Высококачественное и высокопроизводительное выполнение работ по ручной ковке возможно при наличии необходимого набора кузнечного инструмента и приспособлений. По назначению кузнечный инструмент делят на три группы: основной, вспомогательный и контрольно-измерительный.
Основной технологический инструмент (наковальни, кувалды, гладилки и др.) служит для деформирования металла и придания ему требуемой формы и размеров.
Вспомогательным является поддерживающий инструмент (клещи различных типов), с помощью которого заготовку фиксируют в нужном положении в процессе ковки, кантуют, укладывают в печь, извлекают из нее и перемещают к наковальне.
Контрольно-измерительный инструмент служит для разметки заготовки, контроля формы и размеров поковки как по переходам в процессе ковки, так и для ее окончательного контроля геометрических размеров.
Основной инструмент подразделяют на три типа: опорный, ударный и подкладной.
Опорный инструмент представляет собой массивную опору, на которой выполняют практически все кузнечные операции. Опорным инструментом для ручной ковки служит наковальня. По конструкции наковальни бывают пяти видов: безрогие, однорогие, двурогие, консольные и наковальни, которые носят название шперак.
На рис. 52, б представлена наиболее распространенная и удобная для ручной ковки однорогая наковальня. Рабочими частями наковальни являются верхняя опорная часть 1 и рог б. Опорная часть, называемая наличником, гладко обработана и закалена до твердости НВ 340-477. Рог представляет собой консольный конический выступ, на котором наполняют операции: гибку, раскатку, сварку кольцевых заготовок и др. Хвост 2 наковальни - небольшая консольная часть с другой стороны рога, применяется для гибки заготовок на 90'.
На опорной части наковальни имеются три отверстия. Круглые отверстия диаметром 15 мм служат для пробивки отверстий в поковках, квадратные (35Х35 мм) - для установки в них подкладного инструмента и приспособлений. Наковальня устанавливается на стуле или тумбе 3 на такой высоте от пола, чтобы пальцы вытянутой руки кузнеца касались поверхности наличника. Крепится наковальня на прочном, врытом в землю деревянном чурбане хомутами 4 (или костылями), охватывающими «ноги» 5 наковальни.
Однорогие наковальни выпускаются длиной L от 480 до 800 мм и шириной наличника В от 170 до 240 мм. Наковальни отливают из стали 45Л, а их масса в зависимости от габаритов составляет от 70 до 210 кг.
Перед началом работы наковальню проверяют на отсутствие трещин. Проверку осуществляют легким ударом молотка по наличнику, при этом молоток должен отскакивать, а наковальня - издавать чистый и звонкий звук высокого тона. Наковальня, имеющая трещину, издает глухой звук.
Помимо однорогих наковален бывают наковальни безрогие (рис. 52, а) и двурогие (рис. 52, в). Двурогие наковальни с одной стороны имеют рог в виде конуса, а с другой - тоже рог, но в виде конуса, усеченного вдоль оси симметрии плоскостью наличника. Усеченный рог удобен для выполнения гибки плоских заготовок на углы, меньшие 90'. Двурогие наковальни выпускаются общей длиной от 670 до 1060 мм с массой от 100 до 270 кг.
Разновидностью наковален является шперак (рис. 52, г) - маленькая наковальня массой до 4 кг, применяется при изготовлении мелких поковок. Он устанавливается в квадратное отверстие наковален, рассмотренных выше. Шперак изготовляют ковкой из стали 45 с закалкой поверхности наличника до твердости НКС 40 - 45.
Ударный инструмент. К ударному инструменту относятся кувалды (боевой молот) и ручники (кузнечные молотки). С помощью первых выполняют основную работу деформации металла, вторые применяют для нанесения слабых ударов и для управления мощными ударами молотобойца.
Используют три типа боевых молотов (рис. 53, а): кувалды тупоносые 1, остроносые продольные 2 и остроносые поперечные 3. Кувалды изготовляют ковкой из стали 50, их рабочие поверхности обрабатывают на металлорежущих станках. Рабочие части кувалд термически обрабатывают на твердость НКС 48 - 52 глубиной до 30 мм. Кувалды изготовляют: тупоносые - длиной L от 128 до 205 мм и массой от 2 до 16 кг, остроносые - длиной L от 168 до 212 мм и массой от 3 до 8 кг.
Рукоятки для кувалд изготовляют с незначительным утолщением свободного конца длиной 750-900 мм из тонкослойных пород деревьев: граба, клена, кизила, рябины или комлевой части березы. Насадочное отверстие для ручки в кувалде должно иметь расширение от середины к наружным поверхностям с уклоном не более 1 : 10. Отверстие такой формы обеспечивает расклинивание рукоятки в кувалде и повышает надежность ее закрепления.
Ручники (рис. 53, б) служат кузнецу для указания молотобойцу места и силы удара, а также для подачи команд о начале и конце ковки и о темпе нанесения ударов. Так как ручники используют также для выполнения мелких работ, то они имеют несколько разновидностей: молоток-ручник 4 с шарообразным задком, ручник с поперечным 5 и продольным б задком. Ручники изготовляют из стали У7 массой от 0,5 до 1,5 кг. Рукоятки для ручников имеют длину 350 - 600 мм, их изготовляют из березы, клена, ясеня или рябины, они должны быть гладкими и без трещин.
Подкладной инструмент. Подкладным называется инструмент, который устанавливается или на заготовку, или на наковальню под заготовку. В первом случае удары кувалдой наносят по подкладному инструменту, с помощью которого получают поковку требуемой формы. Во втором случае удары наносят по заготовке и она деформируется под действием подкладного инструмента снизу. К подкладному инструменту относятся кузнечные зубила, подсечки, раскатки, пережимки, обжимки, гладилки, подбойки, гвоздильни, прошивки, надставки и оправки.
Кузнечные зубила(рис. 54, а, б) предназначаются для выполнения разделительных операций. Они состоят из трех основных частей: головки со слегка выпуклой поверхностью, по которой наносят удары, средней части с отверстием для насадки деревянной ручки и ножа, которым, внедряясь в металл, разделяют заготовку на части. Применяют зубила двух типов: простые - для отрубки холодного и горячего металла (см. рис. 54, а) и фасонные зубила (см. рис. 54, б). Простые зубила для холодной рубки имеют длину L от 160 до 190 мм, для горячей - от 180 до 240 мм. Угол заточки ножа у зубила для холодной рубки составляет 60', для горячей - 30'. Зубила изготовляют из стали 6ХС, причем твердость рабочей части на длине 30 мм у зубил для холодной рубки равна HRC 54 - 58, для горячей рубки - HRC 50 - 55. Головки зубил термически обрабатывают на длину 20 мм до твердости HRC 30 - 40.
Простые зубила имеют длину ножа В от 32 до 50 мм, а их масса составляет от 0,9 до 3,6 кг. Разновидностью простых зубил является одностороннее зубило, у которого нож имеет односторонний скос. Такое зубило служит для отрубки концов поковок, у которых требуется получить торец без уклона.
Фасонное зубило (рис. 54, б) имеет скругленную форму ножа и применяется для отрубки заготовок по криволинейному контуру. Изготовляют такое зубило из стали 6ХС, термообрабатывают ножевую часть до твердости HRC 50 - 55. Рукоятки зубил изготовляют из дерева, их насаживают без расклинивания в отверстия, имеющие двусторонние уклоны 1:10.
Подсечки (рис. 54, в) представляют собой инструмент для выполнения разделительных операций. Подсечка своей хвостовой частью вставляется в квадратное отверстие наковальни, на лезвие подсечки устанавливают заготовку и, нанося по ней удары, выполняют отрубку. Применение подсечек облегчает и ускоряет работу кузнеца. Материалом для подсечек служит сталь 50, твердость рабочей части составляет HRC 50 - 55 на длине 30 мм. Подсечки изготовляют с длиной лезвия В от 50 до 70 мм и высотой рабочей части h от 50 до 65 мм. Форма заточки режущей кромки показана на рис. 54, в.
Подбойки (верхние и нижние) применяют для интенсификации операций протяжки - увеличении длины заготовки за счет уменьшения площади поперечного сечения. Верхние подбойки (подбойки-верхники) (рис. 55, а, в) состоят из головки (затылка), по которой наносят удары кувалдой, средней части, имеющей отверстие для насадки без расклинивания деревянной рукоятки, и нижней рабочей части, которая деформирует заготовку. Форма нижней части может быть плоской (рис. 55, а) и полукруглой (рис. 55, в). В зависимости от типоразмеров у плоских подбоек рабочая поверхность может иметь размеры от 40Х40 до 55Х55 мм, радиус закругления г рабочей поверхности у полукруглых подбоек - от 8 до 30 мм.
Подбойки нижние (подбойки-нижники) аналогично подсечкам вставляются своими хвостовиками в квадратное отверстие наковальни и бывают прямоугольными (рис. 55, б) и полукруглыми (рис. 55, г). Размеры и форма рабочих частей подбоек-нижников аналогичны рабочим частям подбоек-верхников. Подбойки изготовляются из стали 45, их рабочие поверхности на длине 30 мм термически обрабатывают на твердость HRC 40 - 45, а головки - на твердость HRC 30 - 40.
Обжимки-верхники (рис. 56, а), и обжимки-нижники (рис. 56, б) по конструкции аналогичны подбойкам и отличаются от последних формой рабочей части. Обжимки применяются для сглаживания поверхности круглых, квадратных и других фасонных поковок и для повышения точности их формы и размеров. Диаметр D (рис. 56, а) рабочих частей обжимок (ГОСТ 11403 - 75) выбирается от 20 до 70 мм, изготовляют этот инструмент из стали 50 с твердостью ударяемой части HRC 30 - 40 и рабочей части - HRC 44 - 52. Помимо обжимок с круглой рабочей поверхностью иногда применяют также обжимки с квадратной или фасонной формой рабочих поверхностей.
Гладилки (плоские и полукруглые) (рис. 56, в, г) имеют гладкую рабочую поверхность и применяются для сглаживания неровностей на поверхности поковки, образовавшихся от ударов кувалдой. Гладилки удерживают на поковках при нанесении по ним ударов с помощью деревянной рукоятки, насаженной без расклинивания в отверстие в средней части гладилки. Этот инструмент изготовляется ковкой из стали 45, рабочая поверхность должна иметь твердость HRC 40 - 45, головка - HRC 30 - 40. Размер В рабочей части у плоских гладилок - от 50 до 100 мм, у полукруглых - 80 - 90 мм, В₁ = 60...70 мм.
Для изготовления круглых и фасонных отверстий в поковках принимают различные пробойники (рис. 57).
Пробойники имеют головку, по которой наносят удары, среднюю часть с отверстием для деревянной рукоятки и рабочую часть. Форма поперечного сечения рабочей части пробойника зависит от формы пробиваемого отверстия. Поэтому пробойники делят на круглые - (рис. 57, а), овальные - (рис. 57, б), квадратные - (рис. 57, в) и прямоугольные - (рис. 57, г). Рабочая часть пробойников изготовляется конусной для того, чтобы облегчить выемку инструмента из пробитого отверстия и чтобы получать отверстия различных размеров.
Пробойники изготовляют из стали 6ХС с твердостью рабочей части HRC 45 - 50 на длине 30 мм и твердостью головки HRC 30 - 40 на длине 20 мм.
Гвоздильни - это приспособления для изготовления утолщенных головок у поковок типа стержней (болты, заклепки и др.).
Кузнецы применяют простые и многорядные гвоздильни. Простая гвоздильня (рис. 58, а) состоит из корпуса, в котором имеется полость специальной формы, сквозное отверстие и ручка. Заготовку вставляют в отверстие, а ее выступающую часть деформируют так, чтобы металл заполнил полость (см. рис. 68, г). Форма полости соответствует форме изготовляемой головки детали. Вертикальные стенки полости имеют наклон в 3 - 5°, что облегчает удаление поковки после высадки головки.
В корпусе многорядной гвоздильни имеется большое число отверстий с разными по форме полостями. При ковке гвоздильню устанавливают на наличник наковальни, а после ковки переворачивают и выбивают из нее поковку. Гвоздильни изготовляют ковкой из стали 45 и У7, У7А, с термообработкой на твердость HRC 44 - 50.
Форма (рис. 58, б) является подкладным инструментом и представляет собой массивную плиту, в которой имеется серия различных по форме и размерам отверстий, и на боковых гранях изготовлены разнообразные ручьи. Отверстия в форме служат для пробивки в поковках отверстий, а ручьи, аналогично обжимкам, используются при протяжке заготовок и отделке поковок круглого, квадратного, шестигранного и другого сечения. Формы изготовляют литьем из стали 35Л, 40Л с последующей механической обработкой для получения гладкой поверхности ручьев.
представлена наиболее распространенная и удобная для ручной ковки однорогая наковальня. Рабочими частями наковальни являются верхняя опорная часть 1 и рог б. Опорная часть, называемая наличником, гладко обработана и закалена до твердости НВ 340-477. Рог представляет собой консольный конический выступ, на котором наполняют операции: гибку, раскатку, сварку кольцевых заготовок и др. Хвост 2 наковальни - небольшая консольная часть с другой стороны рога, применяется для гибки заготовок на 90'.
(рис. 53, а): кувалды тупоносые 1, остроносые продольные 2 и остроносые поперечные 3. Кувалды изготовляют ковкой из стали 50, их рабочие поверхности обрабатывают на металлорежущих станках. Рабочие части кувалд термически обрабатывают на твердость НКС 48 - 52 глубиной до 30 мм. Кувалды изготовляют: тупоносые - длиной L от 128 до 205 мм и массой от 2 до 16 кг, остроносые - длиной L от 168 до 212 мм и массой от 3 до 8 кг.
(рис. 54, а, б) предназначаются для выполнения разделительных операций. Они состоят из трех основных частей: головки со слегка выпуклой поверхностью, по которой наносят удары, средней части с отверстием для насадки деревянной ручки и ножа, которым, внедряясь в металл, разделяют заготовку на части. Применяют зубила двух типов: простые - для отрубки холодного и горячего металла (см. рис. 54, а) и фасонные зубила (см. рис. 54, б). Простые зубила для холодной рубки имеют длину L от 160 до 190 мм, для горячей - от 180 до 240 мм. Угол заточки ножа у зубила для холодной рубки составляет 60', для горячей - 30'. Зубила изготовляют из стали 6ХС, причем твердость рабочей части на длине 30 мм у зубил для холодной рубки равна HRC 54 - 58, для горячей рубки - HRC 50 - 55. Головки зубил термически обрабатывают на длину 20 мм до твердости HRC 30 - 40.
(верхние и нижние) применяют для интенсификации операций протяжки - увеличении длины заготовки за счет уменьшения площади поперечного сечения. Верхние подбойки (подбойки-верхники) (рис. 55, а, в) состоят из головки (затылка), по которой наносят удары кувалдой, средней части, имеющей отверстие для насадки без расклинивания деревянной рукоятки, и нижней рабочей части, которая деформирует заготовку. Форма нижней части может быть плоской (рис. 55, а) и полукруглой (рис. 55, в). В зависимости от типоразмеров у плоских подбоек рабочая поверхность может иметь размеры от 40Х40 до 55Х55 мм, радиус закругления г рабочей поверхности у полукруглых подбоек - от 8 до 30 мм.
применяют простые и многорядные гвоздильни. Простая гвоздильня (рис. 58, а) состоит из корпуса, в котором имеется полость специальной формы, сквозное отверстие и ручка. Заготовку вставляют в отверстие, а ее выступающую часть деформируют так, чтобы металл заполнил полость (см. рис. 68, г). Форма полости соответствует форме изготовляемой головки детали. Вертикальные стенки полости имеют наклон в 3 - 5°, что облегчает удаление поковки после высадки головки.