Кузнечные наковальни: виды, конструкции, изготовление

Горны, работающие на угле

Конструкция нагревательного устройства рассматриваемого типа включает в себя:

Свод и боковые стенки, которые выкладываются из огнеупорного кирпича (шамота или динаса).
Горновое гнездо, образуемое верхней поверхностью свода, где и нагреваются заготовки.
Зонт, снабжаемый откидными шторками, и призванный улучшать естественную тягу в рабочем пространстве.
Заднюю стенку (брандмауэр), в которой предусматриваются отверстия для подачи исходного воздуха.
Воздушный кран, предназначенный для включения подачи воздуха к горновому гнезду.
Защитный короб из жаропрочной стали, который соединяет между собой входную полость у крана подачи воздуха с горновым гнездом.
Закалочную ёмкость (она может быть стальной или кирпичной), предназначенную для охлаждения заготовок при их термообработке или для охлаждения самого горнового гнезда от перегрева и последующего образования температурных трещин.
Дымохода, через который производится удаление продуктов сгорания топлива.
Емкостей под хранение угля и различного кузнечного инструмента.

Принципиальная схема работы кузнечного горна

Твёрдотопливный кузнечный горн – довольно капризное нагревательное устройство, и его разогрев требует от кузнеца определённого практического опыта. Особенно трудно разжечь горн, который продолжительное время не эксплуатировался, а также, если внешние температуры и давление воздуха – достаточно низкие. Каменный уголь, который используется в таких горнах, должен соответствовать требованиям ГОСТ 8180.

Подготовка горна к нагреву металла производится в следующей последовательности:

Их горнового гнезда удаляются шлаки, остатки кованого металла, зола и окалина (это следует выполнять даже тогда, когда после окончания работ поверхность была тщательно очищена);
Дымоходы и воздухоподводящие каналы продуваются сжатым воздухом (для небольших по размерам кузнечных горнов можно использовать пылесос);
На поверхность горнового гнезда насыпается небольшой слой угля, при этом отверстие защитного короба не должно полностью перекрываться;
Сверху на уголь помещают ветошь, смоченную в легковоспламеняющейся жидкости или древесные опилки;
После розжига, когда горение становится устойчивым, добавляют следующую порцию угля (фракция может иметь повышенную, по сравнению с исходной, крупность);
Открывается кран подачи воздуха, и устанавливается в среднем положении;
По мере прогорания интенсивность дутья постепенно увеличивают.

Необходимое качество прогрева заготовки под ковку в открытом горне обеспечивается формированием поверхностной корки, которая образуется при горении топлива.

Внутри корки – всегда более высокая температура, поэтому заготовку помещают внутрь, а сверху закрывают очередной дозой угля. Верхнюю поверхность корки стараются при этом не разрушить, поскольку в противном случае нагрев будет медленнее, а угар металла и окалинообразование возрастут. Иногда, для ослабления процессов науглероживания металла корку сбрызгивают водой.

В открытых горнах наименее интенсивный нагрев металла происходит на периферии горнового гнезда, поэтому свежий уголь подсыпают именно по периметру нагреваемой заготовки. Если слой корки становится слишком толстым (более 5…10 мм), его ломают, т.к. в этом случае теплопроводность к заготовке уменьшается.

Заготовку во время нагрева периодически поворачивают, чтобы обеспечить всем её частям одинаковые условия нагрева. Пламя при горении угля должно иметь равномерный цвет при минимуме копоти.

Цвета нагретой стали при различных температурах таковы:

Цвета тёмной вишни – 700…7500С;
Вишнёво-красный – 750…8000С;
Красный – 800…8500С;
Светло-красный – 850…9000С;
Оранжевый – 900…10500С;
Тёмно-жёлтый – 1050…11500С;
Светло-жёлтый – 1150…12500С.

Перегрев металла выше указанных температур недопустим. Перегретый металл характеризуется крупнозернистой структурой, которая хуже поддаётся ковке, особенно при формообразовании сложных кованых элементов.

Оборудование для горячей ковки

Если сравнивать холодный и горячий метод ковки, то сразу, можно сказать, то, что первый способ требует от работника значительно большего мастерства, наличия некоторых художественных навыков и, конечно, умения работать с набором необходимых инструментов.

Оборудование для горячей ковки

Ковка материала происходит после его предварительного нагрева в кузнечной печи. Ее называют горном. Горн оснащен оборудованием для принудительной подачи воздуха. Нагрев производят до заданной температуры и после этого переносят на наковальню. Это металлическая плита, на которой производят ударную обработку разогретой заготовки. Ее выполняют с помощью молотков и кувалд разного веса. Один работник, легким молотком наносит удар по нужному месту, а второй, вооруженный тяжелым молотком или кувалдой, наносит в обозначенное место сильный удар. После того как заготовка остыла, ее снова загружают в печь для нагрева. Все перемещения детали в процессе ее обработки выполняют с помощью клещей с длинными рукоятками.

Ручная горячая ковка

Кроме, вышеназванных основных инструментов при горячей ковке применяют множество специального инструмента, который позволяет резать горячий метал, формовать сложные поверхности при горячей ковке металла.

Кузнечный горн

Для нагрева заготовок применяют печи, которые называют кузнечным горном. В его конструкцию входит несколько узлов. В частности:

ствол, выполненный из материала стойкого к воздействию огня;
очаг, со встроенной колосниковой решёткой;
системы подачи и отбора воздуха;
рабочего окна через которые подают длинные заготовки;
дымоход, через который происходит удаление продуктов горения.

Кузнечный горн газовый

Кроме того, в состав горна входит и закалочная ванна.В основе работы классического кузнечного горна лежит уникальная восстановительная способность углерода. Именно эта его способность с успехом противостоит окислению заготовки, то есть его горению. Тут важна и теплотворная способность углерода. Дело в том, что подавая воздух необходимо регулировать его количество. Его должно быть столько, что бы хватило сжечь углерод, а тепло, выделяемое при этом, поднимет температуру в горне еще выше.

Кроме того, подачу воздуха в горн необходимо настроить так, чтобы подаваемого кислорода не хватало для окисления металла. Но если разогретую заготовку продержать в таком состоянии свыше необходимого времени, то произойдет ее перенасыщение углеродом. Существует такой термин — пересушивание, то есть металл становится очень хрупким. Кстати, в качестве пересушенного металла можно привести чугун.

Муфельная печь

Оборудование, которое используют для разогрева деталей, выполненных из разных материалов до заданной температуры, называют муфельной печью.

Муфельная печь

Отличительной чертой этого оборудования является наличие муфеля. Так, называют деталь, которая защищает деталь от контакта с топливом и продуктами сгорания и в то же время служит камерой, в которой деталь нагревают.На практике применяют два вида таких печей, с постоянным и сменным муфелем. В первой печи загруженные детали проходят все операции — от нагрева до состояния готовности, во втором, только до охлаждения. То есть, по мере достижения необходимой температуры и определенной выдержки заготовки один муфель убирают и на его место устанавливают другой.

Наковальня

Один из ключевых инструментов применяемый и для холодной, и для горячей ковки металлов — наковальня. Именно на ее поверхности, кузнецы выполняют деформирование заготовки и приведение ее к готовому виду. Наковальню отличает большой вес и поэтому ее жестко фиксируют к деревянной колоде.

Наковальня — ключевых инструментов

Конструктивной наковальня состоит из:

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

Для изготовления этого инструмента применяют сталь 45Л. Надо отметить, то что, наковальни — это продукция, выпускаемая в соответствии с рядом ГОСТ. Например, ГОСТ 11396-75 нормирует безрогие изделия с весом от 92 до 200 кг, а ГОСТ 11398-75, определяет требования к изделиям с двумя рогами и весом от 100 до 270 кг.

https://youtube.com/watch?v=qgMsWaCbxTI

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

Подготовительные работы

Выбор вида исходной заготовки для этого самодельного инструмента зависит от целей, для которых он изготавливается. Для горячей ковки небольших поковок хорошо подойдёт настольный вариант из швеллера, более массивные предметы можно отковывать на наковальне из рельса.

Исходный стальной швеллер номером не ниже 36У или 40У обязательно должен быть с уклоном внутренних граней полок. В таком случае допустимые напряжения изгиба выше, и полка не будет проседать под нагрузками. Размеры самодельной наковальни при этом будут следующими:

для номера 36У: ширина 110 мм, высота 360 мм;
для номера 40У: ширина 115 мм, высота 400 мм.

Длину заготовки принимается по индивидуальным потребностям: как правило это не более 400 мм. Не рекомендуется принимать экономичный швеллерный профиль, потому что его вес меньше, а момент сопротивления и жёсткость — ниже. В качестве материала принимается сталь Ст.3сп, но лучше выбрать профиль из стали 17Г1С, имеющей большую прочность.

Долговечность изделия можно продлить, если на её переднюю плоскость установить закаленную шлифованную пластину из инструментальной стали типа 5ХНМ или 5ХГС. Толщина пластины должна быть не ниже — 5-6 мм.

Аналогичные требования по материалу и размерам предъявляются к наковальням, которые изготовливаются из рельсов. Сперва в заготовке нужно просверлить круглое отверстие.

Виды и типы наковален

Виды наковален, произведенные M. & H. Armitage & Co.

Как изготовить

Изначально нужно подобрать соответствующий материал. В заводских условиях для изготовления такого кузнечного приспособления берут сталь марки 35Л. Это один из легированных сортов металла. Но для домашней мастерской можно использовать кусок железнодорожного рельса.

На временный вариант подойдет и швеллер, однако надолго такого приспособления не хватит, оно неизбежно деформируется.

Как сделать наковальню из рельса своими руками? Весь алгоритм изготовления можно посмотреть в предоставленном видео:

Для изготовления потребуется кусок рельса длиной 200-300 миллиметров или более, если нужно приспособление большего размера.
Изначально проводиться разметка заготовки. На поверхности обозначают, где будет рог и обод.
Используя болгарку, с края по разметке срезают лишний металл, формируя треугольную форму будущего рога. После обрезки его желательно скруглить, для чего опять используется шлифовальная машина.
Под треугольником рога нужно вырезать выемку.
С противоположной стороны отмечают расположение обода или пятки. Лишний металл срезается точно под прямым углом.
Лицевую часть наковальня из рельса должна иметь ровную, поэтому все выступы на верхней части тщательно выравнивают напильником и шлифуют.
Для надежного закрепления приспособления нужно проделать отверстия в подошве рельса.
Нерабочие боковые поверхности очищаются от следов коррозии и загрязнения, после чего окрашиваются.
Самодельная наковальня готова, после чего ее нужно надежно зафиксировать. Как это сделать, можно посмотреть видео:

Однако, изготавливая такую наковальню, в результате можно получить неширокую лицевую часть. Чтобы это исправить, можно применить ту же технологию, но перевернув рельс наоборот, таким образом получив широкую подошву заготовки в качестве рабочей поверхности.

Сделав такое приспособление из рельса своими руками, переходим к его установке, для чего можно использовать дополнительные швеллеры в качестве крепежа.

Наковальня из рельса

Как вариант, для исходного материала наковальни может послужить и кусок мощной двутавровой балки.

Но, имея более тонкий металл на своих полках, она подойдет для небольших поковок и со временем деформируется.

Такие самоделки могут на время заменить полноценное заводское изделие. Однако, со временем для нормальной и удобной работы лучше приобрести настоящее приспособление, которое намного удобней и позволяет обрабатывать металл различными приемами.

Качественная наковальня с закаленной поверхностью при проверке ударом звенит на высоких тонах, а молоток при этом отскакивает.

Если у Вас есть опыт по изготовлению самодельных наковален, поделитесь им в блоке комментариев к этому материалу. Из чего вы изготавливали такое оборудование и как оно себя показывает во время использования.

Инструменты, которые нам понадобятся

Стандартный 16-унцовый молоток
Измерительная рулетка — ваши доски будут уже нарезанными, но вам будет нужно сместить их для данного дизайна
Древесный клей
Гвозди — Я использовал 21/4“ (7D) настил гвоздей чтобы обеспечить 2 x 12’s
Защита ушей — У меня был шум в ушах на протяжении многих лет, так что я ношу защиту даже когда просто работаю со стуком
Защита глаз — Все мы слышали ужасные истории про то, как плохой молоток запускает гвозди обратно в глаза. Обязательно защищайте глаза
Регулировочные прокладки — если хотите перестраховаться
2 10-футовые сосновые доски 2 х 12 — Нет необходимости мудрить здесь с элитными лиственными породами, так как вы будете прикладывать давление на низ доски, которое заканчивается во время заколачивания

Вы можете заметить, что я не включил в список циркулярную пилу для резки древесины.. Я сделал это в целях адаптации ребят, у которых нет этого оборудования. Мой метод полагается на режущие службы вашего местного строительного магазина, а также быть способным загрузить опилки в багажник вашего автомобиля

Опора для наковальни

Существует несколько вариантов выполнения крепкого основания.

1. Если опора стационарная, то берется большой массивный пень из твердых пород дерева и вкапывается в землю. Чтобы он дольше прослужил, нужно взять и оббить его металлическими обручами. Для того, чтобы наковальня крепко держалась на пне, и не свалилась на ногу кузнецу при первом же ударе, нужно приварить к нижней части рельса куски арматуры, согнутые под прямым углом, буквой Г. Получившиеся лапы ставят на пень и вбиваются в него, но не плотно.

2. Следующий вариант для опоры делают из металлической бочки, вкопанной в землю. Засыпается пень или металлическая сварная рамка песком, заполняя весь объем бочки. Это уличный вариант для основания наковальни. Высоту пня или металлической бочки кузнецы выставляютс учетом своего роста. В момент удара по заготовке, рука мастера должна находиться на уровне горизонтальной плоскости.

Читать также: Точило для заточки цепей бензопил

3. Если наковальня будет переносная, то для нее необходима сварная металлическая основа с ребрами жесткости, чтобы она могла выдерживать удары разной мощности. Можно ее облагородить и оббить деревянным ящиком с кармашками для разных клещей и молотков.

Типы и виды наковален

Виды наковален, их форма и вес могут существенно различаться.

Их разделяют на несколько категорий по указанным выше критериям, а именно:

безрогие – массивные инструменты с большим весом, значение которого находится в интервале 96 – 210 кг;
однорогие – располагают только одним конусовидным рогом, их вес варьируется от 70 до 210 кг;
двурогая наковальня – устройство массой от 100 до 270 кг;
однорогая консольная;
шпераки – мини наковальни весом до тридцати килограмм.

Выбор наковальни для ручной ковки делают исходя из работ, которые планируется выполнять. Более тяжелые модели отлично подойдут в работе с габаритными и массивными заготовками. Простые, более легкие варианты с одним рогом хороший выбор в работе с малогабаритными конструкциями.

Легкие модели подойдут для мелких работ дома. Если необходимо сделать какую-либо самоделку, лучшего варианта не найти.

Важным критерием является и тип выполняемых работ. Тут следует решить, какой вариант подойдет лучше: двурогая или однорогая модель. Кроме того наковальни могут иметь дополнительные элементы, например, тиски, позволяющие выполнять работы в одиночку.

Стоит обращать внимание на наличие отверстий, используемых для размещения молотков, кувалды. Небольшие по размеру и весу шпераки широко используются в ювелирном деле

В данной сфере изделия не требуют серьезной ударной обработки, поэтому и инструмент им необходим соответствующий

Небольшие по размеру и весу шпераки широко используются в ювелирном деле. В данной сфере изделия не требуют серьезной ударной обработки, поэтому и инструмент им необходим соответствующий.

Чертеж наковальни для изготовления своими руками.

Достаточно часто приспособления для выполнения ювелирных работ производятся по индивидуальному заказу. Они располагают различными функциональными элементами, необходимыми в решении определенных задач.

Иногда одной наковальни может оказаться мало. В больших мастерских целесообразно иметь в наличии два варианта приспособлений: одно стационарное, а второе переносное.

Не стоит забывать и о правильной установке. От этого напрямую зависит качество работы

Невзирая на все, данное приспособление обладает немаленьким весом, его установке следует уделить должное внимание

Падение и опрокидывание – частые проблемы, возникающие вследствие неправильного монтажа. Кроме того, подставка должна выполнять свои прямые функции: помимо надежной фиксации приспособления необходимо обеспечение гашения ударов молотом.

Деревянный чурбак – наиболее часто используемый тип подставки. Его диаметр обычно колеблется в пределах от 500 до 600 мм. Используются твердые породы дерева. К ним относятся дуб, береза, ясень и др.

Высота монтажа определяется ростом мастера. Чтобы деревянная подставка не создавала дополнительных ненужных вибраций, ее закапывают в яму глубиной более полуметра. Дно ямы утрамбовывают песчаной подкладкой.

Важно, чтобы стул был установлен горизонтально. Данный параметр легко проверяется с помощью уровня

Если покупка наковальни не по карману, тогда ее можно заменить самодельным устройством

Его можно сделать, например, из рельса, швеллера или двутавровой балки

Если покупка наковальни не по карману, тогда ее можно заменить самодельным устройством. Его можно сделать, например, из рельса, швеллера или двутавровой балки.

Такие приспособления, сделанные собственными руками, прослужат не один десяток лет. Однако не стоит думать, что они способны полноценно заменить настоящий, профессиональный инструмент. Ручные наковальни не позволят сделать работу такого же качества, как производственные модели.

В таком случае важно понимать: заводской вариант, произведенный по технологии литья, будет существенно лучше самоделок. В его конструкции имеются все необходимые составляющие с закаленной поверхностью

Кроме того, в указанной модели рог имеет правильную форму, необходимую, например, в искусной фигурной ковке

Заводская модель прослужит довольно долго

Кроме того, в указанной модели рог имеет правильную форму, необходимую, например, в искусной фигурной ковке. Заводская модель прослужит довольно долго.

Инструменты для ковки

Набор инструментов античного кузнеца был нехитрым, но стоил по тем весьма дорого. В него входили:

Кузнечный горн — приспособление для разогрева заготовки до высокой температуры.
Ручные меха для раздувания углей.
Наковальня — массивная металлическая отливка или поковка, на которой заготовке придают желаемую форму.
Кузнечный молоток и молот.
Клещи.
Оправки, зубила и т.п.
Емкость с жидкостью для охлаждения поковок.

С этим минимальным набором кузнец мог ковать несложные изделия хоть под кустом. Походные горны и наборы инструментов возили с собой кочевники и любая армия древности. Технологических возможностей походных кузниц хватало на то, чтобы выковать наконечник для стрел, подкову и другие детали конского снаряжения, починить металлические детали повозок, выправить поврежденный клинок или доспех.

Но для того, чтобы выковать корабельный якорь или тележную ось, требовалась уже стационарная кузница. В ней устанавливали тяжелую большую наковальню, большой горн и закрепленные рядом с ним меха с ручным или ножным приводом. Ставился также прочный верстак и большие тиски. В состав инструмента добавлялись также большое количество оснасток, подкладок, пробойников, струбцин, а также измерительные инструменты сообразно эпохе. Кузнец работал не один — обладающий большой физической силой и выносливостью подмастерье сначала раздувал меха, чтобы болванка в горне раскалилась докрасна, а потом с размаху бил большим кузнечным молотом в то место, которое намечал маленьким молоточком — ручником мастер — кузнец.

В современной мастерской художественной ковки принципиальных изменений в составе инструмента не произошло, разве что измерительный инструмент стал точнее, а вместо установки громоздкого горна и мехов появилась возможность нагревать заготовки в муфельных печах или индукционным способом.

Особняком стоит группа оборудования для холодной ковки — изменения формы металлических прутков, проката или труб в холодном состоянии путем приложения механической силы. В нее входят различные станки для холодной формовки прутковых и профильных заготовок

Технология холодной ковки получила большое распространение, поскольку позволяет без длительного обучения и сложного оборудования получать недорогие художественные изделия начального уровня.

Изготовление наковальни

Как сделать наковальню? Последовательность выполнения операций заключается в следующем. Вначале получается рог. Для этого один из торцов заготовки постепенно обрабатывается «болгаркой» до примерно конической поверхности, после чего шлифуется и заостряется до вида усечённого конуса. Затем острая часть подгоняется напильником. Аналогично механической обработкой получают и хвост.

Для настольной наковальни из швеллера вышеуказанные элементы изготовить невозможно, поскольку в составном варианте не окажется тела сечения, чтобы надёжно их закрепить.

Следующий этап – оформление своими руками опорных лап. Для наковальни из рельса потребности в этом нет, ибо подголовок уже имеет технологические выступы. Используя их, можно просверлить своими руками требующиеся для крепления крепёжные отверстия. В швеллерном профиле все отверстия высверливаются в условно нижней полке. Учитывая большой вес, длинная наковальня крепится шестью болтами, короткой — достаточно и четырёх. Для крепежа подойдут болты от М16 и выше.

Важный момент – установка наковальни в мастерской. Поскольку изделие при использовании испытывает значительные динамические колебания и вибрации, то под него следует установить деревянное основание, которое будет успешно гасить вибрации. Его можно изготовить из дубового пня или сухой деревянной колоды, причём соотношение высоты к размеру поперечного сечения должно быть не более 1,5:1. Вес колоды/пня должен превышать вес оснастки в сборе не менее, чем в 10 раз. Такой импровизированный шабот заглубляется в грунт не менее чем на половину высоты, выравнивается уровнем, после чего грунт тщательно утрамбовывается. При заливке бетонного основания следует перед установкой обработать древесину антисептиком.

Наковальня кузнеца, изготовленная своими руками, по долговечности не уступит профессиональным образцам.

Основной этап работы

Болгаркой спиливается верхний слой рельса и создается максимально ровная поверхность. Желательно установить на ней пластину с легированной стали и тщательно отшлифовать. Проверьте треугольником ровность углов наковальни. Это важный момент. Дальше приваривается рог с одной стороны и квадратный хвостовик с другой стороны.

Чтобы проверить гладкость и качество шлифовки рабочей части наковальни, нужно ее испытать. Для этого необходимо ударить по ее поверхности молотком или молотом. Если все сделано правильно, то молот должен отскочить от нее, как мяч. При этом слышится характерный звон, который держится долгое время. Если наковальня прошла проверку удачно, то можно приступать к следующему этапу работы, а, именно, правильно и надежно закрепить наковальню из рельса на основание.

Опора для наковальни

Существует несколько вариантов выполнения крепкого основания.

Дополнительные функции

При изготовлении наковальни своими руками и кузнец, и слесарь, и домашний мастер могут продумать и дополнить изготовленную вещь приятными деталями. Например, сделать площадку для прошивок отверстий под заклепки. Не бесполезным элементом будет расчерчивание линейки с делениями. Тогда не нужно будет каждый раз вымерять поковки. Они будут все одинаковой длины. В этом прелесть самодельной наковальни, что она может отвечать всем требованиям мастера.

Самостоятельно сделанная наковальня пригодится не только профессиональным кузнецам, но и простым любителям кузнечного дела, которые хотят проявить свою фантазию и умения в оформлении загородного участка или дачи.

Кузнечные наковальни: виды, конструкции, изготовление

Горны, работающие на угле