Самодельные приспособления и станки для холодной ковки

Один из способов украшения участков — использовать кованные изделия. Очень декоративно смотрятся заборы, скамейки, беседки, перила для лестницы и другие подобные сооружения. Причем в большинстве случаев данные изделия не есть ковка в ее традиционном понимании. Чаще всего это сделано не в кузне и не при помощи молотка и наковальни, а при помощи некоторых устройств, которые позволяют создавать из металлических полос и квадратных прутков самые различные узоры и изделия. Для изготовления подобных изделий потребуются станки для холодной ковки. Часть из них можно сделать своими руками другую проще купить.

Ограды, перила для лестниц и балконов — тоже можно сделать своими руками

Козырек над крыльцом методом холодной ковки

Перила для крыльца — украшение, а не исключительно утилитарное приспособление

Можно сделать беседку и кованную мебель

Ворота смотрятся волшебно

Какие вообще устройства используются

Для холодной ковки характерны различные завитки, изгибы, витые прутки и т.п. Почти под каждый вид делают на отдельном приспособлении — определенном станке. Привод у них может быть ручной, а может — электрический. Для небольших объемов «для себя» применяют ручные станки для холодной ковки. Они хоть и не особо производительны, но намного проще в изготовлении. Если необходимо ставить изготовление «на поток» делают аналогичные устройства, но уже с электромоторами. В этом случае работать физически почти не нужно, но сложность изготовления приспособления возрастает в разы. В нашем материале поговорим о ручных станках для холодной ковки.

Какие же устройства используют:

• Торсионные. С их помощью четырехгранные прутки или полосы металла скручивают в продольном направлении. Получается витые столбики, которые называют еще торсионами.

  
  Так выглядит торсион и одноименный станок

• Фонарик. На этом устройстве тоже скручивают пруток в продольном направлении, только еще дополнительно изгибают его и в поперечном направлении. Получается нечто похожее на фонарик. Отсюда и название устройства.

  
  Так делают «фонарик»

• Твистеры или улитки. Формируют плоские завитки разного диаметра.

  
  Приспособление для холодной ковки улитка — для формирования завитков

• Гибочные станки или гнутики. Позволяют изогнуть прутки или арматуру под требуемым углом в любом месте.

  
  Для изгиба в любом месте и на любой угол — гнутики (гибочные станки)

• Волна. По сути это тоже гнутик, но более сложной конструкции — он позволяет менять направление изгиба, получая волнообразные детали.

  
  Станок «Волна» — для формирования соответствующего рельефа

• Приспособления для обработки концов деталей — инерционно-штамповочные станки или другие самодельные устройства.

  
  Станки для оформления концов прутков. В данном случае — гусиная лапка

Для начинающего мастера наиболее актуальный станок для холодной ковки — улитка. Только с его помощью можно сделать множество интересных вещей — начиная от забора и калитки и заканчивая скамейкой и другими подобными изделиями. На втором месте по степени необходимости торсионный станок. Он добавляет разнообразия в детали. Все остальные можно приобретать или делать по мере совершенствования и набора мастерства.

Где искать и как выбрать металл

Горячей ковке поддаются как цветные металлы, так и черные, например, сталь. Температура обработки зависит от их физических и химических свойств. Титан куется при 900-1600 °C, железо — при 800-1250 °C, медь — при 650-1000 °C, алюминий — при 400-480 °C. Сталь выбирается в зависимости от содержания углерода в своем составе (ГОСТ 380-71). Подходящие марки — Ст0, СТ1, СТ2 и другие. Для изготовления художественных изделий обычно используется стали ДО и 15.

1. До 0,1% углерода. Железо — мягкое, легко куется и сваривается специальным кузнечным методом.
2. 0,1-0,3%. Поделочный металл хорошо подходит для художественной ковки.
3. 0,08-0,85%. Конструкционная сталь обрабатывается при надлежащем нагреве. Закаливается хорошо, но сваривается плохо.
4. 0,6-1,35%. Высокоуглеродистая сталь перед ковкой и в ее процессе требует от кузнеца навыков и знаний этапов нагрева. Из этого сырья производятся инструменты.
5. От 2,14%. Чугун отличается твердостью и хрупкостью. Ковке поддаются только некоторые марки.

Таблица 1. Определение по искре марок сталей

Мягкий и пластичный алюминий подходит для создания декоративных деталей: на его поверхности при подогреве появляется защитная оксидная пленка. Медь — универсальный материал, который куется и в холодном, и в горячем состоянии: применяется для оформления композиций под старину. Изделия из латуни выглядят элегантно, но температура ковкости этого металла находится в диапазоне 10 °C. Бронза отлично куется, обладает красивым оттенком: материал востребован при оформлении готических и классических интерьеров.

Важно: Домашние мастера могут купить прутки и другой прокат для горячей ковки в специализированных строительных магазинах. Но дешевле и практичней будет приобрести полуфабрикат на слесарном складе ЖКХ, в пункте приема металлолома, на участках возведения объекта.

Самодельные «Улитки»

По сути это модернизированный гибочный станок (трубогиб), но эти усовершенствования позволяют легко делать завитки из довольно толстых прутков (сечением до 10-12 мм) и повторять их с высокой степенью точности.

Один из самодельных станков для холодной ковки

Конструкций эти станки для холодной ковки имеют несколько, но проще всего в реализации вариант с круглым столом, имеющем центральную ножку. К ножке подвижно закреплен рычаг с роликами на подшипниках на конце. Они облегчают процесс гибки.

Поверхность стола можно сделать из стального листа толщиной от 10 мм и больше. Для ножки можно использовать любую толстостенную круглую трубу. Важно сделать конструкцию устойчивой, так как будут прилагаться боковые усилия, потому нужны боковые стойки, распорки, а также устойчивое основание.

Чертеж станка для холодной ковки «Улитка»

Рычаг проще делать из квадратной трубы с толстой стенкой — не меньше 2-3 мм. Сечение трубы 25*40 мм или около того. Крепление рычага к ножке можно сделать на подшипнике, а можно просто взять небольшой кусок толстостенной трубы большего диаметра, надеть ее на ножку, а снизу приварить полосу-упор — чтобы рычаг вниз не падал. Вариант с подшипником дает более легкое движение, но при наличии смазки и второй вариант рабочий.

Вариант крепления рычага

Важна еще форма рычага. Рычаг двойной, верхняя часть — рабочая, нижняя — опорная. Везде где есть соединения желательно доварить усиление, так как усилия значительные.

Рычаг должен быть надежным, с усилением

На столе закрепляется оправка или кондуктор — форма, по которой сгибаются завитки. Делают их разного диаметра — чтобы можно было делать разные по диаметру завитки. Такие оправки могут быть сборными — для формирования большего количества изгибов. В каждом таком образце должны быть стержни, которые устанавливаются в отверстия в столе. Так этот шаблон фиксируется. Также его форма должна быть разработана с таким учетом, чтобы конец прутка в ней хорошо фиксировался.

Вариант кондукторов для улитки

Часто оправки вытачивают из металлического круга подходящего диаметра при помощи болгарки, но есть варианты из металла с наваренными на него стальными пластинами, изогнутыми соответствующим образом.

Как сделать подобный станок для холодной ковки — в следующем видео. Там же неплохо описан способ доведения концов заготовки до приличного состояния — обычные необработанные края смотрятся очень грубо. Для их обработки есть специальное оборудование, но, как оказалось, можно справится и без него.

Инструменты: подкладные инструменты

Для пробивки отверстий в толстых кованых изделиях применяют прошивки и специальные пуансоны, которые, в отличие от пробойников, не имеют рукояток, а удерживаются клещами. В головках молотков и кувалд отверстия имеют овальную форму, имеют двустороннюю конусность, которая образуется при пробивке отверстий с помощью овально-конических прошивней. Вначале отверстие продавливают с одной стороны заготовки, а затем переворачивают на 180° и прошивают отверстие с другой стороны. Подобным образом прошивают овальные цилиндрические отверстия в головках подкладного инструмента — пробойниках, гладилках, раскатках и др.

Из кузнечного опыта известно, что для обеспечения извлечения прошивня из пробиваемого отверстия в предварительно помеченное углубление насыпают немного мелкого угля и возникающие при прошибе газы как бы выталкивают инструмент.

Гладилки предназначены для выравнивания шероховатостей на поверхности поковки после обработки ее молотом. Гладилки имеют плоские и полукруглую рабочую поверхность различных форм и размеров. Большие плоскости выравнивают гладилкой с квадратной рабочей поверхностью размером 100х100 мм, а для небольших площадей берут гладилки размером 50×50 мм или с прямоугольной поверхностью. Гладилки с цилиндрической поверхностью применяют при выглаживании гантелей и радиусных поверхностей, подбирая соответствующий размер. Материал гладилок сталь 40, 45, 50. Твердость поверхности 40-50 HRC, а твердость верхней части головки 30-40 HRC.

Раскатки (надавки) предназначены для ускорения раздавливания металла вдоль или поперек оси, а также для выбивания цилиндрических пазов на заготовках.

Подкладной инструмент II группы имеет хвостовик квадратного сечения, который вставляется в соответствующее гнездо наковальни. Подкладной инструмент второй группы: 3, 4, 5специальный инструмент; 2конус; 6вилка; 7подсечка.

Подсечки используют для рубки заготовок или отрубки ее частей с помощью ручников. Кузнец заготовку накладывает на нож подсечки и, ударяя по ней ручником, отрубает необходимую часть, но не до конца, чтобы не испортить лезвие подсечки. Поэтому проводят глубокую подрубку заготовки, а окончательно разделяют части заготовки на краю наковальни легким ударом ручника. Материал подсечки сталь 50 с твердостью рабочей поверхности 50-55 HRC. Лезвие затачивается под углом 60°.

Конусные оправки предназначены для расширения отверстия в поковке, раздаче колец и выполнения гибочных операций. Вилки предназначены для гибки и завивки заготовок. Оправки — для ковки уклонов, гибки и кузнечной сварки звеньев цепи.

Парный подкладной инструмент III группы. Подкладной инструмент третьей группы: а — обжимки: 1 — шестигранные; 2 — цилиндрические; 3 — квадратные; 4 — подбойка; б — гвоздильни; в — кузнечные формы.

Предназначен для повышения производительности труда кузнецов и улучшения форм поковок. Инструмент состоит из нижняка (нижнего инструмента), который хвостовиком квадратного сечения вставляется в квадратное отверстие наковальни, и верхняка (верхней части инструмента), имеющего рукоятку для держания.

К этой группе относятся парные обжимки, для придания предварительно откованной заготовке правильной цилиндрической, прямоугольной или многогранной формы, и подбойки, предназначенные для расплющивания (раздачи) металла как продольного, так и поперечного. Для работы используются подбойки различных радиусов рабочей части от 8 до 30 мм. Специальные художественные работы выполняются с помощью обжимок — штампов сложных форм рельефов. Материал обжимок, подбоек и штампов стали 45, 50, У7. Твердость рабочих частей 45-50 HRC, а верхней ударяемой части — 30-40 HRC.

Гвоздильня со шляпочными молотками предназначена для высадки головок различной величины и формы гвоздей, болтов и заклепок. Сама гвоздильня представляет собой отдельную форму с рукояткой или специальную плиту с отверстиями. Для придания головке гвоздя, болта или заклепки нужной формы (сферы, призмы, шестигранника и т.д.) применяют шляпочные молотки. Гвоздильни изготовляют ковкой из сталей 45, У7, У7А и термообрабатывают на твердость 45-50 HRC.

Торсионный станок

Как уже говорили эти станки для холодной ковки позволяют сделать на прутке продольные изгибы. Это относительно несложная конструкция. Основная задача — закрепить неподвижно один конец прутка, ко второму приделать рычаг, при помощи которого можно будет скручивать заготовку.

В качестве основы подойдет обрезок профилированной трубы с толстой стенкой (не менее 3 мм). Фиксатор можно сварить из тех же прутков, оставив квадратный просвет нужного диаметра. Можно использовать зажим для троса подходящего размера (можно найти в магазине такелажа). Любой из этих упоров приваривается к основанию.

Держатель для троса — отличный фиксатор для прутка

Далее надо каким-то образом обеспечить захват и кручение второй части заготовки. Можно это сделать при помощи двух подшипниковых узлов. Внутрь вставляется труба подходящего диаметра, с одной стороны к ней приваривается ручка — конструкция напоминает букву «Т». С другой стороны в трубе делают фиксатор: сверлят четыре отверстия, в них вваривают гайки под 12 или 14 болты. В результате получается неплохой фиксатор — болты закручивают после того, как вставили пруток.

Подшипниковый узел

Фиксатор для заготовки

Так выглядит конструкция в целом

Дальше — дело техники — рычагом наворачиваем нужное количество витков. Нельзя сказать, что эта работа для слабаков, но при большом рычаге все не так уж и сложно.

Еще более простой станок для изготовления торсионов методом холодной ковки в следующем видео.

Оборудование для горячей ковки

Если сравнить холодный и горячий метод ковки, можно сказать, что первый способ требует от работника большего мастерства, наличия художественных навыков и умения работать с набором необходимых инструментов.

Ковка материала происходит после предварительного нагрева в кузнечной печи, называемой горном. Горн оснащается оборудованием для принудительной подачи воздуха. Нагрев производится до заданной температуры, после чего изделие переносится на наковальню. Это металлическая плита, где производят ударную обработку разогретой заготовки. Ее выполняют при помощи молотов и кувалд разного веса. Один работник легким молотком бьет по нужному месту, а второй, с тяжелым молотом или кувалдой, наносит в обозначенное место сильный удар. После того как заготовка остыла, ее вновь загружают в печь для нагрева. Все перемещения детали во время ее обработки выполняются клещами с длинными рукоятками.

Помимо вышеназванных основных инструментов, при горячей ковке применяют множество специальных инструментов, позволяющих резать горячий металл, формовать сложные поверхности при горячей ковке.

Кузнечный горн

Для нагрева заготовок используются печи, называемые кузнечными горнами. В его конструкцию входит несколько узлов:

• ствол, выполненный из материала стойкого к воздействию огня;
• очаг, со встроенной колосниковой решеткой;
• системы подачи и отбора воздуха;
• рабочего окна, куда подаются длинные заготовки;
• дымоход, через который происходит выведение продуктов горения.

Помимо этого в состав горна входит и закалочная ванна. В основе работы классического горна лежит уникальная восстановительная способность углерода. Эта его способность с успехом противостоит окислению заготовки, то есть его горению. Важна и теплотворная способность углерода. Подавая воздух, нужно регулировать его количество. Его должно быть столько, чтобы хватило сжечь углерод, а тепло, выделяемое при этом, поднимет температуру в горне.

Подачу воздуха в горн следует настраивать так, чтобы подаваемого кислорода не хватало для окисления металла. Но если разогретую заготовку продержать в этом состоянии свыше необходимого времени, то произойдет перенасыщение углеродом. Существует такой термин — пересушивание. Металл становится очень хрупким. В качестве пересушенного металла можно привести чугун.

Муфельная печь

Оборудование, используемое для разогрева деталей, выполненных из разных материалов до заданной температуры, называется муфельной печью.

Отличием этого оборудования является наличие муфеля. Так называется деталь, защищающая заготовку от контакта с топливом и продуктами сгорания и в то же время является камерой, где деталь нагревают.

На практике применяют два вида таких печей, с постоянным и сменным муфелем. В одной печи загруженные детали проходят все операции — от нагрева до полной готовности, в другой только до охлаждения. По мере достижения требуемой температуры и определенной выдержки заготовки, один муфель убирают и на его место ставят другой.

Надо отметить, что и кузнечный горн, и муфельные печи могут использовать разные виды топлива — газ, уголь, дрова, светлые и темные нефтепродукты и пр.

Наковальня

Один из главных инструментов, применяемых и в холодной, и в горячей ковке — наковальня. Именно на ее поверхности, кузнецы производят деформирование заготовки и приведение ее к готовому виду. Наковальни имеют большой вес и поэтому жестко фиксируются к деревянной колоде.

Конструктивно, наковальня состоит из:

• рога;
• наличника с отверстиями;
• основания с лапами для установки наковальни.

Для изготовления такого инструмента применяется сталь 45Л. Наковальни — это продукция, выпускаемая в соответствии с ГОСТ 11396-75 (нормирует безрогие изделия с весом от 92 до 200 кг), ГОСТ 11398-75 (определяет требования к изделиям с двумя рогами и весом от 100 до 270 кг).

Твердость материала, из которого производят наковальни, равна 340 — 477 по HB.