Введение
Мастерская кузнеца – это ремесленник, который обрабатывает железо, превращая его в инструменты или другие изделия.
Горн – это тип очага, используемый для нагрева металлов, или помещение (кузница), где находится такой очаг. Кузнец использует горн для нагрева металла до температуры, при которой его легче обрабатывать ковкой, или до точки, когда перестает происходить упрочнение при работе. Металл (известный как "заготовка") транспортируется к горну и от него с помощью клещей, которые также используются для удержания заготовки на наковальне кузнеца во время работы молотом. Иногда, например, при закалке стали или охлаждении заготовки для безопасного обращения с ней голыми руками, заготовку переносят в бак с водой, который быстро охлаждает ее в большом объеме воды. Однако, в зависимости от типа металла, может потребоваться закалка в масле или солевом растворе; для многих металлов требуется более сложная закалка, чем просто водой. Бак с водой также используется для контроля огня в горне.
Газовая ковка
Газовая кузница обычно использует пропан или природный газ в качестве топлива. Одна из распространенных и эффективных конструкций включает цилиндрическую камеру для ковки и горелку, установленную под прямым углом к корпусу. Камера обычно облицована огнеупорными материалами, такими как твердая литьевая огнеупорная керамика или мягкое керамическое теплоизоляционное одеяло (например, Kaowool). Горелка смешивает топливо и воздух, которые воспламеняются на кончике, немного выступающем внутрь камеры. Давление воздуха, а следовательно, и температура, могут быть увеличены с помощью механического нагнетателя или за счет эффекта Вентури. Газовые кузницы различаются по размеру и конструкции – от больших кузниц с мощной горелкой и нагнетателем или несколькими атмосферными горелками до кузниц, сделанных из кофейной банки с использованием дешевой, простой пропановой горелки. Небольшую кузницу можно даже вытесать из одного мягкого шамотного кирпича. Главное преимущество газовой кузницы – простота использования, особенно для начинающих. Ею легче управлять, чем угольной кузницей, а получаемое пламя чистое и стабильное. Они менее универсальны, поскольку форму пламени нельзя изменить для работы с крупными или нестандартными заготовками. Также сложно локально нагреть небольшой участок детали. Распространено заблуждение, что газовой кузницы недостаточно для кузнечной сварки, но правильно спроектированная газовая кузница способна нагреться до температуры, необходимой для любых задач.
Кованая фабрика
Рафинировочная кузница — это водяная мельница, где чугун перерабатывается в кованое железо.
Ковёр
Наковальня служит кузнецу рабочим столом, на котором обрабатывается металл для ковки. Наковальни могут казаться громоздкими и тяжелыми, но это высокоточный инструмент, тщательно изготовленный с учетом потребностей кузнеца. Наковальни изготавливаются из чугуна или кованого железа с приваренной поверхностью из инструментальной стали, либо из цельного куска чугуна или кованой инструментальной стали. Некоторые наковальни изготавливаются только из чугуна и не имеют поверхности из инструментальной стали. Это не настоящие наковальни, и они не подойдут кузнецу, так как слишком мягкие. Распространенным термином для чугунной наковальни является "ASO" или "объект, имитирующий наковальню". Назначение поверхности из инструментальной стали на наковальне – обеспечивать так называемый "отскок", а также быть твердой и не деформироваться от случайных ударов молота. Под "отскоком" подразумевается, что часть энергии ударов молота возвращается в металл, что позволяет обрабатывать больший объем металла за один удар, чем без отскока. Хорошая наковальня может возвращать от 50 до 99% энергии обратно в заготовку. Плоская верхняя часть, называемая "рубежом", тщательно полируется и обычно имеет два отверстия (хотя их количество может варьироваться в зависимости от конструкции). Квадратное отверстие называется "горном отверстием", в которое вставляется квадратный хвостовик горнового инструмента. Существует множество различных видов горновых инструментов. Меньшее отверстие называется "притчельным отверстием", которое используется в качестве опоры при пробивке отверстий в горячем металле или для удержания инструментов, аналогично горновому инструменту, но для инструментов, требующих поворота на 360 градусов, например, для фиксации заготовки, когда кузнечные клещи не могут удержать ее достаточно надежно. На передней части наковальни иногда имеется "рог", который используется для гибки, вытяжки стали и многих других операций. Между рогом и рубежом наковальни часто находится небольшая площадка, называемая "ступенькой" или "столом для резки", которая используется для резки горячей или холодной стали зубилом и режущим инструментом без повреждения рубежа наковальни. Дефекты на рубеже передаются на изделие, создаваемое кузнецом.
Чизсель
Долота изготавливаются из высокоуглеродистой стали. Они закаляются и отпускаются на режущей кромке, а головка остается мягкой, чтобы не трескалась при ударах молотком. Долота бывают двух типов: горячие и холодные. Холодное долото используется для резки холодных металлов, а горячее – для горячих. Обычно горячие долота тоньше и, следовательно, не могут быть заменены холодными. Кроме того, многие кузнецы придают долотам форму с простой скрученной рукояткой, чтобы они напоминали молоток, что позволяет использовать их на большем расстоянии от горячего металла. Они очень полезны и распространены по всему миру.
Полнее
Разжимные инструменты — это инструменты различной формы, используемые для создания канавок или углублений. Их часто используют в паре: нижний разжим имеет квадратный хвостовик, который вставляется в упорное гнездо на наковальне, а верхний разжим снабжен рукояткой. Заготовку помещают на нижний разжим, сверху устанавливают верхний разжим и ударяют по нему молотком. Верхний разжим также используется для обработки округлых углов, а также для растягивания или расклинивания металла.
Хардли
Твердый инструмент — это инструмент с квадратным хвостовиком, который устанавливается в квадратное гнездо на наковальне. Существует множество различных типов твердых инструментов, таких как инструмент для горячей резки, используемый для резки горячего металла на наковальне; инструмент для вытяжки (или оправы), применяемый для вытягивания металла и создания углублений; шаблоны для гибки и многие другие, которые сложно перечислить.
Сладкая ванна
Обычно это большая емкость, наполненная водой, которую кузнец использует для закалки раскаленного металла. Слак-ванна в основном используется для охлаждения отдельных частей заготовки во время ковки (для их защиты или предотвращения растекания металла в одной области, например, под ударами молота); для закалки стали; для поддержания горения в угольной или дровяной горне; и просто для быстрого охлаждения заготовки для удобства осмотра. В клинковом и инструментальном деле этот термин обычно заменяется на "ванну для закалки", поскольку для охлаждения металла используются масло или рассол. Считается, что термин "слак" происходит от слова "slake" – "гасить", "уменьшать" (жар).
Ковка в капель
Вольная ковка — это процесс придания металлу сложных форм путем нанесения ударов тяжелым молотом с пуансоном по заготовке.
Процесс
Заготовка помещается в горн. Затем удар молотка заставляет нагретый, очень пластичный материал принять форму штампа и его полостей. Как правило, для полной формовки детали требуется только один штамп. Зазор между рабочими поверхностями штампа приводит к выдавливанию части материала по бокам, образуя облой. Облой служит для сброса избыточного давления, возникающего при закрытии половин штампа, и впоследствии удаляется с готовой детали.
Оборудование
Оборудование, используемое в процессе штамповки свободным ковом, обычно известно как молот или штамповочный пресс. Они могут приводиться в действие воздухом, гидравликой или механически. В зависимости от способа привода машины, массы ударной части и высоты падения, сила удара может варьироваться от 11 000 до 425 000 фунтов. Инструменты, используемые в процессе – штампы и пуансоны – бывают различных форм, размеров и изготавливаются из разных материалов. Примеры форм включают плоские и V-образные, используемые для свободной ковки, и одно- или многогнездные штампы, используемые для закрытой штамповки. Конструкция штампов имеет множество аспектов, которые необходимо учитывать. Все они должны быть правильно выровнены, спроектированы таким образом, чтобы металл и облой правильно растекались и заполняли все канавки, а также должны быть предусмотрены специальные элементы для поддержки стенок и ребер, а также правильное расположение линии расщепления. Материалы также должны быть тщательно подобраны. Факторы, влияющие на выбор материала, включают стоимость, способность к закалке, устойчивость к высоким давлениям, горячему износу, тепловым трещинам и другим подобным воздействиям. Наиболее распространенными материалами для изготовления инструментов являются углеродистая сталь и, в некоторых случаях, сплавы на основе никеля.
Материалы заготовки
Алюминий, медь, никель, низкоуглеродистая сталь, нержавеющая сталь и магний – наиболее часто используемые материалы для штамповки. Низкоуглеродистая сталь является оптимальным выбором, а магний, как правило, демонстрирует плохие результаты при штамповке.
Мифология
Различные боги и богини связаны с кузницей во многих мифологиях, например, ирландская Бригида, западноафриканский Огун, греческий Гефест и римский Вулкан.