Ковка клинка с нуля. Часть I. Оборудование кузнечной мастерской

С чего начать? Для этого мы должны определиться, для чего нам кузница. Если время от времени, раз в полгода, выковывать маленький клиночек, то иметь много громоздкого оборудования нам ни к чему, это вариант минимум. Если вы решили посвящать ковке много времени и надеетесь достичь определенных результатов, имеет смысл постепенно обрастать профессиональным оборудованием. Экономить на этом нельзя. Это вариант максимум.

Кузница может быть построена из любого вида строительного материала: переплетенных прутьев, обмазанных глиной, бревен, различного вида камня и кирпича, шлакоблоков, бетона, а также сварена из железа. Раньше были кузницы и в землянках, и в пещерах. Крыши делались как односкатными, так и двух- и четырехскатными и покрывались дерном, соломой, дранкой, досками, черепицей, толью, шифером и железом. Но лучше, конечно, подобрать для строительства огнеупорный материал: кирпич, камень, а крышу покрыть железом, шифером или черепицей. Размеры кузниц могут быть самыми различными от 2×1,5 и до 10×5 м и более, а по высоте от 2 до 4 м.

План кузнечной мастерской

План кузнечной мастерской

Если есть возможность построить на даче небольшую кузницу, то это, конечно, очень хорошо — она будет вам служить долгие годы. Но если такой возможности нет, то не отчаивайтесь, можно обойтись простым навесом или организовать кузнечный участок под открытым небом. Площадку для кузницы выбирают побольше — не менее 12-15 кв.м.

Растительность на ней удаляют и землю хорошо утрамбовывают. В дальнейшем после установки оборудования можно устроить глиняный пол или забетонировать его. Навес лучше сделать у глухой стены дома. Для этого надо установить два (или четыре) столба, а на них положить наклонную крышу. Для строительства кузницы можно использовать строительные материалы, имеющиеся в продаже. Несущие столбы, на которые будут уложены балки перекрытия, должны быть из негорючих материалов — асбоцементных или стальных труб, а также кирпичной кладки. Высота их не менее 2,6 м. Боковые стены выполняют из плоских или волнистых асбоцементных листов. Изнутри их белят. Над горном устанавливают вытяжной зонт. Летом в таком помещении не жарко, так как вентиляция происходит за счет естественной циркуляции воздуха через щели и зазоры в конструкции и вытяжной зонт, а зимой оно прогревается теплом, выделяемым горном. Однако сварочные работы необходимо проводить на открытом воздухе.

Помещение для любительской кузницы желательно располагать подальше от жилых строений. Если это не представляется возможным, мастерскую можно организовать на двух участках: слесарный разместить в жилой части дома или сарае, а «горячий» — под навесом в некотором удалении. В таком случае не требуется устройство вентиляции и лучше обеспечивается пожарная безопасность.

При устройстве и оборудовании слесарной мастерской необходимо руководствоваться требованиями наибольшего удобства с учетом материальных возможностей. Помещение мастерской площадью не менее 10 кв.м должно быть сухим и светлым. При отсутствии естественного освещения оборудуют хорошее освещение лампами дневного света, а в рабочей зоне — местное лампами накаливания. Основное оборудование слесарной мастерской — слесарный верстак размером 60-70×120-150×80-85 см с тисками и выдвижными ящиками для хранения инструмента, электроточило с набором сменных кругов, электродрель, электросварочный аппарат, а также комплект слесарного инструмента. Основное оборудование кузницы состоит из горна, наковальни, кузнечных тисков, емкости для воды и правильной плиты. Плиту размером 50×50 см изготавливают из листовой стали толщиной не менее 25 мм. Устанавливают ее на башмаке, сваренном из уголка, желательно, чтобы один из углов составлял 90°. Емкость для воды вкапывают в землю — так она будет быстрее охлаждаться.

Нагревательные устройства

Для нагревания металла до ковочной температуры нам потребуется нагревательное устройство. В классическом варианте — это кузнечный горн. Основа стационарного горна — постамент (лежанка, постель, стол), который служит для размещения очага и нагреваемых заготовок. Обычно постамент горна устанавливается по центру задней от входа (основной) стены кузницы. Высота постамента определяется ростом кузнеца исходя из удобства переноса заготовки из горна на наковальню и обратно и принимается равной 700-800 мм, а площадь горизонтальной поверхности «стола» обычно равна 1×1,5 или 1,5×2 м. Постамент горна может выкладываться из кирпича, пиленого камня или железобетона, в виде ящика, стенки которого сложены из бревен, досок, кирпича или камня, а внутренность заполнена битым мелким камнем, песком, глиной и горелой землей. Верхняя горизонтальная часть стола выравнивается и, если есть возможность, выкладывается огнеупорным кирпичом. Постамент также можно делать литым, сварным или сборным, а поверхность стола выкладывать огнеупорным кирпичом и окантовывать металлическим уголком. Центральное место стола занимает очаг, или горновое гнездо, которое может размещаться как в центре, так и у задней или боковой стенки горна.

Схема кузнечного горна

Схема кузнечного горна

Очаг — место, где развивается наиболее высокая температура, поэтому его стенки обычно выкладывают огнеупорным кирпичом и обмазывают огнеупорной глиной. Размеры гнезда определяются назначением горна и размерами нагреваемых заготовок. Центральное гнездо обычно в плане имеет круглую или квадратную форму Размером 200×200 или 400×400 и глубиной 100-150 мм. Для создания пламени различного вида следует применять несколько колосниковых решеток с разнообразными формами отверстий для прохода воздуха. Равномерно расположенные круглые отверстия способствуют образованию факельного пламени, щелевые отверстия — узкого и удлиненного. Над стационарным горном для сбора и отвода из кузницы дыма и газов устанавливается зонт, который может иметь различное конструктивное исполнение. Размеры нижнего входного отверстия зонта обычно равны размерам стола горна. В качестве задней стенки зонта используется стена здания. Зонты обычно изготовляют из листового железа толщиной 0,5-1,5 мм.

Для лучшего улавливания дыма и газов зонты устанавливают над горном на высоте Н = 400-800 мм, а точная высота уже определяется на месте в зависимости от индивидуальных особенностей горна — силы дутья, высоты и размеров вытяжной трубы и других параметров. В некоторых случаях зонты оснащаются опускающимися крыльями. Недостаток металлических зонтов в том, что они довольно быстро прогорают, а их ремонт сложен и трудоемок.

Более надежны и долговечны зонты, сложенные из огнеупорного кирпича. Однако кирпичные зонты значительно тяжелее металлических и для их поддержки необходима жесткозаделанная металлическая рама из уголков или швеллеров, а иногда и дополнительные подпорки по углам. Несмотря на широкое применение открытых горнов при кузнечных работах их коэффициент полезного действия (отношение количества теплоты, требуемой для нагрева заготовки, к общему количеству теплоты, получаемой в результате сгорания топлива) очень низкий и составляет 2-5%.

Установлено, что для нагрева 1 кг металла до ковочной температуры требуется 1 кг каменного угля.

Кроме того, в результате непосредственного соприкосновения металла с каменным углем происходит насыщение серой поверхности нагреваемого металла, что ухудшает механические свойства кованых изделий. Поэтому кузнецы начинают закладывать заготовки в горн, когда уголь хорошо разгорится и сера выгорит. Для повышения КПД открытого горна кузнецы, используя способность каменного угля спекаться под действием высокой температуры, устраивают над очагом куполообразную «шапку» из спекшегося угля, в которую и закладывают заготовки. В результате этого заготовки нагреваются быстрее и окисляются меньше.

Кроме «шапки» кузнецы обычно делают над очагом печурку из нескольких кирпичей. К сожалению часто условия не позволяют установить стационарный горн, но мы можем изготовить переносной. Переносные горны — это цельнометаллические сварные или сборные конструкции, применяемые для нагрева заготовок небольшого размера и клинков. Переносной горн может быть небольшого размера и изготовлен из подручных материалов.

Переносной кузнечный горн 

Переносной кузнечный горн

Воздуходувные устройства

Горячая ковка металлов и сплавов стала возможной только тогда, когда появились надежные воздуходувные устройства. Первыми такими «устройствами» были рабы, которые через тростниковые или деревянные трубки дули в костер. Со временем, человек начал применять для подачи воздуха в костер шкуру (мех) животного — козла или барана, снятую «чулком», т. е. целиком. Все отверстия, кроме двух, в шкуре заделывались, в одно отверстие вставлялась глиняная трубка — сопло, а другое отверстие служило для засасывания воздуха внутрь шкуры. Человек за край отверстия поднимал часть шкуры и воздух входил во внутрь шкуры. После этого он ладонью закрывал отверстие и, надавливая на шкуру, выпускал воздух в огонь. Так появились первые воздуходувные устройства — мехи, которые с различными изменениями просуществовали вплоть до XX в. В наше время хорошие «воздуходувные» рабы дороги, но мы можем использовать для этих целей пылесос, компрессор или электровентилятор.

Горн с пылесосом

Горн с пылесосом

Для нагрева заготовок можно использовать и паяльную лампу.

Нагрев заготовок для ковки паяльной лампой

Нагрев заготовок для ковки паяльной лампой

Ее устанавливают в заранее приготовленную ямку, а рядом складывают небольшую печь из огнеупорного кирпича. Можно соорудить конструкцию, в которой паяльная лампа будет располагаться под печью, давая кузнецу больше свободы в перемещениях. Для этого кирпичи ставят на торец, укладывают на них колосниковую решетку, а на нее устанавливают в виде печи четыре кирпича. В это углубление засыпают уголь. Паяльную лампу с помощью патрубка подводят под колосниковую решетку. Заготовки в этом случае закладывают в щель между кирпичами.

Топливо

Для нагрева заготовок кузнецы используют различные виды топлива: твердое, жидкое и газообразное Наиболее широко применяется в небольших кузницах твердое топливо — дрова, торф, уголь и кокс.

Древесный уголь был основным видом топлива вплоть до середины XVIII в., а в настоящее время его изготовляется настолько мало, что для нагрева заготовок он практически не применяется. Однако если необходим умеренный нагрев заготовок небольших размеров, то лучше всего сделать это все же на древесном угле, который должен быть хорошо выжжен, быть плотным, твердым, сгорать не слишком быстро, иметь блестящий излом и «звонкость». Масса 1 куб.м хорошего древесного угля в рыхлой насыпке равна: дубового и букового — 330 кг, березового — 215 кг, соснового — 200 кг, елового — 130 кг.

Кокс наиболее широко применяется в кузнечных цехах для нагрева заготовок, так как имеет относительно низкий процент содержания серы и фосфора и высокую теплотворную способность.

Каменный уголь используется в том случае, когда необходимо нагревать заготовки до высокой температуры. Уголь хорошего качества должен при горении давать короткое пламя и хорошо спекаться. Плотность угля равна 1,3 т/куб.м, а масса 1 куб.м в рыхлой насыпке — 750-800 кг. Уголь должен быть черного с блеском цвета размером с грецкий орех. Кузнецы называют такой уголь «орешек».

Жидкое топливо — это нефть, продукты ее перегонки (бензин, керосин и т. п.) и остаточные масла. Наиболее широко в кузнечном деле применяются мазуты, которые относительно дешевы и имеют высокую теплотворную способность.

Газообразное топливо (природный газ) все шире начинают использовать в кузнечных горнах, так как оно относительно дешево, имеет высокую теплотворную способность, легко смешивается с воздухом, полностью сгорает и, самое главное, в нем отсутствует ядовитый оксид углерода.

Для тех кузнецов и любителей кузнечного дела, кто не имеет возможности использовать для нагрева заготовок жидкое или газообразное топливо, а также купить каменный уголь или кокс, рассмотрим способы получения древесного угля.

Получение древесного угля

«Кучи» устраивают в лесу возможно ближе к месту рубки деревьев, на участке, защищенном от ветра и недалеко от воды. Вначале выравнивают площадку, очищают ее от дерна и утрамбовывают землю. Затем посередине вколачивают три кола и распирают их планками, в результате чего образуется вертикальная труба. На земле вокруг трубы насыпают горку из легко воспламеняющихся материалов (стружек, сухих веточек, бересты), на вторую устанавливают поленья высотой 1-1,5 м. Над этим рядом устанавливается второй, а сверху — горизонтальные поленья и сучья образуют так называемый «чепец». Затем всю кучу покрывают слоем листьев, мхом и дерном и сверху засыпают песком и землей с угольным мусором. При этом необходимо следить, чтобы покрышка не доходила до земли.

Далее у основания кучи с наветренной стороны укладывают сухие ветки и поджигают их. Когда низ поленьев разгорится — основание кучи плотно засыпают и горение продолжается с очень незначительным доступом воздуха. Все время необходимо смотреть за исправностью покрышки. Процесс горения длится 15-20 ч и считается законченным, когда из отдушин покажется голубой дым. После этого закрывают все отдушины и в течение нескольких часов куча охлаждается. Затем разбирают покрышку и разбивают крупные куски. Следует иметь в виду, что по объему древесного угля получается в 2 раза меньше, чем было дров, а по массе — в 4 раза. Можно устраивать «кучи» по-другому. На ровной, защищенной от ветра, площадке укладывают параллельно на расстоянии 30-40 см друг от друга два полена длиной 1 м и толщиной 12-15 см и заполняют пространство между ними сухими стружками и щепками. Затем оформляют «кучу». Постепенно «куча» принимает форму полусферы. Затем дрова со всех сторон обкладывают влажной соломой и засыпают слоем земли и обкладывают дерном толщиной 10 см, оставив снизу незасыпанный поясок высотой 20 см. После этого расчищают окно между нижними параллельными бревнами и поджигают стружки. Как только дрова разгорятся, окно плотно закрывается соломой и засыпается землей. Если где-нибудь в процессе горения начнет пробиваться пламя, то необходимо это место обложить соломой и засыпать землей.

Через 10-12 ч дрова сгорают и всю кучу засыпают до основания тонким слоем земли, чтобы дальнейшее горение шло без доступа воздуха. Спустя 3-4 ч уголь готов. Кучу разгребают, уголь поливают водой для прекращения горения и собирают. Более простой способ получения древесного угля «в траншеях». В траншею длиной 1,5-2 м и глубиной примерно 0,5 м плотно укладывают поленья. Внизу под поленьями необходимо разложить мелкие щепки и стружки. Затем траншею закрывают железными листами, сверху насыпают песок и землю. С одной стороны траншеи оставляют окно, через которое поджигают щепки, а с другой — окно для выхода дыма. После того как дрова разгорятся, окна прикрывают и горение продолжается без доступа воздуха.

Следует иметь в виду, что для нагрева заготовок лучше использовать древесный уголь из дуба, клена, бука, березы.

Разжигают кузнечный горн следующим образом. В горнило на подовую доску насыпают тонкий слой угля, сверху кладут слой стружек и мелких древесных щепок, смоченных керосином. Сверху укладывают немного сухих дров. На горящие дрова насыпают еще один слой угля и начинают дутье. Как только угль раскалится докрасна, можно начинать нагрев заготовок. Периодически уголь сбрызгивают водой, чтобы сверху образовалась корочка, удерживающая внутри горящей массы высокую температуру. Зола от перегоревших дров и угля просыпается в фурму. Периодически фурму очищают от золы. Для этого дно фурмы оснащают так называемой донной крышкой.

Илья Куликов,
кузнец-оружейник

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *