. Чем больше заготовка, тем сложнее она будет остывать. Способны возникать внутренние натяжения, что чревато явно нежелательными деформациями. А чтобы такого не случилось, элемент отправляется в горячий мусор. И сделать это надо, пока деталь еще красная. Это если процесс относительно прост, а если же уровень сложности повыше, понадобится еще один отжиг.

Мало знать главные операции, надо еще и уметь определять способ ковки, форму и вид инструментов, подбирать актуальное и наиболее рациональное для каждой конкретной задачи действие. И еще нужно уметь видеть наперед, прогнозировать результат. Конечно, все это приходит с опытом.

Ковка ориентирована именно на мелкосерийное или единичное производство. В чем-то она лучше литья: наверное, в меньшей трудоемкости и длительности процесса, в разности температур и выборе инструментария. Для литья, например, требуются очень мощные (а значит, и очень дорогие) печи.

В быту кованые изделия используются очень активно. Они украшают интерьер: от кованых подставок и подсвечников до вешалок и больших декоративных композиций. Очень популярны сейчас кованые корзины для дров: они выглядят очень гармонично в интерьере, где есть печка или камин.

Шикарно и убедительно смотрятся двери с элементами ковки, мебель: кресла, кровати, скамьи. Кованые часы очень облагораживают интерьер или уличное оформление дома. А лестницы из кованого металла – это еще и вложение на долгие десятилетия, они вне моды и времени. Беседки, ограждения, ворота тоже идеально смотрятся в кованом виде.

Словом, актуальности запроса на кованые изделия пока ничто не угрожает. Это всегда изящная ручная работа, красивая и очень прочная, эксклюзивная (в большинстве случаев) и интересная как мастеру в процессе изготовления, так и заказчику.