Изготовление инструментов обработки ледовых скульптур с помощью кузнечных технологий

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Министерство образования РС (Я)

АУ РС(Я) СПО Намский педагогический колледж
им. И. Е. Винокурова

Заочное отделение

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Изготовление инструментов обработки ледовых скульптур с помощью кузнечных технологий

Выполнил: Голомарев Игорь Иосифович

студент заочного отделения

Специальность:050510
«Технология»

Руководитель: Нартахов И.Р.

Рецензент: Огонеров Н.Д.

с. Намцы 2012с.

Оглавление

Введение

Глава 1. Теоретические основы изготовления инструментов

1.1 Основы кузнечных технологий

1.2 История и технологии изготовления ледовых скульптур

Глава 2. Разработка и изготовление инструментов для производства ледяных скульптур

2.1.Обоснование темы проектной работы

2.2. Алгоритм проекта

2.3. Разработка технологической карты

Заключение

Использованная литература

кузнечный инструмент выделка скульптура лёд

Введение

В настоящее время идет рост национального самосознания всех наций и народов. Растет самосознание и народа саха, которое выражается в постановке вопроса о возрождении традиционных занятий в экономике, социальной сфере и культуре освещении исторической правды и в нравственном воспитании подрастающего поколения.

Одним из острых вопросов в межнациональных отношениях народов России на современном этапе является нерешенность многих социально - экономических проблем, накопившихся в последние годы, и ошибки, допущенные уже в ходе в перестройки в конце 80-х годов и перехода к рыночным отношениям. Они сейчас углубляются отсутствием научно обоснованной национальной политики Российского государства.

Народ саха, как и любой другой народ, хочет сохранить себя, как нация, возродить и не сохранить, но и дальше развивать свои традиционные занятия, культуру, обычаи и язык - таков менталитет народа саха конца XX и начала XXI веков.

Актуальность темы нашего исследования обусловлена необходимостью изучения и сохранения инструментов которые используют наши мастера по изготовлению ледовых скульптур Шадрин Александр Иванович, Огонеров Николай Дмитриевич, Максимов Григорий Егорович.

Поэтому мы выбрали тему дипломной работы «Изготовление инструментов обработки ледовых скульптур с помощью кузнечных технологий».

Цель дипломной работы разработка и изготовление инструментов для производства ледовых скульптур.

Задачами исследования являются:

- изучение технологии обработки различных материалов, из которых изготовляются инструменты;

- изучение обработки различных материалов;

- изучение современного состояния производства ледовых скульптур, определение тенденции их развития;

- разработка и изготовление инструментов для производства ледовых скульптур.

Объектом исследования является процесс изготовления инструментов для обработки ледовых скульптур.

Предметом исследования является использование кузнечных технологий для изготовления инструментов.

Гипотезой исследования является то, что через теоретическое знакомство с традиционными технологиями производства ледовых скульптур и разработка и изготовления инструментов можно пропагандировать, освоить и сохранить технологии изготовления ледовых скульптур.

Для разработки инструментов провели исследование о мастерах по изготовлению ледовых скульптур Шадрина Александра Ивановича, Огонерова Николая Дмитриевича, Максимова Григория Егоровича.

Практическая значимость дипломной работы заключается в том, что на основе исследования разработаны и изготовлены инструменты для производства ледовых скульптур.

Дипломная работа состоит из 2 глав, введения, заключения, использованной литературы и приложения.

Глава 1. Теоретические основы изготовления инструментов

1.1 Основы кузнечных технологий

Одной из профессий, которая во все времена была дефицитной, является профессия кузнец. Трудно оценить тот вклад, который люди этой профессии внесли в развитие человечества. В древности на Руси люди, владеющие этим мастерством, была очень уважаема в обществе, потому что в хозяйстве постоянно требовались изделия, сделанные руками. Они играли большую роль в укреплении военной мощи любой страны.

Умение творить из металла красивые и нужные вещи - великое чудо, открытое человеком в самом начале своего исторического пути. Запечатленная в металле вещь - это окно в наш прошлый, настоящий и даже будущий мир.

Кузнец - это мастер, занимающийся обработкой металла. Профессия кузнеца имеет несколько специализаций: кузнец-штамповщик, кузнец ручной ковки, оператор-кузнец, кузнец драгоценных металлов. Главным материалом для работы кузнеца являются железо, чугун, сталь, бронза, свинец. Свою работу мастер осуществляет на кузнице, в которой проводится ручная обработка металла (ковка). Также существуют кузнечные цеха с механическими и гидравлическими молотами, прокатными станами. Продуктом деятельности кузнеца выступают различные кованые изделия (заборы, ворота, оградки, перила, кованая мебель, предметы интерьера и т.д.). Специальное кузнечное оборудование и современные технологии позволяют изготавливать кованые изделия, которые поражают нас своей красотой.

Деятельность кузнеца представляет собой работу с применением знаний в области черчения, физики, химии, устройства кузнечного горна и печи, свойств различных металлов при ковке, основ кузнечной сварки металла. Для кузнеца необходимы физическая выносливость, умелые руки, осторожность, внимательность, организованность и терпение.

Кузнец ручной ковки выполняет ковку простых деталей небольшой массы с соблюдением размеров и припусков на обработку. Выполняет протяжку и гибку круглого, квадратного и полосового металла, а также гибку, оттяжку и высадку простых изделий из листового металла по шаблонам и эскизам. Кузнец, специализирующийся на молотах и прессах, выполняет ковку деталей и заготовок из высоколегированных и жаропрочных сталей на молотах. Осуществляет работы по протяжке, раскачке, отрубке заготовок, деталей и забивке концов труб для волочения. Производит свободную ковку штабиков из тугоплавких металлов и их сплавов. Выполняет раскатку толстостенных колец на подставных бойках и на специальных раскаточных станках. Проводит кузнечную сварку деталей. Устанавливает последовательность переходов ковки деталей по шаблонам, сложным чертежам и эскизам с соблюдением заданных допусков и чистоты поверхности. Выполняет сборку крупных заготовок под молотом.

Основное оборудование для современной кузнечной мастерской.

1. Молот гидравлический

2. Горн кузнечный с принудительной подачей воздуха

3. Компрессор

4. Наковальня большая

5. Молот кузнечный большой

6. Молот кузнечный средний

7. Набор клещей

8. Точильный станок

9. Сверлильный станок

10. Сварочный аппарат

11. Угловая шлифовальная машина (болгарка)

12. Инструмент для резки металла дисковый ручной

13. Ленточно-пильный станок с ручным подъемом

14. Инструмент для продольного скручивания

15. Инструмент гибки металла, установки заклепок

16. Инструмент гибки завитков

17. Трубогиб ручной

18. Станок для гибки завитков, скручивания корзинок [35]

Ковка -- это высокотемпературная обработка различных металлов (железо, медь и её сплавы, титан, алюминий и его сплавы), нагретых до ковочной температуры. Для каждого металла существует своя ковочная температура, зависящая от физических (температура плавления, кристаллизация) и химических (наличия легирующих элементов) свойств. Для железа температурный интервал 1250-800 °С, для меди 1000-650 °С, для титана 1600--900 °С, для алюминиевых сплавов 480-400 °С.

Различают:

ковка на молотах (пневматических, паровых и гидравлических)

ручная ковка

штамповка.

Изделия и полуфабрикаты, получаемые ковкой, называют поковкой.

При ковке в штампах металл ограничен со всех сторон стенками штампа. При деформации он приобретает форму этой полости.

При свободной ковке (ручной и машинной) металл не ограничен совсем или же ограничен с одной стороны. При ручной ковке непосредственно на металл или на инструмент воздействуют кувалдой или молотом.

Свободную ковку применяют также для улучшения качества и структуры металла. При проковке металл упрочняется, завариваются так называемые несплошности и размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретает волокнистое строение.

Машинную ковку выполняют на специальном оборудовании -- молотах с массой падающих частей от 40 до 5000 кг или гидравлических прессах, развивающих усилия 2-200 МН (200-20000 тс), а также на ковочных машинах. Изготовляют поковки массой 100 т и более. Для манипулирования тяжёлыми заготовками при ковке используют подъёмные краны грузоподъёмностью до 350 т, кантователи и специальные манипуляторы.

Ковка является одним из экономичных способов получения заготовок деталей. В массовом и крупносерийном производствах преимущественное применение имеет ковка в штампах, а в мелкосерийном и единичном -- свободная ковка.

При ковке используют набор кузнечного инструмента, с помощью которого заготовкам придают требуемую форму и размеры.

Ковка применяется для разных целей, и из-за этого способы обработки металла могут быть различными:

обжимка криц -- ковка, при которой происходит уплотнение и сварка частиц, а также выделение шлаков из тестообразной железной массы.

сварка -- ковка, при которой сращиваются пакеты, состоящие из отдельных кусков нагретых до вара.

обыкновенная ковка -- уплотнение и придание желаемых форм предмету.

В зависимости от величины обрабатываемых изделий, ковка разделяется на ручную и на механическую.

наковальня

молот

ручные молоты (небольшие), которыми кузнец, сам один, или с помощью молотобойцев, обрабатывает предмет.

механические молоты. Важный элемент механического молота - наковальня, или нижний боек, на который кладётся предмет.

кузнечные клещи, которыми кузнец захватывает нагретый кусок, вынимает его из горна, или печи, подносит под молот, кладёт на наковальне и поворачивает предмет во время ударов молота.

подъёмные краны по обеим сторонам механического молота. Они служат для посадки болванки в печь, переноса под молот и поворачивания её во время ковки. Вспомогательным прибором при этих манипуляциях служит державка, состоящая из прочного, длинного стержня, имеющего на одном конце 4 лапы, которые захватывают болванку, а на другом -- рукоятку, для поддерживания болванки рабочими на весу. [11]

Процесс ковки

Нагрев болванки

Для изготовления предметов путём ковки берётся отлитая стальная болванка. Её необходимо сперва нагреть. Для этого вблизи молота устраиваются нагревательные печи или горны. Их размер, форма и количество зависит от производства и размера болванок. Для мелких вещей применяются обыкновенные кузнечные горны. Для крупных -- пользуются сварочными печами, нагреваемыми дровами, или каменным углем, а для нагревания больших болванок устраивают газовые печи.

Печь сперва разогревают до тёмно-красного каления. Затем в неё помещают горячую болванку. (В холодных болванках внутренние слои всегда находятся в более или менее напряжённом состоянии из-за условий, в которых они после отливки затвердевают. Если в горячую печь положить холодную болванку, то наружные слои, нагреваясь и удлиняясь, вызовут возникновение трещин в малоподатливых внутренних слоях). Такая болванка должна оставаться горячей после отливки, ей не надо давать остыть ниже тёмно-красного каления и сразу же после вынимания из формы для отливки её следует поместить в печь. Если это не удалось, и болванка начала остывать, то прежде чем поместить её в печь, её надо зарыть в горячий мусор для более медленного остывания. Если она остынет сильно, то надо её подогреть на полу мастерской. Даже после подогрева на полу в болванке могут возникнуть внутренние трещины. Чтобы избежать такой порчи болванки, её надо сначала подогревать только с концов. Тогда нагрев будет идти по направлению оси болванки, от её концов к середине, и расширение всех концентрических слоев будет равномерней. Предварительный подогрев -- достаточно до 300°, что легко узнать по дыму и зажиганию масла, налитого на поверхность болванки.

Болванки кладут в печь по одной или несколько, в зависимости от их величины. Вначале жар держат небольшой. Затем его постепенно увеличивают и доводят до требуемой степени. Чем сильнее нагрев, тем сталь делается мягче, легче её обрабатывать под молотом и тем успешнее идёт ковка. Однако этим опасно злоупотреблять -- чем выше нагрета сталь, тем она больше стремится кристаллизоваться при остывании, из-за чего может уменьшиться связь между отдельными кристаллами (зёрнами), и они могут разъединиться даже от одного или нескольких ударов молота. Таким образом -- болванка при ковке получит надрыв, трещину, а иногда даже отваливается целыми кусками. Это называется перегревом стали. Перегрев стали не следует путать с пережогом стали. Пережог влияет не на кристаллическую структуру металла, а уже на его химический состав, заставляя его изменяться: когда сталь долго находится под воздействием печных газов, сварочного жара, она мало-помалу теряет свой углерод и приближается к железу. Пережжённая сталь ни на что не годится, тогда как перегретую ещё можно поправить.

Чем твёрже сталь, тем больше она стремится к кристаллизации и тем ниже температура, при которой она кристаллизуется. Поэтому степень нагрева надо сообразовать с твёрдостью стали:

мягкая сталь переносит ковку даже при сварочном жаре, около 1300° С.

твёрдую инструментальную сталь выше 1000° С ковать уже опасно.

для средних сортов стали температура 1000° С совершенно достаточна для ковки и вполне надёжна.

Низкая температура тоже не годится для ковки. Во-первых, она сильно затрудняет обработку. Во-вторых -- при перемещении малоподвижных частиц во время ковки образуются сильные натяжения, которые иногда вызывают внутренние надрывы и трещины. Надо вести нагрев так, чтобы внутренняя часть болванки успела прогреться надлежащим образом. И хотя наружные слои всегда прогреваются сильнее, но это уравновешивается быстро вследствие их охлаждения во время ковки.

Вообще, для успешной ковки надо принять за необходимое правило, что кроме степени нагрева имеет очень важное значение и равномерность нагрева. Для этого после посадки болванки в печь, надо температуру поднимать очень медленно, наблюдая, чтобы болванка нагревалась одинаково со всех сторон.

Время нагрева зависит главным образом от величины болванки и от жаровой способности печи. На Обуховском заводе для нагрева 1800-пудовой болванки требуется около 27 часов, для 900-пудовой около 12 часов, для 300-пудовой около 8 часов.

Обжимка болванки

Стальная болванка -- это не одно сплошное однородное тело. Она переполнена внутри раковинами и пустотами различной формы и величины. Поэтому сразу после выдачи болванки из печи их уплотняют -- ударами молотка обковывают болванку кругом, начиная от середины к нижнему концу болванки, затем к верхнему, прибыльному. Это называется «обжимкой болванки».

Образовавшаяся во время нагрева окалина на поверхности болванки частью сама отваливается при обжимке, частью отбивается ломиками и счищается метлой. Поэтому болванка отливается значительно большего размера и веса по сравнению с задуманным предметом. Отношение площади поперечного сечения болванки к площади готового изделия принимали раньше от 6 до 10. Теперь, при более плотных отливках, довольствуются отношением от 3 до 4.

Заготовка

Обработку стальной болванки под молотом можно разделить на две части: на заготовку и на окончательную отделку.

Заготовка предназначена для того, чтобы уплотнить болванку, и придать ей в грубом виде необходимые размеры и формы. Формы и размеры заготовок и способы ковки зависят от вида изделий. Заготовки по виду разделяются: на заготовку сплошных цилиндров, пустотелых цилиндров, колец, заготовку плоских вещей, и т. п. Способы ковки при этом также имеют разные названия. [6]

Заготовка сплошных цилиндров.

При такой заготовке обжимка болванки производится на вырезном нижнем бойке, где после каждых нескольких ударов молота её поворачивают на 1/8 оборота и, после образования восьмигранника, подвигают на ширину верхнего бойка и продолжают ковку. Когда, таким образом, обожмут всю болванку, её опять подвигают на старое место и, ударяя молотом по граням, образуют шестнадцатигранник. Сообразно диаметру цилиндра продолжают ковку, пока болванка не примет надлежащих размеров. При такой обработке она уменьшается в диаметре, а металл при обжимке перемещается по направлению оси, и вследствие этого болванка удлиняется, вытягивается, отчего и самую обработку называют вытягиванием.

В случае, если при таком вытягивании заметят на поверхности болванки трещины, или другие пороки, тогда останавливают ковку, пока их не вырубят кузнечными зубилами. Верхний конец, так называемый прибыльный, заключающий в себе всегда пустоты, считается негодным для употребления и потому 1/4 по весу болванки отрубается, что носит название отрубки прибыли.

Для рубки употребляется стальной топор, который накладывается на верх болванки и вдавливается молотом в её тело. Потом на верх топора накладываются бруски квадратного сечения и продолжают нажимать молотом, пока топор не углубится до половины тела болванки; наконец, её поворачивают на 180° и таким же образом продолжают рубку с противоположной стороны. Подобным образом разрубается на части заготовленная болванка, когда она предназначается для изготовления нескольких предметов.

При заготовке больших изделий молот за один нагрев не успеет обжать и заготовить всей болванки, поэтому сперва обжимают и заготовляют нижнюю половину болванки, потом переносят державку на отделанный уже конец, подогревают остальную часть болванки, обрабатывают её таким же самым образом, и, наконец, отрубают прибыль.

Если цилиндр должен иметь на конце уступы, или фланцы, диаметр которых больше, чем поперечник болванки, тогда после обжимки болванки и отрубки прибыли нижний боек удаляется прочь, а на его место устанавливается болванка стоймя (на попа) и ударами молота осаживается, причём диаметр её, в особенности на концах, увеличивается. Для выковки вала меньших размеров, или такой длины, что он не помещается стоймя под молотом, пользуются услугами так называемой балды, подвешенной на цепи, посредством ударов которой осаживают конец вала. Для заготовки изделий кольцеобразной формы, как, например бандажей, скрепляющих орудийных колец и прочее, сперва, как было сказано выше, болванку обжимают, вытягивают, очищают от окалины и трещин, отрубают прибыль и разрубают на куски; после вторичного нагрева каждый кусок немного осаживают, или сплющивают в виде лепёшки. Потом пробивают отверстие посредством пробоя или прошивня, вдавливая его сперва с одной стороны до половины, потом, повернув болванку -- с другой. Дальнейшая обработка кольца, то есть разводка, производится уже на оправке в особой стойчатой наковальне. Разводку бандажных шин производят на особой наковальне с рогом, где, кроме того, посредством раскатки а, делают выступ, называемый ребордой.

Для изготовления более длинных пустотелых цилиндров, как, например, скрепляющих орудийных оболочек, сперва отрезают на токарном станке прибыльную часть болванки, потом высверливают вдоль оси насквозь отверстие около 30 см в диаметре и, после нагрева болванки, просовывают в отверстие железный пустотелый стержень и на нём её обжимают. Такая обработка носит название ковка на штревеле. Чтобы стержень не нагревался и не сжимался вместе с болванкой, внутри него постоянно циркулирует вода. Когда ковка окончена, вынимают штревель из цилиндра посредством особого прибора, представляющего собой гидравлический пресс, или домкрат. Он состоит из пустотелого цилиндра с двойными стенками, между которыми пускается вода для выдвигания второго цилиндра В, который упирается в гайку С, навинченную на конец штревеля. На другом конце цилиндра А укреплена муфта D, упирающаяся в откованную оболочку. Вода выдавливает цилиндр В, который тянет за собой штревель. Заготовка для вещей прямоугольного поперечного сечения производится на плоских наковальнях, где, после предварительной обжимки, болванку сплющивают сперва наплоско, потом поворачивают на 90° и куют на ребро. Надо заметить, что вообще при ударе молота удлинение совершается по направлению её оси, по перпендикулярному же направлению перемещению частиц мешает трение о поверхность бойка и наковальни. Чтобы К. расширить размеры болванки по этому последнему направлению, раздают металл посредством раскатки. Для этого на поверхность болванки, по направлению её оси, накладывают полуцилиндрический валик, называемый раскаткой, и ударом молота вдавливают его в тело. После такой раскатки по всей поверхности болванки металл расползается по направлению стрелки, а причинённые неровности выглаживаются потом ударами молота. Такой обработке подвергаются броневые плиты. Для изготовления коленчатого вала, заготовляется сперва прямоугольный брус, в котором, посредством топора, делают два надреза. Потом молотом отгибают оба конца, отрубают топором образовавшиеся выступы и, наконец, обжимают, закругляют и отделывают шейки. Эта сложная работа требует много времени, частых нагревов, ловкости и опытности кузнеца. Вырез, показанный на чертеже пунктиром, производится на долбёжном станке. Цапфельное кольцо (с шейками) для орудий заготовляется следующим образом. Отрезанный диск от болванки сплющивают, после нагрева, под молотом в продолговатый брус и пробивают в нём продольную щель посредством клинообразного прошивня. Потом коническими оправками расширяют постепенно эту щель, пока отверстие не примет круглой формы, и, наконец, на горизонтальной оправке разводят до надлежащих размеров. Вообще для разных предметов требуются разные заготовки. От умелости выбора приёмов, от рациональной последовательности переходов из одной формы в другую, в особенности при более сложных конструкциях, зависит успешность ковки и уменьшение расходов на лишний нагрев и угар металла. [11]

Окончательная отделка

После заготовки предмет имеет довольно грубую и неровную поверхность, для выравнивания которой оставлен некоторый запас против требуемых размеров. Для этого предмет очищают ещё раз зубилом от всех трещин, волосовин и лёгкими и частыми ударами молотка проходят кругом всю его поверхность. Наконец, окончательно проверяют предмет посредством кронциркулей, линеек, или шаблонов и, если окажется надобность, его выправляют и т. п.

Для придания более чистого и гладкого вида употребляются разного рода гладилки и штампы, а иногда во время ударов молота поливают поверхность водой, вследствие чего приставшая окалина лучше отскакивает и предмет выходит чище. Такое выглаживание производится всегда в самом конце, когда изделие уже остыло до буро-красного каления и поэтому носит название холодной К. или наклепки.

После наклепки замечаются всегда такие же явления, как и при закалке, то есть металл делается твёрже и менее тягуч и образуются внутренние натяжения. Вследствие малой подвижности металла, при сильной наклёпке, нарушается связь между частицами и даже иногда получаются внутренние трещины. Если отполированный разрез сильно наклёпанного бруска подвергнуть действию слабой кислоты, то образовавшийся при этом рисунок прямо показывает на внутреннее изменение металла. Вначале предполагали, что наклёпка увеличивает абсолютную плотность стали однако, дальнейшие опыты показали обратное. Так, например, при волочении проволоки, после первого прохода через волочильную доску, плотность её уменьшилась с 7,839 до 7,836; после второго до 7,791, после третьего до 7,781. Кстати заметить, что при наклёпке меди или серебра получаем результаты совершенно противоположные.

Так как влияние наклёпки аналогично закалке, то, чтобы придать металлу желаемую твёрдость и упругость, очень часто прибегают к наклёпке. При изготовлении таких изделий, как, например резцы, инструменты, клинки и пр., этот способ оказывает большую услугу, но что касается более крупных вещей, при которых получается только поверхностная наклёпка, вызывающая внутренние натяжения, этот способ, вместо пользы, приносит изделию только вред. Лучшим доказательством служит пример изготовления локомотивных или вагонных осей, у которых шейки отделаны штамповкой. При пробе на изгиб таких осей часто случается, что при ударе груза посередине оси отламывается её конец, как раз в том месте, где была отштампована шейка. Хотя все эти вредные натяжения можно уничтожить, или, по крайней мере, уменьшить отжигом, однако никто не может поручиться, что во время самой наклёпки не образовались уже трещины, которых отжиг исправить не в состоянии. При изготовлении более сложных поковок, где неизбежно применять штамповку, гораздо лучше совершать это при высоком нагреве, тем более, что сталь в раскалённом состоянии хорошо выдерживает штампование и отчётливо воспроизводит форму штампы; чтобы воспрепятствовать образованию натяжения, надо делать её в несколько приёмов, каждый раз подогревая сталь до надлежащей температуры.

После обработки болванки под молотом, не прибегая даже к наклёпке, всегда появляются внутренние натяжения, происшедшие вследствие неравномерного остывания концентрических слоев, и вследствие того, что разные части болванки приходится ковать при разных температурах. Чем больше диаметр откованной болванки и чем резче переход от одной формы к другой, тем неравномернее происходит остывание и тем резче будут проявляться внутренние натяжения.

Для избежания трещин и искривления откованных изделий, зарывают их сейчас же после К. в горячий мусор. Подобное зарывание может принести пользу, когда вещь довольно простой формы и когда она ещё красная. В противном случае надо непременно подвергать изделие отжигу, то есть осторожно его подогреть до температуры около 700°, затем, замазав печь, дать ему медленно остыть до полного охлаждения.

Выше было упомянуто, что назначение ковки, кроме сообщения требуемой формы, заключается ещё в уплотнении металла вследствие пороков, встречаемых внутри болванки.

Газовые пузыри, образующиеся при затвердевании стали, размещаются, главным образом, снаружи. Большинство из этих пузырей, имея сообщение с окружающей атмосферой, окисляется под действием печных газов и покрывается внутри слоем окалины, которая не дозволяет им свариваться при обжимке болванки под молотом, а потому они только сплющиваются в виде прослоек и вытягиваются в виде волосовин. Толщина рыхлого слоя откованного предмета зависит от величины пузырей, глубины их размещения в болванке и от большей или меньшей обработки под молотом.

Поэтому всякое откованное изделие, подвергающееся окончательной отделке на токарных или строгательных станках, должно иметь соответствующий запас металла, для удаления рыхлого слоя.

Чтобы получить чистую и гладкую поверхность, достаточно оставить, для удаления рыхлого слоя запас на обточку толщиной в Ѕ" для больших и от ј" до ?" для мелких предметов.

Кроме уплотнения пороков в болванке, ковка изменяет и свойства самого металла.

Если сравнить изломы кусков стали, взятых от одной и той же болванки до и после её проковки, то они представляют большую разницу. Первый из них крупнокристаллический с блестящими и сильно развитыми плоскостями отдельных зёрен, второй же мелкозернистый, матовый и как бы аморфного сложения.

Испытывая на разрыв эти бруски, оказывается, что как упругость и прочное сопротивление, так и удлинение кованного бруска гораздо больше. Так, например, механические испытания бессемеровской стали от одной и той же болванки дали следующие результаты:

	До ковки	После ковки
Упр. сопротивление на кв. мм	24,1 кг	11,5 кг
Абсол. сопротивление на кв. мм	45,0 кг	59,8 кг
Удлинение	8 %	5 %

Поэтому долгое время полагали, да ещё и до сих пор многие такого убеждения, что ковка, вследствие своего сильного давления, производит сближение частиц между собой, их сжатие, а тем самым и уплотнение самого металла, и благодаря только такому действию, сталь приобретает другие свойства. Придавая ковке. такое значение, старались подвергать болванку как можно большей обработке и давать по возможности большее отношение площади поперечного сечения болванки к площади изделия. Однако, более тщательные исследования не оправдали этого взгляда. Во-первых, опыт показал, что удельный вес кованной стали меньше, чем литой. Ещё в 60-х годах Н. В. Калакуцкий доказал, что удельный вес литой стали, при отсутствии пороков, есть предел её уплотнения и что ковка, увеличивая гравиметрическую плотность болванки, уменьшает её абсолютную плотность. Из его опытов видим, что удельный вес куска стали от литой болванки равен 7,852; удельный же вес куска от этой болванки после нагрева его до светло-красного каления и хорошей проковки равнялся 7,846. Во-вторых, что повторительные нагревы и проковка не влияют уже на увеличение сопротивления и вязкости. В-третьих, что простым нагревом до известной температуры и соответственным охлаждением можно достигнуть таких же результатов относительно структуры, повышения упругости и вязкости металла. Это последнее явление было впервые замечено Д. К. Черновым и опубликовано в «З. И. Т. Общества», 1868 г. [35]

Этот факт объясняется тем, что сталь при нагревании, начиная с некоторой температуры, принимает воскообразное состояние, то есть что отдельные зерна её размягчаются и слипаются между собой в виде тестообразной несжимаемой массы. Если станем охлаждать эту массу, тогда частицы опять собираются в отдельные зерна или кристаллы и эта группировка продолжается до тех пор, пока сталь не остынет до некоторой определенной температуры около 700°, ниже которой кристаллизация совершаться уже не может. Чем более нагрета сталь, то есть чем больше размягчена, и чем медленнее и спокойнее она остывала, тем более свободы и времени имели частицы для этой группировки. Если же во время этого охлаждения воспрепятствуем частицам свободно собираться в отдельные зерна ударами молота или вальцовкой, или посредством быстрого охлаждения не дадим времени к подобной группировке, или, наконец, если сталь нагреем только до температуры и позволим ей медленно остывать от этой температуры, ниже которой кристаллизация невозможна, то во всех этих случаях получим более или менее мелкозернистое сложение. Если остановить ковку при температуре выше 700°, то группировка частиц опять возможна и структура стали будет зависеть от этой температуры. Если же, наконец, нагреем болванку до очень высокой температуры и позволим болванке некоторое время остывать без ковки, то кристаллизация может принять такие размеры, что сталь теряет свойства ковкости и носит название перегретой стали.

Надо заметить, что эти замечательные исследования были сделаны г. Черновым ещё в 1860-х гг., и что они послужили исходной точкой для всех дальнейших исследований и теперешних теорий стали. Таким образом, на перемену структуры, от которой зависит вязкость и прочность стали, имеет влияние главным образом степень нагревания и условия остывания. Ковка препятствует кристаллизации и уплотняет пороки в болванке. Для успешности ковки надо стараться ковать быстро, чтобы не оставлять какого-нибудь места болванки долгое время без ударов молота. Поэтому при обжимке и вытягивании больших болванок, лучше довольствоваться зараз меньшей степенью обжимки и обрабатывать их в несколько приемов, проходя ударами молота каждый раз всю нагретую часть. Кроме того, нельзя допускать, чтобы болванка, нагретая до высокой температуры, дожидалась долго ковки или остывала в печке. При таких благоприятных условиях кристаллизация совершается очень быстро и болванка получает свойства перегретой стали. Лучше тогда дать болванке спокойно остыть, снова её нагреть до надлежащей температуры и затем ковать.

При обработке стальных болванок имеет очень важное значение, как с экономической стороны, так и относительно влияния ковки на качество изделия, сила молота, то есть отношение веса бьющей части к весу обрабатываемой болванки. Если принять вес бабы G и вес болванки g, то общепринятое отношение G/g = 2 доходит до 1. Однако, это отношение очень условное и зависит от многих причин, главным образом от формы изделия, приёмов ковки, сорта стали, допускающей более или менее сильный нагрев и, наконец, от приспособлений, имеющихся при молоте. Для обжимки болванок или для изготовления цилиндрических валов отношение G/g = 1 может быть допускаемо только в крайних случаях; вообще, для успешности действия куют при отношении 2. Так, например, под 5-тонным молотом можно свободно отковать орудийную трубу из болванки в 3 тонны, но для изготовления такого же веса коленчатого вала, следует употребить, по крайней мере, 15-тонный молот. Чем тяжелее молот в сравнении с весом болванки, тем энергичнее идёт ковка и тем глубже передаётся давление внутренним слоям болванки. Слабые удары передаются только поверхностным слоям, которые поэтому уплотняются и вытягиваются больше внутренних и откованная болванка при этих условиях имеет вогнутые концы. Подобного рода явления замечаются чаще всего на ковке больших болванок. Поэтому для их успешной ковки приходится иметь громадных размеров молоты или же прибегать к частым подогревам.

В настоящее время для ковки стальных болванок стали применять гидравлические прессы, называемые пресс-молотами или жомами. Отлагая описания устройства и действия разных систем жомов, о чём будет подробно сказано в статье Пресс-молот, представителем которых есть ковальный пресс Витворта, сравним только в общих чертах действие парового молота и жома на болванку. Мгновенный удар молота, с громадной вначале живой силой и с полнейшей потерей в конце своего действия, распространяясь по верхней плоскости болванки, переходит по реакции и на нижнюю, соприкасающуюся с наковальней; промежуточные же слои, исполняя только передаточную роль, перемещаются, а вместе с тем и уплотняются гораздо меньше. Жом, с момента соприкосновения бойков с болванкой, своим растущим от 0 до 3 тонн давлением передаёт его, во все время нажимания, одинаково всем слоям металла. Расползанию наружных слоев металла, в плоскости нормальной к направлению давления, мешает трение о поверхности бойков, и вследствие этого, во время давления жома, главным образом перемещаются частицы внутренних слоев, которые уплотняются больше наружных, то есть жом производит действие обратное молоту. Это, впрочем, может быть устранено применением более узких бойков. Предположение лучших качеств металла, откованного под жомом, чем под молотом, пока ещё не оправдывается, тем более, что качество плотного металла зависит, главным образом, от температуры нагрева болванки, от температуры, при которой была остановлена ковка и от условий, при которых остывала болванка. Жом имеет большое преимущество перед молотом в экономическом отношении, так как он ускоряет К. в несколько раз в сравнении с молотом. Однако, надо заметить, что силой жома чересчур нельзя злоупотреблять. Очень большой сразу нажим делает на поверхности складки и наплывы металла, а при недостаточном нагреве возможны надрывы и трещины в сердцевине болванки. Подобным образом, как при ковке под молотом, лучше довольствоваться и здесь небольшими нажимами и стараться поскорее пройти всю нагретую часть болванки. Если наклёпка, то есть ковка при сравнительно низкой температуре под молотом, имеет дурное влияние на качество металла, вследствие образования внутренних натяжений, то тем более при ковке под жомом она не должна быть допускаема. Кроме того, надо стараться по возможности хорошо прогревать центральные слои болванки, которые претерпевают самую большую работу при давлении жома. Потеря или угар металла, вследствие образования окалины, зависит от степени и продолжительности нагрева, от величины болванки и от количества повторительных нагревов.

Для первого нагрева, в зависимости от диаметра, угар составляет от 1Ѕ до 3 %, для каждого последующего подогрева болванка теряет по весу около 1 %.[6]

Виды ковки

Ковка лошадей

Ковка лошади -- прикрепление к её копытам подков, защищающих копыта от повреждений. Ковку лошади выполняет коваль -- кузнец, имеющий познания в ветеринарной ортопедии и обладающий навыками обращения с лошадью.

Художественная ковка

Художественная ковка - это изготовление методом обработки металлов, который имеет общее название ковка, любых кованых изделий, любого предназначения, имеющих в обязательном порядке свойства художественного произведения. Близкое к такой формулировке пояснение можно встретить в Словарь по общественным наукам. Глоссарий.ру и других современных словарях.

Изготовление кованых изделий

Ковка может быть горячей и холодной.

Горячая ковка создаётся методом нагревания металла и придания ему нужной формы. В то же время холодная ковка создается без нагрева металла. При помощи сгиба либо вручную, либо на специальном станке, также в создании узора участвует болгарка (обрезание концов квадратного либо круглого прута), и сварочный аппарат, который собирает детали узора вместе.

История ковки

Ковка (меди, самородного железа) служила одним из основных способов обработки металла:

холодная, затем горячая ковка в Иране, Месопотамии, Египте -- 4-3 тыс. до н. э. холодная ковка у индейцев Северной и Южной Америки -- до XVI в. н. э.

Древние металлурги Европы, Азии и Африки ковали сыродутное железо, медь, серебро и золото. Кузнецы пользовались особым почетом у народов древности, их искусство окружалось легендами и суевериями.

В Средние века кузнечное дело достигло высокого уровня: вручную отковывались ручное и огнестрельное оружие, инструменты, детали сельскохозяйственных орудий, дверей и сундуков, решетки, светильники, замки, часы и другие изделия всевозможных форм и размеров, часто с тончайшими деталями; кованые изделия украшались насечкой, просечным или рельефным узором, расплющенными в тончайший слой листами сусального золота и бронзовой потали. В XIX в. ручная художественная ковка была вытеснена штамповкой и литьём, интерес к ней возродился в XX в. (работы Ф. Кюна в ГДР, И. С. Ефимова, В. П. Смирнова в СССР; оформление общественных интерьеров в Таллине, Каунасе и др.). [6] С наступлением эпохи персональных компьютеров производство сложных и уникальных кованых изделий, как правило, сопровождается компьютерным трёхмерным имитационным моделированием. Эта точная и относительно быстрая технология позволяет накопить все необходимые знания, оборудование и полуфабрикаты для будущего кованого изделия до начала производства. Компьютерное 3D моделирование теперь не редкость даже для небольших компаний.[35]

1.2 Технологии изготовления ледовых скульптур

Произвольная композиция на тему XVI века, срок - 24 часа, ледовый марафон начался накануне вечером и завершился в Сочельник

В центре Москвы, на Красной площади, вечером 6 января подвели итоги конкурса ледовых скульптур, посвященного 450-летию храма Василия Блаженного. Задача перед скульпторами стояла неординарная - за 24 часа создать композицию на тему русской истории XVI века. Николай Старобахин расскажет подробнее.[7]

Придать выразительность лицу и выточить кисть руки. За несколько минут до окончания соревнований лишь одна из скульптур - Ивана Грозного - еще не готова. Но ее автор, хоть и разгорячен работой на морозе, но хладнокровен - знает, что успеет.

Александр Парфенов, скульптор:- Как получается спланировать так усилия, чтобы сделать максимум и уложиться в последнюю секунду - я не понимаю никогда. Но попадаю.

В этой композиции сразу 3 скульптуры. Царь Иван Грозный застыл, увидев ангела за спиной Василия Блаженного.

- Ощущение недоумения, остолбенения и обледенения…

Мастера со всей страны сегодня закончили выяснять - кто же лучший ледовый скульптор России. Произвольная композиция на тему XVI века, срок - 24 часа. Ледовый марафон начался накануне вечером и завершился в Сочельник. Здесь и нищие, и скоморохи, и дети. 10 сюжетов на разные темы.

- Это Дионисий, продолжатель дела Андрея Рублева, иконописца.

В руках этих мастеров и бензопила, и стамеска. Инструменты ледового скульптора выглядят устрашающе. Разные ножи, пилы, а еще перчатка с шипами и даже шприц.

- Это природный клей такой - вода называется. Очень интересный, хорошо склеивает.

Накануне, словно разогреваясь перед финальным состязанием, участники все вместе создавали общую композицию - храм Василия Блаженного, каким он был 450 лет назад. Оказалось, что самое сложное - доставить на Красную площадь такое количество ледовых глыб. Других проблем не возникло. Выяснилось, что 10 разных скульпторов вполне успешно могут делать общую работу, невзирая на творческие разногласия и различные техники.

Николай Михеев, скульптор:- Все этим занимаются уже давно, поэтому какие-то нюансы все знают. Если вдруг что, то все друг другу помогают.

Московский этап стал третьим и последним в целой серии соревнований. За 10 дней скульпторы преодолели 3 суточных марафона - в Мурманске, Петербурге и вот теперь в столице. Так что состязание оказалось проверкой еще и на выносливость.

Светлана Михеева, представитель оргкомитета «Гран-при России по ледовой скульптуре»:- В общей сложности они делают около 12 скульптур. Это сложные очень условия, здесь должны быть и спортивный образ жизни, и умение работать со льдом, и распределять время. Это как спортсмены. Некоторые, кстати, могут сойти с дистанции. В прошлом году такое было.

Обладателем «Гран-при» стал представитель Якутии. Александр Шадрин потом признавался - помогали домашние тренировки при -60.

Александр Шадрин, победитель «Гран-при России по ледовой скульптуре»:

Каждый год с 1996 года постоянно я занимаюсь, работаю. Зима у нас холодная, долгая.

Определить своего победителя смогут все, кто придет на Красную площадь. Конкурсные скульптуры останутся здесь до весны.

Еще полвека назад о ледовой скульптуре никто и не слышал. Теперь же каждую зиму по всему миру в крупных городах и небольших поселках можно увидеть людей, которые сосредоточенно обтесывают ледяные глыбы для того, чтобы сложить из них дворец или создать галерею сказочных персонажей.

Родиной ледовой скульптуры можно назвать Китай, и не без оснований: еще лет триста назад в окрестностях Харбина рыбаки, отправляясь зимой на промысел, брали с собой в холодные ветреные ночи ледяные фонари. Изготовлялись они очень просто: корзину с водой выставляли на мороз, затем вынимали из нее лед, выдалбливали в нем отверстие и вставляли внутрь свечу. Возвратившись с лова, рыбаки оставляли фонари на берегу, и во время традиционных зимних праздников ими играли дети. Постепенно детские игры переросли в шоу ледовых фонарей, а начиная с 1963 года -- в популярный фестиваль ледовой скульптуры. Теперь ежегодно в январе--феврале жители Харбина любуются в городских парках сложенными из ледяных кирпичей огромными зданиями, садами, водопадами, готическими соборами, резными цветами и драконами.

Фигура русской императрицы Анны Иоанновны, по приказу которой в 1740 году в Санкт-Петербурге был сооружен Ледяной дворец

Однако справедливости ради стоит напомнить, что первый признанный мировой шедевр ледовой архитектуры был создан в России. В 1740 году для развлечения смертельно больной императрицы Анны Иоанновны в Санкт-Петербурге построили Ледовый дом, где вся мебель, занавески, посуда и даже карты, лежащие на столах, были вырезаны изо льда. Ледяные дрова в ледяном камине горели, намазанные нефтью, ледовый слон у входа выбрасывал вверх струи воды, а пушки изо льда стреляли, соответственно, ледяными ядрами. Как известно, в этом доме справили и «потешную свадьбу» придворного шута князя Голицына и вдовы Бужениновой. Но главное -- сам дом произвел на современников столь глубокое впечатление, что они не пожалели слов, описывая его для потомков.

Однако широкое распространение ледовое искусство получило уже в наше время, когда появились электроинструменты, способные значительно ускорить процесс создания недолговечных артобъектов.

Лед -- материал универсальный, подходящий для фигур и зданий любых размеров. И для гигантской копии Великой Китайской стены в Харбине (2003 год), по которой можно гулять, и для гильотины, созданной американскими мастерами на фестивале в штате Огайо в 2006 году, и для «летящих» лебедей, сделанных красноярскими скульпторами на Пермском фестивале 1999 года. На чемпионате в Фэрбанксе (на Аляске) в 2005 году американские скульпторы под руководством Стивена Беркшира вырезали огромную акулу, выпрыгивающую из воды прямо на зрителя, а годом позже создали тончайшие постромки легендарной «упряжки Бальто», которая неслась вниз с крутого холма, чтобы успеть доставить в Ном спасительный груз вакцины от дифтерии. На таком же чемпионате, но уже в 2007 году, американец Питер Славин и японец Юниши Накамура создали «невесомые» крылья, усики и ножки гигантского кузнечика.

Работа со льдом подобна работе с камнем или деревом с той лишь разницей, что в данном случае она требует соблюдения температурного режима. Как только столбик термометра опускается ниже минус 35°C, лед становится хрупким и ломким, а это значит, что в любую минуту по заготовке может пройти трещина, и тогда -- начинай все сначала.[5]

Изящное скульптурное изображение, подобное «Ныряльщице», можно вырезать только из очень чистого льда естественных водоемов. Озеро Луис, Канада.

Традицию международных фестивалей ледового искусства заложили японцы. В 1950 году в Саппоро местные старшеклассники изготовили шесть скульптур из снега. Со льдом стали работать позже. Сейчас фестиваль ежегодно представляет более трехсот снежных и ледовых композиций. На сооружение каждой из них отводится по 48 часов. Ледяные фигуры выставляются в парке Одори и квартале Сусукино (в расчете на то, что они привлекут толпы посетителей в его увеселительные заведения).

Ледовому фестивалю может быть задана определенная тема, как, например, в зоопарке Коркеасаари, близ Хельсинки, где первая часть праздника традиционно посвящена животным. В России -- в Перми фестиваль под названием «И снег, и лед, и пламень» проходит уже в 14-й раз. Проводят фестивали обычно в тех странах, где зимние морозы позволяют сохранять скульптуру под открытым небом хотя бы неделю, на срок проведения мероприятий. Один из самых значимых международных ледовых фестивалей проводится на Аляске, в уже упомянутом городе Фэрбанксе. Организуется он в виде соревнований, где участникам отводится определенное время на работу, а жюри выбирает победителей в разных номинациях и присуждает титул чемпиона мира. Местный лед, кстати, считается самым лучшим. Ведь подходящий материал для ледового изваяния найти непросто: он должен быть максимально чистым, без песка и водорослей, иначе инструменты быстро затупятся. Бурый грязноватый лед из пруда годится для того, чтобы построить зимний городок с горками, но не для скульптуры высокого класса. Качественный лед должен замерзать быстро и при очень низких температурах, чтобы не успевали образовываться пузыри. Ледовые блоки можно сделать и в промышленном холодильнике, но это требует много времени -- положенный по стандарту кирпич размером 1Ч1,5Ч0,25 метра замерзает в такой установке несколько дней. Между тем даже для небольшого фестиваля требуется несколько сотен тонн льда. В Фэрбанксе же зимой столбик термометра опускается ниже минус 40°С, а блоки с голубоватым отливом, извлекаемые из местной речки, отличаются такой чистотой и прозрачностью, что через метровый слой льда можно читать газету.[13]

Детский парк развлечений в городе Нашвилл, США.

Чтобы его сохранять в течение двух месяцев, необходимо поддерживать температуру минус 9°С.

Работать в одиночку с блоками, которые весят до сотни килограммов, трудно, поэтому на Аляску приезжают команды по два и четыре человека. Пара трудится 60 часов, вырезая задуманный объект из цельного блока льда. Четверке отводят на работу 110 часов. За это время она должна соорудить композицию из множества небольших кирпичей. Прежде чем мастер приступит к воплощению заранее разработанного эскиза, блоки нужно выпилить из речки, рискуя свалиться в полынью, выволочь их оттуда с помощью щипцов и веревок, затащить в грузовик и доставить до места. Здесь их выравнивают, шлифуют, смачивают водой, а через несколько минут, когда кирпичи примерзают друг к другу, начинают обработку. Для создания ледовой скульптуры используют те же инструменты, что и для резьбы по дереву. Самыми лучшими считаются японские резцы, которые выпускают специально для обработки льда, но стоимость их очень высока -- десятки тысяч долларов. Поэтому в дело идут обычные резцы и пилы, а также множество других инструментов.

Китайский ледяной фонарь с рыбами на выставке в Харбине в 2007 году Китайский ледяной.

Лишние куски льда можно отсечь топором, но от этого заготовка покрывается сеточкой мелких царапин, становится мутной, поэтому чаще всего используют пилу. Некоторые мастера, чтобы избежать сколов и трещин на будущем кружеве или цветке, снимают лед слой за слоем бритвой, и только, когда остается удалить совсем чуть-чуть, берут ножовку, а затем уже резец для вытачивания мелких деталей. И вот наступает завершающий этап -- полировка. Поверхность изделия обрабатывают с помощью шлифовального круга или терки с металлическими шипами, а узоры прорезают болгаркой. Чтобы сгладить неровности, убрать царапины, придать блеск и заставить лед переливаться, фигуру обдувают феном, прикладывают к поверхности утюг, электропаяльник или даже медицинский прибор для прижигания кровотечений -- термокаутер. В особых случаях, чтобы не растопить ненароком лишнее, лед заглаживают ладонью.

Цвет скульптуре придают с помощью подсветки или подкраски искусственного льда еще на стадии его замерзания. К последнему способу мастера относятся с прохладцей: крашеный лед теряет способность играть под солнечными лучами. Чтобы подчеркнуть детали, нередко прибегают к другому методу. На поверхности фигуры вырезают желобки и заполняют снегом, краской, цветным песком. Этим приемом часто пользуется Тажана Раукар, скульптор из Черногории, которая в составе американской команды шесть раз побеждала на чемпионате мира в Фэрбанксе. Так была создана пятнистость на шкурке жирафа в композиции «Парад животных», которая принесла ее команде первенство в категории «Реальное искусство» в 2005 году.

«Ледовая скульптура -- это все равно что допинг», -- утверждает американец Стив Лестер, работающий помимо льда с камнем и деревом. А Виктора Чернышева это увлечение, которым он заразился более 20 лет назад, привело к созданию Ассоциации скульпторов России по снежным, ледовым и песчаным композициям и организации фестивалей по всей стране.

В ледовой скульптуре часто изображают героев популярных мультфильмов и классических произведений, птиц и зверей, библейских персонажей. В Харбине можно увидеть фигуры политических вождей, российские мастера копируют сюжеты картин Третьяковской галереи, в Антверпене популярны герои полотен Рубенса, а в австрийском городе Граце к Рождеству как-то вырезали ледовый вертеп -- Марию, Иосифа, Иисуса в яслях и волхвов. Среди ледовой архитектуры нередки уменьшенные копии знаменитых зданий, Биг-Бена, например, или собора Василия Блаженного.