.jpg/1280px-Loty%C5%A1sk%C3%A9_etnografick%C3%A9_muzeum_v_p%C5%99%C3%ADrod%C4%9B_(17).jpg)
Кузница — это тип горна, используемого для нагрева металлов , или рабочее место ( кузница ), где находится такой горн. Кузница используется кузнецом для нагрева куска металла до температуры, при которой его становится легче формировать ковкой , или до точки, при которой наклеп больше не происходит. Металл (известный как «заготовка») транспортируется в кузницу и из нее с помощью клещей , которые также используются для удержания заготовки на наковальне кузнеца, пока кузнец обрабатывает ее молотом. Иногда, например, при закалке стали или охлаждении заготовки, чтобы ее можно было держать голыми руками, заготовка транспортируется в ванну для закалки, которая быстро охлаждает заготовку в большом объеме воды . Однако, в зависимости от типа металла, вместо этого может потребоваться закалка в масле или соляном растворе; многим металлам требуется больше, чем просто закалка в воде. Ванна для закалки также обеспечивает подачу воды для управления огнем в кузнице.
Кузница обычно использует битуминозный уголь , промышленный кокс или древесный уголь в качестве топлива для нагрева металла. Конструкции этих горнов менялись с течением времени, но независимо от того, является ли топливо углем , коксом или древесным углем, базовая конструкция оставалась прежней. [1]
Кузница такого типа по сути является очагом или камином, предназначенным для управления огнем, чтобы металл, помещенный в огонь, мог быть доведен до ковкого состояния или вызывать другие металлургические эффекты ( например, закалку , отжиг и отпуск ). Огонь в кузнице такого типа контролируется тремя способами: [ требуется ссылка ] количеством воздуха, объемом топлива и формой топлива/огня.
За тысячи лет кузнечного дела эти приспособления в той или иной форме развились в основные черты этого типа кузницы: [2]
Во время работы топливо помещается в или на очаг и поджигается. Источник движущегося воздуха, такой как вентилятор или мехи, вводит дополнительный воздух в огонь через фурму. С дополнительным воздухом огонь потребляет топливо быстрее и горит жарче (и чище — дым можно рассматривать как вырвавшееся потенциальное топливо).
Кузнец балансирует топливо и воздух в огне , чтобы соответствовать определенным видам работы. Часто это включает в себя регулировку и поддержание формы огня.
В типичной угольной кузнице горн будет располагаться в центре плоского очага. Фурма будет входить в горн снизу. Во время работы горячее ядро огня будет представлять собой шар горящего кокса внутри и над горном. Сердце огня будет окружено слоем горячего, но не горящего кокса. Вокруг несгоревшего кокса будет находиться переходный слой угля, который преобразуется в кокс под действием тепла огня. Вокруг всего этого находится кольцевой или подковообразный слой сырого угля, обычно сохраняемый влажным и плотно утрамбованный, чтобы сохранить форму сердца огня и не допустить прямого сгорания угля, чтобы он сначала «сварился» в кокс.
Если необходим больший огонь, кузнец увеличивает приток воздуха в огонь, а также подачу и углубление коксового ядра. Кузнец также может регулировать длину и ширину огня в такой кузнице, чтобы приспособить различные формы работы.
Основным отличием от описанной выше кузницы и огня является « обратная тяга », при которой отсутствует горн, а фурма входит в горн горизонтально через заднюю стенку.
Кокс и древесный уголь можно сжигать в тех же горнах, что и уголь, но поскольку нет необходимости преобразовывать сырое топливо в центре огня (как в случае с углем), огонь обрабатывается по-другому.
Отдельные кузнецы и специализированные предприятия способствовали развитию разнообразных кузниц этого типа: от описанной выше угольной кузницы до более простых конструкций, представляющих собой яму в земле с ведущей в нее трубой.
Газовая кузница обычно использует пропан или природный газ в качестве топлива. Одна из распространенных эффективных конструкций использует цилиндрическую камеру кузницы и трубку горелки, установленную под прямым углом к корпусу. Камера обычно облицована огнеупорными материалами, такими как твердая литая огнеупорная керамика или мягкое керамическое тепловое одеяло (например, Kaowool ). Горелка смешивает топливо и воздух, которые воспламеняются на кончике, который немного выступает в футеровку камеры. Давление воздуха и, следовательно, тепло можно увеличить с помощью механического нагнетателя или за счет использования эффекта Вентури .
Газовые горны различаются по размеру и конструкции: от больших горнов, использующих большую горелку с нагнетателем или несколько атмосферных горелок, до горнов, построенных из кофейной банки , использующих дешевую простую пропановую горелку . Небольшую кузницу можно вырезать даже из цельного мягкого огнеупорного кирпича .
Главным преимуществом газового горна является простота использования, особенно для новичка. Газовый горн прост в эксплуатации по сравнению с угольными горнами, а производимый им огонь чистый и постоянный. Они менее универсальны, так как огонь нельзя переформировать для размещения больших или необычно формированных деталей. Также сложно нагреть небольшой участок детали. Распространенное заблуждение заключается в том, что газовые горны не могут производить достаточно тепла для кузнечной сварки , но хорошо спроектированный газовый горн достаточно горячий для любой задачи.
Кузница представляет собой работающую на воде мельницу, где чугун перерабатывается в кованое железо .
Наковальня служит верстаком для кузнеца , где обрабатывается металл, который будет выкован. Наковальни могут показаться неуклюжими и тяжелыми, но они являются высокоточным инструментом, тщательно сформированным в соответствии с потребностями кузнеца. Наковальни изготавливаются из литого или кованого железа с приваренной к нему поверхностью из инструментальной стали или из цельного куска литой или кованой инструментальной стали. Некоторые наковальни изготавливаются только из чугуна и не имеют поверхности из инструментальной стали. Это не настоящие наковальни, и они не будут служить кузнецу как таковые, потому что они слишком мягкие. Распространенный термин для чугунной наковальни — «ASO» или «Объект в форме наковальни». Целью поверхности из инструментальной стали на наковальне является обеспечение того, что некоторые называют «отскоком», а также то, что она должна быть твердой и не вмятинами от неверных ударов молотка. Термин «отскок» означает, что она проецирует часть силы ударов молота кузнеца обратно в металл, таким образом перемещая больше металла за один раз, чем если бы не было отскока. Хорошая наковальня может отдавать от 50 до 99% энергии обратно в заготовку. Плоская верхняя часть, называемая «лицом», тщательно отполирована и обычно имеет два отверстия (но может иметь больше или меньше в зависимости от конструкции). Квадратное отверстие называется отверстием Харди, куда помещается квадратный хвостовик инструмента Харди. Существует много различных видов инструментов Харди. Меньшее отверстие называется отверстием притчела, используется в качестве опоры при пробивке отверстий в горячем металле или для удержания инструментов, аналогично тому, как это делает инструмент Харди, но для инструментов, которые требуют возможности поворота на 360 градусов, таких как прижимной инструмент, когда клещи кузнеца не могут удерживать заготовку так надежно, как это необходимо. На передней части наковальни иногда есть «рог», который используется для гибки, вытягивания стали и многих других задач. Между рогом и поверхностью наковальни часто имеется небольшая область, называемая «ступенькой» или «режущим столом», которая используется для резки горячей или холодной стали зубилами и инструментами для горячей резки без повреждения поверхности наковальни. Следы на поверхности превращаются в дефекты в работе кузнеца.
В кузнечной мастерской используется множество типов молотов, но это лишь несколько распространенных. Молотки могут иметь разную форму и вес от половины унции до почти 30 фунтов в зависимости от типа работы, выполняемой с их помощью.
Зубила изготавливаются из высокоуглеродистой стали . Они закалены и отпущены на режущей кромке, в то время как головка остается мягкой, чтобы она не трескалась при ударе молотком. Зубила бывают двух типов: горячие и холодные. Холодное зубило используется для резки холодных металлов, а горячее — для горячих. Обычно горячие зубила тоньше и поэтому не могут быть заменены холодными зубилами. Кроме того, многие кузнецы придают зубилам форму, чтобы они имели простую изогнутую ручку, напоминающую молоток, их можно использовать на большем расстоянии от горячих металлов. Они очень полезны и встречаются по всему миру. [3]
Щипцы используются кузнецом для надежного удержания горячих металлов. Устья изготавливаются кузнецом на заказ в различных формах, чтобы соответствовать захвату различных форм металла . Нередко кузнец владеет двадцатью или более парами щипцов; традиционно кузнец начинал собирать свою коллекцию во время ученичества. На рынке доступны различные типы щипцов. (1) плоские щипцы (2) заклепочные или кольцевые щипцы (3) прямые щипцы с канавками (4) щипцы с пазами
Валки — это формовочные инструменты различной формы, используемые для создания пазов или углублений. Они часто используются парами, нижний валок имеет квадратный хвостовик, который вставляется в отверстие Hardy в наковальне, а верхний валок имеет ручку. Деталь помещается на нижний дол, а верхний кладется на деталь и ударяется молотком. Верхний долок также используется для отделки круглых углов и для растяжения или раздвигания металла.
Hardy tool — это инструмент с квадратным хвостовиком, который вставляется в отверстие Hardy. Существует множество различных видов Hardy tools, например, hot cut hardy, используемый для резки горячего металла на наковальне; fuller tool, используемый для вытягивания металла и создания канавок; гибочные приспособления — и слишком много других, чтобы перечислить.
Слабый бак — это обычно большой контейнер, полный воды, который кузнец использует для закалки горячего металла. Слабый бак в основном используется для охлаждения частей работы во время ковки (чтобы защитить их или удерживать металл в одной области от «растекания», например, от ударов молота поблизости); для закалки стали; для ухода за угольным или угольным горном; и просто для быстрого охлаждения работы для удобства осмотра. В кузнечном деле и изготовлении инструментов этот термин обычно заменяют на «закалочный бак», поскольку для охлаждения металла используется масло или рассол . Считается, что термин «slack» происходит от слова «slake», как в slaking the heat.
Ковка под давлением — это процесс, используемый для придания металлу сложной формы путем падения тяжелого молота с матрицей на его поверхности на заготовку. [4]
Заготовка помещается в кузницу. Затем удар молота заставляет нагретый материал, который очень податлив, соответствовать форме штампа и полостей штампа. Обычно для полного формирования детали требуется только один штамп. Дополнительное пространство между поверхностями штампа заставляет часть материала выдавливаться по бокам, образуя заусенцы . Это действует как предохранительный клапан для экстремального давления, создаваемого закрытием половин штампа, и позже обрезается с готовой детали.
Оборудование, используемое в процессе формовки капли, обычно известно как силовой или падающий молот. Они могут работать от воздуха, гидравлики или механики. В зависимости от того, как приводится в действие машина, массы плунжера и высоты падения, ударная сила может составлять от 11 000 до 425 000 фунтов. Используемые инструменты, штампы и пуансоны, бывают самых разных форм и размеров, а также материалов. Примерами таких форм являются плоские и V-образные, которые используются для открытой штамповки, и штампы с одним или несколькими оттисками, используемые для закрытой штамповки. Конструкции штампов имеют много аспектов, которые необходимо учитывать. Все они должны быть правильно выровнены, они должны быть спроектированы так, чтобы металл и облой правильно текли и заполняли все канавки, и особые соображения должны быть сделаны для опорных перегородок и ребер и расположения линии разъема. Материалы также должны быть тщательно выбраны. Некоторые факторы, которые влияют на выбор материала, это стоимость, их способность закаливаться, их способность выдерживать высокое давление, горячее истирание, термическое растрескивание и т. д. Наиболее распространенными материалами, используемыми для инструментов, являются углеродистая сталь и, в некоторых случаях, сплавы на основе никеля.
Материалы, которые чаще всего используются в ковке под давлением, это алюминий, медь, никель, мягкая сталь, нержавеющая сталь и магний. Мягкая сталь является лучшим выбором, а магний, как правило, плохо подходит для ковкой под давлением.
Различные боги и богини связаны с кузницей в ряде мифологий, например, ирландская Бригитта , западноафриканский Огун , греческий Гефест и римский Вулкан . [5] [6] [7]
