«Работы по металлу»

Наталья Гавриловна Коршевер Работы по металлу

Введение

Каждому знакома такая ситуация: отопительный сезон в самом разгаре, а в квартире труба системы центрального отопления неожиданно дала течь. Можно устранить ЧП с помощью хомута и запланировать летом обязательно заняться ремонтом отопления в пределах своей квартиры (на ДЕЗ или ЖЭУ в наше время рассчитывать не приходится). Или еще один житейский пример: приобретение для работы на даче мотоплуга и внезапная поломка его, например при выгрузке, да еще с поломкой основной его детали – ножа – со всеми вытекающими отсюда последствиями, связанными с ремонтом.

Можно задаться вопросом: какая связь между этими, казалось бы, абсолютно разными ремонтными работами?

А связь между ними есть, причем прямая, ибо и те и другие ремонтные работы связаны с металлом. Поэтому, чтобы заняться ремонтом труб отопления или мотоплуга, необходимо освоить некоторые виды слесарных работ.

А с какими слесарными работами приходится сталкиваться домашним мастерам? Их достаточно много: прежде всего ремонт бытовой техники и сантехнического оборудования; хозяева автотранспорта должны владеть хотя бы начальными навыками ремонта транспортных средств; на дачном участке, возможно, потребуется проложить местный водо– или газопровод, привести в порядок гидронасос; тем, кто живет в сельской местности, часто приходится решать и более сложные слесарные задачи – ремонтировать двигатели, запрессовывать подшипники, производить ремонт различных видов передач и механизмов. А кроме того, каждому мужчине, который любит что-то мастерить своими руками, приходится время от времени применять резьбовые соединения металлических деталей, что-то клепать, пилить или гнуть. Словом, можно сказать, что домашний мастер должен иметь навыки слесаря широкого профиля.

Слесарные работы

Человеку, который никогда ранее не работал с металлом, может на первый взгляд показаться, что слесарными навыками ни за что не овладеешь, не проучившись несколько лет в техникуме или хотя бы в профессионально-техническом училище. Однако на самом деле все обстоит не столь уж сложно: слесарному делу в необходимых для домашних работ пределах может научиться практически каждый, у кого есть желание работать руками и головой, а не бежать с каждой мелкой поломкой в специализированную мастерскую. Труден только первый шаг, поэтому, научившись устранять мелкие неисправности, можно разобраться в более крупных и сложных.

Какими качествами должен обладать слесарь? Точностью, точностью и еще раз точностью. Ибо любая из слесарных операций: разметка или к рубка металла, опиливание или сверление, нарезание резьбы или пайка требуют точности выполнения, так как ошибка всего в 1 мм может привести к порче заготовки.

Что прежде всего должен знать и уметь слесарь? Конечно, приемы обработки металла, которые позволяют довести качество выполняемых им слесарных работ до необходимого уровня. Разумеется, речь не идет ни о токарном, ни о фрезерном станке промышленного образца, домашний мастер обходится приемами ручной обработки металла. Хотя те, у кого есть возможность устроить дома небольшую мастерскую, ставят, как правило, небольшие (бытовые) станки.

Инструментарий слесаря

Знакомство со слесарными работами логично начинать с того, без чего не обойтись ни профессиональному слесарю, ни слесарю-самоучке, – со слесарных инструментов. Для удобства разделим весь слесарный инструмент на группы: измерительный, разметочный, слесарный инструмент общего назначения и слесарно-сборочный.

Измерительные слесарные инструменты

Измерительные инструменты (рис. 1) обычно составляют предмет особой заботы слесаря, поскольку от того, в исправном ли состоянии они находятся, зависит результат работы зачастую не одного дня.

Рис. 1. Измерительные инструменты: а – штангенциркуль: 1 – измерительные губки; 2 – рамка с измерительными губками; 3 – штанга; 4 – нониус; 5 – стопорный винт; б – микрометр: 1 – полукруглая скоба; 2 – пятка; 3 – микрометрический винт; 4 – стопорный винт; 5 – втулка-стебель; 6 – барабан; 7 – трещотка; 8 – измеряемая деталь.

Рис. 1 (продолжение). Измерительные инструменты: в – угломер: 1 – полудиск со шкалой; 2 – подвижный сектор с нониусом, 3 – стопорный винт; 4 – линейка; 5 – измеряемая деталь.

Точность, которая требуется при слесарной сборке какого-нибудь механического узла, колеблется обычно в пределах от 0,1 до 0,005 мм. Точность измерения – это та ошибка, которая неизбежна при использовании в качестве измерителя того или иного инструмента.

Поэтому ни один слесарь не станет, например, пользоваться измерительной линейкой для того, чтобы точно подогнать вал под втулку: линейка просто не дает необходимой точности, которая требуется при выполнении этой операции.

Но даже если инструмент выбран правильно, абсолютно точного измерения получить все равно не удастся. Погрешность при измерении существует всегда, слесарь же должен стремиться свести ее к минимуму. Чем меньше погрешность, тем выше точность измерения.

Самый простой способ уменьшения погрешности – провести измерение не один раз, а несколько, затем вычислить среднее арифметическое из результатов каждого замера.

Как правило, увеличение погрешности чаще всего вызывается ошибками, которых вполне можно избежать. Самые распространенные ошибки, снижающие точность измерений, следующие:

– использование поврежденного измерительного инструмента;

– загрязненность рабочих поверхностей измерительного инструмента;

– неправильное положение нулевой отметки на шкале и нониусе;

– неправильная установка инструмента относительно детали;

– измерение нагретой или охлажденной детали;

– измерение нагретым или охлажденным инструментом;

– неумение пользоваться инструментом;

– неправильно выбранная база измерения.

Линейные размеры металлических деталей и самого инструмента меняются очень ощутимо при нагревании или охлаждении металла, поэтому для измерений выбран следующий температурный стандарт – производить их следует при 20 °C.

Измерительная линейка. Для линейных измерений не слишком высокой точности слесари применяют обычно металлическую измерительную линейку – стальную полированную полосу с нанесенными на нее отметками. Поскольку металлические детали чаще всего невелики, то и длина линейки не должна превышать 200–300 мм (в редких случаях можно использовать линейку длиной до 1000 мм). Цена деления равна 1 мм, соответственно и точность измерения также равна 1 мм. Такой точности в слесарных работах, как правило, недостаточно. Поэтому слесари пользуются другими, более точными инструментами.

Штангенциркуль (рис. 1, а). Он состоит из негнущейся металлической линейки (штанги), на которую нанесена измерительная шкала с ценой деления 0,5 мм. На передней части линейки расположены две измерительные губки; вдоль линейки перемещается металлическая рамка, снабженная двумя измерительными губками. Рамка обладает еще одной измерительной шкалой – нониусом, который имеет цену деления 0,02 мм. Движение рамки по штанге можно застопорить с помощью специального винта. По основной шкале на штанге отсчитываются показания с точностью до миллиметров, по нониусу показания уточняются до десятых долей миллиметра.

Более точные показания замеров может дать микрометр (рис. 1, б) – точность до сотых долей миллиметра. Те, кто впервые слышат название этого измерительного инструмента, часто допускают ошибку, считая, что с помощью микрометра можно измерять размеры с точностью до микронов. Прежде всего, такая точность при слесарных работах, особенно в условиях домашней мастерской, никогда не требуется. Во-вторых, микрон – это одна миллионная часть метра, а микрометр дает возможность измерять с точностью только до одной десятитысячной части метра.

Основная часть микрометра – винт с очень точной резьбой, он называется микрометрическим винтом. Торец этого винта является измерительной поверхностью. Винт может выдвигаться и зажимать измеряемую деталь, которую следует помещать между пяткой полукруглой скобы и торцом микрометрического винта. На втулке-стебле проведена продольная линия, на которой сверху и снизу расположены две шкалы: одна указывает миллиметры, вторая – их половины. На конической части барабана, вращающегося вокруг втулки-стебля, нанесены 50 делений (нониус), служащих для отсчета сотых долей миллиметра. Отсчет размера снимается сначала по шкале на втулке-стебле, а затем по нониусу на коническом барабане. Так как излишний нажим винта на измеряемую деталь может привести к неточности измерения, для регулировки нажима микрометр имеет трещотку. Она соединена с винтом так, что при увеличении измерительного усилия выше нормы винт поворачивается с характерными щелчками. Стопорный винт фиксирует полученный размер.

Для измерения углов деталей предназначен угломер (рис. 1, в). Он представляет собой полудиск с измерительной шкалой, на котором закреплены линейка и передвижной сектор с нанесенным на нем нониусом. Передвижной сектор можно закреплять на полудиске стопорным винтом. К сектору прикреплены также угольник и съемная линейка.

Для измерения угла детали ее нужно приложить одной гранью к съемной линейке угломера, а подвижную линейку сдвинуть таким образом, чтобы между гранями детали и сторонами обеих линеек образовался равномерный просвет. Затем нужно закрепить сектор с нониусом стопорным винтом и снять показания сначала по основной шкале, затем по нониусу.

Для измерения величины зазора в слесарных работах используетсящуп – набор тонких пластин, закрепленных в одной точке. Каждая из них имеет известную толщину. Собирая из пластин щуп определенной толщины, можно измерить величину зазора. При этом измерении следует осторожно обращаться с тонкими металлическими пластинами наборного щупа, поскольку они легко ломаются при незначительном усилии. В то же время пластины должны входить в зазор туго и на всю длину, это обеспечит точность измерения.

Вот, пожалуй, и весь измерительный инструмент, который может понадобиться домашнему слесарю. А чтобы он служил как можно дольше и не приводил к неоправданным ошибкам при измерениях, необходимо позаботиться о правильном его хранении: штангенциркуль и угломер настоящий слесарь носит всегда в специальном кожаном футляре и оберегает их от ударов, не говоря уже о микрометре; щуп лучше всего хранить в жестком футляре.

Разметочные инструменты и приспособления

Чем серьезнее и ответственнее относится слесарь к своей работе, тем полнее у него набор разметочных инструментов и приспособлений (рис. 2).

Рис. 2. Разметочные инструменты: а – чертилки; б – циркули; в – штангенрейсмус; г – кернер-центроискатель.

Металл не бумага и не дерево, по которым удобно рисовать карандашом, с его гладкой и твердой поверхности легко стираются как грифельные, так и меловые линии. Поэтому для нанесения рисок используются чертилки различного вида, разметочные циркули, штангенрейсмусы, кернеры.

Чертилки (рис. 2, а) изготовляются из инструментальной стали повышенной твердости марок У10 и У12. Это простейшие и наиболее распространенные инструменты, которые применяются для разметки. Прямая круглая чертилка – это стальной стержень диаметром 5–6 мм и длиной до 200 мм, один конец которого заточен под углом приблизительно 10°. Удобно пользоваться чертилкой со вставной иглой. Ее несложно изготовить из отвертки со сменным жалом. Вместо отвертки в рукоятку нужно вставить остро заточенный и закаленный стальной стержень.

Еще один вид чертилок имеет заточенные под разными углами с обоих концов стальные стержни. Один из стержней согнут под углом 90°.

При разметке заготовки, на которой нельзя оставлять риски, пользуются латунной чертилкой: конструкция ее такая же, как и стальной, а жало изготовлено из латуни, которая оставляет след, не делая риски.

Чтобы чертилки было удобно держать в руке, среднюю их часть делают обычно утолщенной и покрывают накаткой.

Для деления прямых линий, углов, окружностей, для построения перпендикуляров в слесарном деле применяются разметочные циркули (рис. 2, б).

Разметочные линии на вертикальных поверхностях заготовок удобно наносить штангенрейсмусом (рис. 2, в).

Кернер-центроискатель (рис. 2, г) может применяться только для того, чтобы отыскать центр на торце цилиндрической детали, например, вала. Его нужно установить на торец детали и выровнять так, чтобы он принял вертикальное положение. Ударив по головке кернера молотком, можно получить отметку центра вала.

Чтобы разметка была произведена точно, была хорошо видна и не стиралась, пользоваться нужно хорошо заточенным, исправным разметочным инструментом. Поэтому время от времени нужно затачивать чертилки, циркули и кернеры, которые тупятся чаще всего.

Заточку нужно производить на шлифовальном абразивном круге, который должен быть в слесарной мастерской обязательно. Чертилку можно затачивать, определяя угол заточки на глазок: ее нужно расположить под небольшим углом к поверхности шлифовального круга и заточить на длину 12–15 мм. Острие кернера затачивается под углом 60–70°, угол нужно проконтролировать, измерив его транспортиром или сравнив с шаблоном. Для того чтобы наточить ножки циркуля, их нужно свести вместе и заточить с четырех сторон квадратом на длину 15–20 мм, стремясь к тому, чтобы оба острия сошлись в одну точку. Окончательную доводку ножек циркуля нужно сделать, заточив их поочередно на точильном бруске.

Разметку нужно производить на разметочной плите. Если слесарные работы в домашней мастерской выполняются часто, то лучше всего иметь специальную разметочную плиту, изготовленную из серого чугуна. Ее нужно установить в наиболее светлом месте мастерской или смонтировать над ней источник искусственного освещения, причем желательно, чтобы свет падал на ее поверхность вертикально. Если конструкция крыши мастерской позволяет это сделать, то лучше всего устроить над местом установки разметочной плиты световой фонарь.

Поверхность плиты следует прошлифовать и прошабрить. Боковые поверхности должны быть обработаны и составлять с плоскостью плиты 90°. Хорошо, если плита имеет в нижней части ребра жесткости – это предохранит ее от прогибания.

Плиту нужно выставить строго горизонтально, это делается обычно с помощью домкратов и металлических подкладок различной толщины. Поверхность, на которой производится разметка, должна быть всегда сухой и чистой. После окончания работы ее лучше всего протирать маслом, чтобы не появлялась ржавчина, и накрывать щитом, который предохранит ее от случайного повреждения. Следует помнить, что по разметочной плите нельзя передвигать заготовки – на ее поверхности останутся царапины и забоины.

Слесарные инструменты общего назначения

Эта довольно объемная группа объединяет слесарные инструменты и приспособления для выполнения различных операций по металлу или металлическим заготовкам. Для точной установки обрабатываемой заготовки и удобства выполнения операций необходимы зажимные приспособления (рис. 3).

Рис. 3. Зажимные приспособления: а – параллельные тиски: 1 – корпус; 2 – подвижная губка; 3 – пластины с насечками; 4 – винт; 5 – рукоятка винта.

Рис. 3 (продолжение). Зажимные приспособления: б – тисочки-струбцины: 1 – губки; 2 – винт с рукояткой, 3 – ручка; в – плоскогубцы.

В первую очередь в домашней мастерской устанавливают слесарные параллельные тиски (рис. 3, а). Корпус тисков отливают из серого чугуна. Их губки имеют закаленные пластины с перекрестными насечками, которые прочно удерживают обрабатываемую деталь. Одна губка – подвижная, что позволяет зажимать детали различных размеров, в движение она приводится с помощью рукоятки винта. Если тиски снабжены стопорной пружиной с педалью, то это является большим плюсом, ибо в этом случае даже при максимальной силе воздействия на деталь губки тисков не будут ослабляться.

Несмотря на кажущуюся простоту и монументальность тисков, они довольно часто выходят из строя из-за срыва резьбы гайки винта. Чтобы этого не происходило, следует:

– по завершении работы с тисками или перед тем, как приступить к делу (если тиски давно не использовались), винт и гайку очистить и смазать солидолом или смесью солидола и машинного масла (скапливающаяся на них пыль и грязь, а также отсутствие смазки приводят к заеданию гайки, отчего ее резьба быстрее срабатывается);

– во время работы при зажиме детали в тисках не прикладывать больших усилий, чем это требуется, а тем более не использовать для зажима различные рычаги;

– при загибе заготовок, а также при обработке деталей большого сечения, не наносить сильных ударов молотком или зубилом.

Помимо параллельных тисков, неплохо бы домашнему слесарю иметь в своем арсенале и тисочки-струбцины (рис. 3, б), которые чаще всего используются при сборке и служат для зажима плоских деталей.

Ну и самым простым зажимным приспособлением являются обыкновенные плоскогубцы, наверняка знакомые всем. Пожалуй, самые распространенные операции в слесарном деле – это моделирование металла: опиливание, резка, рубка, нарезка резьбы, сверление отверстий. Для рубки металла используются следующие слесарные инструменты: зубило, крейцмейсель и канавочники (рис. 4).

Рис. 4. Рубящий инструмент: а – зубило; б – крейцмейсель.

Рис. 4 (продолжение). Рубящий инструмент: в – канавочники; г – шаблон для контроля заточки.

Режущее лезвие слесарного зубила (рис. 4, а) имеет форму клина. Лезвие и боек должны быть закалены и отпущены. Боек зубила представляет собой усеченный конус с полукруглым основанием. Это сделано для того, чтобы удар молотка всегда приходился по центру бойка. Длина зубила обычно 100–200 мм, ширина лезвия от 5 до 52 мм. Чем острее оно заточено, тем меньшая сила удара требуется для рубки металла. Однако нужно иметь в виду, что твердые и хрупкие металлы требуют большего угла заточки, а не меньшего. Другими словами, твердые металлы рубятся лезвием с более тупым углом заточки. Так, для рубки бронзы, чугуна, твердой стали и других твердых материалов необходим угол заточки лезвия в 70°. Сталь средней твердости нужно рубить зубилом с углом заточки в 60°. Мягкие материалы – медь, латунь – можно рубить при угле заточки в 45°. Очень мягкие материалы – такие, как алюминиевые сплавы и цинк, – требуют угла заточки в 35°.

Для вырубания узких канавок и пазов применяется разновидность зубила с более узкой режущей кромкой. Этот инструмент называется крейцмейселем (рис. 4, б). Техника и величина угла заточки рабочей поверхности крейцмейселя для рубки различных по твердости материалов аналогичны заточке зубила.

Смазочные канавки во вкладышах и втулках подшипников удобнее всего вырубать канавочниками (рис. 4, в). Их главное отличие от зубила и крейцмейселя – изогнутая кромка режущей части.

Качество и быстрота работ по рубке металла зависит от заточки рубящего инструмента.

Для того чтобы произвести операцию заточки зубила или крейцмейселя, слесарю потребуется точильный станок и несложный шаблон. Для этого можно использовать любой достаточно мощный электромотор, на оси которого есть возможность закрепить съемные точильные круги (поскольку инструменты для рубки изготавливаются из инструментальной стали – углеродистой, легированной и быстрорежущей, то желательно использовать круги из электрокорунда зернистостью 40, 50 или 63 на керамической связке). Шаблон представляет собой брусок металла небольшой толщины, с вырезанными в нем пазами, составляющими углы в 35, 45, 60 и 70° (рис. 4, г).

Во время заточки зубило должно быть расположено под углом 30–40° к периферии круга. Перемещать его по всей ширине круга следует с легким нажимом, периодически переворачивая то одной, то другой стороной – этим достигается симметричность режущих граней и равномерность заточки. Боковые грани подтачиваются таким образом, чтобы они после заточки кромки оставались плоскими, одинаковыми по ширине и имели один угол наклона.

После каждого соприкосновения лезвия зубила с точильным кругом его следует опускать в воду для резкого охлаждения (в противном случае, при постепенном охлаждении, лезвие может потерять свои рубящие свойства).

Заусенцы, оставшиеся на лезвии после заточки, необходимо снять мелкозернистым абразивным бруском.

Для ручной резки металла различной толщины и конфигурации сечения можно использовать ножовку, лобзик, ножницы и труборез (рис. 5).

Рис. 5. Инструменты для резки металла: а – ножовка; б – лобзик; в – ручные ножницы; г – силовые ножницы; д – труборез.

Ручные ножницы (рис. 5, в) применяются для резки листовой и полосовой стали толщиной до 0,5 мм и листов латуни и дюралюминия толщиной до 1,5 мм. Металл большей толщины (до 2,5 мм) можно резать с использованием силовых ножниц (рис. 5, г).

Для резки толстых листов полосового или профильного металла, для вырезания заготовок по контуру служат ножовка по металлу (рис. 5, а) и лобзик (рис. 5, б), состоящие из рамки (станка) и полотна. Полотна для ножовок и лобзиков изготавливаются из углеродистой или закаленной стали; их зубья имеют клиновидную форму; габаритные размеры – 150–300 х 10–25 х 0,6–1,2 мм. Зубья полотен могут быть крупными и мелкими, с шагом между собой от 0,8 до 1,5 мм (при этом для разрезания листового железа используются полотна с шагом между зубьями в 0,8 мм; для тонкостенных труб, тонкого профильного металла – 1 мм; для профильного стального проката, труб и цветных металлов – 1,25 мм; для чугуна и мягкой стали – 1,2–1,5 мм).

Кроме того, во избежание заклинивания полотна в заготовке производится развод зубьев – по одному или группами; они поочередно отгибаются в разные стороны.

Несмотря на свою внешнюю похожесть, лобзик и ножовка имеют два очень существенных различия: во-первых, размер лобзика значительно меньше размера ножовки и, соответственно, для него используются полотна меньших габаритных размеров с более мелкими зубьями, поэтому лобзик применяется для вырезания деталей сложной конфигурации из листового металла; во-вторых, зубья полотна ножовки направлены от ручки, а зубья полотна лобзика – к ручке.

Для того чтобы разрезать трубу и при этом получить линию разреза, строго перпендикулярную к ее стенкам, предназначен ручной труборез. Он состоит из стальной скобы, винтового зажима и трех дисковых резцов, один из которых подвижный (для настройки трубореза под различные диаметры труб).

Для правки, гибки металла, для нанесения ударов по рубящим инструментам в мастерской должны присутствовать ударные инструменты – различные молотки.

Прежде всего молоток со стальной рабочей частью; используется он в основном для нанесения ударов по зубилу при операции рубки металла; вес такого молотка может колебаться от 50 до 1000 г (молоток весом 50–200 г применяется при разметке; весом свыше 200 г – при рубке, причем на каждый миллиметр рабочей поверхности зубила должно приходиться по 30–40 г веса молотка, а крейцмейселя – по 80 г).

Рис. 6. Слесарные молотки: а – молоток с круглым бойком; б – молоток с квадратным бойком.

Помимо стального молотка, может пригодиться комбинированный: боек этого молотка выполнен из мягкого металла (меди, алюминия). А используется он при выполнении операций, во время которых рабочая поверхность молотка входит в непосредственное соприкосновение с деталью, например при правке металла. Такой молоток требует периодической замены бойка, когда он срабатывается (мнется, сплющивается и т. д.).

Еще один вид комбинированного молотка предназначен для очистки поверхности металла от окалины, лака, краски, шпатлевки. На конце рукоятки такого молотка имеется скребок в виде лопатки, а на одном из бойков гайкой привернута прядь тонкой проволоки (своеобразная металлическая щетка).

И наконец, последний вид молотка, который следует иметь в своей домашней мастерской, – молоток из древесины. Он используется при изготовлении и выравнивании деталей из листового металла (рис. 7).

Рис. 7. Использование деревянного молотка для выравнивания листового металла.

Деревянный молоток, а также рукоятки всех остальных, рекомендуется изготавливать из древесины твердых, но упругих пород – березы, дуба, рябины.

При производстве слесарных работ очень часто используются резьбовые соединения, следовательно, необходимо иметь приспособления для нарезания резьбы (рис. 8), как внутренней, так и наружной.

Рис. 8. Приспособления для нарезания резьбы: а – набор метчиков; б – вороток для метчика; в – круглая цельная плашка; г – круглая разрезная плашка.

Для нарезания внутренней резьбы используются метчики (рис. 8, а). Эти ручные приспособления могут быть трех-, четырехперовыми и многогранными.

Продаются метчики в наборах из двух штук (черновой и чистовой) для нарезания резьбы с шагом (расстоянием между нитками-витками) до 3 мм или из трех штук (черновой, средний и чистовой) для нарезания резьбы с шагом свыше 3 мм. На всех метчиках заводской штамповкой указан диаметр. Для вращения метчика при нарезании резьбы используется вороток (рис. 8, б) который надевается окном на квадрат метчика.

Для нарезания наружной резьбы применяются плашки (рис. 8, в, г) которые могут быть раздвижными (призматическими) и круглыми (лерки).

Раздвижные призматические плашки представляют собой квадрат, состоящий из двух полуплашек. Они изготавливаются для нарезания дюймовой и трубной резьбы диаметром от 1/8 до 2 дюймов, а для нарезания метрической резьбы – от 6 до 52 мм. В комплект, как правило, входит 4–5 пар. При работе раздвижная плашка вставляется в специальный вороток-плашкодержатель. Для того чтобы получить качественную резьбу без перекосов, хорошо иметь плашкодержатель с направляющим кольцом.

Круглые плашки могут быть цельными и разрезными. Стандарт диаметров круглых плашек для нарезания метрической резьбы – от 1 до 26 мм, для нарезания дюймовой и трубной резьбы – от 1/8 до 2 дюймов.

Разрезные круглые плашки имеют боковую прорезь размером от 0,5 до 1,5 мм, что позволяет регулировать диаметр резьбы в пределах 0,1–1,25 мм. Однако вследствие пониженной жесткости таких плашек, нарезаемая ими резьба может иметь неточный профиль. Круглые плашки (подобно раздвижным) во время работы вставляются в специальный вороток-плашкодержатель. Поскольку плашкодержатель для круглых плашек не снабжен направляющим кольцом, в ходе нарезания резьбы нужно следить, чтобы он не создавал перекоса.

Для сверления и обработки всевозможных отверстий понадобится электрическая дрель с набором сверл и других насадок (зенковок, шарошек, разводок).

Однако при сверлении электрической дрелью очень трудно получить качественное отверстие, обычно оно «уходит» в сторону. Избавиться от этого недостатка можно с помощью несложного приспособления, которое легко изготовить в домашней мастерской. Потребуется невысокая втулка с опорным фланцем, имеющая диаметр отверстия чуть больший, чем у сверла, так, чтобы оно вращалось в ней, не задевая стенок втулки.

На втулку нужно навить коническую пружину, широкой стороной оперев ее на фланец, а узкой (вершиной) направив в сторону дрели. Тогда при работе зажимное устройство дрели будет давить на пружину, которая передаст это усилие на фланец и плотно прижмет его к поверхности, где сверлится отверстие. Вероятность перекоса при работе с таким приспособлением сводится к нулю. (Этим же приспособлением можно пользоваться при нарезании внутренней резьбы метчиком.) Если у вас есть такая возможность, нужно обязательно установить в своей мастерской сверлильный станок, ибо качество обработки деталей с его помощью не идет ни в какое сравнение с качеством, полученным при работе дрелью, даже с использованием самых лучших приспособлений.

Практически любая металлическая деталь, изготовленная ручным способом в домашних условиях, требует опиливания, при котором излишний слой металла срезается напильником – стальным бруском с насечкой.

В зависимости от формы сечения напильники могут быть плоские, полукруглые, квадратные, трехгранные, круглые, ромбические (рис. 9).

Рис. 9. Наиболее распространенные напильники и их применение: а – плоский; б – полукруглый; в – квадратный; г – трехгранный; д – круглый.

По размерам различают напильники крупные (до 400 мм) и мелкие – надфили. Кроме того, напильники могут иметь одинарную (простую), двойную, рашпильную и дуговую насечки (рис. 10).

Рис. 10. Напильник: а – элементы напильника; б – способы насечки.

Простая (одинарная) насечка позволяет снимать широкую стружку по всей длине, поэтому основное применение таких инструментов – обработка заготовок из мягких металлов и сплавов (свинца, латуни, бронзы, меди и др.). Помимо этого, такие напильники используются для заточки пил. Напильники с двойной насечкой применяются для обработки стальных, чугунных заготовок и деталей из твердых сплавов.

Рашпильная насечка представляет собой пирамидальные выступы и канавки, расположенные в шахматном порядке, в результате чего образуются довольно крупные и редкие зубья. Напильники с рашпильной насечкой предназначены для черновой обработки мягких материалов.

Дуговая насечка имеет большую, по сравнению с другими, стойкость.

У многих напильников с дуговой насечкой шаг неодинаков, благодаря чему ими можно одновременно снимать крупную и мелкую стружку. Поэтому поверхность заготовки, обработанная таким напильником, получается более чистой. В зависимости от величины насечек и шага между ними, все напильники делятся на шесть номеров.

№ 0 – брусовки – напильники, имеющие очень крупную насечку для грубой обработки со снятием большого слоя металла.

№ 1 – драчевые напильники для менее грубой обработки (спиливание припусков, снятие фасок, заусенцев и т. д.).

№ 2–4 – личные напильники для обработки и отделки металла после применения драчевого напильника.

№ 5 – бархатные напильники для самой точной обработки и доводки поверхностей.

Для удобства работы на хвостовик напильника рекомендуется надеть рукоятку из древесины (березы, ясеня, клена).

Для точных специальных работ применяются напильники с очень мелкой насечкой – надфили. С их помощью выполняют лекальные, граверные, ювелирные работы, зачистку в труднодоступных местах матриц, мелких отверстий, профильных участков изделия и т. п.

Материалом для напильников всех видов является углеродистая инструментальная сталь, начиная с марок У7 или У7А и кончая марками У13 или У13А.

Увеличение срока службы напильника обеспечивается правильным его использованием и уходом за ним. Так, например, нельзя обрабатывать напильником материалы, твердость которых превышает твердость самого инструмента. Новым напильником сначала следует обрабатывать мягкие металлы, а после некоторого затупления – более твердые. Нельзя ударять по напильникам: из-за хрупкости они могут давать трещины и ломаться. Не следует класть напильник на металлические предметы: это может привести к выпадению зубьев.

В процессе слесарных работ (чаще при сборке) сопрягаемые детали для более плотного прилегания друг к другу требуют подгонки плоскостей. Эта операция называется шабрением и выполняется с помощью шаберов (рис. 11).

Рис. 11. Шаберы: а – плоский; б – со вставной пластинкой из твердого сплава; в – трехгранные; г – двухгранные (скребки); д – фасонные.

Они изготавливаются из инструментальных, легированных сталей или твердых сплавов. Рабочая (режущая) часть шабера может быть плоской с радиусом закругления по торцу, трехгранной с боковыми пазами, двухгранной (скребки) или фасонной с выпуклыми радиусами на рабочем профиле. Плоские шаберы применяются для чернового шабрения, фасонные шаберы и шаберы-скребки – для шабрения поверхностей в труднодоступных местах.

Подобно всем рубяще-режущим инструментам, шаберы нуждаются в своевременной заточке на электрокорундовом круге и доводке на абразивных брусках зернистостью 90 и выше (предварительно смазанных машинным маслом) или на чугунной плите с применением пасты из наждачного порошка.

Для чистовой обработки деталей (а также для очистки поверхностей от окалины, краски и пр. перед слесарной обработкой) применяются различные проволочные щетки, изготовленные из проволоки (незакаленной, закаленной, малоуглеродистой стали, цветных металлов) (рис. 12).

Рис. 12. Типы щеток: а – щеточная секция; б – щетка для зачистных операций; в – щетка из отдельных проволочных жгутов.

Диаметр щеток может быть от 30 до 500 мм, причем чем больше диаметр, тем выше окружная скорость, и, соответственно, выше производительность. Ширина рабочей поверхности также различна: от 15 до 300 мм. Неодинакова и толщина проволоки, из которой изготавливается щетка: она варьируется от 0,1 до 0,3 мм. При выборе щетки для конкретного материала следует учитывать, что чем толще проволока, тем грубее получается отделка поверхности.

Для приведения щеток в рабочее состояние (вращение) можно использовать станок для заточки инструмента, заменив абразивный круг щеткой, или переносной шлифовальный станок, или обычную электродрель.

Слесарно-сборочные инструменты

Выбор слесарно-сборочного инструмента зависит от вида крепления деталей.

Резьбовые соединения деталей осуществляются с помощью всевозможных ключей и отверток (рис. 13).

Рис. 13. Ручной инструмент для сборки резьбовых соединений. Ключи: а – односторонний; б – двухсторонний; в – накладной; г – разводной; д – накидной открытый для круглых гаек; е – накидной закрытый для круглых гаек; ж – торцовый; з – торцовый шарнирный.

Рис. 13 (продолжение). Ручной инструмент для сборки резьбовых соединений. Ключи: и – коловоротный. Отвертки: к – коловоротная; л – воротковая; м – с направляющей втулкой; н – реверсивная; о – обычная.

Ключи (рис. 13, а-и) служат для завертывания винтов и гаек: одно– и двусторонние, накладные, накидные и коловоротные используются для соединения в доступных местах; торцовые – для труднодоступных мест; разводной ключ используется для соединения труб с помощью сгонов, муфт, уголков и тройников при прокладке трубопроводов и установке сантехнического оборудования. Все ключи имеют свои номера, которые соответствуют размерам завертываемых гаек и диаметрам головок винтов. Для завертывания шурупов и винтов, головки которых имеют прорези (шлицы), применяются отвертки (рис. 13, к-о). Их жало (лезвие) может быть плоским или крестообразным и различным по величине.

Реверсивная отвертка изготавливается, как правило, со сменными насадками, среди которых имеются не только отвертки, но и торцовые ключи. Пантовый зажим на рукоятке такой отвертки позволяет быстро менять рабочий инструмент.

Реверсивной отверткой можно пользоваться не только для завертывания шурупов, винтов, но и для их выкручивания (отсюда и название).

Помимо изображенных на рисунке отверток, существует еще множество их разновидностей: отвертка с держателем, которая удерживает винт или шуруп до завертывания первых нескольких нитей резьбы; отвертка с шарнирно закрепленным лезвием, что облегчает работу в труднодоступных местах, и пр.

Но это довольно специфические инструменты, и в домашней мастерской они могут использоваться достаточно редко.

Для получения неразъемных соединений во время сборки различных механизмов и конструкций применяются такие виды сборки, как заклепочная сварка, пайка и сварка. Соответственно, для выполнения этих операций необходимы следующие приспособления: пневмозаклепочная головка (но для ее работы необходим сжатый воздух, поэтому в домашних условиях для заклепывания можно использовать молоток и специальные обжимки, однако в этом случае получается довольно непрочное соединение); электропаяльник или металлический паяльник с паяльной лампой; сварочный аппарат.

На этом перечень инструментов необходимых домашнему слесарю, можно закончить. Сведения о тех инструментах, которые не попали в этот список, но, возможно, потребуются для выполнения отдельных слесарных операций, можно найти в разделах, посвященных ознакомлению с техникой выполнения отдельных видов работ.

Свойства металлов и сплавов

В этой главе будет рассказано о металлах, сплавах и их свойствах, что полезно не только для мастеров слесарного дела, но для всех, кто занимается чеканкой, ковкой, художественным литьем (этому посвящены последующие главы).

Металл относится к таким материалам, которые нельзя встретить в природе в готовом виде. Поэтому, чтобы получить его из богатых природных кладовых, нужно иметь большие знания и опыт в столь нелегком деле. Металлы бывают разные. В таблице Менделеева металлические элементы насчитываются десятками; конструкторы, техники могут назвать сотни необходимых им марок сталей, сплавов и т. п.; ученые соединяют широко распространенные и редчайшие металлы в тысячи сочетаний.

Между тем еще не так уж давно, лет триста назад, по научной классификации насчитывалось всего семь основных металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, ртуть и железо. Именно развитие ремесел было причиной появления новых сплавов, проведения исследований и опытов: умельцам нужны были материалы с определенными свойствами. Кому – твердая и прочная сталь для оружия, кому – мягкие и не теряющие блеска металлы для украшений, которые были бы дешевле золота.

Даже древних фальшивомонетчиков можно считать металлургами. Полученные ими в корыстных целях сплавы меди до сих пор широко используются не только в ювелирном деле, но и в самой современной технике.

Сейчас все металлы принято делить на черные и цветные. Черные – это различные металлические соединения и сплавы железа. Наиболее распространены из них чугун и сталь. Именно черные металлы составляют 95 % всей продукции мировой металлургии. Впрочем, по прогнозам некоторых ученых, эта цифра может существенно уменьшиться: развитие техники может сделать XXI век не «железным», а скорее «алюминиево-титаново-пластиковым». Все большее распространение получают легкие и прочные сплавы, композитные и синтетические материалы. Однако народным умельцам скорее всего и через сто лет придется иметь дело с «железками». Сталь, в зависимости от марок и добавок, может иметь самые различные свойства, достаточно хорошо обрабатывается и не слишком дорого стоит.

Цветные металлы – это все металлы, кроме железа, и их сплавы. Данная группа очень многочисленная, классифицируют ее по различным признакам (залегание в земной коре, химические и физические свойства и т. д.). Но нас интересуют лишь немногие металлы. С благородными, или драгоценными, металлами (золото, серебро, платина и т. д.) в нашей стране имеют дело в основном специалисты-ювелиры. Тугоплавкие металлы (титан, вольфрам, молибден и т. д.) в домашних условиях обработать невозможно. Поэтому наибольший интерес представляют достаточно распространенные: алюминий, медь, свинец и различные сплавы на их основе. Рассмотрим подробнее металлы, с которыми имеют дело те, кто занимается слесарным делом, ковкой, чеканкой, художественным литьем и т. п.

Железо

Оно было известно уже в древности. А в Средневековье различали не только сталь, железо и чугун, но и различные их марки. Например, клинки оружия могли изготавливаться из обычной стали или из дамасской – знаменитого булата. Кузнецы того времени, конечно же, не знали, что особые свойства железу придает прежде всего различное содержание углерода, но варили сталь с древесным углем.

Сейчас содержание углерода служит одним из основных показателей, по которому определяются сорт и марка черного металла. Различают низко-, средне– и высокоуглеродистые стали. Самая низкоуглеродистая сталь в практике называется железом. В ней меньше 0,1 % углерода, она очень мягкая (по сравнению с другими марками), хорошо поддается ковке, гнется, сваривается кузнечным способом, но закалить ее крайне сложно.

Наилучшей сталью для ручной ковки и изготовления художественных изделий считается низкоуглеродистая (до 0,3 %). Ее называют еще поделочной. Она хорошо куется и сваривается, ее можно закалить для придания прочности изделию.

Конструкционная сталь среднеуглеродистая (до 0,85 %). Она средней твердости, хорошо куется при нагреве и закаливается, но кузнечной сварке поддается плохо.

Высокоуглеродистая сталь наиболее твердая, даже при специальном нагреве куется с трудом и почти не сваривается. Содержание углерода в ней может достигать 1,35 %. Используется она для изготовления различных инструментов и их рабочих частей, поэтому называется также инструментальной.

Чугун – это черный металл с содержанием углерода свыше 2 %. Он твердый, но хрупкий, ковать или варить его нельзя. Чугунные детали изготавливаются литьем, провести которое в условиях обычной домашней мастерской невозможно.

Самый распространенный слесарный материал, конечно же, сплав железа и углерода – сталь (удельный вес 7,8 г/см2). Но сталь стали рознь: есть твердые, высокопрочные стали, которые, как правило, не поддаются ручной обработке. (В мастерской такие стали присутствуют в виде инструмента.) А вот мягкие стали, их еще называют ковкими, вполне пригодны для обработки в домашних условиях. Однако следует помнить, что такая сталь особенно сильно подвержена коррозии.

Для домашней обработки наиболее подходит поделочная сталь. Согласно стандарту ГОСТ 380–71 к этому виду относится сталь с маркой от 0 до 6. В профессиональных кругах они называются просто тройкой, пятеркой и т. д. В специальной же литературе обозначаются буквами Ст и номером марки.

Ст 0 (до 0,23 % углерода), Ст 1 (0,07–0,12 %), Ст 2 (0,09–0,15 %) и Ст 3 (0,14–0,22 %) не закаливаются, хорошо свариваются и применяются в виде различных прутков, полос, листов и проволоки. Из них получаются различные кованые, гнутые и чеканные изделия.

Ст 4 (0,18–0,27 % углерода) используется для изготовления заклепок, болтов, труб, уголков, швеллеров и т. п. Она тверже, слабо закаливается, но достаточно хорошо сваривается. Чеканить по ней трудно, однако при должном нагреве ее можно использовать для ковки. Одно из основных ее достоинств в наше время – широкая распространенность и доступность.

Из Ст 5 (содержание углерода 0,28–0,37 %) изготавливаются в основном крупные детали. Она слабо закаливается и хорошо варится.

Ст 6 (0,38–0,50 % углерода) хорошо закаливается, но из-за большой твердости редко употребляется для ручной ковки и других художественных работ.

Заводские заготовки с указанием марки стали на клейме встречаются не так уж часто. Обычно в дело идут какие-то старые, пришедшие в негодность, случайно найденные и т. п. изделия и детали. В этом случае определять сорт стали придется самостоятельно.

Один из самых простых способов определения сорта стали – с помощью зубила. Нужно взять заготовку или деталь, марку стали которой нужно определить, зажать в тисках и попробовать снять зубилом стружку. Если стружка снимается легко, получается длинной и завивается в спираль, то сталь низкоуглеродистая. Чем тверже сталь, тем более короткой и ломкой будет стружка. Инструментальную сталь стругать зубилом почти невозможно.

Малоуглеродистую сталь (Ст 0 – Ст 3) можно определить при закалке. Следует надпилить сталь напильником. После этого нагреть заготовку докрасна и быстро охладить в воде. Если закалки не произошло, пилить будет так же легко, если сталь выше Ст 4 – закалка затруднит надпиливание.

Один из наиболее распространенных способов определения марки стали – по искре от точильного (наждачного) круга. С помощью специальных таблиц можно определить марку довольно точно, но будет достаточно и приблизительного определения пригодности заготовки для намеченного дела.

Надо взять деталь, прижать ее к вращающемуся на большой скорости кругу и наблюдать за искрами (рис. 14).

Рис. 14. Определение сорта стали по искре: а – низкоуглеродистая; б – среднеуглеродистая; в – высокоуглеродистая.

Поделочная сталь образует длинный и светлый пучок, искры прямые, с несколькими утолщениями светлого и темно-красного цвета (рис. 14, а). Среднеуглеродистая сталь даст светлый и короткий пучок искр, распадающихся звездочками после первого утолщения (рис. 14, б). Если искры красноватые, их сноп короткий и широкий, почти сразу же разлетающийся множеством звездочек (такую картину видел каждый, кто затачивал нож или другой инструмент), то деталь из высокоуглеродистой стали (рис. 14, в).

Если необходимо обработать небольшую заготовку из твердой стали, то ее можно несколько размягчить, отпустить. Для этого надо раскалить заготовку добела с помощью газовой горелки или паяльной лампы и дать ей постепенно остыть при комнатной температуре. При необходимости (если заготовка не стала достаточно мягкой) эту операцию можно повторить еще один раз.

В некоторых случаях не обязательно определять марку стали. При занятиях чеканкой, выпиливанием или гравировкой можно просто попробовать заготовку инструментом. Если она поддается, то ее можно пускать в дело. Лучше запомнить, какие изделия изготавливаются из нужной для работы марки, и использовать их в качестве заготовок.

Для чеканки вполне подойдут листы кровельного железа, автомобильная жесть и даже консервные банки. Главное – металл должен быть чистым, без ржавчины, пробоин и трещин. Иногда даже незначительная на первый взгляд царапина способна ослабить заготовку, и при работе с ней материал либо изменит форму не так, как планировалось, либо вообще прорвется в слабом месте. Поделка, на которую до этого было затрачено немало времени и сил, будет безнадежно испорчена.

При гравировании или выпиливании по металлу требования могут быть не такими высокими, но трещин, пробоин и раковин от ржавчины необходимо избегать и в этом случае. При полировке поверхности изделия их обычно не удается зачистить или замаскировать.

Медь и сплавы

Довольно часто домашние слесари отдают предпочтение меди (удельный вес 9,0 г/см2), поскольку ее мягкость и пластичность позволяют добиваться точности и высокого качества при изготовлении всевозможных деталей и изделий.

Чистая (красная) медь – прекрасный материал для различных поделок. Она подходит для ковки (в том числе холодной), чеканки, по ней можно легко гравировать и из нее выпиливать. Ее существенный недостаток – относительная дороговизна, а достать какие-либо бросовые изделия или детали для переработки довольно трудно из-за прокатившейся по России (и не только) волны массовой скупки цветных металлов. При работе с медью необходимо учитывать несколько особенностей этого металла.

Обработка меди резанием затруднена из-за ее пластичности и вязкости. Если необходимо вырезать из медного листа фигуру определенной формы (особенно со сложным контуром или небольших размеров), то лучше воспользоваться дрелью, ножовкой по металлу или напильником. Для тонких листов подойдет лобзик. Зубило или ножницы по металлу сомнут лист и загнут края, восстановить их будет трудно.

При длительной ударной обработке (чеканке, ковке) медь может потерять пластичность и начать трескаться. Для восстановления пластичности необходимо обжечь деталь при температуре 200–300 °C, но не выше; при 400–600 °C металл станет хрупким. Для обжига небольших деталей в домашних условиях вполне подойдет духовка газовой плиты со средним огнем.

Следует учитывать, что первоначальный яркий блеск меди вскоре потускнеет, несмотря на полировку. На воздухе изделия из медных пластинок окисляются и приобретают темно-красный цвет. В таком состоянии медь очень устойчива к коррозии, а во влажном воздухе со временем покроется зеленоватым налетом – патиной. С помощью различных химических веществ можно придать меди синий, зеленый и даже черный цвет. При желании сохранить изделие ярко-красным необходимо покрыть его прозрачным (бесцветным) лаком.

Медь является великолепным проводником электрического тока, а медный провод широко используется в работах, связанных с электротехникой.

Широко распространена латунь – сплав меди с цинком золотисто-желтого цвета. Иногда в него добавляется еще и алюминий. Благодаря содержанию цинка латунь прочнее и меньше окисляется, но обладает не столь высокой пластичностью. Ее марки характеризуются различным процентным содержанием меди (например, Л68 – 68 %, Л70 – 70 % и т. д.).

Латунь, в отличие от бронзы, относится к разряду дешевых материалов. Наряду с мягкостью и пластичностью, латунь практически не подвержена коррозии. В слесарных работах на дому чаще всего используется листовая латунь и латунная проволока.

Для поделочных работ рекомендуется использовать сплавы с высоким содержанием меди. Латунь прочнее и тверже меди, ее можно использовать для ажурной чеканки, выпиливания, гравировки, но не для ковки или чеканки с высоким рельефом, потому что могут образоваться трещины. Чтобы этого не произошло при создании плоского рельефа или длительном хранении изделия, надо обжечь латунь при температуре 200–300 °C.

Бронза (сплав меди с другими металлами) – материал не из дешевых, поэтому используется она в основном в декоративных целях. Ее качества зависят от составляющих сплава. Так, алюминиевые бронзы отличаются высокой износоустойчивостью, оловянные – пластичностью, бериллиевые – прочностью. Бронзовые изделия тверже медных (некоторые специальные марки бронзы по прочности превосходят сталь), поддаются ковке и пригодны для литья. Однако бронза дороже и дефицитнее меди, не выпускается в виде тонких листов, поэтому работать с ней в домашних условиях удается редко, только если выплавлять ее самостоятельно.

Благодаря своим декоративным качествам медь (и ее сплавы – латунь, бронза) используется для изготовления предметов украшения, мебельной фурнитуры.

Алюминий

Большое распространение в домашних слесарных мастерских получил алюминий (удельный вес 2,7 г/см2) и большинство его сплавов. О таких свойствах алюминия, как мягкость, легкость, довольно хорошая устойчивость к коррозии (благодаря тонкой серой защитной пленке, которая образуется на поверхности алюминия под воздействием влажного воздуха), знают, пожалуй, не только слесари, но даже домашние хозяйки. Алюминий очень легко поддается обработке в домашних условиях. Но есть и у него свои минусы – его трудно красить и еще труднее паять. А его способность противостоять коррозии снижается многократно, если он входит в соприкосновение во влажной среде с другими металлами, имеющими больший удельный вес, – бронзой, медью, сталью и пр.

Этот металл сейчас настолько распространен в быту, что его перестали воспринимать как поделочный. А между тем еще сто лет назад он ценился наряду с драгоценными, были даже попытки изготавливать из него ювелирные изделия, но, увы, они темнели от пота. Быстрое окисление алюминия не позволяет придать изделиям из него серебряный блеск, но тем не менее он вполне пригоден для самых различных поделок.

Особенно удобен алюминий и сплавы из него (при содержании примесей не выше 2 %) для чеканки всех видов. При этом не требуется термическая обработка, потому что металл не трескается при длительной работе – незаменимое качество для начинающего чеканщика, которому приходится переделывать или дорабатывать один и тот же участок несколько раз! Можно использовать алюминиевые листы (даже толстую фольгу, из которой получаются красивые рельефы простым выдавливанием), развернутые (разрезанные вдоль и распрямленные) трубки. Из аэрозольных баллончиков после очистки можно сделать оригинальные стаканчики для карандашей, подсвечники и другие изделия с помощью ажурной чеканки или выпиливания.

Свинец

Свинец – самый тяжелый из мягких металлов (удельный вес 11 г/см2). Свинец очень пластичен, поэтому легко поддается механической обработке ручным инструментом. Еще одно качество, обусловившее использование свинца в домашних слесарных работах, – его хорошая плавкость.

Олово

Олово (удельный вес 5,8 г/см2), хорошо поддающееся ковке и другим видам механической обработки, к тому же имеет невысокую температуру плавления, что позволяет домашним умельцам не только обрабатывать готовые заготовки, но и самостоятельно производить их отливку.

Виды предварительной обработки заготовок

Если листовой металл или трубы, которые используются в работе, не имеют видимых повреждений, а именно: листы ровные; трубы не погнутые; металл чистый, без следов ржавчины, окалины и т. д., то это, конечно, идеальный вариант. Но чаще всего домашний слесарь норовит из ничего сделать нечто, поэтому материалом ему служат всевозможные отходы, или бывшие в употреблении листы металла, или трубы. В этом случае, прежде чем приступить к слесарной обработке, следует материал должным образом подготовить: выправить, отрихтовать, промыть, зачистить окалину, а возможно, и удалить лак, краску или шпатлевку.

Правка металла

Правку применяют в тех случаях, когда нужно устранить искажение формы заготовки – волнистость, коробление, вмятины, искривления, выпучивания и т. д. Металл можно править как в холодном, так и в нагретом виде. Нагретый металл правится легче, что справедливо и в отношении других видов его пластического деформирования, например гибки.

В домашних условиях правку нужно производить на наковальне или массивной плите из стали или чугуна. Рабочая поверхность плиты должна быть ровной и чистой. Чтобы шум от ударов был менее громким, плиту следует устанавливать на деревянном столе, с помощью которого, кроме того, можно выравнивать плиту, чтобы она находилась в горизонтальном положении.

Для правки необходим специальный слесарный инструмент. Нельзя производить ее любым молотком, который есть под рукой, металл может не только не выправиться, но и получить еще большие дефекты. Молоток должен быть изготовлен из мягкого материала – свинца, меди, дерева или резины. Кроме того, нельзя править металл молотками с квадратным бойком: он будет оставлять на поверхности следы в виде забоин. Боек молотка должен быть круглым и отполированным.

Кроме молотков, применяются деревянные и металлические гладилки и поддержки. Они используются для правки тонкого листового и полосового металла. Для правки закаленных деталей с фасонными поверхностями существуют правильные бабки.

Не стоит, наверное, напоминать, что правку (рихтовку) металла нужно производить в рабочих рукавицах независимо от того, сложная работа или нет, большая заготовка или маленькая и сильно ли она искривлена.

Чтобы проверить кривизну заготовки, нужно уложить ее на гладкую плиту той поверхностью, которая после правки должна представлять собой плоскость. Зазор между плитой и заготовкой покажет степень искривленности, которую нужно устранить. Изогнутые места необходимо отметить мелом – так гораздо легче наносить удары молотком, чем при ориентировке только на заметную глазом кривизну.

Правка полосового металла, изогнутого в плоскости, – это наиболее простая операция. Изогнутую заготовку нужно расположить таким образом, чтобы она имела две точки соприкосновения с наковальней. Удары молотком или кувалдой нужно наносить по наиболее выпуклым местам и уменьшать силу ударов по мере того, как выпуклости становятся меньше. Не следует наносить удары только с одной стороны заготовки – металл может выгнуться в обратную сторону. Чтобы этого не случилось, заготовку нужно время от времени переворачивать. По той же причине не стоит наносить несколько ударов подряд по одному и тому же месту.

Если имеется несколько выпуклостей, сначала необходимо выправить края заготовки, а затем ее середину.

Правка круглого металла. Этот вид работы в основном похож на правку полосового металла. Для этого нужно отметить неровные места мелом и расположить заготовку выпуклостью вверх, удары наносить по выпуклой части от краев изгиба к середине выпуклости. Когда основное искривление окажется выправленным, силу ударов нужно уменьшить и периодически поворачивать металлический прут вокруг его оси, чтобы не допустить искривления в обратную сторону.

Металлические пруты квадратного сечения нужно править в такой же последовательности.

Правка металла, скрученного по спирали, производится методом раскручивания. Для того чтобы выпрямить кривизну, нужно один конец скрученного металла зажать в большие тиски на слесарном столе, другой – в ручные тисочки. Раскрутив металл до той степени, которую можно проконтролировать на глаз, нужно продолжить правку на гладкой выверенной плите обычном методом, контролируя кривизну на просвет.

Правка листового металла

Сложность правки листового металла зависит от того, какого типа дефект имеет лист – волнистость кромки, или выпуклость, или вмятину в середине листа, или то и другое одновременно (рис. 15).

Рис. 15. Приемы правки листового металла: а – при деформированной середине листа; б – при деформированных краях листа; в – с использованием деревянной гладилки; г – с использованием металлической гладилки.

Во время правки выпуклости нужно наносить удары, начиная от края листа по направлению к выпуклости (рис. 15 а, б).

Наиболее распространенная ошибка заключается в том, что самые сильные удары наносятся по тому месту, где выпуклость наибольшая, а в результате на выпуклом участке появляются небольшие вмятины, которые еще более осложняют неровную поверхность. Кроме того, металл в таких случаях испытывает очень сильную деформацию на разрыв. Поступать нужно как раз наоборот: удары должны становиться слабее, но чаще, по мере того как правка приближается к центру выпуклости. Лист металла нужно постоянно поворачивать в горизонтальной плоскости, чтобы удары равномерно распределялись по всей его поверхности.

Если лист имеет не один выпуклый участок, а несколько, нужно сначала свести все выпуклости в одну. Для этого наносят удары молотком в промежутках между ними. Металл между выпуклостями растягивается, и они объединяются в одну. Затем нужно продолжать правку обычным способом. Если середина листа ровная, а края искажены волнами, то последовательность ударов при правке должна быть противоположной: их следует наносить, начиная от середины, продвигаясь к изогнутым краям (рис. 15, б). Когда металл в середине листа растянется, волны на его краях исчезнут.

Очень тонкие листы невозможно править даже молотками из мягкого материала: они не только оставят вмятины, но могут и порвать тонкий металл.

В этом случае для правки применяют бруски-гладилки из металла или дерева, которыми лист выглаживают с обеих сторон, периодически его поворачивая. Качество правки можно проконтролировать с помощью металлической линейки.

Тот, кто брался за правку стального листа, знает, что это работа достаточно трудная: пока выправляешь один изгиб, на листе появляются другие. Однако этого можно избежать и тем существенно облегчить работу. Стальной лист нужно уложить для правки не на гладкую плиту, как это обычно делается, а на плиту-подкладку со множеством мелких затупленных бугорков, равномерно расположенных на ее поверхности. В этом случае качество работы должно повыситься, а трудоемкость – снизиться. Металл под ударами резинового молотка будет как бы сам искать свое место. При этом на листе образуются едва заметные волны, при шпатлевке и покраске они станут заполняться и способствовать тому, что шпатлевка и краска будут держаться на металле очень крепко. Неровности после покрытия металла совершенно незаметны. Единственная сложность – как изготовить требующуюся плиту-подкладку. В домашних условиях ее действительно изготовить трудно: бугорки обычно получают, прорезая на гладкой плите большое число взаимно пересекающихся и расположенных близко одна от другой канавок. Сделать это можно на строгальном или фрезерном станке, поэтому, если есть такая возможность, лучше ею воспользоваться.

Правка закаленного металла (рихтовка)

Для правки закаленного металла (рихтовки) мягкие правочные молотки непригодны. Необходим специальный молоток с бойком из закаленного металла или с закругленной узкой стороной. Рихтовочный молоток можно изготовить самому. Для этого в узком бойке молотка необходимо сделать прорезь и плотно запрессовать в нее заточенную под радиусом 0,1–0,2 мм пластинку из твердого сплава ВК6 или ВК8.

Закаленный металл правится методом от обратного: удары нужно наносить не по выпуклому, а по вогнутому участку заготовки: она начнет выпрямляться вследствие того, что металл на вогнутой стороне будет растягиваться (рис. 16).

Рис. 16. Правка закаленного металла (рихтовка): а – полос; б, в – угольников.

Рихтовку удобнее производить не на плоской плите, а на специальной рихтовочной бабке, которая имеет выпуклую поверхность, перемещая по ней заготовку вверх и вниз.

Неразрешимой задачей неопытному слесарю представляется правка плоского угольника, у которого угол изменился и стал больше или меньше 90°. Такие угольники уже не годятся для контроля прямых углов, и, как правило, их выбрасывают. Между тем угольник из закаленного металла можно выпрямить. Если прямой угол уменьшился и составляет менее 90°, то удары молотком нужно наносить по плоскости угольника у вершины внутреннего угла. Если угол увеличился и превышает 90°, удары следует наносить у вершины внешнего угла.

После того как металл выправлен, можно приступать к его дальнейшей обработке.

Обработка металла

Обработка металла включает в себя достаточно большое число работ различного вида, но каждая из них начинается с подготовки поверхности, которую предстоит обрабатывать. Что значит обработать металлическую деталь? Прежде всего проверить ее размеры и довести их до той стадии, чтобы деталь прочно села на свое место.

Слесарь не только соединяет готовые детали, но и по мере необходимости изготавливает их сам. Кроме того, он всегда должен быть готов поставить лишнее крепежное соединение, знать, как выправить или притереть детали друг к другу. Эти работы по своей сути универсальны, и выполнять их приходится любому слесарю, независимо от его специализации, будь он хоть слесарь-сантехник или слесарь по ремонту автомобилей.

Основной этап – очистка. Многие детали в механизмах, с которыми приходится иметь дело слесарю, не сопрягаются поверхностями друг с другом, поэтому они сильно подвержены коррозии. Чем чище поверхность детали, тем она меньше будет ржаветь, да и необходимые размеры выдерживать гораздо легче, работая с чистой, а не со ржавой или жирной поверхностью.

Очистка заключается в удалении крупных слоев загрязнений – краски, антикоррозионной смазки, окалины, ржавчины, песка и т. д. Это можно делать обычным путем с применением всевозможных скребков и щеток. Перед сборкой сложных механизмов лучше всего предварительно произвести обдувку деталей, подлежащих сборке, особенно если они имеют пазы, отверстия, глухие полости, в которых чаще всего скапливается пыль, грязь и металлическая стружка. Если нет компрессора, для этой цели можно использовать обыкновенный пылесос, надев на шланг насадку с узким выходным отверстием.

Следующая после очистки операция при работе с металлом – мойка. Она заключается в удалении небольших загрязнений и жировых пленок с помощью моющих средств. Применяющиеся на производственных предприятиях способы мойки в домашних условиях невозможно применить, слесари-умельцы обходятся и без электрохимической, и без ультразвуковой мойки.

В качестве моющих жидкостей применяются чаще всего органические растворители: бензин, керосин, спирт, уайт-спирит, смесь бензина со спиртом. Если деталь загрязнена смолой или нитроэмалью, в процессе мойки можно применить ацетон или смесь спирта с ацетоном. Можно применять также водные растворы щелочей и синтетических поверхностно-активных веществ. Следует помнить, что температура органических растворителей при мойке не должна превышать 30 °C, а их водных растворов быть не выше 45–60 °C.

Если никаких специальных средств под рукой не оказалось, а требуется удалить ржавчину с металлической поверхности, нужно смочить мягкие стальные опилки машинным маслом и с помощью тампона из ветоши протирать ржавую поверхность до металлического блеска. После чего останется только удалить с нее остатки машинного масла.

Коррозия – это окисление металла. Чаще всего процесс коррозии металла приводит к образованию ржавчины на стальных и чугунных поверхностях. Происходит это под воздействием кислорода, входящего в состав воды и воздуха. Возникает коррозия и от соприкосновения металлов с электролитами – растворами кислот, солей и оснований. Значительно усиливается она в районах с повышенной влажностью и очень низкой температурой воздуха.

Коррозия ежегодно съедает до 10 % всех серных металлов. Для того чтобы ее снизить, изобретают антикоррозийные сплавы и покрытия. Например, в Англии разработан метод, который заключается в том, что поверхность покрывается аскорбиновой кислотой, смешанной с молибденовым порошком.

Метод с успехом применяется многими английскими фирмами. В домашних условиях он, пожалуй, недоступен, но чтобы очистить от ржавчины поверхность и уберечь металл от дальнейшей коррозии, можно обойтись и народными средствами.

Ржавчина вполне эффективно удаляется с металлической поверхности шкуркой. Однако нужно сразу сказать, что зачистку поверхности шкуркой и повторное полирование можно применять не всегда, так как точность размеров детали при этом нарушается и внешний вид портится. Можно избавиться от ржавчины на шлифованной или полированной поверхности, если воспользоваться химическим способом удаления ржавчины.

Поверхность нужно сначала обезжирить (например, бензином) и просушить. Затем приготовить раствор, в котором будет 20 % фосфорной кислоты плотностью 1,7 г/см3 и 80 % воды.

В раствор нужно добавить 8 % по массе хромового ангидрида и нагреть его до температуры 60–65 °C.

В зависимости от степени коррозии необходимо опустить заржавленную деталь в этот раствор на 10–15 минут. Затем вынуть деталь и нейтрализовать дальнейшее действие раствора – промыть деталь в 5 %-ном растворе кальцинированной соды при температуре 80 °C, а затем в чистой горячей и холодной воде.

Поверхности вновь приобретут первозданный вид. Для предотвращения дальнейшей коррозии обработанные таким способом поверхности нужно законсервировать, покрыв их техническим вазелином.

Разметка металлических заготовок

После того как металл выправлен и тщательно очищен, производится разметка той поверхности, которую предстоит обработать. По сути, разметка – это уже слесарная операция, но поскольку в ходе ее заготовка не подвергается непосредственно обработке, то правильнее будет считать ее подготовительной.

Что значит разметить заготовку? Это значит, нанести на заготовку разметочные линии, или риски, указывающие границы, до которых необходимо ее обрабатывать, чтобы она превратилась в руках слесаря в нужную деталь. Разметка – очень важный этап слесарной работы. Если деталь размечена неправильно, она просто не станет на свое место в том механизме, который ремонтирует слесарь.

Для того чтобы линии разметки прочно держались на металле и не стирались во время его обработки, поверхность, которую предстоит обрабатывать, нужно предварительно окрасить. Для этого лучше всего применять медный купорос: он хорошо держится на зачищенном металле – на тонком слое меди, который образуется на поверхности, риски хорошо заметны.

Можно для этой же цели применять краску или лак, разумеется тот, который сохнет быстро. Удобно работать также и с разведенным до густоты молока мелом, в который нужно добавить сиккатив или столярный клей для того, чтобы мел высыхал быстрее и держался на поверхности крепче. Во время окрашивания нужно растирать красящее вещество для того, чтобы оно ложилось по всей поверхности ровным слоем, без пятен.

Если заготовка большая, то красить следует только те места, на которые будут нанесены разметочные риски.

Часто бывает необходимо расширить отверстие в металле, нанести резьбу или сместить отверстие на несколько миллиметров в сторону, чтобы наметить его центр. В уже существующее отверстие или проем необходимо забить деревянный брусок либо планку с пластинкой из свинца, латуни, белой жести.

Прежде чем начать разметку заготовки, необходимо определить ее базу, то есть поверхность, от которой будут отсчитываться все необходимые размеры. Базовой считается та поверхность, которая определяет положение детали относительно других частей механизма.

Это могут быть отверстие, основание детали или какая-то иная поверхность. Иногда удобнее отсчитывать размеры детали от оси симметрии, в таких случаях она и принимается за базовую.

Разметка на плоскости выполняется в определенной последовательности: сначала нужно нанести горизонтальные линии, затем вертикальные и наклонные. Последними размечаются окружности, дуги и сопряжения – это дает возможность проконтролировать точность разметки прямых линий: сопряжения должны получиться плавными, а дуги – точно замкнуть прямые линии.

Научиться проводить точные линии чертилкой несложно, но лучше потренироваться, если делается это впервые. Чертилку во время проведения линии нужно все время прижимать к линейке или угольнику и не менять угол ее наклона, иначе она окажется непараллельной линейке. Наклонена чертилка должна быть в сторону от линейки. Проводить линию нужно движением на себя. Нельзя поводить линию дважды: попасть второй раз на ту же самую линию невозможно – в результате линия окажется двойной. Если качество нанесенной линии не устраивает самого слесаря, то ее следует закрасить и провести заново.

Для проведения перпендикулярных линий используют стальной угольник, к короткой стороне которого приварена под углом 90° небольшая металлическая пластина. Такой угольник называется двутавровым. Приложив его к боковой стороне разметочной плиты, можно проводить перпендикулярные линии с достаточно большой точностью (рис. 17).

Рис. 17. Приемы разметки заготовок: а – слесарный угольник с пластиной и нанесение рисок с его помощью; б – накернивание разметочных рисок.

Естественно, делать это можно только в том случае, если боковые поверхности плиты соответствующим образом обработаны и выверены под прямым углом к горизонтальной поверхности.

Первыми размечаются базовые линии. Например, если базовыми являются центры отверстий, то с них и начинают разметку.

Конечно, при построении линий, окружностей, дуг потребуются знания и навыки, которые дает черчение; разметка – это, по сути дела, то же черчение, только на металле. Поэтому слесарю приходится на время становиться чертежником: делить отрезки пополам, проводить перпендикулярные и параллельные линии, строить углы и делить их пополам, делить окружность на равные части и т. д.

Гораздо более сложная задача встает перед слесарем, когда ему требуется разметить не одну плоскость, а всю деталь целиком, то есть сделать пространственную разметку заготовок. Здесь не обойтись без знания приемов и методов пространственного черчения. Главная проблема заключается в том, что размеченные плоскости должны быть все увязаны между собой.

Прежде всего нужно выбрать базовую поверхность детали, обычно за нее принимается та, которая содержит главные оси детали и к которой можно привязать наибольшее количество осей и плоскостей.

Детали, которые приходится порой изготавливать слесарю, слишком различны, чтобы рассказать, как размечается каждая из них. Да это и не нужно, достаточно помнить некоторые важные правила, которыми необходимо руководствоваться при выборе базовой поверхности:

– если у заготовки уже обработано несколько плоских поверхностей, базовой выбирают ту из них, которая больше по площади;

– если заготовка имеет наружную и внутреннюю поверхности и ни одна из них не обработана, за базовую принимается наружная поверхность;

– если у детали не требуется обрабатывать всю поверхность, то базовой должна стать та, которая не будет подвергаться обработке;

– если деталь имеет цилиндрическую форму, базовой нужно выбрать поверхность, параллельную оси цилиндра;

– если деталь имеет отверстия, за базовую принимается поверхность, параллельная оси отверстия.

Чтобы облегчить операцию разметки, деталь на разметочную плиту нужно установить таким образом, чтобы все ее поверхности были перпендикулярны к поверхности плиты или параллельны ей. Для этого можно использовать различные металлические предметы – прокладки, призмы, бруски, кубики, клинья и т. д.

Первыми необходимо наносить горизонтальные риски со всех четырех сторон заготовки (в некоторых случаях достаточно с двух противоположных сторон), после этого вертикальные риски, затем дуги, окружности, сопряжения, наклонные линии.

После того как риски нанесены, их необходимо накернить, то есть произвести операцию кернения.

Кернение рисок необходимо для того, чтобы они не стерлись, а также чтобы при сверлении отверстия сверло можно было точно установить по направлению его оси. Керн – это небольшое конусное углубление в поверхности металла, которое выполняется с помощью кернера. При операции кернения важно очень точно установить кернер на центр отверстия и при ударе по кернеру молотком не сместить его заостренный конец с нужной отметки. Чтобы этого добиться, нужно ставить кернер, сначала отклонив от себя, чтобы было хорошо видно, что его острие попало на отметку центра, а затем, быстро переведя его в перпендикулярное положение к поверхности, нанести по головке кернера удар молотком.

Керны нужно наносить на все разметочные риски по всей их длине на расстоянии 25–30 мм на длинных рисках и 10–15 мм на коротких. На криволинейных участках разметки (сопряжениях, закруглениях и т. д.) керны наносятся еще чаще – на расстоянии 5–10 мм друг от друга. Маленькие окружности достаточно накернивать в четырех взаимно перпендикулярных точках. Большие окружности нужно накернивать в 6–8 местах. Обязательно накерниваются все точки пересечений и сопряжений.

На этом подготовительные работы можно считать завершенными и следует переходить к выполнению непосредственно слесарных операций.

Виды слесарных работ

Гибка металла

Слесарю очень часто приходится выполнять операцию, связанную с пластическим деформированием металла, – гибку. Ни одна слесарная работа, пожалуй, без нее не обходится. При сгибании металла его волокна испытывают одновременно и сжатие и растяжение. Поэтому в ходе гибки нужно соблюдать определенные правила, чтобы пластическая деформация изгиба не перешла в разрыв:

– не следует выбирать радиус загиба меньше, чем толщина заготовки, это может привести к тому, что на металле появятся трещины или он сомнется на внутренней стороне загиба;

– не стоит гнуть заготовки из стального прутка диаметром больше 10 мм. Полосовую сталь для такой операции лучше выбрать толщиной до 7 мм, а стальные листы – до 5 мм.

Известно, что листовой металл легче гнуть, если его предварительно подогреть. А что делать, если такой возможности нет? Можно обойтись и без подогрева. На внешней поверхности в зоне сгиба необходимо нанести поперечные риски – лист согнется значительно легче.

Гнуть слесарю чаще всего приходится либо полосовую сталь, либо трубы. Приемы работы с этими двумя видами металла существенно различаются.

Гибка полосовой стали

Полосовую сталь удобнее всего гнуть в слесарных тисках. Для этого нужно установить заготовку таким образом, чтобы сторона с нанесенной на нее риской места загиба была обращена к неподвижной губке тисков. Риска должна выступать над губкой примерно на 0,5 мм. Удары наносить следует тоже в направлении неподвижной губки тисков (рис. 18).

Рис. 18. Приемы гибки полос: а – порядок гибки; б – гибка острого угла.

Рис. 18 (продолжение). Приемы гибки полос: в – изготовление скобы; г – изготовление хомутика.

Для того чтобы загнуть полосу под острым углом, необходимо воспользоваться оправкой, которая соответствует требуемому углу загиба. Ее нужно зажать в тисках вместе с заготовкой, расположив высокой стороной к ней, и загнуть ударами молотка.

Для изготовления из полосовой стали скобы применяется брусок-оправка, равный по толщине проему скобы. Его нужно зажать в тисках вместе с полосой стали и легкими ударами молотка загнуть одну сторону скобы. Затем вложить брусок внутрь скобы и, снова зажав в тисках, отогнуть другую сторону.

Для крепления труб и металлических стержней различного назначения часто используется хомут из полосовой стали. Он также изготавливается на тисках. Для этого нужно взять круглую оправку нужного диаметра, зажать ее в тисках и двумя плоскогубцами загнуть на ней полоску стали необходимой ширины и длины.

Затем оправку нужно освободить из губок тисков и, зажав в них отогнутые концы хомутика, придать ему окончательную форму. Лучше наносить удары молотком не по самому хомутику (чтобы не оставить на нем забоев, вмятин и царапин), а через медную пластинку небольшой толщины, которая хорошо перераспределяет усилие удара. Если нужен хомутик полуоткрытый, то его доводку удобно производить на плите.

Полосовая гибка часто применяется при гибочных соединениях деталей. Они носят самый различный характер и применяются достаточно широко. Соединение может быть целиком гибочным, когда крепежное усилие создается изгибом одной или обеих деталей, а может играть вспомогательную роль и усиливать, например, резьбовое соединение, как стопорная шайба или шплинт в соединении гайка-болт (рис. 19).

Рис. 19. Примеры гибочных соединений при сборке.

Если домашняя мастерская оборудована настольным ручным прессом, имеющим усилие 5–10 кН, то его можно оснастить очень производительными штампами, с помощью которых легко придавать металлическим листам изгиб нужного профиля. На основание пресса устанавливают матрицу с заранее выбранным профилем, а верхнюю силовую часть пресса оборудуют пуансоном, соответствующим форме матрицы (рис. 20).

Рис. 20. Гибка заготовок с помощью гибочного штампа.

При изготовлении штампов следует помнить, что ширина пуансона должна быть меньше ширины «ручья» матрицы на удвоенную толщину металлической заготовки.

В тех случаях, когда требуется изогнуть стальную полосу на ребро, используется роликовое приспособление (рис. 21).

Рис. 21. Гибка стальной полосы на ребро.

При работе с ним следует учитывать, что верхняя прорезь бруска основания должна точно соответствовать размерам полосы. Кроме того, верхнюю часть полосы, которая будет испытывать деформацию растяжения, а также рабочий ролик нужно смазать маслом.

Заготовки из стальных прутков удобно гнуть на простейшем приспособлении, которое представляет собой два штифта различного диаметра, ввернутых в металлическую плиту-основание. Пруток нужно вставить в промежуток между штифтами и оборачивать его вокруг штифта большего диаметра. При необходимости можно использовать молоток (если пруток слишком толстый или короткий). Недостаток этого приспособления в том, что оно позволяет получать изгибы только одного диаметра (соответствующего диаметру большого штифта). Впрочем, при желании его можно усовершенствовать, сделав штифты сменными.

Гибка труб

При слесарных работах часто требуют замены всякого рода трубочные соединения, которые используются для подвода к различным механизмам масла, воздуха, топлива или воды. Кроме того, домашнему слесарю порой приходится производить ремонт и замену коммуникационных трубопроводов (или сооружение новых, например на дачном участке). При этом в трубопроводах не всегда удается избежать острых и тупых углов (прямой угол можно собрать с помощью всевозможных сгонов, муфт и т. д.), а это значит что придется заниматься гибкой труб.

Трудность этой операции заключается в том, что труба при изгибании может сломаться, смяться и заготовка придет в негодность. Чтобы этого не случилось, трубу (если она не оцинкованная) предварительно забивают наполнителем (мелкий сухой песок или расплавленная канифоль) и нагревают в месте изгиба. В некоторых случаях можно наполнить трубу водой и заморозить (естественно, без последующего нагревания). Вместо наполнителя иногда используются плотно навитые стальные пружины, которые загоняются внутрь трубы на место изгиба. Но следует все же учесть, что в нагретом состоянии трубы гнутся значительно легче.

До какой температуры нужно нагревать трубы перед тем, как их гнуть? Как ее измерить? Никаких приборов для измерения температуры нагрева не требуется, она определяется визуально, на глаз. Стальные трубы следует нагревать до ярко-красного цвета, алюминиевые – до тех пор, пока не начнет обугливаться приложенная к трубе бумага. Вопрос о том, нужно ли в каждом конкретном случае использовать наполнитель или нет, решается в зависимости от того, какого радиуса изгиб нужно получить. Если радиус меньше 50 мм, то трубы диаметром до 20 мм можно гнуть без наполнителя и в холодном состоянии. Медные и латунные трубы перед гибкой необходимо отжечь в зоне загиба. Если приходится гнуть сварную трубу, то сварной шов (как наиболее уязвимую ее часть) следует расположить так, чтобы он не пришелся ни на растянутую, ни на сжатую сторону.

Самое простое приспособление для изгибания труб – металлическая плита с отверстиями, в которых располагаются штифты таким образом, чтобы получить трубу нужной конфигурации, а изгиб – подходящего радиуса. Это напоминает приспособление для гибки металлического прутка. Однако у этого приспособления имеются два очень значительных минуса. Во-первых, не всегда можно добиться чистого изгиба в одной плоскости. А во-вторых, если сгибаемая труба слишком коротка, то может просто не хватить физической силы.

Более совершенное приспособление для гибки труб представляет собой вертикально установленную двойную плоскопараллельную пластину, которая имеет кривизну необходимого загиба (рис. 22, а).

Рис. 22. Приспособления для гибки труб: а – плоскопараллельная пластина: 1 – плита; 2 – пластина; 3 – хомут; 4 – труба; б – станок Вольнова: 1 – металлический верстак; 2 – изгибаемая труба; 3 – хомут; 4 – съемный ролик-шаблон; 5 – подвижный ролик; 6 – рукоятка со скобой.

Трубу необходимо зажать в хомутике и гнуть вниз по пазу пластины, ширина которого соответствует внутреннему диаметру трубы.

Ну и, пожалуй, самым совершенным приспособлением для гибки труб в домашних условиях является специальный станок Вольнова, который не только не даст «убежать» трубе в трехмерное измерение, но и благодаря подвижному ролику и нескольким съемным роликам-шаблонам различных радиусов позволит производить практически все типы изгибов (рис. 22, б). Работает станок Вольнова следующим образом: длинную сторону трубы надо заложить под хомутик верстака, изгибаемое место смазать любым смазочным маслом (для лучшего скольжения подвижного ролика) и загибать короткую сторону.

Необходимо отметить, что гибка труб, особенно большого диаметра, ручным способом – операция малопроизводительная и тяжелая, и если есть возможность обойтись без изогнутых труб, то лучше ею воспользоваться.

Рубка металла

Еще одна довольно распространенная слесарная операция – рубка металла (вырубка в заготовке отверстий, прорубка смазочных канавок или просто отсечение лишнего слоя металла от заготовки). Производится рубка на наковальне или на массивной металлической плите. Более мелкие детали для рубки зажимаются в тисках.

Следует заметить, что при рубке невозможно достичь высокой точности обработки, ее применяют или для черновой обработки заготовки, или в тех случаях, когда точность обработки не требуется.

При работе с зубилом (основным рубящим инструментом) и молотком, в зависимости от цели работы, применяются три вида ударов:

– кистевой удар используется для удаления тонкого слоя металла, незначительных неровностей, а также в тех случаях, когда требуется перерубить лист тонкой стали. Кистевые удары следует выполнять в темпе 50–60 ударов в минуту; движется при этом только кисть руки. При замахе рекомендуется разжимать пальцы кисти, удерживая ручку молотка только указательным и большим пальцами, а при ударе кисть сжимать;

– локтевой удар имеет большую силу по сравнению с кистевым. Темп ударов чуть замедленный – 40–50 ударов в минуту. При замахе руку рекомендуется сгибать в локте до отказа, безымянный и средний пальцы слегка разжимать. Применяются локтевые удары для прорубания канавок и пазов, а также для снятия слоя металла средней толщины;

– плечевой удар наиболее мощный. Сила удара достигается большим замахом, при котором рука движется в плечевом суставе. Пальцы, кисть и локоть должны работать, как и при кистевом и локтевом ударах, но при замахе максимально согнутую в локтевом суставе руку следует поднять таким образом, чтобы кисть оказалась на уровне уха. Темп ударов должен быть еще более замедленным – 30–40 ударов в минуту. Применяются такие удары для обработки больших поверхностей, рубке толстого металла, а также в тех случаях, когда требуется удалить за один проход зубила большой припуск.

Качество рубки и безопасность производящего ее слесаря зависят и от того, как держится инструмент. Пальцы на рукоятке молотка должны располагаться на расстоянии 15–30 мм от ее конца, при этом большой палец наложить на указательный. Зубило нужно держать на расстоянии 20–30 мм от его головки, пальцы плотно сжимать не следует. Вероятность соскакивания молотка с головки зубила значительно снижается, если на ее верхнюю часть надеть резиновую шайбу диаметром 50 мм и толщиной примерно 10 мм.

При выполнении этого вида слесарных работ важно соблюдать и правильную постановку зубила относительно обрабатываемой заготовки (рис. 23):

– при направлении рубки вдоль плоскости губок тисков угол между осью зубила и плоскостью губок должен составлять примерно 45°;

– при направлении рубки перпендикулярно к плоскости губок тисков угол наклона зубила относительно заготовки должен быть 30–35°: если угол наклона будет большим, то зубило при ударе уйдет вглубь металла, создав значительную неровность обрабатываемой поверхности; при меньшей величине угла зубило будет скользить по поверхности металла, а не рубить его.

Рис. 23. Положение зубила при рубке заготовки в тисках.

Существенное замечание: неопытные слесари при ударе молотком по зубилу смотрят, как правило, на головку последнего, по которой ударяет молоток. Это грубая ошибка, приводящая к снижению качества работы: смотреть нужно на режущую кромку зубила, чтобы контролировать угол наклона и видеть результат каждого удара.

Располагая заготовку в тисках, надо следить за тем, чтобы разметочные риски находились точно на уровне губок и не имели перекоса.

Вся срубаемая часть металла (стружка) должна быть расположена над уровнем губок тисков.

Срубание слоя металла по широкой плоской поверхности

В тех случаях, когда предстоит срубать металл на широкой плоской поверхности, располагать заготовку следует таким образом, чтобы разметочные риски выступали над плоскостью губок тисков на 5–10 мм. В данном случае операцию рубки нужно начинать с прорубания канавок шириной 8–10 мм с помощью крейцмейселя (см. рис. 4, б). Он за один проход должен снимать стружку толщиной от 0,5 до 1 мм.

Канавки должны быть расположены таким образом, чтобы между ними оставались промежутки шириной в 4/5 длины режущей кромки зубила.

После прорубки канавок промежутки между ними вырубаются с помощью зубила. Толщина стружки при этом должна составлять от 1,5 до 2 мм.

Осторожности требует рубка хрупких металлов – таких как, чугун, бронза и др. Рубку не следует доводить до края заготовки, так как произойдет скол, если удар будет направлен от центра заготовки к ее краю. Избежать такого дефекта можно двумя способами: во-первых, недорубленное место дорубают с противоположной стороны, направляя зубило острием в сторону заготовки, а головкой к себе, во-вторых, заранее обработав края и сделав скос под углом в 45°. При рубке вязких металлов (мягкая сталь, медь, латунь), режущую кромку зубила рекомендуется смазывать мыльной эмульсией или машинным маслом.

Вырубание криволинейных канавок

Пазы и криволинейные смазочные канавки нужно прорубать по нанесенным заранее разметочным рискам. Для этого используют крейцмейсель, которым вырубают по 1,5–2 мм металла за каждый проход. Неровности, оставшиеся после работы крейцмейселем, можно удалить канавочником, придав пазам одинаковую ширину и глубину.

Некоторые особенности имеет работа при рубке металла по криволинейному контуру. Лучше для такого вида работы использовать крейцмейсель или зубило с закругленным лезвием.

Прежде всего необходимо надрубить легкими ударами контур, отступая от разметочных рисок на 2–3 мм, а затем сильными ударами снять металл в пределах контура. Если позволяет толщина листа, то заготовку можно через некоторое время перевернуть и рубить с противоположной стороны, ориентируясь на контур, обозначенный первыми ударами.

Резка металла

В тех случаях, когда операцию по отделению части металла от заготовки невозможно (или нецелесообразно) производить рубкой, прибегают к резанию.

Выбор инструмента для этой операции зависит от вида обрабатываемого металла. Листовой металл толщиной до 0,5 мм (листы латуни и алюминия до 1 мм) можно резать ручными ножницами. Лезвия ножниц при этом следует разводить примерно на три четверти их длины, а лист металла нужно располагать перпендикулярно к плоскости режущих кромок ножниц. При сжатии ручек ножниц лезвия до конца сводить не следует, так как это приводит к разрыву металла в конце разреза. Для круглых заготовок резать металл целесообразнее против часовой стрелки, для чего заготовку следует поворачивать по часовой стрелке.

Если толщина разрезаемого листа несколько больше (0,7–1,5 мм), то можно воспользоваться теми же ручными ножницами, но одну из рукояток зажать в тисках, а на другую надавливать рукой сверху (рис. 24).

Рис. 24. Прием резания листового металла ножницами: а – ручными (с помощью тисков); б – силовыми; в – рычажными.

Металл толщиной свыше 0,7 мм (а латунь и алюминий свыше 1,5 мм) обычными ручными ножницами разрезать не удастся. В этих случаях следует применить силовые ножницы. Рукоятку, не снабженную пластмассовым наконечником, закрепляют в тисках, а рабочую рукоятку (с пластмассовым наконечником) захватывают рукой. Сила резания за счет применения рычага увеличивается примерно в 2 раза по сравнению с обычными ручными ножницами. Ножи на силовых ножницах можно менять, это предусмотрено их конструкцией. Кроме того, на силовых ножницах обычно имеется приспособление для резки металлических прутков диаметром до 8 мм.

Если в мастерской имеются рычажные ножницы, то можно довольно быстро (и относительно легко) разрезать листовую сталь толщиной до 4 мм, а также латунь и алюминий до 6 мм. Перед работой рычажными ножницами необходимо позаботиться о том, чтобы их основание было надежно прикреплено к столешнице слесарного верстака, для этого на них предусмотрены болты. Резание металла происходит в результате движения рукоятки (рычага), к которой и прикреплен один из ножей ножниц, вниз.

Нажимать на рукоятку рычажных ножниц нужно плавно, без рывков. На них (в отличие от ручных и силовых) резка металла возможна только по прямой линии.

При работе с толстыми листами полосового или профильного металла, а также в том случае, если нужно не распилить металл, а прорезать паз или шлиц, ножницы может заменить ножовка (лобзик по металлу). Но прежде чем приступить к работе с этим инструментом, его предварительно следует правильно настроить.

Во-первых, нужно выбрать полотно для ножовки. Оно подбирается в зависимости от вида металла (см. главу о свойствах металлов и сплавов).

Во-вторых, полотно нужно правильно натянуть в рамке ножовки; степень натяжения легко проверить легким нажатием сбоку на полотно: если оно не прогибается, значит, натяжение достаточное.

Наиболее удобное положение рук при работе ножовкой следующее: конец рукоятки упирается в середину ладони правой руки, а пальцы левой руки обхватывают натяжной винт подвижной головки (рис. 25).

Рис. 25. Положение ножовки во время работы.

Движения ножовкой нужно производить плавные, без рывков; частота движений – 30–60 двойных ходов (от себя – на себя) в минуту; при этом должно работать не менее 2/3 длины полотна. Полотно ножовки должно быть строго перпендикулярно относительно оси обрабатываемой заготовки.

В том случае, если нужно разрезать ножовкой тонкий металл, его помещают между двумя деревянными брусками, этот «сэндвич» зажимают в тиски, и резку производят вместе с брусками.

Особо следует сказать о резке металлических труб. При резании их ножовкой всегда есть опасения (особенно если слесарь недостаточно опытен), что полотно ножовки «уйдет» в сторону и срез получится в виде не окружности, а овала. Во избежание этого трубы предпочтительнее резать не ножовкой, а специальным приспособлением – труборезом (см. рис. 5, д), помимо того что он дает ровный срез, работа им еще и довольно производительна. Техника резки такова: трубу зажимают в тиски, на нее на расстоянии 80–100 мм от губок тисков надевают неподвижные диски трубореза (на разметочную риску), устанавливают труборез перпендикулярно к оси трубы, поворотом рукоятки-винта закрепляют труборез на трубе, врезав тем самым подвижный режущий ролик в толщу металла, плавными короткими движениями рукоятки трубореза по часовой стрелке – против часовой стрелки делают полный оборот вокруг трубы, поворачивают винт на 1/4 оборота, вновь делают полный круг труборезом и так далее до полного отрезания трубы. Для облегчения работы неподвижные диски желательно смазать мыльной эмульсией или машинным маслом.

Опиливание и зачистка металлических деталей

Люди, мало сведущие в слесарных работах, зачастую путают эти две операции – опиливание и зачистку, а между тем у них есть существенная разница: опиливание связано с изменением размера деталей (напильником снимается слой металла), а зачистка – с изменением шероховатости (удаление царапин, рисок и пр.). Опиливание производится с помощью напильников и надфилей; зачистка чаще всего осуществляется абразивными кругами, брусками, шкурками, иногда используются проволочные щетки.

Процесс опиливания заключается в основном в опиливании деталей по контуру, для удаления заусенцев, забоин, образовавшихся при рубке (резке), в устранении дефектов на плоскостях (если технические условия позволяют такие исправления), снятии припусков под размер, опиливании плоскостей сложных поверхностей, выступов, пазов при подгонке деталей во время сборки. Но в любом случае после опиливания поверхности подвергаются зачистке.

В том случае, если нужно удалить слой металла более 0,2 мм, опиливание считается грубым; от 0,1 до 0,2 мм – средним; до 0,1 мм – тонким.

От того, какая обработка требуется, зависит выбор напильника по номерам (см. главу, посвященную слесарному инструменту).

Выбор напильника по длине зависит от величины детали: он должен быть длиннее обрабатываемой плоскости, как минимум, на 150 мм.

Выбор формы напильника зависит от поверхности: ровные поверхности опиливают плоскими напильниками, сопряженные (углы между ними) – квадратными, ромбическими, треугольными, криволинейные – круглыми и полукруглыми (см. рис. 9).

Плоские напильники (см. рис. 9, а) применяются для опиливания наружных или внутренних плоских поверхностей и для пропиливания шлицев и канавок.

Полукруглые напильники (см. рис. 9, б) предназначены для обработки криволинейных поверхностей и углов более 30°.

Квадратные напильники (см. рис. 9, в) применяют для пропиливания квадратных, прямоугольных и многоугольных отверстий.

Трехгранные напильники (см. рис. 9, г) используются для опиливания углов 60° и более как с внешней стороны детали, так и в пазах, отверстиях и канавках.

Круглые напильники (см. рис. 9, д) применяются для пропиливания круглых и овальных отверстий и вогнутых поверхностей небольшого радиуса.

Для более качественной обработки (и для повышения производительности) опиливание лучше всего производить перекрестными проходами (рис. 26, а).

Рис. 26. Опиливание поверхностей и контроль за качеством работ: а – перекрестное опиливание; б – контроль отклонений от плоскости и прямолинейности; в – контроль отклонений от параллельности; г – контроль отклонений от перпендикулярности; д – контроль криволинейных поверхностей по шаблону.

В том случае, если с поверхности детали нужно снять лишь выступающие части, опиливание производится круговыми движениями.

Во время работы рукоятка напильника должна опираться на центр ладони правой руки, а пальцы левой руки нужно расположить поперек напильника на расстоянии 20–30 мм от его носика (будет удобнее, если пальцы слегка согнуть, но не свешивать до рабочей плоскости напильника) (рис. 27).

Рис. 27. Правильное положение слесаря (а) и положение его рук при грубом (б) и при чистом (в) опиливании.

Движения напильником должны быть строго горизонтальными относительно обрабатываемой поверхности (рабочий ход – вперед, от себя, холостой ход – назад, к себе); темп движений – от 40 до 60 поступательно-возвратных движений в минуту. Производить движения следует обеими руками, распределяя силу давления на инструмент следующим образом:

– начало рабочего хода – основной нажим левой рукой, правая лишь поддерживает напильник в горизонтальном положении;

– середина рабочего хода – сила нажима обеими руками одинакова;

– конец рабочего хода – левая рука поддерживает напильник в горизонтальном положении, а основная нагрузка приходится на правую руку;

– холостой ход – напильник от опиливаемой поверхности не отрывается, но сила нажима минимальная.

Если во время работы напильник скользит, надо прочистить его стальной щеткой вдоль насечек.

Деталь, подлежащую опиливанию, зажимают между накладками тисков так, чтобы обрабатываемая поверхность выступала над губками на высоту 5–10 мм. При опиливании тонкой детали ее следует крепить на деревянном бруске деревянными пластинками, обеспечивающими неподвижность детали (рис. 28).

Рис. 28. Опиливание детали из тонкого металла.

Существенное значение имеет положение слесаря в момент опиливания по отношению к обрабатываемой детали. Он должен располагаться сбоку тисков на расстоянии около 20 см от верстака так, чтобы корпус был прямым и повернутым под углом 45° к продольной оси тисков (см. рис. 27, а). Упор нужно делать на левую ногу.

В ходе операции опиливания периодически осуществляют проверку качества поверхностей. Контроль опиливания производится обычно с помощью проверочных линеек и проверочных плит методом «световой щели» или «на краску» (см. рис. 26, в, г).

Опиливание плоскопараллельных поверхностей

Сначала об опиливании кромок деталей из листового металла. Слесарям хорошо известно, что на их зачистку уходит времени в 30–40 раз больше, чем на то, чтобы его разрезать.

Время, уходящее на эту операцию, можно значительно сократить, саму операцию сделать менее трудоемкой и более безопасной, если в работе использовать небольшое приспособление, изготовленное из двух напильников (рис. 29).

Рис. 29. Приспособление для опиливания кромок деталей из листового металла: 1 – напильники; 2 – деревянная ручка; 3 – болты.

Плоские напильники нужно обрезать на необходимую длину так, чтобы остались только рабочие поверхности, и просверлить в них отверстия для крепления. Затем вырезать из дерева ручку (в виде бруска), соответствующую длине напильников. В ручке необходимо вырезать прямоугольную выемку и прикрутить к ее сторонам напильники таким образом, чтобы они плотно прилегали друг к другу под прямым углом. Крепежные винты не должны выходить за плоскость рабочей поверхности напильника, их надо утопить чуть глубже. Таким модернизированным двойным напильником зачищать кромку стального листа очень легко и быстро. Кроме того, значительно уменьшается опасность травмирования об его острые кромки во время работы.

Прежде чем опиливать деталь, имеющую плоскопараллельные поверхности (например, в виде бруска, плиты), следует выбрать основную измерительную базу – как правило, это одна из наиболее широких поверхностей. Ее следует опилить окончательно, с проверкой плоскости и прямолинейности. Затем с помощью штангенциркуля проверяют параллельность широких поверхностей и толщину заготовки, определяя при этом подлежащий удалению припуск, замеры производят в 3–4 местах. После чего обрабатывают напильником вторую широкую сторону.

Если, помимо широких поверхностей, требуется обработка и узких, то из них выбирается одна из более длинных сторон (она принимается за вспомогательную базу). После ее полной обработки опиливаются короткие поверхности, примыкающие к ней под углом 90°, с обязательной проверкой перпендикулярности относительно вспомогательной базы. В завершение опиливается вторая длинная сторона.

При опиливании плоских поверхностей может применяться механический напильник (рис. 30).

Рис. 30. Механический напильник: 1 – наконечник; 2 – эксцентрик; 3 – плунжер.

В этом напильнике при вращении наконечника от гибкого вала через червячную передачу получает вращение эксцентрик, сообщающий возвратно-поступательное движение плунжеру, к которому крепится напильник.

Можно сократить время опиловочных работ с помощью шлифовальных машинок, к которым крепятся абразивные круги (рис. 31).

Рис. 31. Шлифовальные машинки: а – электрическая; б – пневматическая.

Опиливание сопряженных плоских поверхностей

Чаще других слесарю приходится опиливать поверхности сопряженные, расположенные по отношению друг к другу под определенным углом. Наружные углы, как правило, обрабатываются плоскими напильниками, внутренние, в зависимости от их величины, трехгранными, квадратными, ромбическими, а если угол очень острый, то и надфилями.

Как и при опиливании плоскопараллельных поверхностей, первой окончательно обрабатывают измерительную базу (наиболее длинную или широкую сторону). Затем проверяют угол между базой и необработанной поверхностью (с помощью угломера) и опиливанием доводят его до соответствия с требуемой величиной.

Особой тщательности требует обработка мест сопряжения внутренних плоскостей угла, ибо именно там чаще всего выявляются погрешности обработки.

Опиливание криволинейных поверхностей

Криволинейные поверхности подразделяются на выпуклые и вогнутые. Обработка таких поверхностей обычно связана со снятием относительно большого слоя металла (припуска).

Выпуклые криволинейные поверхности сначала размечают, затем снимают лишний металл ножовкой или зубилом, а потом опиливают плоскими напильниками: основной припуск снимают напильником № 0, оставляя припуск до разметочной риски в 0,8–1 мм; далее напильником № 4 или № 5 снимают оставшийся припуск до риски.

Сила нажима на напильник во время рабочего хода практически не меняется, а изменение его положения относительно обрабатываемой детали – балансировка – напоминает качели (в случае если деталь закреплена в тисках в горизонтальном положении) (рис. 32):

– в начале рабочего хода носик напильника направлен вниз, а рукоятка приподнята;

– в середине рабочего хода напильник располагается горизонтально;

– в конце рабочего хода приподнятым должен быть носик напильника, а рукоятка – опущенной.

Рис. 32. Приемы опиливания выпуклых криволинейных поверхностей.

Если же деталь закреплена в тисках в вертикальном положении, то движение напильника будет иным:

– в начале рабочего хода носик напильника направлен несколько вверх и влево;

– в конце рабочего хода напильник носиком смотрит прямо вперед.

В ходе опиливания деталь периодически освобождают из тисков и поворачивают относительно ее оси на небольшой угол (приблизительно на 1/5 оборота). Качество работы проверяют с помощью шаблона.

Обработку вогнутых криволинейных поверхностей также начинают с нанесения разметки контура детали на заготовке.

Большую часть лишнего металла можно удалить зубилом, ножовкой (при этом используется ножовка без рамки) или одновременно высверливанием и выпиливанием, оставив небольшой припуск, а затем полукруглым или круглым напильником спилить припуск до разметочной риски (рис. 33).

Рис. 33. Приемы обработки вогнутых криволинейных поверхностей.

При выборе напильника следует учесть, что радиус его сечения должен быть несколько меньше радиуса опиливаемой поверхности. Во время работы сочетают два вида движений напильником: прямолинейное (от себя – на себя) и вращательное. Качество работы контролируется наложением шаблона.

Шабрение металлических поверхностей

Шабрение поверхностей металлических деталей применимо главным образом в слесарно-сборочных работах, когда требуется плотная подгонка плоскостей прилегающих друг к другу деталей (например, измерительных и направляющих поверхностей приборов и станков, опорных поверхностей машин). Операция шабрения заключается в соскабливании тонких слоев металла, для чего при обработке напильником оставляют припуск в 0,1–0,4 мм.

Для того чтобы определить на деталях участки, на которых необходимо производить шабрение, используется шабровочная краска (смесь машинного масла и сажи). Если требуется определить такие участки на мелких деталях, то шабровочную краску тампоном наносят тонким слоем на слесарную плиту, на нее осторожно опускают проверяемой плоскостью деталь и медленно передвигают ее по всей поверхности плиты круговыми движениями, а затем также осторожно снимают деталь с плиты. Большие детали и заготовки обрабатывают краской на месте: краску наносят на контрольную плитку, опускают плитку на плоскость детали и круговыми движениями проходят всю эту плоскость.

И в том и в другом случае пятна, оставшиеся на поверхности детали, указывают места шабрения, причем белые пятна (отсутствие краски) – наиболее углубленные участки поверхности детали, темные пятна (толстый слой краски) – менее углубленные, а серые пятна (тонкий слой краски) – наиболее выступающие части (они и подвергаются шабрению).

После каждого цикла шабрения обрабатываемую поверхность насухо вытирают и проверку на шабровочную краску повторяют. Качество шабрения определяется с помощью контрольной рамки 25 х 25 мм. Ее накладывают на прошабренную поверхность и считают число пятен: шабрение считается грубым, если пятен в рамке 5–6, чистовым – 6–10 пятен, точным – 10–14 пятен, тонким – более 22 пятен.

Выбор шабера по форме и геометрическим параметрам зависит от свойств обрабатываемого материала и, конечно же, от формы и размеров прошабриваемой поверхности (см. рис. 11):

– для обработки краев заготовки удобнее всего использовать шабер с прямой режущей кромкой;

– для плоских поверхностей более подходит шабер с радиусной режущей кромкой;

– криволинейные и внутренние поверхности деталей шабрят трехгранными и фасонными шаберами;

– режущая кромка шабера должна быть тем уже, чем тверже обрабатываемый материал.

К операции шабрения допускаются только правильно заточенные шаберы.

Угол заострения трехгранного шабера должен быть 60–70°. Торцовую (режущую) поверхность плоского шабера затачивают (относительно оси инструмента): для чугуна и бронзы, а также для особо точного шабрения под углом 90–100°, для стали и для грубой обработки – 75–90°, для мягких металлов – 35–40°.

После заточки на заточном станке режущие кромки шаберов доводят или заправляют на оселках зернистостью М14 (удаляют заусенцы и неровности на кромках). Порядок заточки и заправки шаберов показан на рис. 34.

Рис. 34. Заточка и заправка шабера: а – заточка; б – заправка.

Рабочее положение шабера: угол наклона к шабруемой поверхности – 30–40°. Рабочий ход – либо вперед, от себя, либо назад, на себя, – производится с усилием, холостой ход – возвращение шабера в исходное положение – производится с отрывом режущей кромки от обрабатываемой поверхности. Начинают шабрение длинным ходом – 15–20 мм, по мере выравнивания поверхности длина хода сокращается до 2–5 мм. Направление движений шабера каждый раз нужно изменять, чтобы штрихи, им нанесенные, пересекались между собой под углом 45–60°.

Приемы шабрения зависят от типа обрабатываемой поверхности.

Шабрение плоских поверхностей начинают с края детали, наиболее удаленного от слесаря, и постепенно обрабатывают всю поверхность. Шабрят при этом только места с крупными серыми пятнами, разбивая их на более мелкие.

После предварительной обработки, которая производится шабером с длинной режущей кромкой (20–30 мм), переходят к окончательному шабрению, для которого используется шабер с более короткой режущей кромкой (15–20 мм). В ходе этой операции круглые пятна разбивают пополам, а продолговатые – на более мелкие в поперечном направлении.

Если необходимо добиться наибольшей точности поверхности или плотности прилегания деталей друг к другу (это возможно в условиях домашней мастерской), то следует произвести еще и точное шабрение инструментом с короткой режущей кромкой – 10–15 мм.

При шабрении криволинейных поверхностей шабровочная краска наносится не на плиту, а на шаблон (или контрольный стержень или вал, если шабрят, например, внутреннюю часть подшипника).

Приемы шабрения те же, что и при обработке плоских поверхностей, а из инструментов используют в основном трехгранные и изогнутые шаберы.

Сложность шабрения внутренних углов сопряженных поверхностей заключается в том, что они очень часто бывают труднодоступны при работе плоским шабером. Поэтому для обработки этих участков используются, как правило, фасонные шаберы.

Вообще шабрение – одна из самых трудоемких слесарных операций. В заводских, промышленных условиях шабрение часто заменяют чистовым строганием широкими резцами или шлифованием.

В домашней мастерской к таким видам обработки прибегнуть вряд ли удастся (нужно специальное точное оборудование).

Значительно ускоряют процесс шабрения усовершенствованные шаберы (фасонные, вставные, дисковые, цельные и др.), представленные на рис. 35.

Рис. 35. Усовершенствованные шаберы: а – фасонные; б – вставной: 1 – корпус шабера; 2 – сменная режущая пластинка; 3 – зажимной кулачок; 4 – винт; 5 – рукоятка; в – дисковый; г – с радиусной заточкой.

Фасонные шаберы (рис. 35, а) выполняются в виде набора стальных пластин различной конфигурации, закрепляемых на державке. Очертания пластин соответствуют форме фасонной поверхности, для шабрения которой они предназначены (пазы, канавки, желобки и т. д.).

На рис. 35, б показан вставной универсальный шабер, позволяющий выполнять работы по шабрению сменными режущими пластинами. Корпус шабера имеет ось, на которой может поворачиваться зажимной кулачок. При вращении винта насаженной на него рукояткой кулачок, стремясь повернуться, другим своим концом надежно зажимает режущую пластинку из быстрорежущей стали или твердого сплава.

Для ускорения ручного шабрения больших плоскостей можно применять дисковый шабер (рис. 35, в). Режущей частью этого шабера являются специально изготовленный термообработанный диск или изношенная фреза диаметром 50–60 мм и толщиной 3–4 мм.

Заточенный на круглошлифовальном станке режущий диск закрепляется болтом на державке инструмента. По мере затупления режущей грани диск можно перезакрепить и продолжать работу его новым острым участком, что значительно экономит время на заточку.

Шабер с радиусной заточкой (рис. 35, г) обеспечивает плавное и более легкое врезание инструмента в тело детали.

Цельные шаберы изготавливаются из инструментальной стали (Р18, ШХ15), а державка – из более дешевой углеродистой. Для шабрения белого чугуна и других твердых металлов могут применяться пластинки из твердых сплавов.

Шабрение – трудоемкий процесс, поэтому можно использовать при наличии возможности механизированные шаберы, ускоряющие процесс в 20–25 раз (рис. 36).

Рис. 36. Механизированный электрический шабер: 1 – электромотор; 2 – редуктор; 3 – гибкий вал; 4 – кривошип; 5 —шатун; 6 – шабер.

От электромотора через редуктор и гибкий вал получает вращение кривошип, сообщающий возвратно-поступательное движение шатуну и прикрепленному к нему шаберу.

Притирка металлических поверхностей

Опиливания, зачистки и шабрения поверхностей зачастую бывает недостаточно, чтобы достигнуть достаточно плотного прилегания деталей друг к другу. Поэтому в процессе сборки механизмов слесари прибегают к притирке (доводке) поверхностей с использованием абразивных порошков и паст. В процессе притирки деталям сообщается наиболее точный размер за счет снятия очень малого припуска (около 0,05 мм). Притиркой можно достичь такого плотного прилегания поверхностей, что соединение будет гидронепроницаемым.

Сразу стоит оговориться, что далее речь пойдет о ручной притирке, ибо вряд ли домашняя мастерская может быть оснащена специальными механическими притирочными станками.

Притирку можно производить двумя способами: одной деталью о другую (так притирают в основном криволинейные прилегающие друг к другу поверхности – клапаны, пробки и пр.) или деталью о притир (так доводят фланцы, крышки и пр.). В качестве притиров используются плиты, бруски или другие детали, сделанные из более мягкого материала, чем сами притираемые элементы (например, для притирки стальных деталей используются чугунные притиры, для притирки деталей из цветных металлов – стеклянные притиры).

Притирка, подобно шабрению, осуществляется в два этапа: предварительная притирка (предназначенные для этого притиры имеют на своей поверхности канавки, куда собирается металлическая стружка) и окончательная – доводка (она производится притирами с гладкой поверхностью).

В качестве притирочных порошков используются: корундовый, карборундовый, наждачный порошки, окись железа, алюминия, хрома, толченое стекло.

Зернистость абразивных порошков – от М40 до М7.

В качестве смазки применяются олеиновая кислота, машинное масло, керосин, скипидар, техническое сало. При доводке вместо абразивных порошков используются пасты, в частности паста ГОИ.

Нанесение притирочных порошков на притиры (или на поверхности деталей, если притирка осуществляется одной деталью о другую) называется шаржированием и осуществляется двумя способами: во-первых, абразивный порошок можно вдавить в притир стальным закаленным валиком, после чего лишний порошок удалить, а поверхность притира смазать; во-вторых, притир можно смазать и уже поверх смазки насыпать абразивный порошок и вдавить его валиком. Притирочная паста наносится на поверхность притира тонким слоем без вдавливания. Перед шаржированием поверхность притира предварительно промывают керосином и начисто протирают.

По плоскому притиру с легким нажимом прокатывают стальной закаленный валик (рис. 37, в). Если шаржируется круглый притир, то притирочную массу наносят на две стальные закаленные плиты и притир прокатывают между ними (рис. 37, г). После шаржирования, когда абразивные зерна вдавлены в поверхность притира, избыточную притирочную массу убирают.

Рис. 37. Притиры и шаржирование притиров: а – плоский притир с канавками; б – плоский притир без канавок; в – шаржирование плоского притира; г – шаржирование круглого притира: 1 – нижняя стальная закаленная плита; 2 – притир; 3 – верхняя стальная закаленная плита.

Притирка плоских поверхностей происходит следующим образом: деталь обрабатываемой стороной накладывают на подготовленную плоскость притира (или другой притираемой детали) и производят 20–30 сложных кругообразных движений с сильным нажимом.

Внимание! Траектория движений должна быть действительно сложной (даже можно сказать – хаотичной), чтобы они не накладывались друг на друга. Скорость движений должна быть приблизительно 20 м/мин (рис. 38).

Рис. 38. Притирка плоских поверхностей: а – предварительная; б – окончательная.

Затем отработанную притирочную массу убирают с поверхности притира и детали и наносят новый слой (зернистость используемого порошка на этот раз должна быть меньше). Таким образом чередуют притирочные движения с заменой притирочного слоя до получения соответствующего вида изделия (при последних подходах абразивный порошок заменяют пастой: сначала грубой, затем средней и в последнюю очередь тонкой. Окончательную притирку (доводку) осуществляют без нанесения пасты, а лишь со смазыванием притира смесью керосина и машинного масла.

Если заготовка очень тонкая в сечении и ее неудобно двигать по притиру, то ее закрепляют на деревянном бруске и перемещают по плите вместе с ним.

Притирка узких граней деталей или мелких заготовок производится пакетом. Несколько заготовок с помощью струбцин соединяют в пакет и притирают как широкую поверхность. Для этой цели можно использовать стальные или чугунные направляющие бруски или призмы.

Притирка криволинейных поверхностей имеет свои особенности. Чаще всего криволинейные поверхности двух деталей взаимосоприкасаемы, при этом одна из поверхностей выпуклая, а другая вогнутая (например, пробка и гнездо под нее, вместе составляющие самоварный краник), поэтому притирку этих поверхностей производят одна об другую.

Пробку смазывают и присыпают абразивным порошком, вставляют в гнездо и вращают попеременно в разные стороны приблизительно на 1/4 оборота 5–6 раз, после чего делают полный оборот пробки вокруг ее оси. Чередование притирки с заменой притирающих материалов аналогично притиранию широких плоских поверхностей.

Проверку точности притирки можно осуществить с помощью грифельного карандаша: наносят линию на одну из притертых поверхностей и проводят ею по другой притертой поверхности. При удовлетворительном качестве притирки карандашная линия равномерно стирается или смазывается по всей длине.

В завершение операции притирки (доводки) детали при необходимости обрабатывают полировальниками – эластичными кругами из фетра или войлока. В качестве механического привода полировальника может выступать двигатель от бормашины или электрическая дрель. Полировку производят очень тонкими абразивными порошками со связкой из вазелина, говяжьего сала, воска или полировальными пастами.

Обработка отверстий

Сверление металла

Пожалуй, трудно себе представить изготовление и сборку какого-либо механизма без того, чтобы не возникла необходимость в сверлении и дальнейшей обработке отверстий. Да и в других направлениях слесарного производства, будь то сантехнические работы или установка бытового газового оборудования, прокладка трубопровода или ремонт автомобиля, вряд ли можно обойтись без такой слесарной операции, как сверление всевозможных отверстий.

Сущность данных операций заключается в том, что процесс резания (снятия слоя материала) осуществляется вращательными и поступательными движениями режущего инструмента (сверла, зенкера и т. д.) относительно своей оси. Эти движения создаются с помощью ручных (коловорот, дрель) или механизированных (электрическая дрель) приспособлений, а также станков (сверлильных, токарных и т. д.).

Сверление заключается в получении и обработке отверстий резанием с помощью специального инструмента – сверла. По конструкции и назначению сверла делятся на перовые, спиральные, центровочные и т. д. Чаще применяются спиральные сверла.

Спиральное сверло (рис. 39) состоит из рабочей части, хвостовика и шейки.

Рис. 39. Элементы спирального сверла: 2φ – угол при вершине; ω – угол наклона винтовой канавки; ψ – угол наклона поперечной кромки.

На направляющей части расположены 2 винтовые канавки, по которым отводится стружка в процессе сверления. Направление винтовых канавок обычно правое. Левые сверла применяются очень редко. Узкие полосочки на цилиндрической части сверла называются ленточками. Они служат для уменьшения трения сверла о стенки отверстия (сверла диаметром 0,25–0,5 мм выполняются без ленточек).

Режущую часть сверла образуют 2 кромки, расположенные под определенным углом друг к другу (угол при вершине). Величина угла зависит от свойств обрабатываемого материала. Для стали и чугуна средней твердости он составляет 116–118°.

Хвостовик служит для закрепления сверла в шпинделе станка или сверлильном патроне и может быть конической или цилиндрической формы. Конический хвостовик имеет на конце лапку, которая служит упором при выталкивании сверла из гнезда.

Шейка сверла соединяет рабочую часть и хвостовик и служит для выхода абразивного круга в процессе шлифования сверла при его изготовлении. На шейке обычно проставляется марка сверла.

Изготавливаются сверла преимущественно из быстрорежущей стали или твердых спеченных сплавов марок ВК6, ВК8 и Т15К6. Из таких сплавов делается только рабочая (режущая) часть инструмента.

Перед сверлением отверстие необходимо предварительно разметить; центр и его окружность должны быть накернены. Центр размечаемого отверстия рекомендуется углубить большим кернером.

При работе ручным инструментом необходимо обращать внимание на точность разметки.

При сверлении сквозных отверстий под изделие помещают деревянную подкладку или металлическую плитку с отверстием для выхода сверла (рис. 40).

Рис. 40. Сверление сквозных отверстий: 1 – сверло; 2 —деталь; 3 – пластина.

Особенно внимательным надо быть при сверлении неполных или боковых отверстий. Неполные отверстия сверлят, зажимая изделие и прокладку (рис. 41).

Рис. 41. Сверление неполных отверстий: 1 – изделие; 2 – прокладка; 3 – сверло; 4 – параллельные тиски.

При сверлении боковых отверстий на криволинейных поверхностях нужно предварительно обработать площадку так, чтобы сверло было перпендикулярно к этой площадке (рис. 42, а).

Рис. 42. Сверление боковых и полых отверстий: а – обработка и сверление боковых отверстий; б – сверление полых отверстий: 1 – изделие; 2 – деревянная пробка; 3 – сверло.

При ручном сверлении отверстий для приведения сверла во вращательное движение применяются трещотки, коловороты, ручные, пневматические и электрические дрели (рис. 43).

Рис. 43. Приспособления для ручного сверления: а – трещотка: 1 – скоба; 2 – верхний упор; 3 – гайка; 4 – рукоятка; 5 – патрон; 6 – шпиндель; 7 – зубья колеса; 8 – собачка; 9 – сверло; б – коловорот: 1 – опорная подушка; 2 – рукоятка; 3 – патрон со сверлом; в – ручная дрель: 1 – патрон со сверлом; 2 – шпиндель; 3 – зубчатая передача; 4 – рукоятка; 5 – нагрудник; 6 – неподвижная рукоятка.

Трещотка (рис. 43, а) работает следующим образом: при повороте рукоятки по направлению, указанному штриховой стрелкой, собачка скользит по зубьям колеса; при вращении рукоятки по направлению сплошной стрелки собачка входит в паз храповика, вращает его и связанный с ним шпиндель. Для подачи сверла после каждого хода рукоятки поджимают гайку. Трещотка применяется для сверления отверстий больших диаметров.

При работе коловоротом (рис. 43, б) усилие подачи осуществляется нажимом руки на опорную подушку.

Ручная дрель (рис. 43, в) применяется для сверления отверстий диаметром до 8 мм. При сверлении дрелью левой рукой нажимают на неподвижную рукоятку, а грудью – на нагрудник и, вращая с помощью рукоятки правой рукой большую коническую шестерню, сообщают вращение сверлу.

Применение переносных пневматических сверлильных машинок (дрелей) позволяет механизировать работы по сверлению деталей, нарезке резьбы и развертке отверстий. Они работают под действием сжатого воздуха при определенном давлении, имеют небольшие размеры и массу.

Пневматические дрели с упорным центром могут применяться для сверления и развертывания отверстий диаметром до 75 мм.

Электрические переносные сверлильные машинки используют для сверления отверстий до 50 мм. С их помощью можно производить шлифование, развертывание, завинчивание винтов, гаек и т. д. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с пневматическими дрелями: более экономичны, легче переключаются на обратный ход.

При работе пневматическими и электрическими дрелями не рекомендуется давать сверлу большую подачу. При сверлении глубоких отверстий сверло следует чаще вынимать для очистки от стружки.

Идеальным приспособлением для сверления отверстий, а также их дальнейшей обработки является сверлильный станок. Сделаем небольшое отступление и обратимся к истории: как появился сверлильный станок?

В отличие от своих более сложных собратьев-станков – токарного и фрезерного, сверлильный станок был изобретен задолго до того, как люди вообще узнали о существовании железа, не говоря уже о том, чтобы научиться его обрабатывать. Первым сверлильным станком было, по сути, приспособление, с помощью которого люди в глубокой древности добывали огонь и проделывали отверстия в орудиях охоты и труда.

Оно представляло собой обычный охотничий лук, тетива которого в середине была один раз обернута вокруг того предмета, которому и требовалось придать вращение. Как правило, это была заостренная палка из дерева твердой породы, которая упиралась своим острым концом в углубление, сделанное в лежащей под ней плошке из той же породы дерева.

Придерживая рукой верхний конец вертикальной палки, человек двигал лук в плоскости, перпендикулярной к этой палке, и приводил ее с помощью тетивы в быстрое вращение, которого нельзя было бы добиться, вращая ее руками. Точно таким же образом проделывались отверстия сначала в не слишком плотных кусках камня, а потом, когда человек научился закреплять на конце вращающейся палки твердые каменные наконечники, и в прочных породах.

Со временем приспособление усовершенствовалось, появлялись новые способы зажима нижней плашки и вращающегося «сверла», устройства для усиления прижима их друг к другу (для увеличения силы трения), новые способы приводить «сверло» во вращение. Так в течение веков сверлильный станок постепенно менялся, пока не приобрел современного вида.

Ныне сверлильный станок состоит из подвижного стола и штатива, на котором крепится шпиндель с патроном. Он может быть одношпиндельным вертикально-сверлильным (рис. 44), настольно-сверлильным (рис. 45), радиально-сверлильным.

Рис. 44. Вертикально-сверлильный станок: 1 – плита; 2 – подъемный стол; 3 – шпиндель; 4 – коробка подач; 5 – шпиндельная головка; 6 – электродвигатель; 7 – штурвал; 8 – станина.

Рис. 45. Настольно-сверлильный станок: 1 – шпиндельная бабка; 2 – клиновый ремень; 3 – ступенчатый шкив; 4 – асинхронный электродвигатель; 5 – переключатель; 6 – подмоторная плита; 7 – колонна; 8 – кронштейн; 9 – плита; 10, 11 – рукоятки; 12 – шпиндель; 13 – гайка; 14 – штурвал.

Вертикально-сверлильные станки применяются для сверления отверстий диаметром до 75 мм. Они могут обеспечивать операции рассверливания, зенкерования, развертывания и нарезания резьбы. Станина, на которой монтируются узлы станка, через фундаментную плиту крепится к фундаменту. Подъемный стол, служащий для крепления обрабатываемых деталей, может перемещаться по вертикали. Механизм станка приводится в движение индивидуальным электродвигателем. Шпиндель получает осевое перемещение от коробки подач и может также перемещаться вручную штурвалом.

Настольно-сверлильные станки используются для сверления в мелких деталях отверстий диаметром до 12 мм (рис. 45).

Удобство применения этих станков состоит в том, что они могут быть установлены с помощью болтов на слесарных верстаках, в непосредственной близости от рабочего места.

Работает станок следующим образом: на плите укреплена в кронштейне колонна, по которой может перемещаться вверх и вниз шпиндельная бабка, в корпусе которой смонтирован шпиндельный узел со шпинделем. Перемещение шпиндельной бабки по колонне осуществляется рукояткой. Асинхронный электродвигатель крепится к шпиндельной бабке с помощью подмоторной плиты. Переключатель позволяет включать двигатель на прямой или обратный ход и останавливать станок. Вращение шпинделю передается от ступенчатого шкива клиновидным ремнем. Ручная подача шпинделя осуществляется вращением штурвала. Гайка закрепляет сверлильный патрон на конусе шпинделя.

Радиально-сверлильные станки применяются для сверления отверстий в крупных деталях, перемещение которых к шпинделю станка затруднено.

Существуют общие правила сверления (как на сверлильных станках, так и с помощью дрелей):

– в процессе разметочных работ центр будущего отверстия обязательно следует отметить кернером, тогда при работе сверло устанавливается в керн, что способствует большей точности;

– при выборе диаметра сверла следует учитывать его вибрацию в патроне, в результате чего отверстие получается несколько большего диаметра, чем сверло. Отклонение это достаточно мало – от 0,05 до 0,3 мм – и имеет значение в том случае, когда требуется особая точность;

– при сверлении металлов и сплавов в результате трения температура режущего инструмента (сверла, зенкера) значительно повышается, что приводит к быстрому его износу. Для того чтобы повысить стойкость инструментов, при сверлении используют охлаждающие жидкости, в частности воду;

– затупленные режущие инструменты не только образуют некачественные отверстия, но и сами быстрее выходят из строя, поэтому их следует своевременно затачивать: сверла под углом (в вершине) 116–118°, конические зенкеры 60, 90, 120°. Заточку производят вручную на заточном станке: сверло приставляют к кругу заточного станка одной из режущих кромок под углом 58–60° и плавно поворачивают его вокруг своей оси, затем таким же образом затачивают вторую режущую кромку. При этом необходимо следить, чтобы обе режущие кромки были заточены под одним углом и имели одинаковую длину;

– для сверления глухих отверстий на многих сверлильных станках имеются механизмы автоматической подачи с лимбами, которые и определяют ход сверла на нужную глубину. Если же станок не оснащен таким механизмом или применяется ручная дрель, то можно использовать сверло со втулочным упором;

– когда необходимо просверлить отверстие в полой детали (например, в трубе), отверстие предварительно забивают деревянной пробкой. Если труба большого диаметра, а отверстие требуется сквозное, то приходится сверлить с двух сторон.

В этом случае, чтобы облегчить разметку и сделать ее наиболее точной, можно воспользоваться специальным приспособлением. Оно состоит из двух совершенно одинаковых призм, между которыми зажимается труба. Каждая призма имеет точно выверенные друг против друга, зажатые в их противоположных вершинах встречные винты-кернеры. Призмы тоже точно выставлены с помощью боковых щек. Когда труба зажимается между призмами, на ней остаются небольшие, расположенные друг напротив друга лунки от винтов-кернеров. После сверления по такой разметке отверстия в трубе будут соответствовать друг другу с гораздо большей точностью;

– получить ступенчатые отверстия можно двумя способами. Первый: сначала сверлится отверстие наименьшего диаметра, затем (на нужную глубину) – отверстие большего диаметра и последним просверливается отверстие наибольшего диаметра. Второй способ: сначала на нужную глубину сверлят отверстие наибольшего диаметра, затем – меньшего и в конце – наименьшего диаметра;

– если нужно просверлить отверстие на криволинейной плоскости или плоскости, расположенной под углом, то сначала следует сделать (выпилить, вырубить) площадку, перпендикулярную к оси будущего отверстия, накернить центр, а затем сверлить отверстие;

– отверстия диаметром свыше 25 мм сверлят в два приема: сначала просверливают отверстие сверлом меньшего диаметра (10–20 мм), а затем рассверливают сверлом нужного диаметра;

– при сверлении деталей, имеющих большую толщину (при глубоком сверлении), когда глубина отверстия более пяти диаметров сверла, его нужно периодически вынимать из отверстия и выдувать стружку, иначе инструмент может заклинить;

– композиционные (состоящие из нескольких разнородных слоев) материалы трудно сверлить прежде всего потому, что при обработке на них возникают трещины. Избежать этого можно очень простым способом: перед сверлением такой материал нужно залить водой и заморозить – трещины в этом случае не появятся;

– высокопрочные материалы – сталь, чугун – обычные сверла не берут. Для их сверления у домашних слесарей большой популярностью пользуются сверла с наконечниками из так называемого победита. Он был получен в России в 1929 году и состоит из 90 % карбида вольфрама и 10 % кобальта. Для этой же цели можно приобрести и алмазное сверло, наконечник которого изготовлен с применением синтетических алмазов, это заметно увеличит скорость сверления металла.

Сверление – это только начальный этап обработки отверстий, за которым последовательно производят: зенкерование, зенкование, развертывание отверстий.

Зенкерование

Зенкерованием обрабатывают просверленные, штампованные и литые отверстия. В ходе этой операции отверстиям придается более правильная геометрическая форма, достигается более высокая точность, снижается шероховатость. Зенкерование может быть как промежуточным этапом обработки отверстий (получистовым, перед развертыванием), так и окончательным (чистовым).

Порядок работы тот же, что и при сверлении, а вот конструкция зенкера несколько отличается от конструкции сверла: он имеет три или четыре режущие кромки, которые позволяют более точно обработать отверстие (рис. 46, в).

Рис. 46. Инструменты для обработки отверстия: а – конические (угловые) зенковки; б – торцовая зенковка (цековка); в – цилиндрический зенкер; г – развертка; 1 – лапки; 2 – хвостовики; 3 – рабочие части; 4 – шейки.

Зенкование

Такую обработку применяют в том случае, если отверстию нужно придать форму конуса, цилиндра или сделать фаску под головку болта, заклепки или винта. Наличие режущих зубьев на торце зенковки обеспечивает точное совпадение осей отверстия и углубления под головку винта (рис. 46, а, б). Порядок работы тот же, что и при сверлении.

Развертывание

Развертывание – это окончательная, чистовая обработка отверстий, при которой достигается высокая точность размеров отверстий, а также удаляется шероховатость их стенок. При предварительной обработке (сверлении и зенкеровании) на стенках отверстий для дальнейшей развертки оставляют припуск около 0,1 мм на каждую сторону (больший припуск приводит к быстрому затуплению режущих кромок инструмента и, как следствие, к увеличению шероховатости стенок отверстия). Производится развертка на сверлильных станках или вручную.

Инструмент для развертывания отверстий – развертка (рис. 46, г). Ручные развертки на своей хвостовой части имеют квадратный конец для вращение их с помощью воротка. На машинных развертках хвостовик конусный.

Для обработки конических отверстий используют комплект конических разверток из трех штук: черновой (обдирочной), промежуточной и чистовой. Гладкие цилиндрические отверстия обрабатывают развертками с прямыми канавками. Если же в отверстии имеется шпоночный паз, то для его развертывания применяют инструменты со спиральными канавками.

Последовательность действий при ручном развертывании отверстий (при предварительном и чистовом) следующая:

– установить заготовку с отверстием на верстаке или закрепить в тисках таким образом, чтобы с ней удобно было работать;

– выбрать развертку по размеру (ознакомившись с маркировкой), смазать рабочую ее часть минеральным маслом и вставить ее в отверстие без перекосов (для этого нужно проверить положение развертки относительно оси отверстия угольником);

– надеть на квадрат хвостовика вороток и начинать медленно, без рывков вращать развертку по часовой стрелке с усилием (как бы вкручивая развертку в отверстие). Вращение развертки в обратном направлении запрещено! Это может вызвать задиры на поверхности стенок отверстия;

– периодически развертку следует извлекать из отверстия для удаления стружки и повторного смазывания минеральным маслом;

– завершать операцию развертывания необходимо: при обработке цилиндрических отверстий – когда 3/4 рабочей части развертки выйдет из отверстия с противоположной стороны; при обработке конических отверстий – по положению предельных рисок конического калибра;

– если обрабатываемое отверстие имеет большую глубину или находится в труднодоступном месте, то на квадрат хвостовика нужно надеть удлинитель, а уже на него – вороток (рис. 47).

Рис. 47. Приемы развертывания: а – установка развертки и воротка; б – развертка с удлинителем.

Если обработка отверстий выполняется механическим способом – на сверлильном станке, то предпочтительнее производить полную последовательную обработку (сверление, зенкерование, развертывание) за одну установку заготовки. Установка заготовки: сверление – замена сверла на зенкер – зенкерование – замена зенкера на развертку – развертывание. При этом одновременно с заменой режущего инструмента производят и перенастройку скорости вращения шпинделя станка: для зенкерования она должна быть 60–100 об/мин, для развертывания – не более 50 об/мин.

При развертывании нужно применять охлаждающие жидкости: для стали и ковкого чугуна – минеральные масла, для меди – эмульсию, для алюминия – скипидар с керосином.

Нарезание резьбы

В слесарно-сборочных работах, пожалуй, самое распространенное соединение – резьбовое, поэтому каждый слесарь должен не только уметь нарезать резьбу, но также знать, для какого вида соединений предназначен тот или иной ее вид.

Нарезанием называется образование резьбы путем снятия стружки (а также путем пластической деформации – накаткой) на наружных или внутренних поверхностях. Нарезание винтовой резьбы – одна из распространенных слесарных операций. Стержень с наружной резьбой называется болтом, а деталь с внутренней резьбой – гайкой.

Резьбы бывают однозаходные, образованные одной винтовой линией (ниткой), и многозаходные, образованные двумя или более нитками. По направлению винтовой линии резьбы подразделяют на правые и левые.

Шагом резьбы называют расстояние между двумя одноименными точками соседних профилей резьбы, измеренное параллельно оси резьбы.

Наружный диаметр – наибольшее расстояние между двумя крайними наружными точками, измеренное в направлении, перпендикулярном к оси резьбы.

Внутренний диаметр – наименьшее расстояние между крайними внутренними точками резьбы, измеренное в направлении, перпендикулярном к оси.

По форме профиля резьбы подразделяют на треугольные (универсальные); трапециевидные и прямоугольные, предназначенные для деталей, передающих движение (ходовые винты, винты суппортов станков и пр.); упорные, необходимые в механизмах, которые работают под большим односторонним давлением (например, в прессах); круглые – очень износостойкие независимо от условий эксплуатации, чаще всего используются при монтаже водопроводной арматуры (рис. 48).

Рис. 48. Виды резьбы: а – треугольная; б – трапециевидная; в – прямоугольная; г – упорная; д – круглая; е – правая; ж – левая.

Нарезание резьбы, как, впрочем, и практически любую слесарную операцию, можно осуществлять вручную или механическим способом. Наш дальнейший разговор будет затрагивать преимущественно ручной способ выполнения этой операции.

Нарезание внутренней резьбы предваряется сверлением отверстия и его зенкованием, и очень важно правильно выбрать сверло нужного диаметра. Его приближенно можно определить по формуле:

d св = D – P,

где d св – необходимый диаметр сверла, мм;

D – наружный диаметр резьбы, мм;

P – шаг нитей резьбы, мм.

Если диаметр сверла выбран неправильно, то не избежать дефектов: при диаметре отверстия больше требуемого резьба не будет иметь полного профиля; при меньшем размере отверстия будет затруднен вход в него метчика, что приведет либо к срыву резьбы, либо к заклиниванию и поломке метчика.

Алгоритм нарезания внутренней резьбы такой:

– разметить заготовку и либо установить ее на верстаке, либо закрепить в тисках;

– просверлить отверстие (сквозное или на нужную глубину) и зенковать его приблизительно на 1 мм зенковкой 90 или 120°;

– очистить отверстие от стружки;

– подобрать черновой метчик нужного диаметра (см. рис. 8, а, б), с нужным шагом и видом резьбы, смазать его рабочую часть маслом и установить его заборной частью в отверстие, проверить его положение относительно оси отверстия с помощью угольника, надеть на квадрат хвостовика вороток и медленно, без рывков вращать метчик по часовой стрелке до врезания его в металл заготовки на несколько ниток;

– дальнейшее вращение метчика должно быть таким: один-два оборота по часовой стрелке, затем 1/2 оборота против часовой стрелки (для дробления стружки). При этом по часовой стрелке метчик вращают с нажимом вниз, а против – свободно;

– нарезание резьбы производить до полного входа рабочей части метчика в отверстие;

– вывернуть черновой метчик из отверстия и продолжить нарезание резьбы средним, а затем чистовым метчиком (чистовой метчик вворачивать в отверстие нужно без воротка. Вороток надевается на его хвостовик уже тогда, когда метчик правильно пройдет по резьбе).

Порядок нарезания резьбы в глухих отверстиях имеет некоторые особенности: во-первых, глубину отверстия под глухую резьбу нужно сверлить на 5–6 ниток резьбы больше, чем это предусмотрено по чертежу; во-вторых, после серии двух-трех рабочих и обратных оборотов метчик следует выворачивать из отверстия и очищать полость отверстия от стружки.

Качество нарезанной резьбы проверяется визуально: чтобы не было задиров, сорванных ниток, а точность резьбы можно проверить с помощью резьбовых калибров-пробок для сквозных отверстий и контрольного болта для глухих.

Главной причиной брака деталей при нарезании внутренней резьбы является поломка метчика в результате неправильного его подбора или несоблюдения техники нарезания. При этом в отверстии остаются осколки метчика. Извлечь их можно несколькими способами.

Во-первых, если осталась выступающая часть метчика, то ее можно захватить плоскогубцами или ручными тисочками и вывернуть из отверстия.

Во-вторых, если выступающая часть отсутствует, то в канавки можно вставить трехштырьковую вилку и, вращая ее против часовой стрелки, выкрутить метчик.

И в первом, и во втором случае, прежде чем приступить к извлечению осколков метчика, в отверстие по канавкам следует залить керосин.

В-третьих, если метчик сделан из углеродистой стали, то деталь (вместе с осколками) нужно нагреть докрасна, медленно охладить, высверлить в обломке отверстие, в которое вкрутить специальный конусообразный метчик с левой резьбой, и осторожно выкрутить осколки сломанного метчика.

В-четвертых, если нагреть деталь не представляется возможным (например, деталь слишком большая), то к сломанному метчику можно приварить электрод или отломанный хвостовик и выкрутить осколки.

В-пятых, имеется химический способ удаления осколков. Если деталь, в которой нарезалась резьба, сделана из алюминиевого сплава, то осколки можно вытравить раствором азотной кислоты: в отверстие через канавки метчика заливают кислоту и опускают туда кусочек железной проволоки (железо в данном случае играет роль катализатора). Через 8–10 минут отработанную кислоту удаляют пипеткой, заливают новую порцию и так до полного разрушения металла метчика, после этого отверстие промывают. Процесс этот довольно длительный, занимает несколько часов, но в этом случае деталь не получает дефектов, и после извлечения осколков она пригодна для дальнейшего использования.

При нарезании наружной резьбы важно выбрать диаметр стержня, на котором и будет производиться нарезание. При неправильном подборе здесь так же, как и в случае с внутренней резьбой, возможны дефекты: диаметр стержня меньше требуемого приводит к тому, что резьба получается неполного профиля; при нарезании резьбы на стержне с диаметром больше необходимого из-за большого давления на зубья плашки возможны либо срыв резьбы, либо поломка зубьев плашки. Чтобы не ошибиться в подборе диаметра стержня, нужно знать простое правило: его диаметр должен быть на 0,1 мм меньше наружного диаметра резьбы.

Порядок нарезания наружной резьбы следующий:

– выбрать заготовку нужного диаметра, закрепить ее в тисках и на конце заготовки, предназначенном для нарезания резьбы, снять фаску шириной 2–3 мм;

– плашку (круглую или раздвижную) закрепить в воротке-плашкодержателе упорными винтами таким образом, чтобы маркировка на плашке находилась на наружной стороне (см. рис. 8, в, г, д, е, ж);

– конец стержня (заготовки) смазать машинным маслом и строго под углом 90° наложить на него плашку (маркировка на плашке должна оказаться снизу);

– с усилием прижимая плашку к заготовке, вращать рукоятку плашкодержателя по часовой стрелке до прорезания резьбы на нужную длину. Вращательные движения осуществлять в таком порядке: один-два оборота – по часовой стрелке, 1/2 оборота – против;

– после нарезания резьбы на нужное расстояние плашку снять с заготовки обратными вращательными движениями.

При нарезании резьбы на трубах, предназначенных для прокладки трубопроводов, порядок вращательных движений плашкодержателя имеет одну особенность. В начале резьбы, как обычно, один-два оборота вперед (по часовой стрелке) и 1/2 оборота назад (против часовой стрелки), а при прорезании последних нескольких ниток обратное вращение производить не следует. Нарезанная таким образом резьба имеет так называемый сбег, то есть последние нитки резьбы прорезаются на меньшую глубину, что способствует лучшему запиранию трубопровода.

Чтобы нарезать резьбу определенной, фиксированной длины, можно действовать двумя способами. Или периодически производить замеры нарезанной резьбы измерительными инструментами, или использовать плашкодержатель с направляющим фланцем и втулкой: плашкодержатель надеть на заготовку до упора плашки, втулку выкрутить на требуемую длину резьбы и закрепить; при вращательных движениях плашкодержателя фланец будет навинчиваться на втулку, увлекая за собой плашку.

Если необходимо нарезать особо точную наружную резьбу на цилиндрической заготовке диаметром от 4 до 42 мм и с шагом от 0,7 до 2 мм, то вместо обычных можно использовать резьбонакатные плашки (рис. 49).

Рис. 49. Резьбонакатная плашка: 1 – корпус; 2 – накатные ролики с резьбой.

Помимо того, что такие плашки дают более чистую резьбу, она получается к тому же и более прочной (волокна металла при такой операции не срезаются, а подвергаются пластической деформации и как бы спрессовываются).

Качество нарезанной наружной резьбы проверяют внешним осмотром на предмет обнаружения сорванных ниток или задиров. Для проверки точности резьбы используют контрольную гайку: она должна навинчиваться без усилий, но не иметь люфта (качания).

Слесарно-сборочные работы. Виды соединений

Все виды соединений деталей, используемые в слесарно-сборочных работах, подразделяются на две основные группы: разъемные и неразъемные. Разъемные соединения – те, которые могут быть разобраны на составляющие детали. В эту группу включены резьбовые, шпоночные, шлицевые, штифтовые и клиновые соединения. Неразъемные, соответственно, те соединения, разборка которых возможна лишь при разрушении крепления или самих деталей. В этой группе прессовые, заклепочные, сварные и клеевые соединения.

Сборка резьбовых соединений

При попытке разобрать какой-либо механизм или слесарное сооружение, будь то двигатель стиральной машины или объект сантехнического оборудования, можно заметить, что большую часть всех соединений деталей составляют именно резьбовые. И это не случайно: резьбовые соединения просты, надежны, взаимозаменяемы, их удобно регулировать.

Процесс сборки любого резьбового соединения включает в себя следующие операции: установка деталей, наживление, завинчивание, затяжка, иногда дотяжка, по необходимости установка стопорных деталей и приспособлений, предохраняющих от самоотвинчивания.

При наживлении ввертываемая деталь должна быть подведена к резьбовому отверстию до совпадения осей и вкручена в резьбу на 2–3 нитки. Каждый, кому приходилось работать с мелкими винтами, знает, как неудобно бывает держать винт в труднодоступных местах, например снизу. Профессионалы в таких случаях применяют магнитные и другие специальные отвертки. Но если их нет, отчаиваться и клясть неподатливый винт крепкими словами не стоит, задачу можно решить с помощью нехитрого приспособления, которое легко изготавливается буквально за несколько секунд. Из тонкой мягкой проволоки нужно сделать небольшой крючок и поддерживать им винт, пока он не войдет в резьбовое отверстие на несколько ниток. Затем нужно просто потянуть за проволоку – петля раскроется и освободит винт для дальнейшего ввинчивания инструментом.

После наживления на деталь устанавливают сборочный инструмент (ключ или отвертку) и сообщают ей вращательные движения (завинчивают). Завинчивание завершают затяжкой, которая создает неподвижность соединения.

Дотяжку производят в том случае, когда деталь крепится несколькими болтами (винтами). Например, при креплении головки блока цилиндров (в двигателе автомобиля), болты ввинчиваются без предварительной затяжки, а после того как они установлены все, производят дотяжку. Это осуществляется в определенном порядке – по так называемому методу спирали (рис. 50).

Рис. 50. Схема возможной последовательности затяжки (дотяжки) болтов (винтов, гаек).

Резьбовые соединения в механизмах, подвергающихся в процессе эксплуатации действию пульсирующей нагрузки (вибрации), зачастую сами отвинчиваются, что может явиться причиной аварии. Поэтому при сборке таких механизмов прибегают к стопорению резьбовых соединений.

Самый простой, достаточно надежный и не требующий каких-то специальных приспособлений способ стопорения – это стопорение контргайкой. Ее навинчивают после затяжки основной крепежной гайки и затягивают до полного соприкосновения с ее торцом. Механизм стопорения при таком способе основан на увеличении поверхностей трения в резьбе и на поверхностях гаек.

Широко распространено также стопорение стопорными шайбами (рис. 51).

Рис. 51. Способы стопорения резьбовых соединений: а – стопорной шайбой; б – пробкой; в – проволокой; г – сваркой или накерниванием.

Такая шайба имеет либо носик, который отгибают на грань гайки после ее затяжки, либо лапку, которая вставляется в специально просверленное отверстие в корпусе детали. Винты (болты) с открытыми головками можно застопорить проволокой. Отверстия в головках винтов (болтов) под проволоку в этом случае просверливаются до установки их в узел. Проволоку в отверстия следует вводить таким образом, чтобы натяжение ее концов создавало завинчивающий момент.

Стопорение сваркой или накерниванием, по сути, превращает разъемное соединение в неразъемное.

Довольно часто в резьбовых соединениях используют шпильки, которые, в отличие от болта или винта, не имеют головки. Для того чтобы обеспечить плотную посадку шпильки в тело детали, можно воспользоваться одним из предложенных способов: натяг шпильки образуется за счет сбега резьбы (см. главу о нарезании наружной резьбы) либо обеспечивается тугой резьбой с натягом по среднему диаметру витков. Если корпус детали сделан из материала менее прочного, чем шпилька, то используют спиральную вставку из стальной проволоки ромбического сечения: ее вводят в резьбу корпуса детали до ввинчивания шпильки. Этот способ не только повышает прочность и износостойкость соединения (за счет увеличения в корпусной детали поверхности среза резьбы), но и способствует плотной посадке шпильки. Для образования герметичного, гидронепроницаемого соединения между соединяемыми деталями ставят прокладку из легко деформирующегося материала (медно-асбестовую, паронитовую и пр.).

В некоторых случаях требуется получить соединение особой прочности, которой невозможно добиться, применяя обычные болты из низкосортного металла, так как они просто ломаются под большими поперечными нагрузками. Покупать специальные высокопрочные болты дорого, да и не всегда их разыщешь в магазинах. В таких случаях можно перед сборкой нанести на поверхности деталей, которые будут соприкасаться, клеевую прослойку из эпоксидной смолы. Соединение получится весьма прочным даже при использовании обычных дешевых болтов.

Сборка шпоночно-шлицевых соединений

Другим видом неподвижных разъемных соединений являются шпоночно-шлицевые, которые образуются стержнями – шпонками. Шпоночные соединения используются в основном в механизмах для передачи крутящего момента. В зависимости от нагрузки на такие соединения и условий работы механизма используются шпонки клиновые, призматические и сегментные (рис. 52).

Рис. 52. Разновидности шпоночных соединений: а – клиновой шпонкой.

Рис. 52 (продолжение). Разновидности шпоночных соединений: б – призматической шпонкой; в – сегментной шпонкой; г – шлицевое; д – штифтовое.

Рис. 52 (продолжение). Разновидности шпоночных соединений: е – правильно собранное соединение; ж – дефект увеличенного зазора; з – дефект от перекоса оси шпоночного паза.

Как правило, такое соединение состоит из вала, шпонки и колеса или втулки.

Разновидностью шпоночных соединений является шлицевое, когда шпонка составляет с валом одно целое. Благодаря тому что в этом соединении участвуют не три, а две детали, соединение получается более точным.

При сборке шпоночных соединений вместо шпонки возможно использование штифта. Штифтовое соединение более технологично (что обеспечивается взаимозаменяемостью деталей), но требует дополнительной обработки: в охватывающей детали и на валу необходимо совместно просверлить и развернуть конусной разверткой отверстие под штифт.

Последовательность сборки шпоночного соединения следующая: вал закрепляют в тиски, в паз вала устанавливают шпонку и надевают охватывающую деталь. При этом соединение шпонки с валом должно быть плотным (шпонку устанавливают в паз вала с натягом), в паз же ступицы шпонка устанавливается более свободно.

Когда осуществляется монтаж охватывающей детали (колеса, втулки и пр.) на вал, необходимо проследить, чтобы совпадали оси вала и детали. Неправильное шпоночное соединение приводит к деформации и разрушению шпонки. Основной причиной такого дефекта является увеличенный зазор или перекос оси шпоночного паза. Во избежание дефектов соединений осуществляют пригонку паза шабрением, а также приводят в соответствие размеры пазов и шпонки и контролируют перекосы осей.

Паяные соединения. Лужение

Пайка позволяет соединять в единое изделие элементы из разных металлов и сплавов, обладающих различными физико-механическими свойствами. Например, методом пайки можно соединять малоуглеродистые и высокоуглеродистые стали, чугунные детали со стальными, твердый сплав со сталью и т. д. Особо следует отметить возможность соединения путем пайки деталей из алюминия и его сплавов. Широко применяется метод напайки пластинок твердого сплава к державкам при изготовлении режущего инструмента.

В условиях домашней мастерской пайка – самый доступный вид образования неподвижных неразъемных соединений. При пайке в зазор между нагретыми деталями вводится расплавленный присадочный металл, называемый припоем. Припой, имеющий более низкую температуру плавления, чем соединяемые металлы, смачивая поверхность деталей, соединяет их при охлаждении и затвердевании. В процессе пайки основной металл и припой, взаимно растворяясь друг в друге, обеспечивают высокую прочность соединения, одинаковую (при качественном выполнении пайки) с прочностью целого сечения основной детали.

Процесс пайки отличается от сварки тем, что кромки соединяемых деталей не расплавляются, а только нагреваются до температуры плавления припоя.

Для осуществления паяных соединений необходимы: паяльник электрический или с непрямым подогревом, паяльная лампа, припой, флюс.

Мощность электрического паяльника зависит от размера соединяемых деталей, от материала, из которого они изготовлены. Так, для паяния медных изделий небольших размеров (например, проволоки сечением в несколько квадратных миллиметров) достаточно мощности 50–100 Вт, при пайке электронных приборов мощность электрического паяльника должна быть не более 40 Вт, а напряжение питания – не более 40 В, для пайки крупных деталей необходима мощность в несколько сот ватт.

Паяльная лампа используется для нагрева паяльника с непрямым подогревом и для прогрева паяемых деталей (при большой площади пайки). Вместо паяльной лампы можно использовать газовую горелку – она более производительна и надежна в эксплуатации.

В качестве припоя чаще всего используются оловянно-свинцовые сплавы, имеющие температуру плавления 180–280 °C. Если к таким припоям добавить висмут, галлий, кадмий, то получаются легкоплавкие припои с температурой плавления 70–150 °C. Эти припои актуальны для пайки полупроводниковых приборов. При металлокерамической пайке в качестве припоя используется порошковая смесь, состоящая из тугоплавкой основы (наполнителя) и легкоплавких компонентов, которые обеспечивают смачивание частиц наполнителя и соединяемых поверхностей. В продаже имеются и сплавы в виде брусков или проволоки, которые представляют собой симбиоз припоя и флюса.

Использование в процессе пайки флюсов основано на их способности предотвращать образование на поверхностях деталей окисной пленки при нагреве. Они также снижают поверхностное натяжение припоя. Флюсы должны отвечать следующим требованиям: сохранение стабильного химического состава и активности в интервале температур плавления припоя (то есть флюс под действием этих температур не должен разлагаться на составляющие), отсутствие химического взаимодействия с паяемым металлом и припоем, легкость удаления продуктов взаимодействия флюса и окисной пленки (промывкой или испарением), высокая жидкотекучесть. Для пайки различных металлов характерно использование определенного флюса: при пайке деталей из латуни, серебра, меди и железа в качестве флюса применяется хлористый цинк; свинец и олово требуют стеариновой кислоты; для цинка подходит серная кислота. Но существуют и так называемые универсальные припои: канифоль и паяльная кислота.

Детали, которые предполагается соединить методом пайки, следует должным образом подготовить: очистить от грязи, удалить напильником или наждачной бумагой окисную пленку, образующуюся на металле под воздействием воздуха, протравить кислотой (стальные – соляной, из меди и ее сплавов – серной, сплавы с большим содержанием никеля – азотной), обезжирить тампоном, смоченным в бензине, и только после этого приступать непосредственно к процессу пайки.

Нужно нагреть паяльник. Нагрев проверяется погружением носика паяльника в нашатырь (твердый): если нашатырь шипит и от него идет сизый дым, то нагрев паяльника достаточный; ни в коем случае нельзя перегревать паяльник. Носик его при необходимости следует очистить напильником от окалины, образовавшейся в процессе нагревания, погрузить рабочую часть паяльника во флюс, а затем в припой так, чтобы на носике паяльника остались капельки расплавленного припоя, прогреть паяльником поверхности деталей и облудить их (то есть покрыть тонким слоем расплавленного припоя). После того как детали немного остынут, плотно соединить их между собой; снова прогреть место пайки паяльником и заполнить зазор между кромками деталей расплавленным припоем.

Если необходимо соединить методом пайки большие поверхности, то поступают несколько иначе: после прогревания и облуживания места спайки зазор между поверхностями деталей заполняют кусочками холодного припоя и одновременно прогревают детали и расплавляют припой. В этом случае рекомендуется периодически обрабатывать носик паяльника и место пайки флюсом.

О том, что паяльник перегревать недопустимо, уже говорилось, а почему? Дело в том, что перегретый паяльник плохо удерживает капельки расплавленного припоя, но не это главное. При очень высоких температурах припой может окислиться и соединение получится непрочным. А при пайке полупроводниковых приборов перегрев паяльника может привести к их электрическому пробою, и приборы выйдут из строя (именно поэтому при пайке электронных приборов используют мягкие припои и воздействие разогретого паяльника на место пайки ограничивают 3–5 секундами).

Когда место спайки полностью остынет, его очищают от остатков флюса. Если шов получился выпуклым, то его можно выровнять (например, напильником).

Качество пайки проверяют: внешним осмотром – на предмет обнаружения непропаянных мест, изгибом в месте спая – не допускается образование трещин (проверка на прочность); паяные сосуды проверяют на герметичность заполнением водой – течи не должно быть.

Существуют способы пайки, при которых используется твердый припой – медно-цинковые пластины толщиной 0,5–0,7 мм, или прутки диаметром 1–1,2 мм, или смесь опилок медно-цинкового припоя с бурой в соотношении 1: 2. Паяльник в этом случае не используется.

Первые два способа основаны на применении пластинчатого или пруткового припоя. Подготовка деталей к паянию твердым припоем аналогична подготовке к пайке с использованием мягкого припоя.

Далее на место спайки накладываются кусочки припоя и спаиваемые детали вместе с припоем скручиваются тонкой вязальной стальной или нихромовой проволокой (диаметром 0,5–0,6 мм). Место паяния посыпается бурой и нагревается до ее плавления. Если припой не расплавился, то место паяния посыпается бурой вторично (без удаления первой порции) и нагревается до расплавления припоя, который заполняет зазор между спаиваемыми деталями.

При втором способе место паяния нагревают докрасна (без кусочков припоя), посыпают бурой и подводят к нему пруток припоя (продолжая нагрев): припой при этом плавится и заполняет щель между деталями.

Еще один способ пайки основан на применении в качестве припоя порошкообразной смеси: подготовленные детали нагревают в месте пайки докрасна (без припоя), посыпают смесью буры и опилок припоя и продолжают нагревать до плавления смеси.

После паяния любым из трех предложенных способов спаянные детали охлаждают и очищают место пайки от остатков буры, припоя и вязальной проволоки. Проверку качества паяния производят визуально: для обнаружения непропаянных мест и прочности слегка постукивают спаянными деталями по массивному предмету – при некачественной пайке в шве образуется излом.

Разновидности паяных соединений показаны на рис. 53.

Рис. 53. Конструкции паяных соединений: а – внахлестку; б – с двумя нахлестками; в – встык; г – косым швом; д – встык с двумя нахлестками; е – в тавр.

Лужение

В большинстве случаев детали сначала подвергают лужению, что облегчает последующую пайку. Схема процесса лужения показана на рис. 54.

Рис. 54. Схема лужения паяльником: 1 – паяльник; 2 – основной металл; 3 – зона сплавления припоя с основным металлом; 4 – флюс; 5 – поверхностный слой флюса; 6 – растворенный окисел; 7 – пары флюса; 8 – припой.

Однако лужение можно использовать не только как один из этапов паяния, но и как самостоятельную операцию, когда вся поверхность металлического изделия покрывается тонким слоем олова для придания ему декоративных и дополнительных эксплуатационных качеств.

В этом случае покрывающий материал носит название не припоя, а полуды. Чаще всего лудят оловом, но в целях экономии в полуду можно добавить свинец (не более трех частей свинца на пять частей олова). Добавление в полуду 5 % висмута или никеля придает луженым поверхностям красивый блеск. А введение в полуду такого же количества железа делает ее более прочной.

Кухонную утварь (посуду) можно лудить только чисто оловянной полудой, добавление в нее различных металлов опасно для здоровья!

Полуда хорошо и прочно ложится только на идеально чистые и обезжиренные поверхности, поэтому изделие перед лужением необходимо тщательно очистить механическим способом (напильником, шабером, шлифовальной шкуркой до равномерного металлического блеска) либо химическим – подержать изделие в кипящем 10 %-ном растворе каустической соды в течение 1–2 минут, а затем поверхность протравить 25 %-ным раствором соляной кислоты. В конце очистки (независимо от способа) поверхности промывают водой и сушат.

Сам процесс лужения можно осуществлять методом растирания, погружения или гальваническим путем (при таком лужении необходимо использование специального оборудования, поэтому гальваническое лужение на дому, как правило, не осуществляется).

Метод растирания заключается в следующем: подготовленную поверхность покрывают раствором хлористого цинка, посыпают порошком нашатыря и нагревают до температуры плавления олова.

Затем следует приложить оловянный пруток к поверхности изделия, распределить олово по поверхности и растереть чистой паклей до образования равномерного слоя. Необлуженные места пролудить повторно. Работу следует выполнять в брезентовых рукавицах.

При методе лужения погружением олово расплавляют в тигле, подготовленную деталь захватывают щипцами или плоскогубцами, погружают на 1 минуту в раствор хлористого цинка, а затем на 3–5 минут в расплавленное олово. Извлекают деталь из олова и сильным встряхиванием удаляют излишки полуды. После лужения изделие следует охладить и промыть водой.

Сварочные работы

Для создания неподвижных неразъемных соединений широко применяются также сварочные работы, посредством которых между соединяемыми деталями устанавливается межатомная связь.

В зависимости от формы энергии, используемой при образовании сварного соединения все виды сварки делятся на три класса: термический, термомеханический и механический (табл. 1).

Таблица 1. Классификация видов cварки

Конечно, далеко не все виды сварки можно осуществить в домашней мастерской. Для большинства из них нужно сложное оборудование. Поэтому более подробно рассмотрим те виды сварки, которые наиболее доступны для домашнего мастера.

Но прежде о подготовке деталей, которые предназначены для соединения сваркой: замасленные места нужно промыть раствором каустической соды, а затем теплой водой, места сварки обработать напильником и органическим растворителем, кромки опилить или отфрезеровать для образования фаски.

Чаще всего в бытовых условиях применяется газовая сварка (рис. 55, а). Принцип газовой сварки заключается в следующем: газ (ацетилен), сгорая в атмосфере, образует пучок пламени, которое расплавляет присадочный материал – проволоку или пруток. Расплавленный пруток заполняет зазор между кромками деталей, в результате чего образуется сварной шов. Газовой сваркой можно сваривать как металлы, так и пластмассу.

Рис. 55. Виды сварки: а – газовая: 1 – присадочный материал; 2 – сварочная горелка; б – дуговая электросварка плавящимся электродом: 1 – плавящийся электрод; 2 – электрододержатель; в – дуговая электросварка неплавящимся электродом: 1 – электрододержатель; 2 – неплавящийся электрод, 3 – присадочный материал; г – схема сварки взрывом: 1, 2 – свариваемые пластины; 3 – заряд взрывчатого вещества; 4 – электродетонатор.

Так же широко распространена дуговая электросварка (рис. 55 б, в). Ее можно производить как плавящимся электродом, так и неплавящимся – угольным или вольфрамовым (в этом случае в зону плавящей дуги дополнительно вводят присадочный материал).

Средне-, высокоуглеродистые и легированные стали относятся к разряду металлов, обладающих ограниченной свариваемостью. Чтобы избежать трещин при сваривании деталей из этих материалов, их предварительно нагревают до температуры 250–300 °C. Детали из листовой стали толщиной до 3 мм можно сваривать газовой сваркой.

Схема сварки взрывом представлена на рис. 55, г: одну из свариваемых пластин неподвижно устанавливают на основании, над ней на высоте h помещают вторую пластину, на которую укладывают заряд взрывчатого вещества. Электродетонатором взрывают заряд, в результате чего детонационная волна, имеющая высокую скорость и большое давление, сообщает второй пластине скорость соударения. В момент соприкосновения пластин происходит их сваривание.

Остальные виды сварок в домашних условиях провести затруднительно (устройства для диффузионной, лазерной, электронно-лучевой и прочих видов сварки не так широко доступны, как сварочные аппараты для дуговой или газовой).

Сборка заклепочных соединений

Если сборочная единица (узел соединения) в процессе эксплуатации будет подвергаться большим динамическим нагрузкам и способ соединения пайкой не применим вследствие того, что детали изготовлены из металлов, обладающих плохой свариваемостью, то в этих случаях применяют заклепочные соединения.

Заклепка представляет собой металлический стержень круглого сечения, с головкой на конце, которая называется закладной и по форме бывает полукруглой, потайной и полупотайной (рис. 56).

Рис. 56. Виды заклепок: а – с потайной головкой; б – с полукруглой головкой; в – с плоской головкой; г – с полупотайной головкой; д – взрывная заклепка: 1 – углубление, заполненное взрывчатым веществом.

Заклепок сверлят сверлом, имеющим диаметр больше, чем диаметр стержня заклепки. Размеры заклепок зависят от толщины склепываемых деталей.

Саму операцию клепки предваряет подготовка деталей к осуществлению этого вида соединений. Сначала нужно разметить заклепочный шов: если клепка будет происходить внахлестку, то размечается верхняя деталь, для клепки встык размечается накладка.

При этом необходимо соблюдать шаг между заклепками и расстояние от центра заклепки до кромки детали. Так, для однорядкой клепки t = 3d, a = 1,5d, для двухрядной t = 4d, a = 1,5d, где t – шаг между заклепками, a – расстояние от центра заклепки до кромки детали, d – диаметр заклепки.

Далее следует просверлить и прозенковать отверстия под заклепочные стержни. При подборе диаметра сверла следует учесть, что для заклепок диаметром до 6 мм нужно оставить зазор в 0,2 мм, при диаметре заклепки от 6 до 10 мм зазор должен быть 0,25 мм, от 10 до 18 мм – 0,3 мм. При сверлении отверстий необходимо строго соблюдать угол между осью отверстия и плоскостями деталей в 90°.

При прямом методе удары наносятся со стороны замыкающей головки, и для хорошего соприкосновения склепываемых деталей необходимо их плотное обжатие. При обратном методе удары наносятся со стороны закладной головки, и плотное соединение деталей достигается одновременно с образованием замыкающей головки.

Клепку производят в такой последовательности (рис. 57):

– подбирают заклепочные стержни диаметром в зависимости от толщины склепываемых листов:

d = v 2s,

где d – требуемый диаметр, s – толщина склепываемых листов. Длина заклепок должна быть равна суммарной толщине склепываемых деталей плюс припуск для образования замыкающей головки (для потайной – 0,8–1,2 диаметра заклепки, для полукруглой – 1,25–1,5);

– в крайние отверстия клепочного шва вставляют заклепки и опирают закладные головки о плоскую поддержку, если головки должны быть потайные, либо о сферическую, если головки должны быть полукруглые;

– осаживают детали в месте клепки до плотного их прилегания;

– осаживают стержень одной из крайних заклепок бойком молотка и расплющивают носиком молотка;

– далее, если головка должна быть плоской, то бойком молотка выравнивают ее, если полукруглой, то боковыми ударами молотка придают ей полукруглую форму и с помощью сферической обжимки добиваются окончательной формы замыкающей головки;

– аналогичным образом расклепывают вторую крайнюю заклепку, а затем все остальные.

Рис. 57. Последовательность процесса ручной ковки: а – заклепками с потайными головками.

Рис. 57 (продолжение). Последовательность процесса ручной клепки: б – заклепками с полукруглыми головками.

Соединение деталей (преимущественно тонких) в труднодоступных местах производят взрывными заклепками со взрывчатым веществом в углублении (рис. 56, д). Для образования соединения заклепка ставится на место в холодном состоянии, а затем закладная головка подогревается специальным электрическим подогревателем в течение 1–3 секунд до 130 °C, что приводит к взрыву заполняющего заклепку взрывчатого вещества. При этом замыкающая головка получает бочкообразную форму, а ее расширенная часть плотно стягивает склепываемые листы. Этот способ отличается высокой производительностью и хорошим качеством клепки.

Вводить взрывные заклепки в отверстия необходимо плавным нажатием, без ударов. Запрещается снимать лак, разряжать заклепки, подносить их к огню или горячим деталям.

При ручной клепке часто пользуются слесарным молотком с квадратным бойком. Масса молотка для обеспечения качественного соединения должна соответствовать диаметру заклепок. Например, при диаметре заклепок 3–4 мм масса молотка должна быть 200–400 г, а при диаметре 10 мм – 1 кг.

При неправильном подборе диаметра сверла для изготовления отверстия под заклепки, диаметра и длины самой заклепки, при нарушении других условий операции заклепочные соединения могут иметь погрешности (табл. 2).

Таблица2. Брак в заклепочных соединениях и его причины

При обнаружении брака в заклепочных соединениях неправильно поставленные заклепки срубают или высверливают и производят клепку повторно.

Значительно облегчают клепку пневматические клепальные молотки с золотниковым воздухораспределителем. При небольшом расходе сжатого воздуха они отличаются высокой производительностью.

Склеивание

Склеивание деталей – это последний вид сборки неподвижных неразъемных соединений, при котором между поверхностями деталей сборочного узла вводится слой специального вещества, способного неподвижно скреплять их, – клея.

У данного вида соединений имеется ряд преимуществ: во-первых, возможность получения сборочных узлов из разнородных металлов и неметаллических материалов; во-вторых, процесс склейки не требует повышенных температур (как, например, сварка или пайка), следовательно, исключается деформация деталей; в-третьих, устраняется внутреннее напряжение материалов.

В слесарно-сборочных работах обычно используются клеи: ЭДП, БФ-2, 88Н (табл. 3).

Таблица 3. Марка клея и область его применения

Подобно всем другим видам соединений, качество клееных во многом зависит от правильности подготовки поверхностей к процессу склеивания: на них не должно быть пятен грязи, ржавчины, следов жира или масла. Очистку поверхностей осуществляют металлическими щетками, шлифовальными шкурками, материал для удаления жировых и масляных пятен зависит от марки используемого клея: при склеивании деталей клеем 88Н применяется бензин, под клеи ЭДП и БФ-2 – ацетон.

Процесс склеивания деталей состоит из следующих операций:

– подготовить поверхности деталей и выбрать марку клея (см. выше);

– нанести на поверхности в местах соединения первый слой клея (эту операцию можно выполнять кисточкой либо поливом), просушить, нанести второй слой клея, соединить детали и прижать их друг к другу струбцинами (здесь важно следить за точным совпадением деталей и их плотным прилеганием);

– выдержать клееный узел и очистить швы от подтеков клея.

Режим сушки первого слоя клея: ЭДП наносится в один слой и сушки не требует; БФ-2 требует сушки 1 час при температуре 20 °C («до отлипа»); 88Н – 10–15 минут на воздухе. После нанесения второго слоя выдержать 3–4 минуты и только потом соединить детали.

Режим выдержки клееных соединений: при использовании клея ЭДП – 2–3 суток при температуре 20 °C или 1 сутки при температуре 40 °C; клей БФ-2 – 3–4 суток при температуре 16–20 °C или 1 час при температуре 140–160 °C; клей 88Н – 24–48 часов при температуре 16–20 °C под грузом.

При сборках машин и механизмов иногда используют комбинированные клееные соединения – клеесварные: на сопрягаемую поверхность одной из деталей наносят слой клея ВК-9, а вторую деталь приваривают методом точечной сварки по этому слою.

Сборка подвижных узлов механизмов

В конструкциях различных машин и механизмов, которые приходится собирать и ремонтировать слесарю, основным назначением подвижных узлов является преобразование вращательных движений в поступательные и изменение скорости и направления движения. Поэтому и называются такие узлы передачами. Действие механических передач основано на использовании либо зацепления (зубчатые, червячные, цепные), либо силы трения (ременные, фрикционные). Однако и те и другие передачи имеют в конструкциях нечто общее – наличие в своих узлах подшипников (скольжения или качения). Именно с их установки (монтажа) начнется ознакомление с процессом сборки узлов механических передач.

Сборка подшипников скольжения

Основное требование, которое предъявляется к подшипникам скольжения, – это минимальная величина силы трения при равномерно распределенной нагрузке во время работы механизма. Достигнуть этого позволяет сама конструкция подшипника: на опорных поверхностях втулок и вкладышей предусмотрены масляные канавки. Размеры и формы канавок зависят от того, из какого материала они (втулки и вкладыши) изготовлены, какой вид смазки используется и как осуществляется ее подача, каковы величины воспринимаемой узлом нагрузки.

Втулки и вкладыши подшипников скольжения изготавливаются из различных антифрикционных материалов: чугуна, бронзы, латуни, текстолита, капрона. Сами подшипники могут быть разъемными и неразъемными.

Сборка неразъемных подшипников скольжения начинается с запрессовки и закрепления втулки в отверстии корпуса механизма (рис. 58).

Рис. 58. Установка неразъемного подшипника скольжения: а – запрессовка: 1 – втулка; 2 – оправка; 3 – установочный палец; 4 – корпус детали; 5 – место и направление ударов молотка (нажатия штока пресса); б – продольное крепление втулки; в – поперечное крепление втулки.

Запрессовку можно выполнять на прессах и вручную (нас, конечно же, больше интересует второй способ).

Ручная запрессовка втулок подшипников осуществляется в следующем порядке: саму втулку надевают на оправку, которая центрируется (устанавливается по центру) в отверстии установочного пальца; удары молотка по оправке перемещают ее вместе с втулкой по отверстию, и та без перекосов входит в посадочное отверстие детали. Запрессованная втулка крепится в корпусе винтовыми, гладкими или коническими стопорами. Для этого во втулке сверлится сквозное (при поперечном креплении) или глухое (при продольном креплении) отверстие.

Погрешности, допущенные при выборе втулки и ее запрессовке, приводят к быстрому износу подшипников. Поэтому до и после установки подшипника слесарь должен следить за состоянием его опорной поверхности (не должно быть трещин, царапин, отслаивания антифрикционного слоя), за соответствием геометрических размеров втулки и шейки вала, на который подшипник устанавливается, за соосностью втулки и шейки вала.

Разъемный подшипник скольжения состоит из нижнего и верхнего вкладышей, которые устанавливаются в полуотверстия разъемных элементов узла – основания и крышки (рис. 59).

Рис. 59. Разъемный подшипник: а – основные элементы подшипника.

Рис. 59 (продолжение). Разъемный подшипник: б – толстостенный вкладыш; в – тонкостенный вкладыш; г – регулировка радиального зазора прокладками: 1 – прокладка.

Разъемные подшипники могут быть толстостенными (отношение толщины стенки к наружному диаметру подшипника находится в пределах 0,065–0,095) и тонкостенными (отношение в пределах 0,025–0,045). Тонкостенные подшипники обычно изготавливаются из малоуглеродистой стали, поэтому после установки такой подшипник заливают антифрикционным материалом (баббитом или свинцовой бронзой) с последующей обработкой отверстия. Толщина слоя заливки соотносится с внутренним диаметром подшипника: t = 0,01d, где t – толщина заливочного слоя, d – внутренний диаметр подшипника.

Вкладыши толстостенных подшипников устанавливаются в полуотверстия основания и крышки с небольшим зазором. Чтобы избежать их смещения при монтаже, используют установочные штифты, которые крепят в корпусе подшипника с натягом 0,04–0,07 мм, при этом отверстие под штифт во вкладыше сверлят с учетом необходимого зазора в 0,1–0,3 мм между стенками отверстия и штифтом. Отверстия эти должны иметь овальную форму, что позволяет вкладышу самостоятельно центрироваться в случае перекоса.

Тонкостенные подшипники обычно не стопорятся, а удерживаются от осевого смещения фиксирующими усами, которые являются составной частью вкладышей. Вкладыши таких подшипников взаимозаменяемы, а посадочные гнезда под них обрабатывают с повышенной точностью.

Сборка разъемных подшипников даже в серийном производстве выполняется с подгонкой (что уж говорить о единичной сборке в условиях домашней мастерской). После того как вкладыши установлены в посадочные гнезда корпуса и крышки, их поверхности пришабривают по шейкам вала (с контролем на краску). Окончательную подгонку вкладышей осуществляют в ходе проверочной установки крышки подшипника: затягивают гайки первого подшипника, проворачивают вал на 2–3 оборота, отпускают гайки первого и затягивают гайки второго подшипника, вал снова проворачивают и так далее, если в сборочном узле более двух подшипников.

По тому, как вращается вал, можно уже сказать о качестве сборки подшипников: если вал проворачивается с трудом, значит, зазор между подшипником и шейкой вала имеет размер меньше необходимого, это может быть вызвано перекосом в соосности подшипников или ошибками в диаметральных размерах. Во избежание сбоев в работе всего механизма в целом собранные подшипники контролируют на отклонения от соосности, а также проверяют радиальные и осевые зазоры.

Отклонения от соосности можно проверить с помощью контрольного или макетного вала и щупа, проверочной линейки, струны и штихмаса или электрическим способом. Самый простой и, соответственно, самый приемлемый для домашней мастерской способ контроля – это использование струны, натянутой по оси вала, или проверочной линейки, также расположенной по оси вала. Однако такой способ не дает необходимой точности, поскольку точность измерения зависит от определения момента касания струны головкой штихмаса. Увеличить точность измерения можно, включив струну в цепь низкого напряжения, тогда момент касания будет устанавливаться по загоранию лампочки. Самые точные показания отклонения соосности может дать использование контрольного или макетного вала: при совпадении осей установленных подшипников вал в отверстие входит свободно, а при их перекосе не входит.

Для проверки радиального зазора чаще всего используют свинцовую проволоку диаметром на 0,2–0,3 мм больше возможного зазора: кусочки проволоки закладывают в нескольких местах между вкладышем и шейкой вала и в местах разъема вкладышей. Когда крышку подшипника затягивают гайками, а вал проворачивают на один оборот, проволока деформируется, и по ее толщине после извлечения из узла судят о величине зазора. Радиальный зазор в подшипнике (он еще называется масляным) зависит от диаметра шейки вала (D) и приближенно должен быть равен 0,001D + 0,05 мм. При необходимости радиальные зазоры можно отрегулировать (увеличить) с помощью прокладок, которые устанавливаются на штифтах.

После окончательной сборки, контроля и регулировки подшипников в них устанавливают вал и при медленном его вращении с подачей смазочного материала прирабатывают вкладыши. В процессе приработки уплотняется их поверхностный слой за счет уменьшения шероховатости и увеличивается площадь контакта шейки вала и вкладышей. При этом следует проконтролировать температуру нагрева подшипников: слишком резкое ее увеличение свидетельствует о некачественной сборке всего узла.

Сборка узлов с подшипниками качения

При сборке механических передач более широко, чем подшипники скольжения, используются подшипники качения: шарико– и роликоподшипники (игольчатые и конические). Основное назначение подшипников в сборочном узле – воспринимать радиальные и осевые нагрузки на вал и перераспределять их на корпус и станину механизма. В зависимости от направления действия этих нагрузок подшипники подразделяются на радиальные, радиально-упорные и упорные. Методы их установки имеют некоторые различия.

Но сначала о том, как правильно подготовить подшипники к установке. Первоначально подшипники нужно расконсервировать, то есть снять с их поверхности заводскую предохранительную смазку, очистить, затем промывать 5–20 минут в горячем масле, или горячем антикоррозионном растворе (температура масла или раствора – 75–80 °C), или бензине (керосине), разумеется без подогрева. Промывку следует осуществлять таким образом, чтобы избежать контакта подшипников с осевшей на дно промывочной ванны грязью, для чего их следует поместить в корзину из проволоки и в ходе промывки периодически встряхивать. Чистые подшипники тщательно просушить. Теперь следует произвести предварительный контроль качества подшипников: они не должны иметь видимые дефекты, вращение их должно быть плавным, без толчков. В завершение подготовки подшипники подгоняют под посадочные места, а также покрывают посадочные места вала, корпуса и подшипника тонким слоем рабочей смазки (литолом, циатимом, в крайнем случае солидолом).

Шариковые подшипники устанавливают по двум неподвижным посадкам: внутреннее кольцо на вал, а наружное в отверстие корпуса. Крупногабаритные подшипники запрессовывают в подогретом виде гидравлическим прессом – метод практически неосуществимый в условиях домашней мастерской.

Мелкие и средние подшипники запрессовывают на неподвижный вал вручную или на прессах в холодном состоянии (рис. 60).

Рис. 60. Установка шарикоподшипников: а – запрессовка подшипника на вал; б – запрессовка подшипника одновременно на вал и в отверстие корпуса; 1 – подшипник; 2 – вал; 3 – молоток или ручной пресс; 4 – оправка; 5 – оправка с буртиком; 6 – корпус; в – фиксация подшипника пружинными кольцами; г – щипцы для разводки концов пружинных колец.

При этом следует обеспечить соосность вала и подшипника, для чего используется оправка, которая передает усилие запрессовки непосредственно на торец кольца. В том случае, если подшипник одновременно запрессовывают на вал и в отверстие корпуса, применяют оправку с буртиком. Для установки подшипников на длинный вал используют выколотку, которая должна плотно прилегать к торцу внутреннего кольца подшипника, чтобы уберечь его от повреждения.

В целях предотвращения осевого смещения колец подшипника во время работы механизма их фиксируют пружинными кольцами, которые закладывают в канавки вала или корпуса после установки подшипника на посадочные места. Кольца эти имеют разъемную конструкцию, и после установки их на вал концы разводят специальными щипцами.

Контроль качества запрессовки подшипника осуществляется щупом толщиной 0,03 мм: он не должен проходить между торцами колец подшипника и буртом корпуса механизма или вала.

Конические роликоподшипники монтируют из отдельных сборочных единиц: внутреннее кольцо с роликами напрессовывают на вал, наружное кольцо отдельно устанавливают в корпус. Радиальный зазор между наружным кольцом и роликами в таких подшипниках можно регулировать прокладками, которые устанавливаются под крышку перед окончательной затяжкой винтов. Регулировка осуществляется следующим образом (рис. 61): сначала крышку без прокладок устанавливают на место, затягивают винтами до отказа и щупом измеряют зазор k; вал несколько раз прокручивают для самоустановки роликов подшипника; затем определяют величину С, на которую необходимо увеличить k, для чего определяют отношение С = е/tg в (значения е и k на рис. 61). Полученная величина указывает толщину комплекта прокладок, которые устанавливают под крышку.

Рис. 61. Установка и регулировка конического роликоподшипника: а – установка: 1 – внутреннее кольцо; 2 – ролики; 3 – вал; 4 – наружное кольцо; б – регулировка прокладками: 1 – крышка; 2 – прокладки; 3 – вал; в – винтовая регулировка: 1 – крышка; 2 – контргайка; 3 – винт.

Иначе поступают, если в конструкции крышки предусмотрен винт для регулировки данного зазора: винт завинчивают до отказа, затем отвинчивают на число оборотов n = С/P, где P – шаг резьбы винта, и в таком положении стопорят контргайкой.

Игольчатые роликоподшипники монтируют также по сборочным единицам либо на вал, либо в отверстие охватывающей детали.

При установке подшипника на вал на поверхность шейки вала наносят слой густой смазки, шейку вала устанавливают в посадочное полукольцо, а в образовавшийся зазор последовательно вводят игольчатые ролики (рис. 62).

Рис. 62. Установка игольчатых подшипников: а – на шейку вала; б – в отверстие охватывающей детали; в – собранный подшипниковый узел; 1 – вал; 2 – монтажное полукольцо; 3 – игольчатые ролики, 4 – монтажная втулка; 5 – ограничительные кольца; 6 – рабочая ось; 7 – прокладка.

Затем устанавливают ограничительные кольца и на шейку вала надевают охватывающую деталь, смещая ею монтажное полукольцо.

Для монтажа игольчатых подшипников в отверстии охватывающей детали используют монтажную втулку (рис. 62): поверхность отверстия покрывают тонким слоем смазки и вставляют втулку, диаметр которой должен быть на 0,1–0,2 мм меньше диаметра шейки вала. Игольчатые ролики также последовательно вводят в зазор, последний ролик должен входить свободно, при этом нужен некоторый зазор. Далее устанавливают ограничительные кольца и рабочей осью выталкивают монтажную втулку.

Зазор между роликами в подшипнике можно регулировать прокладками: их толщина равна разнице между фактическим зазором роликов и зазором по чертежу. Правильность сборки игольчатого подшипника контролируют вращением – оно должно быть плавным, без рывков.

Гарантией нормальной работы подшипникового узла (как шариковых, так и роликовых подшипников) является его защита от загрязнения и вытекания смазочного материала. Для этого подшипники качения закрывают крышками, а на выходах валов при монтаже подшипников устанавливают уплотняющие устройства: фетровые (войлочные) кольца, манжеты, защитные фланцы, защитные шайбы, лабиринтные уплотнители и т. п.

Для долговечности работы подшипникового узла немаловажное значение имеет вид применяемой смазки: она должна не только обеспечивать защиту от пыли, влаги, коррозии; но и снижать шум и предохранять детали от перегрева. Для смазки подшипников используют минеральные (турбинное, автотранспортное, индустриальное и др.) и растительные (хлопковое, касторовое, льняное, репейное) масла.

Сборка механических передач зацепления

Механические передачи, работающие на принципе зацепления, могут быть зубчатыми и червячными.

Зубчатые передачи, в свою очередь, подразделяются на цилиндрические и конические. Но и это не последняя классификация зубчатых передач.

В зависимости от расположения зубьев относительно оси цилиндрических колес различают:

– цилиндрические прямозубые передачи, самые простые по конструкции и, соответственно, в изготовлении, они не создают осевых нагрузок на валы, следовательно, не нуждаются в специальных упорных подшипниках, что значительно упрощает сборку. Такие передачи используются в механизмах с небольшой рабочей скоростью вращения вала. Недостатком прямозубых цилиндрических передач является большой шум во время работы механизма, особенно если колеса передачи недостаточно точно обработаны;

– цилиндрические косозубые передачи, их зубья расположены по винтовым линиям на делительном цилиндре. Так как зубья таких передач входят в зацепление плавно, постепенно, то снижается уровень шума и повышается нагрузочная способность. Однако из-за наклонного расположения зубьев осевая сила стремится сдвинуть колесо с валом вдоль оси, поэтому при сборке косозубых передач требуется осевая фиксация вала;

– цилиндрическая шевронная передача представляет собой колесо, венец которого состоит из чередующихся участков левых и правых зубьев. При таком их расположении осевая сила отсутствует, что обеспечивает передачу очень больших мощностей;

– цилиндрическая передача внутреннего зацепления. Поверхности зубчатых колес этой передачи расположены одна внутри другой, при этом колеса вращаются в одном направлении.

Перед установкой колес цилиндрических зубчатых передач проверяют их биение, то есть концентричность профиля зубьев относительно посадочного диаметра. Для этого зубчатое колесо устанавливают на жестко закрепленную оправку, между зубьями устанавливают цилиндрический калибр, на который помещают ножку индикатора, и записывают его показания. Поворачивают оправку, перекладывают калибр через два-три зуба и вновь записывают показания, продолжают таким образом до полного оборота оправки, затем из всех показаний выбирают наибольшее и наименьшее. Если полученные отклонения не превышают разрешенных (по техническим данным для конкретного механизма), то колесо допускают к сборке.

Сборка цилиндрических зубчатых передач состоит из следующих технологических операций:

– подготовка и проверка собираемых единиц. Зубчатые кольца передач должны быть обработаны, проверены на биение, промыты, просушены, на них не должно быть дефектов в виде забоин, задиров, заусенцев;

– сборка зубчатых колес, конечно же, если колеса разборные. Они обычно состоят из ступицы, которая выполнена из стали или чугуна, и венца зубьев (высококачественная сталь или текстолит). Венец напрессовывают на диск ступицы и фиксируют либо сваркой, либо с помощью стопоров, которые ввинчивают в специально просверленные отверстия с резьбой на венце и диске ступицы;

– установка и крепление зубчатых колес на валах. Зубчатые колеса надеваются на вал, и их положение фиксируется шпонками, шлицами или болтами;

– установка валов с зубчатыми колесами в подшипники корпуса;

– регулировка зацепления зубьев у отдельной пары колес и у передачи в целом. Для регулировки проверяют качество зубчатого зацепления на краску. Зубья меньшего по диаметру колеса покрывают тонким слоем краски и прокручивают пару передачи на один оборот и обратно. При правильном зацеплении пятна краски на парном колесе должны быть расположены на средней части боковой поверхности зубьев и занимать не менее 50–60 % поверхности зуба по высоте и не менее 70–90 % по длине. Если пятна смещены по длине поверхности, то налицо перекос осей валов. Смещение пятен по высоте ближе к ножке зубьев свидетельствует об уменьшении межцентрового расстояния валов, а ближе к головке зубьев – об увеличении межцентрового расстояния.

Конические зубчатые колеса являются составной частью передач, в которых оси валов пересекаются под определенным углом (самые распространенные – 90°). Форма зубьев конических колес может быть прямой, косой и круглой. Колеса с косыми и круглыми зубьями используются в передачах, испытывающих большие нагрузки и большие скорости вращения валов (например, при передаче вращения от коробки скоростей на задний мост автомобиля).

Приемы установки и закрепления колес в конических передачах аналогичны приемам установки и закрепления цилиндрических зубчатых передач. Но при сборке конических передач следует помнить, что зацепление колес правильное тогда, когда оба колеса будут установлены в такое положение, при котором образующие начальных конусов (I–I и II–II) совместятся, а предполагаемые центры конусов (О и О1) совпадут (рис. 63).

Рис. 63. Коническая зубчатая передача.

Прежде чем установить валы с коническими колесами, проверяют правильность взаимного расположения осей их посадочных мест, для чего на посадочные места устанавливают две оправки, центрирующиеся в отверстиях: если в зазор между ними щуп входит свободно, значит, расположение осей правильное.

Нормальная работа конической передачи возможна лишь при наличии бокового зазора между зубьями сопрягаемых колес.

Величина зазора разная для каждого вида механизмов и находится в пределах 0,08–0,20 мм. Измерить величину бокового зазора можно щупом, если к колесам имеется свободный доступ. Но более распространен контроль с помощью свинцовых пластинок: между зубьями сопрягаемых колес пропускают свинцовую пластинку и колеса проворачивают. Повторяют операцию в нескольких равномерно расположенных по окружности местах, каждый раз используя новую пластину.

Микрометром (см. рис. 1, б) измеряют толщину каждой из деформированных пластин; величину зазора определяют как среднеарифметическое полученных измерений.

При несоответствии фактического зазора необходимому его величину регулируют, для чего одно из колес перемещают либо по направлению к предполагаемой вершине конуса для уменьшения зазора, либо от нее для его увеличения. А чтобы зафиксировать новое положение конических колес, под их опорные поверхности устанавливают прокладки.

Собранную зубчатую коническую передачу проверяют на качество зацепления (проверка на краску аналогично проверке цилиндрических передач), на уровень шума (при его высоком уровне передачи прирабатывают в медленном режиме), на трение (если смазочный материал не перегревается, значит, трение в сопряжениях нормальное).

Червячные передачи используются в том случае, если геометрические оси валов перекрещиваются между собой, как правило под углом 90°.

Червячная передача состоит из червяка и червячного колеса. При этом червяк может быть прямым – цилиндрическим (в зацепление с ним одновременно входят 1–2 зуба червячного колеса) – или глобоидным – вогнутым (здесь одновременно в зацеплении находится 5–6 зубьев, в результате чего они значительно опережают цилиндрические червячные передачи по передаваемой мощности и КПД). При сборке червячных передач сначала в корпус механизма устанавливают подшипники скольжения, а уже в них – валы, на которых установлены червяк и червячное колесо.

Перед окончательным креплением передачи проверяют правильность зацепления зубьев на краску: в данном случае тонким слоем краски покрывают винтовую поверхность червяка, затем его медленно поворачивают (рис. 64).

Рис. 64. Контроль правильности зацепления червячной передачи.

При правильном зацеплении краска должна покрыть боковую поверхность зубьев червячного колеса по длине и высоте не менее чем на 50–60 % (в средней части).

Отрегулировать зацепление червячной передачи можно с помощью подбора соответствующей толщины правой или левой прокладки под фланец червячного колеса (для удобства они сделаны в форме полуколец, поэтому их установка не требует разборки узла, достаточно лишь ослабить установочные винты). Во многих передачах такого типа подшипниковые стаканы, в которые устанавливаются червяки, снабжены резьбой, поэтому регулировку зацепления можно производить поворотом гаек, перемещая их вместе с зубчатыми колесами вдоль оси.

Ремонт зубчатых передач и уход за ними

Для того чтобы зубчатая передача работала исправно и не приводила к сбою в работе всего механизма в целом, за ней нужно организовать правильный уход. Что это значит?

При попадании в передачу грязи, абразивной и металлической пыли, при отсутствии или недостаточном количестве смазки зубья колес быстро изнашиваются, на их поверхностях образуются шероховатости, которые могут привести к заклиниванию передачи. Поэтому открытые передачи, которые не имеют защитного кожуха, периодически смазывают кистью или масленкой, одновременно очищая их от пыли и грязи. Закрытые передачи в смазке нуждаются реже, их погружают в масляную ванну или смазывают струей масла, подаваемого под давлением в зону сопряжения зубьев.

В ходе эксплуатации зубья передач периодически осматривают на предмет обнаружения износа: если износ зубьев превышает допустимый, значит, колеса подлежат замене (при этом заменяются оба колеса пары).

Если колеса разборные, то можно ограничиться заменой венца, для чего старый венец срезают, на его место напрессовывают и стопорят новый. Если зубья работают с одной стороны, то колеса можно просто перевернуть, подрезав несимметричную ступицу с одной стороны, а с другой приварив кольцо.

Одной из частых причин выхода из строя передачи является поломка зуба. Отремонтировать «беззубое» колесо (правда, только цилиндрическое) можно заливкой нового зуба по профильному шаблону: на колесе в месте излома на планках и шпильках крепят профильный шаблон, выемку заливают расплавленным металлом, после его остывания профиль зуба обрабатывают, сверяясь с шаблоном (рис. 65).

Рис. 65. Восстановление зубьев цилиндрических колес с помощью профильного шаблона: 1 – зуб цилиндрического колеса; 2 – планка; 3 – новый зуб; 4 – профильный шаблон.

Зуб можно также приварить (наплавить) газовой или электросваркой электродами Э-42 с толстой обмазкой ОММ-5. После наплавки зуб обрабатывают и закаливают.

Сборка цепных передач

О цепных передачах разговор особый, ибо и сами они не совсем обычны: с одной стороны, цепная передача относится к разряду гибких, где цепь представляет собой своеобразный ремень, но, с другой стороны, передача вращающего момента осуществляется не за счет силы трения, а за счет зацепления звеньев цепи за зубья зубчатых колес (звездочек), следовательно, цепная передача является одновременно зубчатой.

Поэтому она обладает достоинствами и у нее отсутствуют недостатки как гибкой, так и зубчатой передач: во-первых, с ее помощью можно передавать вращающие моменты между валами, находящимися на значительном удалении друг от друга – до 8 м (как при ременной передаче); во-вторых, она сохраняет постоянство передаточного числа, то есть отсутствует проскальзывание (как в зубчатых передачах); в-третьих, цепь этой передачи не требует большого натяжения (в отличие от ремня); в-четвертых, она может передавать большие крутящие моменты; в-пятых, КПД цепной передачи достигает 0,98.

Классификация цепных передач производится по двум признакам: по назначению (грузовые – для поднятия грузов, тяговые – для перемещения грузов, приводные – для передачи движения от двигателя к исполнительному механизму) и по конструкции приводных цепей (роликовые, втулочные, зубчатые и т. д.).

Приводная роликовая цепь состоит из переходных (валик с напрессованными наружными пластинами) и соединительных (втулка с насаженным на нее роликом и напрессованными внутренними пластинами) звеньев (рис. 66).

Рис. 66. Цепная передача: а – роликовая цепь.

Рис. 66 (продолжение). Цепная передача: б – втулочная; в – зубчатая цепь; г – узел цепной передачи: 1 – ведущий вал со звездочкой; 2 – ведомый вал со звездочкой; 3 – цепь; 4 – регулировочное приспособление для натягивания цепи со звездочкой.

Ролик в соединительных звеньях насажен на втулку с некоторым зазором, что обеспечивает создание между зубьями звездочек и цепью трения качения. Применяются такие передачи в механизмах, где окружные скорости не превышают 15 м/с.

Роликовые цепи могут быть одно– (ПР) и двухрядные (2ПР) – для передачи небольших мощностей, а также трех– (3ПР), четырехрядные (4ПР) цепи с изогнутыми пластинами (ПРИ) и цепи тяжелого типа (ПРТ, 2ПРТ, 3ПРТ, 4ПРТ и 6ПРТ) – для передачи больших мощностей. Многорядные цепи собираются из обычных звеньев с применением удлиненных валиков. Промышленностью выпускаются цепи с шагом определенной величины (соответственно под них выпускаются и звездочки): 8, 9,525, 12,7, 15,875, 19,05, 25,4, 31,75, 38,1, 44,45, 50,8, 63,5 и 76,2 мм.

Приводные втулочные цепи представляют собой подобие роликовых, но ролики не имеют (рис. 66, б). Вследствие этого они значительно легче и ощутимо дешевле роликовых цепей. Однако они больше подвержены износу, поэтому применяются только для передачи малых мощностей в тихоходных механизмах.

Маркировка и роликовых, и втулочных цепей одинакова: на первом месте указывается количество рядов (при маркировке однорядных цепей 1 не указывается), далее идут заглавные буквы, обозначающие тип цепи (ПР – роликовая, ПРИ – роликовая изогнутая, ПРТ – роликовая тяжелая, ПВ – втулочная), следующее число говорит о величине шага звеньев цепи, последнее числовое значение указывает предельно допустимую силу нагрузки.

Конструкция приводной зубчатой цепи состоит из рабочих пластин, соединенных между собой вкладышами качения, и направляющих пластин, которые фиксируют цепь в осевом направлении.

Цепи могут быть однопарными и многопарными в зависимости от назначения. Шаг звеньев цепей 12,7, 15,875, 19,05, 25,4 и 31,75 мм. Такие цепи используют в механизмах, имеющих большие окружные скорости (до 30 м/с) и испытывающих неравномерную загрузку.

Как уже было сказано, цепная передача движения осуществляется за счет зацепления цепи за зубья звездочек. Звездочки изготавливаются из стали, число зубьев может быть от 9 до 22 и 25 (28), 32 (36), 40 (45), 50 (56), 63 (71), 80. Они бывают как цельные, так и разборные (ступица из чугуна или стали, а венец стальной, при этом венец напрессовывается на ступицу и закрепляется болтами или винтами).

Сборка узла цепной передачи состоит из следующих операций:

– звездочки устанавливаются на взаимодействующие валы методом напрессовки прессами или винтовыми приспособлениями и фиксируются во избежание осевого смещения;

– производится проверка их расположения (они должны находиться в одной плоскости) и радиального и торцевого биения (с помощью индикатора);

– подбирается отрезок цепи необходимой длины (при ремонте – по старой цепи, при первичной сборке – согласно техническим условиям на конкретный механизм), надевается на звездочки и натягивается специальным приспособлением;

– замыкается цепь в кольцо. Если цепь состоит из четного количества звеньев, то ее концы соединяются обычным звеном, если число звеньев нечетное, то переходным звеном.

Для нормальной и долговечной работы цепной передачи необходимы два условия:

– во-первых, соблюдение натяжения цепи. Поскольку при работе механизма цепь испытывает постоянные нагрузки на вытягивание, то провисание цепи может увеличиться, цепь начнет болтаться, износ элементов передачи будет ощутимее. Поэтому при вытягивании цепи ее подтягивают либо натяжной звездочкой, если она предусмотрена конструкцией механизма, либо путем удаления звеньев, если это допустимо по техническим условиям, если натяжение откорректировать этими способами нельзя, то устанавливается новая цепь;

– во-вторых, постоянное присутствие смазочного материала.

Если для смазывания сопрягаемых элементов передачи используется пластичный смазочный материал, то цепь перед очередной процедурой смазки промывают в керосине, просушивают, а смазывают ее путем погружения в расплавленную смазку.

Если используется жидкая смазка, то необходимо своевременно пополнять масленки.

Сборка передач, основанных на силе трения

Механические передачи, работа которых основана на силе трения, можно разделить на две группы: ременные – используются в том случае, если взаимодействующие валы находятся на некотором удалении друг от друга, и фрикционные – если валы расположены в непосредственной близости.

В ременных передачах движение передается посредством гибкого, замкнутого в кольцо, ремня, надетого на два шкива. Ремни могут быть плоскими, клиновыми и круглыми.

Плоские ремни изготавливаются из кожи, прорезиненных или хлопчатобумажных тканей, шерсти или шелка. Перед установкой такие ремни подвергают растягиванию в течение 3–5 суток, затем концы ремней соединяют склеиванием, сшиванием или с помощью металлических прижимов. Самый лучший способ соединения – склеивание (кожаные – косым швом, прорезиненные – ступенчатым). Для склеивания кожаных ремней используют мездровый, желатиновый, целлюлозный, рыбный клеи, для прорезиненных – резиновые тиуратовые клеи 1-го и 2-го сортов в равных долях. Концы кожаных ремней перед склеиванием тщательно зачищают, наносят два слоя клея с интервалом в 5–6 минут и накладывают ремни друг на друга. Затем клееный шов зажимают между двумя дощечками, которые стягивают болтами, и выдерживают в течение 5–8 часов.

Концы прорезиненных ремней зачищают ножом, затем напильником делают ступенчатые уступы и обезжиривают бензином, наносят 3–4 слоя клея (перед нанесением последующего слоя предыдущий просушивают), после нанесения последнего слоя (без просушки) концы соединяют, зажимают струбцинами между двумя дощечками и выдерживают при температуре 16–20 °C 24 часа (или при температуре 100 °C – 3–4 часа). Используют плоские ремни в передачах со скоростью вращения до 30 м/с.

Клиновые ремни могут быть кордтканевые или кордшнуровые, с гладким и зубчатым профилем, угол трапецеидальной формы – 40°.

Обладая достаточной гибкостью и большей, по сравнению с плоскими ремнями, прочностью, клиновые ремни используются для передачи мощностей от 0,3 до 75 кВт (в зависимости от профиля и длины ремня). Шкивы для клиноременных передач на ободе имеют канавки клиновидной формы, с углом профиля 34–40°.

Ремни круглого профиля бывают кожаными, хлопчатобумажными, капроновыми или прорезиненными, диаметром от 2 до 20 мм. Область применения та же, что и у плоских ремней. Профиль канавки шкива круглоременной передачи полукруглый, с радиусом, равным радиусу ремня.

Технологический процесс сборки ременной передачи состоит из следующих этапов:

– балансировка шкивов, то есть устранение их неуравновешенности. Она достигается либо путем высверливания части металла из шкива, либо путем нагружения его специальными грузиками;

– установка шкивов на валы. Их напрессовывают и закрепляют шпонкой или шлицем (следует учесть, что для напрессовки шкива на вал нельзя пользоваться ударными инструментами, поэтому ее осуществляют с помощью специальных приспособлений);

– регулирование передачи заключается в создании определенного усилия натяжения ремня. Натяжение проверяют динамометром или гирями, подвешенными за скобу (при воздействии определенной силы от 50 до 100 Н или при определенном весе гирь должен быть такой же прогиб ремня, который задается техническими условиями для каждого конкретного механизма). При слабом натяжении ремень проскальзывает при работе механизма или «бьет» (хлопает), нагревается, что приводит к его быстрому износу; чрезмерное натяжение ремня создает излишнюю нагрузку на подшипники, а также ведет к быстрому износу шеек вала и шкивов. Регулировка натяжения производится перемещением натяжного ролика.

Работоспособность ременной механической передачи характеризуется величиной углов обхвата (угол, образуемый лучами, выходящими из центра шкива и проходящими через крайние точки сопряжения шкива с ремнем). Определяющим является угол обхвата меньшего шкива, он должен быть не менее 120°. Это условие выполняется, если отношение величины диаметра ведущего шкива к величине диаметра ведомого находится в пределах от 1/3 до 3, а межосевое расстояние не меньше удвоенной суммы величин диаметров обоих шкивов. Фрикционные передачи (рис. 67) передают вращательные движения между валами с помощью силы трения.

Рис. 67. Вариант фрикционной передачи: 1 – конический барабан; 2 – винт; 3 – фрикционное колесо; 4 – гайка; 5 – маховик.

Самые распространенные механизмы, в которых используются фрикционные передачи, – фрикционные муфты и тормоза.

Фрикционные муфты, в зависимости от назначения, могут быть сцепными (находящимися в постоянном сцеплении, но при необходимости разъединяющимися), например муфта сцепления в автомобиле, или предохранительными – они предохраняют привод от поломок во время перегрузок.

Название тормоза говорит само за себя: это устройство для уменьшения скорости, вплоть до полной остановки машины. Тормоз любого механизма характеризуется двумя показателями: временем торможения и скоростью, при которой начинается торможение.

Время торможения зависит от контакта тормозной колодки или ленты с вращающимися элементами тормоза, поэтому важно плотное прилегание фрикционного материала к колодке или ленте (без складок, выпучиваний и выступаний головок заклепок), а площадь его контакта с поверхностью торможения должна быть не менее 80 %.

Во время работы механизма, то есть при бездействии тормоза, фрикционный материал не должен соприкасаться с вращающимися деталями, для чего предусмотрен определенный зазор.

Однако если зазор будет очень мал, то это неизбежно приведет к нагреванию поверхностей трущихся пар и быстрому их износу.

Основной деталью фрикционной передачи является фрикционное колесо, которое и передает вращательные движения с одного вала на другой (оно может быть текстолитовым, фибровым, кожаным, деревянным или резиновым). Величина передаваемого крутящего момента зависит от коэффициента трения фрикционных пар, а также от усилия прижима друг к другу отдельных единиц фрикционной передачи. Технологический процесс сборки фрикционных передач аналогичен сборке зубчатых колес.

Сборка кривошипно-шатунных механизмов

Зачастую домашним слесарям приходится сталкиваться с ремонтом паровых двигателей, двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, поршневых насосов.

Работа всех этих механизмов основана на преобразовании поступательного движения поршня во вращательное движение вала, и наоборот: они преобразуют вращательные движения вала в поступательные движения поршня. Называются такие двигатели кривошипно-шатунными механизмами (рис. 68).

Рис. 68. Сборка кривошипно-шатунного механизма: а – кривошипно-шатунный механизм: 1 – поршень; 2 – шатун; 3 – коленчатый вал; 4 – маховик.

Рис. 68 (продолжение). Сборка кривошипно-шатунного механизма: б – шатунно-поршневая группа перед сборкой: 1 – поршень; 2 – поршневые кольца; 3 – поршневой палец; 4 – шатун; 5 – верхний вкладыш; 6 – нижний вкладыш; 7 – болт; 8 – гайка со шплинтом; 9 – крышка нижней головки; 10 – втулка; в – щипцы для монтажа поршневых колец.

Сборочными единицами кривошипно-шатунного механизма являются:

– коленчатый вал (кривошип или кривошипный диск в зависимости от вида двигателя) – наиболее ответственная часть механизма; именно он преобразует поступательные движения поршневой группы во вращательные (и наоборот);

– маховик, имея большую массу и обладая большой инерцией, он облегчает пуск двигателя, делает переход от одной частоты вращений (скорости) к другой наиболее плавным, уменьшает неравномерность вращения вала и выводит поршни во время работы механизма из «мертвых точек»;

– шатун механизма, который соединяет коленчатый вал (кривошип или кривошипный диск) с поршневой группой;

– поршневая группа – этот элемент механизма передает осевое усилие, создаваемое в цилиндре давлением пара или газа (в двигателях внутреннего сгорания и паровых котлах), или, напротив, воспринимает осевые усилия от вращения вала, осуществляя сжатие и подачу воздуха, газа или жидкости (в компрессорах и поршневых насосах).

Сборка кривошипно-шатунного механизма происходит поэтапно: собирают отдельно поршень, осуществляют предварительную сборку шатуна, сочленяют поршень с шатуном и устанавливают шатунно-поршневую группу на вал.

Сборка поршня начинается с подбора его по гильзам цилиндров, и главное здесь – обеспечить необходимую герметичность (поршень, помимо преобразования одного вида энергии в другую, должен препятствовать проникновению масла из картера в цилиндр, а также отводить в стенки цилиндра и в смазывающий материал теплоту, которая возникает при сгорании топлива; вместе с этим поршень не должно заклинивать и между гильзой цилиндра и поршнем должен находиться смазочный слой). Необходимой герметичности можно достигнуть правильным подбором зазора между стенками цилиндра и поршнем, причем зазор этот должен быть неодинаков по высоте поршня в связи с неравномерным его нагревом (а соответственно, и расширением) во время работы. Наименьший зазор в холодном состоянии должен приходиться на нижнюю часть поршня, именно она центрирующая для поршня. Примерный зазор составляет: для поршней из чугуна – от 0,001 до 0,002 диаметра цилиндра, для поршней из алюминия – от 0,002 до 0,004 диаметра.

В верхней и нижней частях поршня в канавки устанавливают поршневые кольца. Кольца эти должны обладать определенной упругостью (ее принимают за усилие сжатия до касания замка, равное 35–70 Н). К сборке допускаются только качественно обработанные кольца: без трещин, следов обработки, разрушения граней. Для установки колец применяют специальные щипцы (рис. 68, в), разводящие концы колец, но ограничивающие этот развод, так как чрезмерно большой развод является причиной поломки колец или образования на них трещин. При установке колец замки (места стыков концов колец) должны быть сдвинуты относительно замков соседних колец под углом 90, 120 и 180°, величина зазора в замках должна быть в пределах 0,02–0,5 мм.

При предварительной сборке шатуна в его верхнюю головку запрессовывают втулку и производят чистовое развертывание отверстия втулки (поскольку в процессе запрессовки его диаметр уменьшается). Затем подбирают верхний и нижний вкладыши, их внутренняя и наружная поверхности должны быть чистыми, гладкими, без царапин, рисок, вмятин и других дефектов. Вкладыши тщательно протирают салфетками, обдувают, устанавливают на место, закрывают нижней головкой и закрепляют ее болтами с гайкой. Далее проверяют правильность отверстия под подшипники с обеих сторон (на предмет обнаружения эллипсности и конусообразности), для чего используют индикаторный нутромер.

Собранный шатун сочленяют с поршнем поршневым пальцем. Зазор между цилиндрической поверхностью пальца и стенок отверстия втулки шатуна при нагревании во время работы механизма должен находиться в пределах 0,03–0,05 мм, поэтому палец пригоняют к отверстию втулки шатуна с малым зазором или натягом. При запрессовке пальца поршень (без колец) рекомендуется нагреть в масляной ванне до температуры 80–90 °C, а сам палец – смазать маслом. Запрессовку производят деревянным молотком.

При установке шатунно-поршневой группы на коленчатый вал нижнюю головку шатуна разбирают, шатунную шейку вала смазывают тонким слоем смазочного масла, поршень с шатуном вставляют в цилиндр и нижнюю головку вновь собирают, резьбовое соединение гайка-болт стопорят шплинтом.

При установке шатуна на шейку вала между поверхностями шейки вала и вкладышей шатуна необходимо оставить зазор (при диаметре шейки 80–100 мм – не более 0,08–0,14 мм) для смазочного материала. Величину зазора вычисляют как разницу между внутренним диаметром вкладышей шатуна в сборе и наружным диаметром шейки вала.

Этот зазор также позволяет шатуну самоустанавливаться при несовпадении осей цилиндра и шейки вала.

В некоторых случаях для преобразования вращательных движений в поступательные и наоборот использовать кривошипно-шатунный механизм не представляется возможным. В этих случаях применяют его разновидности: эксцентриковый, кривошипно-ползунный, кривошипно-кулисный и пр. Однако эти виды механизмов используются в основном в станкостроении, при производстве промышленного оборудования для металло-, деревообработки и т. д. Для домашнего мастера они вряд ли будут представлять интерес.

Трубопроводные системы

Кран на кухне вышел из строя, лопнула труба центрального отопления, на дачном участке возникла необходимость проложить водопроводную систему орошения… Ремонт и замена элементов различных действующих трубопроводных систем, а тем более конструирование и установка новых также дело слесаря. Конечно же, можно вызвать слесаря из жилищно-коммунального отдела или дачного кооператива или пригласить мастера по объявлению, но лучше сэкономить массу финансов и нервов, если самостоятельно взяться за дело, вооружившись необходимыми знаниями, навыками и соответствующим инвентарем.

Конструктивные особенности трубопроводов

У различных по функциональному назначению коммуникаций – водопровода, газопровода, канализации и отопительной системы – есть нечто общее, что их объединяет. А именно: у всех перечисленных систем имеются последовательно соединенные трубы, то есть трубопроводы, по которым под определенным давлением (или самотеком) перемещаются вода или газ.

Главное требование, которое предъявляется ко всем трубопроводам, – сохранять свою непроницаемость на всем протяжении независимо от увеличения или уменьшения длины, от действия температурных изменений.

Сначала о том, из чего могут монтироваться трубопроводы:

– водопроводная коммуникация представляет собой трубопровод из труб диаметром 3/4 и 1/2 дюйма: из первых монтируются главные линии, вторые нужны для подводки к конкретному прибору-потребителю. Соответственно диаметру труб подбираются фитинги, вентили и краны.

Самым распространенным материалом для изготовления труб являются мягкие сорта обычной стали: они относительно недороги и легко поддаются обработке, но подвержены коррозии.

Поэтому лучше использовать трубы из нержавеющей или оцинкованной стали (срок их службы гораздо дольше, чем у труб из обыкновенной стали, вследствие высокой коррозийной устойчивости);

– для газового трубопровода применяются стальные трубы диаметром 1/2 дюйма, а также фитинги и вентили соответствующего размера (краны в газопровод не монтируются);

– для монтажа отопительной системы нужны: трубы диаметром 60–100 мм (если система отопления двухтрубная) или 3/4 дюйма (если в систему включены излучающие элементы – радиаторы), фитинги подходящего диаметра, вентили, возможно, краны. Если устраивается автономная отопительная система, то потребуется нагревательный прибор (это могут быть котел АОГВ или печь) и расширительный бачок;

– для устройства системы канализационной коммуникации используются чугунные, пластиковые, керамические трубы большого диаметра: около 60 мм – для отвода от раковины, мойки, ванны, душа, около 100 мм – для отвода от унитаза и общей линии. Для подводки к конкретному источнику канализационных сбросов потребуются уголки и тройники из того же материала и соответствующего диаметра. При выборе труб по материалу для канализационной системы необходимо помнить, что: чугунные трубы прочны, но тяжелы и подвержены коррозии; трубы из пластмассы имеют высокую коррозийную стойкость, низкую теплопроводность, гладкую поверхность, хорошо поддаются механической обработке, но вместе с тем обладают большой чувствительностью к механическим повреждениям, хрупкостью при низких температурах, подвержены значительным тепловым деформациям; керамические трубы очень долговечны, если на них не оказываются механические воздействия.

А теперь о некоторых особенностях каждого из многочисленных видов трубопроводов.

Водопровод. В месте подсоединения к магистральной линии централизованного водоснабжения обязательно должен быть установлен запорный вентиль на случай экстренного индивидуального прекращения подачи воды (например, если потребовалось заменить трубы или просто поменять прокладки у крана, то от этого не должны страдать соседи). Желательно, чтобы запорные вентили были также установлены перед каждым прибором-потребителем воды (например, перед смывным бачком, душевой кабиной и пр.). Рабочее положение запорных вентилей – «открыто».

Прокладывая дачный водопровод, в месте подсоединения к магистральной линии (рядом в запорным вентилем) устанавливают кран для слива воды из системы. И хотя этим краном приходится пользоваться только один раз в год, не стоит пренебрегать данным советом: на зимний период оставлять воду в трубах системы нельзя, так как при минусовых температурах вода замерзает и расширяется, в результате чего трубы могут лопнуть. На зиму кран следует оставить в открытом состоянии, а вентиль – в закрытом.

Система водяного отопления. Здесь стоит рассмотреть два варианта: квартира многоэтажного дома с центральным отоплением или собственный, отдельно стоящий дом.

Первый вариант предполагает возможность замены изношенных труб и батарей системы отопления новыми, для чего достаточно знать правила соединения стальных труб, чему будет посвящена соответствующая глава.

Во втором варианте прежде всего необходимо узнать основные принципы устройства автономной системы отопления:

– для сооружения системы водяного отопления, помимо труб и различной соединительной и запорной арматуры, потребуется нагревательное устройство (это могут быть котел АОГВ, работающий на природном газе, либо печь на твердом топливе (дрова, уголь, торф)) и расширительный бачок;

– более всего для автономной системы водяного отопления подходит двухтрубная система (без использования радиаторов) с естественной циркуляцией воды, состоящая из двух линий – верхней (горячей) и нижней (обратки);

– схема устройства системы следующая: от нагревательного элемента котла или печи поднимается основной стояк (труба диаметром около 60 мм), который врезается в расширительный бачок, расположенный на максимально возможной высоте (не исключается вариант, когда расширительный бачок располагают в утепленном отсеке чердачного помещения). Из нижней половины (или средней трети) одной из боковых граней расширительного бачка выводится труба верхней линии и опускается до уровня развязки (чаще всего – 1/3 высоты помещения от пола). Верхняя линия проходит через все отапливаемые помещения, опускается, превращаясь в нижнюю линию (обратку). Обратка также проходит через все отапливаемые помещения почти параллельно горячей линии. Врезаясь в нижнюю часть водонагревательного элемента котла или печи, трубопровод образует замкнутую систему. Если эта система довольно объемна (то есть отапливает большие площади), то в нее можно включить водяной насос, который будет создавать принудительную циркуляцию воды по трубам. С отоплением дома средних размеров (2–3 спальни, гостиная, кухня, ванная и санузел) вполне справится система с естественной циркуляцией, а для лучшего водотока, во избежание образования воздушных пробок и для удобства слива воды, и верхнюю, и обратную линии системы водяного отопления на горизонтальных участках следует расположить с уклоном по направлению движения воды около 0,5 см на каждый метр их длины. В самой нижней точке замкнутой системы водяного отопления (в конце обратной линии) рекомендуется врезать патрубок с краном для слива воды в канализацию, свободный конец которого можно вмонтировать непосредственно в канализационную систему. Значение этого элемента можно оценить тогда, когда потребуется освободить отопительный трубопровод от воды (например, в случае ремонта);

– несколько слов о назначении расширительного бачка (бак из простой или нержавеющей стали, с отверстием на верхней грани). Если бы система водяного отопления была полностью герметично замкнута, то при нагревании и, соответственно, расширении воды трубы разорвало бы от предельного давления. Расширительный бачок позволяет избежать этого: увеличивающийся при нагревании объем воды не вызывает увеличения давления, а просто поднимает ее уровень в расширительном бачке. Оптимальный объем бачка – 20–25 л, а заполнять его следует не более чем на 3/4 и не менее чем на 1/2 объема. В процессе эксплуатации необходимо следить за уровнем воды в бачке: вода при нагревании (согласно физическим законам) испаряется, и если ее уровень опустится ниже точки врезки верхней линии, то система отопления разомкнется и циркуляция воды по ней прекратится. Это приведет к тому, что отопительная система не будет выполнять свое назначение – отапливать помещения, но не это самое страшное: продолжая нагреваться, вода в стояке закипит, и может произойти взрыв котла или печи. При нормальной эксплуатации отопительной системы доливать воду в расширительный бачок достаточно 1–2 раза за отопительный сезон.

Подпитку системы можно производить через верхнее отверстие бачка, а можно для этой цели врезать в стояк патрубок с краном, подсоединенный к системе водопровода.

Система канализации. Здесь возможны два варианта: проживание в многоквартирном доме или в стоящем отдельно. В первом случае необходимо знать, как правильно произвести установку сантехнического оборудования, замену изношенных канализационных труб (см. соответствующую главу) или прочистить засорившийся сток (с использованием специального многожильного стального троса).

Прокладка канализационной системы в отдельно стоящем доме предполагает знание принципов ее сооружения:

– канализационные трубы на участке от дома (бани и пр.) до места стыковки с магистральной линией должны прокладываться ниже уровня промерзания почвы (это, кстати, относится и к системе водоснабжения). Для средней полосы России уровень промерзания почвы – около 1400–1700 мм, более конкретные данные можно узнать в любом проектном институте, занимающемся гражданским строительным проектированием, или на местной метеорологической станции;

– система канализации на горизонтальных участках должна иметь уклон не менее 35°;

– если к одной трубе подсоединено более одного источника сброса (например, при наличии объектов санитарно-технического оборудования на первом и втором этажах дома), то система не должна иметь верхней заглушки, иначе в процессе слива в верхней части канализационного канала будет создаваться разрежение воздуха, что приводит к плохой работе системы в целом и быстрому ее засорению.

Что касается системы внутреннего газоснабжения, то сборку и монтаж местного (в пределах квартиры, дома и надворных построек) газопровода, подключение к нему приборов-потребителей (газовых плит, водонагревательных приборов, котлов) можно произвести самостоятельно, но подключение ее к магистральной линии и проверку перед началом эксплуатации могут осуществлять только работники газовой службы.

Соединение стальных труб

Наиболее часто для сооружения различных трубопроводов используют стальные трубы. Соединение отдельных отрезков стальных труб можно производить на резьбе с помощью фитингов, на фланцах или сваркой.

Наиболее приемлемый для домашних условий способ сборки трубопроводов – на фитингах. Фитинги – это детали из ковкого чугуна или стали, соединяющие звенья труб на прямых участках трубопровода, в местах его поворотов, разветвлений, при переходе с одного диаметра на другой и т. д. Фитинги могут быть выполнены в виде муфт, уголков, тройников и крестовин с внутренней резьбой.

Прежде чем начать сборку трубопровода, необходимо составить его план-схему с указанием всех соединений, переходов, изгибов и пр. Далее трубы нарезают отрезками заданной длины, производят нарезку резьбы, при необходимости трубы сгибают (под нужным углом и на нужный радиус) и приступают к сборке.

При резке труб для получения чистой линии разреза, строго перпендикулярной к ее стенкам, применяют труборез (рис. 69).

Рис. 69. Труборез.

Им можно резать трубы диаметром до 100 мм. Резцы трубореза изготовлены из прочной высокоуглеродистой стали. Преимущество трубореза перед ножовкой не только в качестве сделанного разреза, но и в экономии сил и времени, затрачиваемых на выполнение этой операции.

Место, на котором делают разрез, предварительно поливают маслом или водой. Затем трубу вставляют в корпус трубореза, начинают вращать рукоятку до того, как ролик-резак соприкоснется с трубой, и закручивают еще немного, чтобы ролик врезался в трубу. Труборез двигают поступательным движением назад-вперед, повторяя это до тех пор, пока не будет разрезана труба.

Но конечно, самый лучший вариант инструмента для резки труб и, соответственно, самый дорогой – это дисковая электропила.

При нарезке резьбы труб можно использовать приспособление, которое поможет надежно зафиксировать трубу (рис. 70).

Рис. 70. Трубный прижим.

Устанавливать его нужно на прочном основании, привернув болтами, что обеспечит его неподвижность. Принцип работы прост: вставляется труба в отверстие и прижимается с помощью пресса.

Удобнее всего начинать прокладку коммуникаций от прибора-потребителя (газовая колонка, водопроводный кран и т. д.).

Итак, на первую трубу накручивают муфту до упора (заклинивания ее на сбеге резьбы трубы), в свободный конец муфты вкручивают вторую трубу (также до упора) и таким образом, по цепочке, собирают трубопровод до места подсоединения к магистральной линии.

При необходимости повернуть линию трубопровода на 90° вместо прямой муфты используют угольник; если нужно сделать разветвление, то применяют тройник (добавляется одна ветвь) или крестовину (примыкает две ветви).

Накручивать муфты на трубы или вкручивать трубы в муфты следует без рывков, плавно, следя, чтобы не было перекосов, иначе можно сорвать резьбу. Еще в процессе нарезания резьбы следует учесть, что длина резьбы на трубах должна быть несколько короче половины длины муфты (на 2–3 нитки); тогда соединение труба-фитинг получится более герметичным, так как резьбы труб будут утоплены в муфте.

Чтобы сделать резьбовые соединения трубопровода непроницаемыми для воды и газа, при их сборке используют различные уплотнители: пряди пеньки, льна, термостойкую ленту ФУМ, асбестовый шнур. Последовательность выполнения резьбового соединения с использованием уплотнителя такая: сначала резьбу очищают от загрязнения, затем на нити резьбы накручивают пряди уплотнителя по направлению резьбы (или обматывают резьбу лентой ФУМ, также по направлению резьбы; при этом, если уплотняют трубы диаметром 15–20 мм, то ленту наматывают в три слоя, если диаметр труб 25–32 мм – в четыре), крайние две-три нити должны быть свободны от уплотнителя – так легче «поймать» резьбу. Для большей герметичности пряди уплотнителя можно пропитать суриком или белилами, замешанными на натуральной олифе, но тогда следует учесть, что разборка такого соединения будет затруднена.

Собранный по методу цепочки трубопровод получается неразборным; в случае возникновения необходимости замены одного из отрезков трубы или одного из фитингов придется разбирать трубопровод полностью (по крайней мере до дефектного участка). Поэтому в нескольких местах трубопровода следует устроить соединения не на муфтах, а на сгонах (достаточно по одному на каждое помещение). При выборе места для установки сгона необходимо учесть возможность возникновения потребности в дополнительной подводке (например, если в дальнейшем планируются подключение автоматической стиральной машины или установка душевой кабины). В качестве сгона используется короткий отрезок трубы, на одном конце которого нарезана резьба обычной длины, а на другом – значительно длиннее; на конец сгона с длинной резьбой предварительно накручиваются контргайка и муфта. Присоединив сгон к трубе, муфту свинчивают на резьбу трубы до упора, применяя уплотнитель; затем на сгон у торца муфты наматывают свитый в жгут уплотнитель и вжимают его в фаску муфты контргайкой – соединение получается достаточно герметичным.

Для затягивания соединительной арматуры (фитингов) на трубах используют специальные трубные ключи – разводные, или ключи Бако (рис. 71).

Рис. 71. Трубный рычажный ключ.

Для соединения безрезьбовых стальных труб применяют метод сборки трубопроводов на фланцах. Фланец представляет собой плоское кольцо с равномерно расположенными по его окружности отверстиями для болтов и шпилек. Порядок сборки трубопровода на фланцах следующий:

– к концам труб приваривают фланцы;

– трубы соединяют, совместив отверстия для болтов на фланцах обеих труб;

– в отверстия вставляют болты и навинчивают на них гайки. Чтобы при затягивании гаек не произошло перекоса, гайки следует затягивать не в порядке расположения болтов по окружности, а перекрестным методом – одну против другой.

В этой работе обязательно будут необходимы еще и гаечные ключи различных видов (рис. 72).

Рис. 72. Виды гаечных ключей: а – односторонний; б – двухсторонний; в – разводной; г – накладной; д – накидной закрытый для круглых гаек; е – накидной открытый для круглых гаек.

Для образования герметичного водо– и газонепроницаемого соединения между фланцами помещают уплотнительные прокладки: из тряпичного картона толщиной 3 мм (их смачивают водой, просушивают и пропитывают горячей олифой в течение 25–30 минут); из асбестового картона толщиной 3–6 мм (для их изготовления используют только плотный и гибкий картон – при сгибании его вокруг цилиндра диаметром 100 мм под углом 90° он не должен ломаться; эти прокладки смазывают графитом, замешанным на натуральной олифе), из паронита. Прокладки устанавливают по одной штуке на каждое соединение (рис. 73).

Рис. 73. Соединение труб на фланцах.

Вырезая прокладки для фланцев, следует правильно рассчитать их размер: наружный диаметр прокладок не должен доходить до отверстий под болты, а внутренний – до края трубы на 2–3 мм; в противном случае наружная кромка прокладки будет упираться в болты, а внутренняя – закрывать отверстие трубы.

Болты на фланцах следует размещать таким образом, чтобы их головки выходили на одну сторону соединения. При подборе болтов по длине нельзя забывать, что конец болта должен выступать над гайкой не более чем на 0,5 диаметра болта.

Для затягивания гаек применяют простой или разводной гаечный ключ.

Трубопроводы, собранные на резьбе или с помощью фланцев, относятся к разряду разборных, то есть при необходимости можно произвести демонтаж трубопровода без повреждения отдельных его частей, чего нельзя сказать про трубопроводы, собранные сварным методом. Поэтому, прежде чем сделать выбор способа сборки трубопровода в пользу сварки, необходимо подумать, а не потребуется ли в скором времени вновь прибегать к услугам сварочного аппарата, например для установки дополнительного санитарно-технического оборудования, или при замене газовой колонки более современной, или при ремонте змеевика в ванной комнате.

Соединение чугунных раструбных труб

Для начала немного о самих чугунных раструбных трубах. Чугунные трубы применяются не только для прокладки системы канализации, но и для сооружения наружной сети водопровода.

Трубы отливают из серого чугуна. Металл труб на изломе должен быть однородно-мелкозернистым, плотным и легко поддающимся обработке режущим инструментом. В целях предупреждения коррозии трубы и внутри и снаружи покрывают расплавленным нефтяным битумом (такое покрытие, помимо антикоррозионных свойств, делает внутреннюю поверхность труб более гладкой, что значительно снижает трение воды об их стенки, особенно это актуально для канализационных труб).

Прежде чем использовать трубу или чугунные фасонные части для прокладки коммуникаций, следует проверить их качество. Швы, раковины, пузыри, свищи, шлаковые включения обычно определяются визуально; для обнаружения скрытых трещин по трубе или фасонной детали следует легко постучать молотком: о наличии трещин скажет короткий глухой звук.

На одном конце трубы или фасонной части имеется раструб, который служит для соединения отдельных деталей трубопровода между собой. В зависимости от диаметра трубы раструб может быть длиной от 60 до 75 мм, а ширина зазора между внутренней поверхностью раструба и наружной поверхностью вставленной в раструб другой детали 6–7 мм. При соединении деталей трубопровода из чугунных раструбных труб зазор раструба заделывают уплотнителями и цементом.

Техника сборки системы канализации (или наружной сети водопровода) следующая:

– концы соединяемых деталей тщательно зачищают от загрязнения;

– в раструб одной трубы вставляют прямой конец другой трубы и центрируют обе детали (чтобы ширина зазора по всей окружности была одинаковой);

– вокруг второй трубы наматывают несколько колец жгута из просмоленных прядей пеньки или льна (нужно следить, чтобы конец жгута не свешивался в первую трубу – это может привести к засорению системы; самый простой способ избежать этого – захлестнуть конец жгута наверх);

– конопаткой плотно вгоняют кольцо из жгута в зазор раструба; уплотнитель должен занять приблизительно 2/3 высоты раструба;

– оставшуюся 1/3 высоты раструба заделывают цементным раствором или асбестоцементной смесью. Раствор (или смесь) закладывают в зазор совком и зачеканивают чеканкой и молотком. Зачеканивание следует производить до тех пор, пока чеканка не будет отскакивать.

Цементный раствор для зачеканивания зазоров в соединениях раструбных труб готовят из цемента марки М300 или М400 в пропорции: на 9 весовых частей цемента – 1 весовая часть воды.

Асбестоцементную смесь готовят таким образом: смешивают цемент марки не ниже М400 (две весовые части) и асбестовое волокно не ниже 4-го сорта (одну весовую часть), непосредственно перед заделкой стыка к сухой асбестоцементной смеси добавляют воду (около 10 % от массы смеси) и тщательно перемешивают.

Процесс заделки зазоров раструбных соединений значительно упростится, если использовать расширяющийся цемент:

– концы соединяемых деталей (как и в первом случае) нужно очистить от загрязнения и промыть водой;

– на прямой конец трубы намотать два кольца чистой сухой белой пряди, вставить этот конец в раструб другой трубы или фасонной детали, а кольца прядей осадить;

– отцентровать детали, забив в зазор три металлических клина;

– приготовить раствор из расширяющегося цемента: на один стык труб диаметром 50 мм берут 100 г цемента, при диаметре трубы 100 мм – 200 г цемента, к цементу добавляют воду (около 70 % от объема цемента), раствор быстро перемешивают и заливают в зазор раструба.

Использование расширяющегося цемента позволяет избежать намотки и законопачивания просмоленного жгута, а также зачеканивания цементного раствора или асбестоцементной смеси, поскольку раствор из расширяющегося цемента самоуплотняется при отвердении.

Соединение пластмассовых труб

При сооружении канализационных трубопроводов очень часто используют трубы из пластмассы: полиэтилена (ЛИП), полипропилена (ПП) или непластифицированного поливинилхлорида (ПВХ).

При отборе пластмассовых труб (и фасонных частей к ним) для прокладки канализации особое внимание уделяют их качеству: на поверхностях труб не должно быть трещин, раковин, пузырей, вздутий и посторонних включений, видимых невооруженным глазом; концы труб должны быть обрезаны перпендикулярно к их осям, а кромки зачищены от заусенцев.

Монтаж трубопровода из пластмассовых труб можно производить методом сварки, склеивания или раструбных соединений.

Для стыковки труб методом сварки используют универсальную установку. Техника сварки пластмассовых труб проста: торцы труб очищают от загрязнений и окисной пленки, обезжиривают и оплавляют электронагревательным диском; затем диск убирают, а оплавленные концы труб соединяют под небольшим давлением и выдерживают в течение 20–30 секунд. Главный критерий прочности сварного соединения – быстрота проведения операции: промежуток времени между окончанием нагревания и соединением оплавленных концов свариваемых деталей не должен превышать 2–3 секунд. Сварные швы после остывания можно обработать напильниками.

Если нужно сварить раструбные трубы (или фасонные детали), то сварку производят следующим образом: после очистки и обезжиривания мест сварки на конце трубы без раструба снимают фаску под углом 30–45°, затем ее нагревают до оплавления и вставляют в раструб другой трубы (или фасонной детали) до упора, слегка припрессовывают и выдерживают под давлением 20–30 секунд.

При эксплуатации трубопровода из пластмассовых труб, смонтированного методом сварки, следует учитывать, что прочность соединений в стыковых швах на 10 % ниже, чем прочность самих труб. С повышением температуры труб прочность швов снижается (так, при нагревании трубы до 80 °C, прочность стыка составляет всего 20 % от прочности основного материала).

Склейке поддаются только трубы из поливинилхлорида. Для склеивания можно использовать один из следующих составов клея (в весовых частях):

– смесь перхлорвиниловой смолы (14–16 в. ч.) и метиленхлорида (86–84 в. ч.);

– смесь перхлорвиниловой смолы (14–16 в. ч.), метиленхлорида (76–72 в. ч.) и циклогексанона (10–12 в. ч.). Этот состав применяется для склеивания труб больших диаметров (более 100 мм).

Данные клеевые смеси летучи, поэтому для получения прочной склейки рекомендуется использовать свежеприготовленную смесь (не позднее 4 часов с момента приготовления).

Перед процессом склеивания концы труб следует должным образом подготовить: место соединения очистить от загрязнения, наружную поверхность ровного конца трубы и внутреннюю поверхность раструба зачистить шлифовальной шкуркой и обезжирить метиленхлоридом. Клей на подготовленные поверхности наносят равномерным тонким слоем: на внутреннюю поверхность раструба – на 1/3 его длины (расположенную в глубине), на наружную поверхность ровного (калиброванного) конца трубы – на всю длину калиброванной поверхности. Затем калиброванный конец трубы вводят в раструб до упора, слегка припрессовывают соединение и выдерживают под давлением в течение 5 минут. Склеенные таким образом узлы трубопровода можно использовать для дальнейшего монтажа через 2 часа.

И все же наиболее прочное соединение пластмассовых труб при монтаже системы канализации получают путем раструбного соединения с применением уплотнительных резиновых колец. Непроницаемость такого соединения достигается за счет упругости резинового кольца, сжатого между стенками раструба и ровным концом трубы.

Соединение пластмассовых частей канализационного трубопровода на раструбах производится в следующей последовательности:

– наружную поверхность ровного конца трубы, внутреннюю поверхность раструба, желобок для уплотнительного кольца и само кольцо очищают от загрязнения;

– резиновое кольцо вкладывают в желобок раструба;

– ровный конец второй трубы смазывают мыльным раствором или глицерином и вращательными движениями вводят в раструб до упора;

– проверяют наличие уплотнительного кольца в желобке, для чего проворачивают одну из деталей соединения вокруг оси: относительно легкое движение трубы означает, что кольцо находится на месте, в желобке; если же деталь проворачивается с трудом, значит, кольцо из желобка выпало, в этом случае соединение размыкают и производят повторную сборку;

– для обеспечения неподвижности стыка и большей его герметичности зазор между внутренней поверхностью раструба и наружной поверхностью ровного конца трубы заделывают цементным раствором на 1/3 глубины раструба.

Для соединения пластмассовых сифонов санитарно-технического оборудования с системой канализации применяют резиновые переходные детали; для подсоединения чугунных фасонных деталей к системе канализации из пластмассовых труб используют полиэтиленовые патрубки с раструбом на одном конце (рис. 74).

Рис. 74. Подсоединение чугунных фасонных деталей к пластмассовым канализационным трубам: 1 – просмоленная прядь и цементный раствор; 2 – полиэтиленовый патрубок с раструбом; 3 – труба из ПВХ; 4 – уплотнительное резиновое кольцо; 5 – чугунная фасонная деталь.

Вполне возможно, что при сооружении канализационного трубопровода из пластмассовых труб потребуется сформовать раструб, произвести изгиб трубы или изготовить гнутые детали. В преддверии всех этих операций трубы в месте предполагаемой деформации следует размягчить в нагретом глицерине: температура глицерина для размягчения труб из ЛИП должна быть 105 +/–5 °C, для труб из ПВХ – 135 +/–5 °C, для труб из ПП – 165 +/–5 °C. Трубу помещают в ванну с нагретым глицерином на несколько секунд (в зависимости от толщины стенок труб), после чего формуют раструбы (холодный конец трубы зажимают в тисках, а в нагретый (размягченный) вставляют оправку, подогретую до температуры около 100 °C) или производят изгиб труб.

Изгиб пластмассовых труб и изготовление гнутых деталей производят на трубогибочных станках. В зависимости от отношения толщины стенок трубы к ее наружному диаметру, а также от радиуса изгиба гибку труб нужно производить с наполнителем или без него.

Без наполнителя можно гнуть трубы, если соблюдены следующие условия:

– отношение толщины стенки трубы к ее наружному диаметру – не менее 0,06;

– радиус изгиба по оси трубы составляет от 3,5 до 4 величин наружного диаметра трубы.

Если труба и нужный изгиб не соответствуют вышеназванным условиям, то в трубу перед операцией изгиба вставляют наполнитель: резиновый жгут, гибкий металлический шланг или резиновый шланг, заполненный песком.

Диаметр гибочного шаблона должен быть равен наружному диаметру трубы. Пластмасса – материал относительно упругий, поэтому если нужно получить изгиб, например, в 90°, то трубы следует перегибать на 6–10°.

Сформованный раструб на шаблоне, а изгиб в зафиксированном положении на трубогибочном станке охлаждают до температуры окружающего воздуха водой.

Соединение металлополимерных труб

Эти трубы были разработаны не очень давно и имеют много положительных свойств. Они устойчивы к коррозии, химически нейтральны, в них не накапливаются отложения. К тому же они легко гнутся вручную и без труда огибают даже выступы стен. Имея столь фантастическую гибкость, эти трубы не теряют своей прочности. Также к несомненным достоинствам данных труб можно отнести и долгий срок их службы – 50 лет и более.

При монтаже металлополимерных труб не требуется точной подгонки размеров.

Гибкие металлополимерные трубы изготавливаются из высокопрочного полиэтилена (несколько слоев сваривают внахлестку) и прослойки из алюминия (рис. 75).

Рис. 75. Металлополимерная труба: 1 – слои полиэтилена; 2 – связующий слой; 3 – алюминий.

Эти трубы продаются в комплекте с установочными тройниками, разделителями и другой арматурой, что дает возможность стыковать трубу с помощью герметичных соединений с трубами и приборами из пластмасс, бронзы, стали, латуни и значительно облегчает монтаж.

Соединение керамических труб

В некоторых случаях для сооружения наружных сетей канализации и водопровода используются керамические раструбные трубы (а также бетонные и асбестоцементные, правда значительно реже).

Раструбные соединения таких труб производятся аналогично раструбным соединениям чугунных труб: зазоры между внутренней поверхностью раструбов и наружной поверхностью ровных концов труб заделывают на 2/3 просмоленным жгутом из прядей пеньки или льна, а оставшуюся 1/3 – цементным раствором или асбестоцементной смесью. Кроме того, в данном случае вместо этих растворов можно использовать мастику такого состава: асфальтовая мастика – 6 в. ч., нефтяной битум БН-111 – 4 в. ч.

Непосредственно перед заделкой зазора мастику подогревают до жидкотекучего состояния. При заделке вертикальных соединений мастику просто заливают в зазор. Если же соединение находится в горизонтальном или наклонном положении, то зазор по всей окружности закрывают глиняным валиком, в верхней части которого оставляют отверстие – литник; в литник устанавливают воронку и заливают мастику. Для этой же цели можно использовать и специальный металлический хомут (а чтобы мастика не прилипала к нему и его можно было легко удалить после остывания мастики, хомут обмазывают глиняным тестом).

Фасонные части соединений труб

Фасонные части, имеющие антикоррозийную защиту, применяются при выполнении поворотов, переходов от одного диаметра трубы к другому, ответвлений. Их используют при соединении:

– стальных электросварных труб со спиральным швом диаметром 254 мм, с антикоррозийным этинолевым покрытием;

– стальных тонкостенных спирально-шовных труб диаметром 254 мм, с двусторонним цинковым покрытием;

– стальных труб, имеющих толщину стенок 168–1220 мм;

– стальных тонкостенных электросварных труб диаметром 168–426 мм, со спиральным швом;

– стальных тонкостенных труб диаметром 200–400 мм, с лакоэтинолевым покрытием;

– асбестоцементных труб диаметром 150–500 мм;

– полиэтиленовых труб диаметром 160–300 мм;

– чугунных труб диаметром 150–400 мм.

Для соединения труб применяются переходы, тройники, отводы, кресты и патрубки.

Переходы используются в трубопроводах для устройства переходов от одного диаметра труб к другому (рис. 76).

Рис. 76. Переход: 1 – втулка; 2 – переход; 3 – раструб.

Тройники применяются для устройства ответвлений на трубопроводах. Тройники бывают равнопроходными и переходными (рис. 77).

Рис. 77. Переходной тройник: 1 – штуцер; 2 – ствол.

Отводы служат для устройства поворотов трубопроводов под углом 90° (рис. 78).

Рис. 78. Отвод: 1 – сектор; 2 – полусектор.

Кресты используют для устройства ответвлений трубопроводов (рис. 79).

Рис. 79. Крест: 1 – штуцер; 2 – ствол.

Для установки трубопроводной арматуры на трубопроводах применяют патрубки (рис. 80).

Рис. 80. Патрубок: 1 – фланец; 2 – патрубок.

Стенки фасонных частей могут быть разной толщины. Это зависит от срока службы трубопровода, для которого они применяются. Для стальных труб используются фасонные части, рассчитанные на рабочее давление 2 МПа, а для остальных труб – 1,5 МПа.

Соединение фасонных частей с трубами производится по-разному.

Например, с гладкими концами стальных труб фасонные части соединяются сваркой. Чугунными муфтами стыкуют стальные тонкостенные трубы с обечайками, чугунные с гладкими концами и асбестоцементные трубы. С помощью втулок и раструбов соединяют концы тонкостенных стальных труб. Обточенный конец асбестоцементной трубы можно соединить с необточенным концом трубы с таким же диаметром с помощью перехода с раструбом и гладким концом. Фасонные части с полиэтиленовыми трубами стыкуются на фланцах.

Соединение труб на фитингах и муфтами

Соединение на фитингах используется для труб с резьбой на концах. При этом применяются фитинги – фасонные соединительные части, которые изготовляются из ковкого чугуна, стали, пластмассы. Их использование дает возможность соединять трубы под требующимся углом, делать необходимые ответвления, переходы от одного диаметра трубы на другой.

Фитинги из ковкого чугуна для прочности имеют буртики по торцам. Стальные фитинги гладкие, без буртиков и выступов. Промышленность выпускает и пластмассовые шестигранные фитинги под гаечный ключ (рис. 81).

Рис. 81. Виды фитингов: а – угольник; б – переходный тройник; в – переходная муфта; г – сгон в сборе, с прямой муфтой и контргайкой.

Соединение с помощью фитингов должно быть прочным, что обеспечивается плотным прижиманием друг к другу ниток резьбы. Чтобы достичь герметичности при свинчивании труб с резьбой, нужно предварительно смазать нарезанные части белилами или свинцовым суриком.

Если же нужно достичь более надежного соединения труб с резьбой, следует воспользоваться льняной или пеньковой подмоткой с суриковой замазкой. Для ее приготовления берут 2 части (по массе) сурика и 1 часть вареного масла.

Короткую резьбу на трубах применяют для неразъемных соединений труб фасонными частями. На смонтированном трубопроводе разобрать такое соединение можно, только разрезав трубы.

Чтобы соединить трубы с короткой резьбой, необходимо на каждом конце соединяемых труб нарезать резьбу так, чтобы она на 2–3 витка не доходила до середины муфты. Это создаст своеобразное заклинивание, благодаря которому получится очень прочное соединение.

На садовых участках использование муфт для соединения труб не редкость. Но при этом обязательно надо предусмотреть и возможность их разъединения. Например, на участке 6 соток (20 х 30 м) проложены трубы разной длины, соединенные муфтами. Из-под муфты, скажем, в 6 м от магистрального трубопровода, который распределяет воду по всему участку, начала фонтанировать вода. Если все трубы до дефектного участка соединены муфтами, то придется с целью устранения неполадки разбирать когда-то собранные трубы или вращать их до нужной муфты. Чтобы облегчить ремонт, следует в процессе сборки трубопровода периодически между трубами устанавливать сгоны.

Сгон представляет собой небольшую трубу, имеющую на одном конце короткую резьбу для соединения труб муфтой, а на другом – резьбу в несколько раз больше. На длинной резьбе уместятся и муфта, и контргайка, сгоняемые туда, чтобы разъединить трубы. Размеры сгонов представлены в табл. 4.

Таблица 4. Размеры сгонов, мм

Необходимо помнить, что при соединении труб разрешается только заворачивать трубы и фитинги. Отворачивание (задний ход) неизбежно приводит к течи.

И последнее. Любые соединения труб в процессе эксплуатации трубопроводов должны оставаться герметичными.

Профилактика трубопроводов

В качестве профилактических мер для продления срока службы различных трубопроводов проводят следующие мероприятия:

– для защиты труб от ржавчины существует несколько способов (в зависимости от вида труб и места нахождения трубопровода), самый распространенный – окрашивание эмалями и масляными красками.

В качестве грунтовки под окрашивание можно применять антикоррозийные составы – для труб и радиаторов отопительной системы; свинцово-суриковую грунтовку № 81 – для водопроводных труб горячего водоснабжения; цементный раствор на казеиновом клею (в пропорции 3: 1) для всех видов труб; карболат – для труб холодного водоснабжения во влажных помещениях (ванных, душевых, санузлах). Трубу покрывают пастой толщиной около 5 мм, а после ее отвердения окрашивают. Такая грунтовка, помимо коррозийной устойчивости, препятствует образованию на трубах конденсата. Фановые (канализационные) трубы практически не грунтуются, а покрываются расплавленным битумом;

– для предотвращения «размораживания» внутренней трубопроводной системы рекомендуется не оставлять помещение неотапливаемым в холодное время года на длительное время; для защиты наружных трубопроводов от промерзания (помимо размещения их ниже уровня промерзания почвы) использовать утеплители – солому, опилки, минеральную вату и пр.; в исключительных случаях для предотвращения замерзания труб в особо сильные морозы на ночь можно приоткрыть водопроводный кран, чтобы вода текла тонкой струйкой (но в этом случае следует позабыть о таком понятии, как экономия пресной воды). Если же вода в трубах все-таки промерзла, то, прежде чем включить отопление или водопровод, трубы нужно отогреть горячей водой, электрической плиткой или рефлектором; канализационные трубы от ввода в магистраль следует отогревать так, чтобы их содержимое по мере оттаивания уходило вниз. Размороженные (лопнувшие трубы) можно на время заделать специальной замазкой: 2,5 кг мелких железных опилок, 60 г сухого порошкообразного нашатыря и 30 г серы тщательно перемешать; перед применением сухую смесь затворить водой до получения консистенции густой замазки. Если повреждение небольшое, то трещину можно (опять-таки на время) заделать с помощью стального хомутика с резиновой прокладкой и болтовым замком. По окончании отопительного сезона или с наступлением теплого времени года лопнувшие трубы заменяют (в холодное время замену дефектных труб в домашних условиях производить не рекомендуется);

– во избежание засорения внутренней канализации рекомендуется периодически производить профилактическую очистку с помощью капронового шнура и металлической мочалки, схема проведения такой очистки показана на рис. 82.

Рис. 82. Профилактическая прочистка труб внутренней системы канализации капроновым шнуром.

Для того чтобы протянуть шнур по трубам, на один из его концов (который пропускается в трубы первым) привязывают достаточно тяжелую пуговицу, опускают конец шнура с пуговицей в трубу и открывают воду, а уловить шнур в другом выводном отверстии можно крючком из стальной проволоки;

– при засорении сифонов раковин, моек, ванн для их промывки применяют химические препараты типа «Крот», если данный метод очистки не помогает, то сифон разбирают и очищают механическим способом.

Трубопроводная арматура

Ни один трубопровод не может действовать без наличия в его конструкции арматуры. По функциональному назначению различают такие виды трубопроводной арматуры, как водоразборная, запорная, предохранительная, регулирующая и указатели уровня жидкости и давления.

Арматура играет чрезвычайно важную роль и, естественно, должна быть в рабочем состоянии. Если краны и смесители всегда на виду и находятся в постоянном пользовании, а следовательно, чаще нуждаются в починке, то о вентилях вспоминают только в тех случаях, когда необходимо перекрыть воду для проведения текущего ремонта.

Водоразборная арматура

Краны относятся к элементам водоразборной арматуры и служат для запирания или отпирания подающей трубы. В закрытом положении кран постоянно находится по давлением и должен эффективно его сдерживать, а также регулировать расход воды при открывании. Эта задача решается тем или иным конструктивным исполнением.

Рассмотрим конструкцию двух водоразборных кранов: с выдвижным шпинделем и с конусной пробкой, играющей роль невыдвижного шпинделя (рис. 83).

Рис. 83. Устройство водоразборных кранов: а – с выдвижным шпинделем; б – с конусной пробкой (невыдвижным шпинделем); 1 – маховичок; 2 – сальниковая втулка; 3 – сальниковая набивка; 4 – крышка корпуса; 5 – клапан; 6 – уплотнительная прокладка; 7 – седло; 8 – корпус крана; 9 – шпиндель; 10 – ручка крана; 11 – конусная пробка; 12 – окно; 13 – шайба; 14 – натяжная гайка.

Кран с выдвижным шпинделем (рис. 83, а) действует следующим образом: при движении маховичка вправо шпиндель выдвигается вверх, поднимая клапан (диск с клином), в результате чего открывается проход для потока; при вращении маховичка влево происходит обратная операция – задвигающийся шпиндель опускает клапан, и проход закрывается.

Герметичность обеспечивается сальниковой втулкой и сальниковой набивкой, которые препятствуют просачиванию воды через крышку корпуса вдоль шпинделя.

Причиной подтекающего крана чаще всего бывает либо износ прокладки клапана крана (эта причина может вызвать не только просачивание воды, но и дребезжание и шум в водопроводной сети), либо деформация поверхности седла для клапана (в этих двух случаях вода подтекает непосредственно из краника), либо износившаяся сальниковая набивка (при этом вода сочится через зазор между шпинделем и сальниковой втулкой).

Первую причину неполадки устраняют заменой прокладки, для чего нужно вывинтить шпиндель, удалить старую прокладку и установить новую (в водопроводных кранах для холодной воды применяются резиновые прокладки, в кранах для горячей воды желательно использовать кожаные). Для большей герметичности клапана по внешнему ободу прокладки рекомендуется снять фаску под углом 45°.

Для устранения второй причины кран следует разобрать, просушить, в седло (гнездо) вставить несколько кружочков из наждачной шкурки, шпиндель установить на место и, поворачивая им вправо-влево, притереть поверхность седла.

Третья причина подтекания крана устраняется заменой сальниковой набивки: снять маховичок и сальниковую втулку, удалить изношенную набивку, обернуть вокруг шпинделя тонкую бечевку или шпагат, сальниковую втулку установить на место, припрессовав ею новую набивку.

Кран с конусной пробкой (рис. 83, б) действует еще проще: при повороте ручки крана в положение совмещения отверстия трубы и окна конусной пробки (читай: шпинделя) проход для потока открывается; обратный поворот закрывает проход. Здесь герметичность достигается тщательной притиркой поверхности шпинделя и стенок отверстия для него, а также натяжением шпинделя натяжной гайкой. Подтекающий кран с конусной пробкой ремонтируют либо подтяжкой натяжной гайки, либо заменой изношенного шпинделя.

Запорная арматура

Запорная арматура служит для включения или отключения потока жидкости или газа, проходящего по трубопроводу. К запорной арматуре относятся задвижки, вентили и т. п. По конструкции запорная арматура может быть с клиновыми и параллельными выдвижными и невыдвижными шпинделями.

Вентили играют очень важную роль, ведь только они в случае аварии могут спасти дом от потопа.

В многоэтажных зданиях вентили могут быть смонтированы на трубах в различных местах, например в туалете над смывным бачком, в ванной комнате у пола, на боковых стенках туалета и в других местах. На трубах с горячей и холодной водой должны находиться отдельные вентили. Контрольный вентиль обычно располагается на самом ответвлении от стояка.

В любой квартире у каждого санитарного прибора должен находиться специальный вентиль, чтобы была возможность перекрыть поступление воды, если возникнет неисправность и надо будет срочно производить ремонт. Вентили по принципу действия и устройству сходны с кранами. Пример запорно-регулирующего вентиля показан на рис. 84.

Рис. 84. Запорно-регулирующий вентиль: 1 – корпус; 2 – седло; 3 – клапан; 4 – шпиндель; 5 – накидная гайка; 6 – маховичок; 7 – втулка; 8 – сальниковая набивка; 9 – крышка корпуса.

При вращении маховичка вправо шпиндель опускается, закрывая клапаном седло, сужающийся проход сокращает расход транспортируемой среды, вплоть до прекращения движения потока.

Обратное вращение маховичка поднимает клапан и открывает проход вентиля.

Герметичность данного вентиля обеспечивается точной притиркой сопрягаемых поверхностей клапана и отверстия седла, а также наличием сальниковой втулки и набивки в верхней части вентиля. Для контроля за давлением в системе рядом с регулируемым вентилем монтируют соответствующие манометры.

Указатели уровня жидкости и давления изготавливаются в виде различных водомерных трубок, маслоуказателей и т. п.

Так же как и у кранов, у вентилей имеется окно во внутренней перегородке корпуса для прохождения воды, клапан с прокладкой и шток с возвратно-поступательным ходом, расположенный в головке корпуса. Но элементы конструкции вентиля должны быть более надежны по сравнению с краном, так как в рабочем состоянии вентиль всегда открыт. Колоссальной нагрузке подвергается контрольный вентиль на вводе.

Материалами для изготовления вентилей служат латунь и ковкий чугун. Если в квартире установлены чугунные вентили, желательно иметь про запас новую головку корпуса в сборе со штоком, так как со временем из-за ржавчины стальной шток может срастись с чугунной головкой корпуса. Предпочтение лучше отдавать чугунным вентилям с латунными штоками, так как они более долговечны. При покупке нового вентиля следует обратить особое внимание на конструкцию клапана.

Он должен быть хорошо заметен в одной из сторон подсоединения труб. Также нужно убедиться в том, что на клапане имеется прокладка, закрепленная гайкой. На стороне клапана, примыкающей к седлу, может быть ровная поверхность. Для установки в домашних условиях такой вентиль не подходит. Он будет плохо сдерживать воду, так как считается паровым.

Обычно вентиль находится в положении «открыто». Закрывают его только в том случае, если следует провести ремонт кранов, труб или сантехнических приборов.

Предохранительная арматура

К предохранительной арматуре относятся обратные клапаны, которые предохраняют трубопроводы от повышения давления и препятствуют движению потока транспортируемой среды из системы при падении давления или аварии. Клапаны позволяют продвигаться транспортируемой среде только в одном направлении. Они устанавливаются на прямоточных линиях котлов, на вводах водопроводной системы и т. п.

Причем обратные клапаны не являются чисто трубопроводной арматурой: так, обратный клапан – конструктивная единица всевозможных насосов, еще один пример обратного клапана – ниппель, устанавливаемый на велосипедных и автомобильных колесах.

Наиболее распространенные из трубопроводных арматурных обратных клапанов – подъемные и поворотные.

Обратный подъемный клапан состоит из корпуса с седлом, который закрывается золотником со штоком. При движении потока в нужном направлении шток приподнимается и пропускает транспортируемую среду. Обратное движение потока невозможно вследствие того, что поток опускает шток, который упирает золотник в седло и закрывает проход.

Обратный поворотный клапан представляет собой чугунный корпус, в котором на шарнире установлена захлопка, оснащенная резиновой прокладкой.

Под давлением транспортируемой среды захлопка поворачивается на 90° и открывает проход потоку. При падении давления в сети захлопка поворачивается в исходное положение и закрывает проход потока из сети. Причиной выхода из строя такого клапана чаще всего является износ прокладки, которую заменяют через крышку фланца.

На корпусах всех обратных клапанов стрелкой указано направление транспортируемой среды, поэтому при монтаже клапана в систему трубопровода его следует устанавливать таким образом, чтобы направление стрелки совпадало с нужным направлением потока. Рассчитаны такие клапаны на давление в системе от 1 до 4 МПа и на температуру транспортируемой среды от 50 до 225 °C, что также указано в маркировке.

Испытания собранных трубопроводов

После сборки и монтажа трубопроводов проводят их испытание, которое происходит в два этапа: визуальный контроль и гидростатическое испытание.

Визуальный контроль заключается в осмотре всей линии трубопровода, узлов соединений и трубопроводной арматуры с целью обнаружения механических повреждений, нарушения антикоррозийного покрытия, скручивания шланговых соединений, которые недопустимы при вводе коммуникаций в эксплуатацию.

Прежде чем производить гидростатическое испытание трубопровода, систему промывают. В принципе промывка – начальный этап испытания: наличие капель жидкости на контролируемой поверхности свидетельствует о гидропроницаемости системы. После устранения неполадок наружную поверхность трубопровода просушивают и проверяют промывкой вновь.

Затем осуществляют контроль газопроницаемости, для чего места стыков и соединений промазывают мыльной водой, а в систему подается сжатый воздух. Образование мыльных пузырей укажет места недостаточной герметичности. Дефекты устраняют заменой деталей, подтягиванием соединительных элементов, после чего испытание производят повторно.

Герметичность ответственных систем (например, газопровода) проверяют специализированные службы, использующие специальное оборудование и гидро– и газосмеси.

Санитарно-техническое оборудование

Водопроводы, газопроводы и системы канализаций для бытовой эксплуатации пригодны только при наличии подсоединенного к системам санитарно-технического или газового оборудования (действительно, трудно представить, как можно пользоваться, например, газопроводом без наличия газовой плиты, водонагревательной колонки или отопительного газового котла). Установка и ремонт этого оборудования также задача слесаря.

Установка наружного крана

Для этой работы нужны тройник, ножовка по металлу (см. рис. 5, а) и разводной ключ (см. рис. 13, г). Приложив тройник к трубе водопровода, надо сделать все необходимые отметки, уточняющие, в каких местах следует перерезать трубу.

Выполняя эту операцию, необходимо помнить, что трубы должны войти в тройник на глубину, предусмотренную самой конструкцией тройника. С помощью напильника надо сделать фаски на кромках труб. Затем, предварительно хорошо очистив концы труб, надеть на них компрессионные прокладки (рис. 85).

Рис. 85. Разрез трубы и подготовка к соединению: 1 – место среза трубопровода; 2 – компрессионные кольца; 3 – тройник; 4 – гайки для тройника; 5 – резьба для гаек.

Труба с надетыми на нее прокладками должна туго входить в отверстия тройника. Введя концы труб до упора в тройник, необходимо зажать их гайками так, чтобы верхняя прокладка плотно прилегала к гайке (рис. 86).

Рис. 86. Соединение с помощью тройника: 1 – компрессионные кольца; 2 – тройник; 3 – гайки для тройника.

Далее надо измерить расстояние от тройника до того места, где будет делаться вывод от трубопровода. Так как путь такой выводящей трубы может быть достаточно сложным (вдоль стен, с изгибами), то лучше использовать гибкую трубу диаметром 10–15 мм, которую с помощью муфты можно соединить со свободным выходом тройника (рис. 87).

Рис. 87. Вывод наружного крана: 1 – перекрывающий вентиль; 2 – наружный кран; 3 – стена дома; 4 – отверстие в стене; 5 – угольник.

Устанавливая пластмассовую (медную или латунную) трубу, необходимо заранее приобрести необходимое количество угольников по числу проектируемых изгибов.

Установка унитазов

Керамические унитазы устанавливаются на бетонные или плиточные полы и крепятся двумя различными способами: с помощью дюбелей и шурупов или путем приклеивания к полу. В качестве уплотнителя между полом и унитазом прокладывают листовую резину с отверстием для прохода прямого выпуска унитаза. Допускается также крепление унитаза шурупами к тафте – деревянной доске, заделанной в бетон и имеющей отверстие для раструба.

При установке унитаза необходимо соблюдать следующую последовательность действий. Выпускной отросток с наружными канавками смазать разведенным в олифе суриком и на него туго намотать смоляную прядь. При обмотке прядь не надо доводить до конца отростка на 3–4 мм для того, чтобы ее концы не попали в его отверстие, так как это может послужить причиной засорения.

После этого прядь промазать сверху суриком и унитаз установить выпускным отростком в раструб. Предварительно проверив правильность установки унитаза, его надо привинтить шурупами к дюбелям. Эту операцию необходимо проделывать крайне осторожно, дабы не отколоть край унитаза у отверстия. Чтобы в дальнейшем можно было без лишних усилий снять унитаз, прикрепленный к тафте, шурупы перед завинчиванием смазывают тавотом, а под их головку подкладывают кусочек кожи или резины и металлическую шайбу.

Смывной бачок необходимо закрепить на двух шурупах еще до установки унитаза. А шурупы обязательно укрепить на стене в дюбелях так, чтобы бачок стоял строго горизонтально. Непосредственно перед установкой смывного бачка к нему на полу присоединяют смывную трубу диаметром 32 мм. Другой конец смывной трубы обмазывают суриком и обертывают льняной прядью, которую сверху тоже обмазывают. На конец трубы надевают резиновую манжету, которую приматывают к трубе тонкой проволокой. Другой конец манжеты выворачивают и натягивают на трубу.

Установка тарельчатых унитазов имеет несколько особенностей. При установке такого унитаза с прямым выпуском сам выпуск нужно соединять непосредственно с раструбом отводной трубы, который должен быть выведен заподлицо с полом. Установка тарельчатого унитаза с косым выпуском и высоко расположенным смывным бачком, присоединение его к водопроводному и канализационному стоякам, расположенным в санитарно-технических блоках, или к стоякам, расположенным в бороздах стен, показаны на рис. 88.

Рис. 88. Унитаз с косым выпуском и высоко расположенным смывным бачком: 1 – гидроизоляция; 2 – дюбель; 3 – водопроводная труба; 4 – вентиль; 5 – шурупы.

Унитаз устанавливают в соответствии с монтажными размерами, приведенными на этом же рисунке.

Схема установки тарельчатого унитаза с косым выпуском под углом 30° и удлиненной полочкой, непосредственно соединенной со смывным бачком «Компакт», приведена на рис. 89.

Рис. 89. Тарельчатый унитаз с низко расположенным смывным бачком.

Смывной бачок закрепляют на удлиненной полочке с помощью двух болтов. К корпусу унитаза привертывают специальную арматуру для крепления сиденья. Подключение тарельчатых унитазов с выпуском под углом 30° к канализационной сети можно осуществить двумя способами. Один способ – это когда унитаз присоединяется к двухплоскостному тройнику, являющемуся частью канализационного стояка.

Другой способ состоит в том, что унитаз присоединяется к канализационной сети с помощью переходного тройника, являющегося частью отводной линии. В последнем случае унитаз устанавливают с откосом от канализационного стояка.

Унитаз можно устанавливать с прокладкой отводной трубы над полом, открыто или в плинтусе. Наиболее широко употребляемым материалом для приклеивания унитазов к плиточным и бетонным полам является эпоксидный клей. Его аккуратно наносят на опорную поверхность унитаза металлической лопаткой в четырех местах по углам с таким расчетом, чтобы общая приклеиваемая площадь была не менее 20 см2.

После этого унитаз устанавливают на пол и плотно прижимают к нему. Для того чтобы обеспечить необходимую надежность прикрепления, унитазы должны находиться в состоянии покоя не менее чем 10–12 часов.

Поверхности для установки унитазов подготавливают с помощью электрифицированного инструмента. В процессе обработки этим инструментом на подготовляемые поверхности с помощью корундового камня желательно нанести шероховатости, способствующие лучшему креплению унитаза.

Используя эпоксидный клей, не надо забывать, что несоблюдение правил работы с ним вредно для здоровья. Вот основные из них:

– помещения, в которых производятся работы, должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией с трехкратным обменом воздуха;

– в помещениях, где используют эпоксидный клей, не допускается хранение и прием пищи;

– при работе с клеем необходимо пользоваться защитной пастой для рук ПЭР-1, резиновыми перчатками или рукавицами КР.

При попадании на кожу отвердителя или готового клея пораженное место нужно как можно скорее протереть ацетоном, а затем промыть теплой водой. По окончании работы с клеем, а также во время перерыва необходимо вымыть руки теплой водой с мылом.

Установка перекрывающего вентиля

Наличие таких вентилей в доме на определенных участках трубопровода просто необходимо. Достаточно лишь сказать о том, что зимой без такого вентиля вода в выведенном наружу кране замерзнет и разорвет арматуру, находящуюся вне дома. Для его установки по нанесенной отметке надо сделать отверстие в стене дома.

Инструмент для этого используется разный и зависит от материалов, из которых сложена стена.

Выведенная через пробитое в стене отверстие труба должна выступать снаружи не менее чем на 20 мм и иметь высоту от земли не менее 1 м. К наружному концу трубы надо присоединить водопроводный кран. Теперь остается только опробовать установленный вентиль, подав напор воды. Если все в порядке, то можно заделывать отверстие в стене вокруг трубы, используя для этой цели цемент.

Установка раковин, моек и питьевых фонтанчиков

Керамические раковины (одиночные или групповые) устанавливают на чугунных кронштейнах, прикрепленных к стене шурупами (рис. 90).

Рис. 90. Раковина со спинкой без перелива и сифоном-ревизией.

Для этого сначала размечают по шаблону отверстия для крепления кронштейнов и вставляют в просверленные отверстия (в каменной или бетонной стене) дюбели или хлорвиниловые трубки. Далее устанавливают кронштейны, проверяют их по уровню и надежно закрепляют шурупами. При установке раковины необходимо проследить, чтобы верхний выступающий штифт кронштейна входил в отверстие нижней плоскости борта умывальника.

Раковину подсоединяют к сифону металлическим выпуском диаметром 32 мм. Устанавливая выпуск, необходимо помнить о возможной поломке раковины при завинчивании гаек. Для того чтобы избежать этой неприятности, под верхнее кольцо снизу рекомендуется подложить резиновые прокладки.

Для того чтобы установить раковину с сифоном-ревизией, на одном конце патрубка длиной 110 мм нарезают резьбу, а другой конец разбортовывают под размер сифона. Затем на патрубок навинчивают муфту, разбортованный конец, обернутый смоляной прядью и покрытый сверху замазкой, вставляют в сифон и одновременно устанавливают раковину на кронштейны. После установки и проверки раковины убирают лишнюю замазку.

При групповой установке раковины можно объединить отводной стальной трубой диаметром 40 мм с общим чугунным сифоном.

При монтаже умывальников, в зависимости от типа арматуры, пробивают одно, два и три отверстия в имеющихся на нижней стороне задней полочки наколах. При установке настенных смесителей отверстия в задней полочке раковин не пробивают.

Таким же образом устанавливаются и мойки (рис. 91).

Рис. 91. Установка чугунной мойки.

Небольшая разница состоит в том, что в помещениях общественного питания мойки должны иметь между выпуском и сифоном воздушный разрыв 20–30 мм для предохранения от возможного попадания сточной жидкости в мойку в случае засорения системы канализации. Но в домашних условиях такой прием обычно не используется.

Питьевые фонтанчики бывают двух типов: напольные и настенные. Эти приборы, оборудованные насадками для питья, имеют чаши для приема изливаемой воды и отвода ее в канализацию. Кроме того, фонтанчики оборудуются регуляторами давления, поддерживающими постоянную высоту струи независимо от колебаний давления воды в сети.

На рис. 92 изображен настенный питьевой фонтанчик с педальным спуском воды.

Рис. 92. Установка настенного питьевого фонтанчика.

Для крепления чаши используются дюбеля с гайкой. Выпуск чаши соединяется U-образным сифоном, расположенным внутри прибора.

Установка распылителя воды

Уже не раз было сказано, что современный рынок представляет широкий выбор различных сантехнических устройств как отечественных, так и зарубежных производителей. Выбрать какое-нибудь кухонное устройство нетрудно, и помощь от него в работе будет огромной. Установка подобных устройств не требует специальных знаний, а принцип подключения одинаков для всех.

Распылитель для мытья посуды и промывки овощей подключается так же, как и водопроводная труба к вентилю. Сами вентили в значительной степени различаются по принципу работы, и поэтому нужно с самого начала точно представлять себе, какие функции они должны выполнять.

Для сдвоенной мойки устанавливается смеситель с управляющим рычагом типа Ring-Plus.

Подобные смесители открывают, закрывают, регулируют подачу воды желаемой температуры до тех пор, пока рука находится на рычаге. В распылитель поступает уже отрегулированная по температуре вода по одному общему шлангу. Непосредственно перед установкой распылителя в мойке необходимо подготовить второе отверстие. Расстояние этого отверстия от смесителя выбирается произвольно. Разметка выполняется с помощью циркуля, а затем зубилом выбивается сквозное отверстие, куда вводится ножовочное полотно, и выпиливается круг. Края зачищаются напильником и наждачной бумагой.

Распылитель прикрепляется к раковине мойки по тому же принципу, что и смеситель (рис. 93).

Рис. 93. Установка распылителя на кухонную мойку: 1 – подвод холодной воды; 2 – подвод горячей воды; 3 – подключение шланга для распылителя; 4 – смеситель с управляющим рычагом; 5 – распылитель; 6 – перелив мойки; 7 – сифон; 8 – труба слива грязной воды; 9 – шланг распылителя.

На отвод смесителя надевается шланг распылителя (через адаптер). Подсоединив распылитель, необходимо убедиться в герметичности соединения шланга со смесителем.

Установка ванн, душевых поддонов и трапов

Круглобортные и прямобортные ванны устанавливают на ножках. Расстояние от низа ванны до пола должно составлять 145 мм. Уклон делают в сторону выпуска. Снаружи ванны со стороны выпуска монтируют переливную трубу диаметром 25 мм для обеспечения стока воды в случае переполнения ванны. Приемное отверстие трубы снабжают розеткой с решеткой.

В нижнее отверстие ванны вставляют выпуск диаметром 40 мм. В нижний конец тройника ввертывают разбортованный патрубок, который вставляют в раструб обычного сифона, или соединяют выпуск с напольным сифоном. В сифоне патрубок заделывают просмоленной прядью на суриковой замазке.

Прямобортную ванну устанавливают бортами плотно к стене, которую затем облицовывают плиткой (рис. 94).

Рис. 94. Установка прямобортной ванны.

Вдоль переднего борта ванны выкладывают стенку из кирпича и также облицовывают. Около сифона в облицовке устраивают смотровой люк с дверцей размером 200 х 300 мм для прочистки сифона. Еще лучше вместо кирпичной стенки закрывать переднюю сторону ванны съемной асбестоцементной панелью, покрытой белой эмалью. Преимущества такого способа перед стационарной кирпичной стенкой очевидны: пространство под ванной защищено от грязи и брызг, а само прикрытие легко снимается в случае необходимости. В малогабаритных квартирах жилых зданий устанавливают ванну и умывальник с общим смесителем и душевой сеткой, укрепленной на душевой трубке, или душевой сеткой с гибким шлангом.

Душевые поддоны, так же как и ванны, должны быть обеспечены уравнителями электрических потенциалов между корпусом поддона и металлической водопроводной трубой.

При устройстве уравнителей электрического потенциала необходимо соблюдать следующие условия:

– контактные поверхности ванны, поддона и труб должны быть зачищены до металлического блеска;

– наконечник и хомут крепят к стальной проволоке сваркой;

– проволоку с приваренными деталями оцинковывают;

– хомут крепят на трубе холодного водопровода около ванны;

– наконечник присоединяют к контактному приливу ванны.

В душевых, банях, прачечных и ваннах массового пользования устанавливают трапы. При установке трапа в межэтажном перекрытии следует обеспечить герметичное соединение деталей трапа с бетоном, что достигается использованием гидроизоляционных материалов (осмоленная мешковина, клеевая масса и др.). Гидроизоляцию укладывают в несколько слоев между корпусами трапа и его рамой. Трап устанавливают заподлицо с поверхностью пола, который имеет уклон в сторону трапа.

Установка сантехнических кабин

Санитарно-техническая кабина представляет собой пространственную конструкцию санузла, оборудованного необходимыми приборами, трубопроводами систем горячего и холодного водоснабжения и канализации, с установкой всей необходимой арматуры (рис. 95).

Рис. 95. Сантехническая кабина.

При использовании сантехнических кабин на объектах жилищного строительства монтажные работы сводятся к установке кабин и межэтажных стандартных вставок, соединяющих стояки.

Ограждающими поверхностями кабин служат большеразмерные асбестоцементные панели, закрепленные на металлическом каркасе, с окраской внутренних поверхностей водоэмульсионными красками. Для этой же цели возможно применение гипсоцементобетонных прокатных панелей на деревянном каркасе с покрытием внутренних поверхностей инсулаком и гипсобетонных монолитных панелей. В таких кабинах внутренние поверхности помещений покрывают облицовочной плиткой, а помещение санузла окрашивают.

Современная промышленность изготавливает санитарно-технические кабины методом вертикального формования. Подобная кабина представляет собой монолитный тонкостенный пространственный короб из армированного гипсобетона, объединяющий в себе наружные стены, внутреннюю перегородку, потолок и железобетонную панель пола.

В процессе монтажа гипсобетонный корпус устанавливают на ребра железобетонного поддона и все вместе соединяют посредством сварки.

Внутреннюю поверхность кабины обрабатывают слоистым пластиком. Гипсобетонные кабины выпускают двух типов: разобщенные – У-1 (длина – 2190, ширина – 1605, высота – 2380 мм) и совмещенные – У-2 (длина – 1890, ширина – 1605 и высота – 2380 мм).

Сантехнические кабины оборудуются следующими устройствами: прямобортная ванна длиной 1700 мм, унитаз «Компакт», полукруглый умывальник, полотенцесушитель, общий для ванны и умывальника смеситель и гибкий шланг для душа.

Сеть внутренней канализации в кабине собирают из пласт массовых или чугунных труб, сеть водоснабжения – из оцинкованных труб.

Для поквартирного отключения горячей и холодной воды в случае аварии в каждой кабине устанавливают два вентиля и один вентиль для отключения смывного бачка.

Стояки холодного и горячего водоснабжения изолируют с помощью матов из минеральной ваты толщиной 20 мм, предотвращая таким образом появление конденсата. Сверху их покрывают пергамином или рубероидом, просмоленной бумагой и окрашивают масляной краской.

Обязательно наличие в сантехнических кабинах естественных вытяжек через решетки размером 120 х 120 мм, присоединяемые к вентиляционной шахте.

Сантехкабины необходимо устанавливать на выверенное по уровню основание. Перед установкой их на подготовленное место обязательно нужно убедиться в том, что плоскости верха стояка канализации устанавливаемой кабины и подготовленного основания будут находиться на одном уровне. В случае несовпадения указанных плоскостей нужно, предварительно ослабив крепление стояка канализации, обеспечить указанное совпадение плоскостей, закрепить стояк и только после этого производить установку кабины. Выступающая часть стояка канализации вводится в раструб стояка установленной ниже кабины.

Стояки водоснабжения соединяют межэтажными вставками с компенсирующими муфтами через монтажные люки, не заходя в кабины.

Установка биде

Эти сантехнические устройства все чаще входят в нашу жизнь, привнося в нее особые удобства. Поэтому их уже нельзя считать роскошью. Да и трудностей с монтажом возникнуть не должно: биде просты как в конструкции, так и в установке. Единственное условие: если вода поступает в ванную из магистрального водопровода, то на биде надо установить не смеситель, а краны отдельно для холодной и горячей воды. А если вода поступает из цистерн, то можно ставить смеситель.

Сегодня можно встретить биде двух типов: простые и с восходящим потоком. Простые биде (рис. 96) по своей конструкции очень похожи на раковину: на краю биде укреплен смеситель, вода поступает в него и льется вниз.

Рис. 96. Простое биде.

Подключают такой тип биде так же, как раковину, – к канализации и водопроводу. Для большего удобства соединение с водопроводом делается с помощью гибких медных трубок.

Второй тип биде более сложен по своему устройству (рис. 97).

Рис. 97. Биде с восходящим потоком воды.

Поток воды проходит внутри обода сиденья, нагревая его, а затем фонтанирует вверх под действием специального регулятора. Поскольку отверстие фонтана находится внизу и грязная вода льется прямо на него, предусмотрена особая подводка воды – такая же, как и для душа, то есть отработанная вода не всасывается обратно и не загрязняет воду в водопроводе. Перед тем как установить такое биде, нужно собрать и подключить механизм регулировки и только потом присоединять биде к водопроводу и канализации.

На этом различия между двумя типами биде заканчиваются. Они снабжены автоматическим сливным клапаном, который соединен с P-образным сифоном 75 мм глубиной и трубой диаметром 32 или 38 мм.

Подключение приборов системы отопления

Монтаж системы водяного отопления предполагает соединение отдельных участков трубопроводов и подключение излучающих элементов, или радиаторов.

Традиционным излучающим элементом в системах водяного отопления служит привычная всем чугунная батарея. Чугунные радиаторы имеют ряд преимуществ перед любыми другими, и прежде всего это неограниченный срок эксплуатации. Правила подключения радиатора достаточно просты (рис. 98).

Рис. 98. Подключение чугунной батареи: 1 – контргайка; 2 – соединительная шайба-втулка (показана по месту установки); 3 – уплотнитель; 4 – корпус батареи.

Сначала нужно вывернуть заглушки, а сам радиатор подвесить таким образом, чтобы наружная резьба втулки, «сгоняемой» с длинной резьбы подводящей трубы, как можно глубже ввернулась в корпус батареи. При установке необходимо тщательно изолировать резьбовые соединения.

При верхней разводке подводящая и отводящая трубы обычно подключаются с одной стороны батареи. Если длина горизонтальных участков трубопроводов превышает 150 мм, то между ними необходима установка стойки-распорки, которая крепится сваркой, чтобы обезопасить резьбовые соединения от воздействия температурных деформаций труб.

В окрашивании чугунного радиатора тоже имеются свои тонкости. Например, если батарея еще ни разу не окрашивалась, необходимо сначала загрунтовать ее поверхность антикоррозийным грунтом и дать ему высохнуть. При окраске батарей не допускается применение масляных красок: они быстро темнеют, а под воздействием высокой температуры выделяют в воздух комнаты летучие вещества. Наилучшим окрашивающим составом является канифольный лак – смесь, состоящая из 3 в. ч. скипидара и 2 в. ч. канифоли.

Современной промышленностью производятся радиаторы из двойного металла (рис. 99) или алюминиевые.

Рис. 99. Радиатор из двойного металла.

Материал, из которого изготавливаются подобные излучающие элементы, представляет собой следующее сочетание: двойной сердечник, обеспечивающий прочность всей секции, и алюминиевый корпус, гарантирующий высокую теплоотдачу.

Возможность посекционного набора и различные варианты исполнения по высоте позволяют сделать процедуру монтажа максимально легкой, а сама технология изготовления гарантирует надежную и долговечную работу радиаторов в самых неподходящих условиях.

Идеально ровные поверхности и многообразие цветовых решений радиаторам обеспечивает специальное покрытие – высококачественная краска на основе эпоксидных порошков. Таким образом, радиаторы легко вписываются в любой интерьер и могут служить одной из составляющих общего дизайна помещения.

Подключение стиральной машины

Программное управление и использование микропроцессоров в устройстве современных стиральных машин сводит к минимуму участие человека в процессе стирки. Все, что от нас требуется, – установить оптимальный режим работы и загрузить в машину белье.

Единственным условием для работы автоматической стиральной машины является надежное подключение к коммуникациям.

Автоматические машины требуют подключения подачи холодной воды, а также устройства отдельного слива для выпуска. Выпуск машиной отработанной воды – не такое простое дело, как может показаться на первый взгляд. В конструкциях большинства моделей стиральных машин ограничена максимальная и минимальная высота размещения выпускного патрубка. И если проблема выпуска воды машиной достаточно легко решаема за счет установки нового сифона с дополнительным выпуском либо размещения выпускного патрубка на борту раковины, ванны (рис. 100), то правильно подвести к машине холодную воду от магистрали весьма затруднительно.

Рис. 100. Подключение слива стиральной машины.

Хорошо, если в квартире установлены новые краны с клапанами для подключения стиральной машины. Но как быть, если таких кранов нет, а конструкция имеющихся в наличии смесителей не позволяет их установить?

В таком случае можно установить дополнительный патрубок для подключения стиральной машины, и сделать это своими руками (рис. 101).

Рис. 101. Установка дополнительного отвода в магистраль холодной воды.

Для того чтобы избежать дорогостоящих и не всегда удобных по месту сварочных работ, вся врезка патрубка осуществляется с помощью резьбы. Для этого необходимо запастись тройником, двумя короткими отрезками трубы соответствующего диаметра и краном, ведь подключаемая машина становится новым элементом сантехники, а значит, при стационарном подключении требует предохранительной запорной арматуры.

Приступая к работе, надо провести проверку исправности вентиля следующим образом: перекрыть контрольный вентиль и открыть кран холодной воды. При исправном вентиле вода не должна поступать в кран, и, значит, можно приниматься за дело.

Отвернуть контргайку и «отогнать» соединительную муфту. (Для наглядности новый узел показан в сборе, на практике же отводной патрубок вкручивается уже после установки тройника по месту.) Заранее во вход тройника вкручивается только отрезок трубы с короткой резьбой по обоим концам: он пригодится при последующем соединении с магистралью.

Надо укоротить трубу после сгона на необходимую длину и нарезать новую резьбу, на которую наворачивается «выход» тройника (после установки тройника разрыв в магистрали должен составлять 2–3 мм). Для того чтобы не нарушить герметичности изоляции, категорически запрещается после установки отворачивать тройник даже на несколько градусов (например, для того чтобы отвод занял строго вертикальное положение).

Теперь муфтой, оставшейся на сгоне, надо соединить трубопровод, а ее саму подкрутить контргайкой, не забыв полностью сменить уплотнение. В боковой отвод тройника надо ввернуть патрубок с краном для подключения питающего шланга машины.

В заключение работы необходимо проверить герметичность соединений, полностью отвернув контрольный вентиль при закрытом кране.

Техники декоративной обработки металлов

В этой части книги представлены основные техники декоративной обработки металлов. В древности многие кузнецы владели богатым набором методов и создавали замечательные произведения искусства, достойные царского двора. Поэтому можно попробовать объединить предложенные техники и сделать какую-нибудь вещь от начала до конца самому.

Чеканка – один из древнейших видов художественной обработки металла. Чеканные изделия могут быть различными по форме и по технике исполнения: объемно-скульптурными, рельефными и горельефными, орнаментальными, фигурными, графическими. Чеканку можно использовать для обработки и отделки изделий, созданных другими способами, для набивки фактуры, создания фоновых поверхностей для различных изображений. Широко используется чеканка в ювелирном деле. Чеканные изделия применяют при оформлении интерьеров и т. д. Техника чеканки позволяет создавать узоры и рисунки на уже готовых изделиях. Для работы чеканщику необходимы высокая точность движений и твердая рука.

Ковка – самый древний способ обработки металлов. Задолго до того, как научились выплавлять железо, мастера ковали различные сплавы цветных металлов, например легендарную бронзу. Изготовлялись как украшения, так и оружие. Ковка требует немалой физической силы и большого мастерства. Один из сложнейших видов ремесла – художественная ковка. Не каждый кузнец возьмется отковать узорную ограду или подсвечник. Большинство мастеров предпочитает пользоваться чеканкой, выколоткой или делать ажурные узоры выгибанием и сваркой стальных прутков и полос.

Человечество научилось выплавлять металл в глубокой древности. Еще в Древнем Египте с помощью литья мастера изготавливали предметы домашнего обихода. Раскопки скифских могильников доказывают, что наши далекие предки также применяли литье для изготовления самых различных предметов быта и украшений. Первыми мастерами литья на Руси были женщины, которые плели из нитей, пропитанных воском, украшения. Затем изделие заливалось глиной и обсушивалось. Такую форму прокаливали и заливали металлом. Когда форма остывала, ее осторожно, чтобы не повредить отливку, удаляли.

С помощью литья можно получить предметы, различающиеся по назначению и размерам. Можно изготовить ювелирные украшения из серебра, золота или других металлов. Монументальные памятники, скульптуры и архитектурные детали тоже можно сделать посредством литья. В домашних условиях, конечно, монументы и памятники отливать никто не будет, поэтому мы остановимся подробно на микролитье – изготовлении небольших изделий.

Гравирование достаточно широко распространено в народном творчестве. Этот способ пришел к нам из древнейших времен. Гравировкой украшали не только ювелирные изделия, но и оружие, предметы домашней утвари. Сам термин «гравирование» в переводе с немецкого и французского языков означает вырезание какого-либо изображения, орнамента или надписи на поверхности таких материалов, как металл, дерево, камень, линолеум, стекло.

Искусство изготовления просечного железа появилось в очень давние времена. Родилось оно из кузнечного дела и применялось вместе с ковкой железа. Узорчатое просечное железо украшало на Руси крыши домов и купола церквей, фонари на улицах, посуду, сундуки, поставцы и шкатулки. Просечное железо было самых разных цветов, его покрывали позолотой, лудили и воронили.

С помощью гальванопластики можно получить наиболее точную металлическую копию с определенного объемного предмета. Она позволяет даже в домашних условиях создавать различные ажурные украшения, шкатулки, картинные рамы, металлизированный гербарий. Причем ни один из других способов не даст такой чистоты линий, как гальванопластика. Снятая с тонкого кружева или живого цветка копия передаст все прожилки и, более того, получится металлической, то есть пригодной для крепления на металлическую основу.

Легкость в использовании гальванопластики и точность передачи линий и мелких штрихов предметов делают данную технику удобным способом в изготовлении небольших настольных статуэток, бюстов, медалей. Кроме того, это позволяет любому скульптору сохранить свое глиняное или гипсовое ваяние от разрушения на многие годы.

Чеканка

Обычно этот вид художественных работ разделяют на чеканку по литью и чеканку по листовому металлу.

Рабочее место

Рабочий стол лучше поставить около окна, чтобы солнечные лучи падали с левой стороны. Для искусственного освещения используется лампа дневного света или с матовым покрытием, мощностью 75–100 Вт. Чтобы она не мешала и не занимала много места на столе, ее располагают в стороне, на расстоянии 50–70 см от крышки. Мешающие работе глубокие тени на изделии не появятся, если включить еще и основной свет.

Стол выбирают чаще всего деревянный, с толстой крышкой. Его размеры зависят от изделий, с которыми чаще всего работает мастер. Чтобы приглушить звук от ударов, под ножки стола помещают прокладки из плотной резины. Но при этом не должна ухудшаться его устойчивость. Стул со спинкой или табурет подбирают по росту мастера и размерам стола.

Рабочее место станет удобным, если оборудовать его стеллажами и ящиками, расположить которые следует так, чтобы до них можно было дотянуться, не вставая. Порядок в инструментах поможет сэкономить время на их поиски. После того как работа инструментом завершена, его сразу же следует положить на место. Эту привычку надо довести до автоматизма и не задумываться в процессе работы о том, где что лежит.

После окончания работы со стола необходимо смести все стружки и пыль, а помещение проветрить.

Дополнительное оборудование

В оборудование верстака дополнительно надо включить небольшие параллельные тиски с наковаленкой. Крепление лучше выбрать струбцинное, что при необходимости позволит быстро снять тиски со стола и освободить больше места (рис. 102).

Рис. 102. Тисочки-струбцины: 1 – губки; 2 – винт с рукояткой; 3 – ручка.

Хорошо иметь под рукой шлифовальный станок со сменными дисками, который можно использовать и для заточки инструментов, и для опиливания краев заготовок. Для листовой чеканки необходимо приготовить подложку под изделие. Для нее чаще всего используется смола. Для варки и разлива наполнителя, а также для насмолки используются специальные инструменты: емкости, плитка с закрытой спиралью для варки смолы, скребки и деревянные ящики разных размеров, в которые укладывается подложка.

Для последующего отжига пластины от подложки понадобится нагревательный прибор (удобнее всего использовать паяльную лампу), кузнечные клещи и рукавицы для удержания изделия. Для химической обработки потребуется набор специальных емкостей и ванночек, а также ящики для хранения реактивов и защитные резиновые перчатки. Просушка обработанных пластин проводится в деревянных ящиках, наполненных хорошо впитывающими влагу материалами.

Над столом, на котором приготавливаются химические растворы, а также над нагревательным прибором обязательно нужно установить вытяжку.

После окончания обработки плоскую чеканку приходится часто выравнивать. Для этого используются проверочные плиты с ровной и гладкой поверхностью из металла, камня или дерева. Подойдет также любой массивный предмет, позволяющий выполнить эту операцию.

Так как в процессе изготовления чеканки изделие проходит несколько стадий, то на рабочем месте не должны скапливаться лишние инструменты. В условиях обычной квартиры, как правило, нет возможности разместить еще несколько столов для операций по обработке готового изделия, поэтому рабочую поверхность стола лучше устроить так, чтобы лишние предметы – такие, как тиски, ящики для подложки и т. д. – легко можно было убрать. По этой же причине не рекомендуется заниматься сразу несколькими изделиями одновременно.

Инструменты

Для выполнения качественных чеканных работ используются чеканы различной формы и из разного материала, специальные молотки и другие инструменты, относящиеся к кузнечному и слесарному делу.

Чеканы

Это основной рабочий инструмент, с помощью которого ведется вся обработка. Мастера пользуются чеканами особой формы, позволяющими погасить боковую вибрацию и обеспечивающими точное распределение ударной энергии. В средней части они заметно толще, чем на концах. Их длина 120–180 мм (рис. 103).

Рис. 103. Чекан: а – остов; б – боевой конец; в – сечение остова.

Для некоторых специальных работ чеканы могут быть длиннее, изогнутой формы.

Остов чекана (рис. 103, а) делается обычно восьмигранным. При такой форме положение рабочей части можно контролировать рукой во время чеканки, не глядя на сам инструмент. Остов делается под параметры человеческой руки.

Боевой конец (рис. 103, б) может иметь различную форму и размеры, которые определяются назначением инструмента и величиной обрабатываемой детали. Мастер может сделать себе чекан нужной формы из восьмигранного или круглого прутка, самостоятельно отковав или выточив на станке рабочий конец. После этого его необходимо закалить и отпустить до синего цвета побежалости.

В зависимости от формы боевой части и вида выполняемой работы различается несколько разновидностей чеканов. Среди них выделяется основная группа, к которой относятся канфарники, расходники, бобошники и лощатники (рис. 104).

Рис. 104. Основные виды чеканов: а – расходники; б – бобошники; в – лощатники; г – пурошники; д – канфарник; е – сапожок; ж – фигурные чеканы; з – утюжок; и – трубочка.

С их помощью выполняется основная часть работ по нанесению рисунка и созданию рельефа.

Канфарник

По форме рабочей части он напоминает тупую швейную иглу (рис. 104, д). Канфарник служит для выбивания точек на металле и создания рельефного шероховатого фона, часто используемого в композициях (рис. 105).

Рис. 105. Фон, созданный с использованием канфарника.

Кроме того, с его помощью узор с бумаги переносится на металл.

Расходники

По-другому их еще называют обводными чеканами (рис. 104, а). По форме боевого конца они напоминают обычную отвертку. Рабочая грань для лучшего скольжения делается слегка притупленной. Используются они для проведения четких сплошных линий по контуру рисунка. Более мягкая линия образуется от более широкого расходника.

Для проведения кривых и закругленных линий применяют полукруглые расходники с различным радиусом кривизны боя. Чем больше он закруглен, тем труднее вести чекан по поверхности. В этом случае приходится соблюдать осторожность и работать одиночными ударами, чтобы не получить отдельных отпечатков.

Полукруглые и прямые расходники изготавливаются парами, чтобы не нарушать целостности линии при переходе от прямой к кривой.

Похожие на расходники чеканы, но с остро заточенными плоскими или полукруглыми лезвиями, называются сечками. Они применяются для просекания листа при ажурных работах и при вырубании сложных контуров (вместо зубила).

Бобошники

Так называют чеканы с выпуклой овальной боевой частью (рис. 104, б). Другое название этой группы – облые чеканы (облыжники) происходит от древнерусского слова «облый», то есть круглый. Главным образом они используются для создания выпуклых частей рельефных композиций. Форма рабочей части не обязательно должна быть овальной, ее делают и прямоугольной, но со скругленными углами, чтобы не повредить материал при выколотке рельефа.

Лощатники

Они служат для выравнивания лицевой поверхности после проработки рельефа, опускания фона и других операций (рис. 104, в). Поверхность боя может быть совсем гладкой или с небольшими шероховатостями для создания матового фона.

Чтобы на поверхности изделия не оставалось следов рабочей части чекана, углы немного округляют. С помощью лощатников можно имитировать фактуру кованого или литого изделия.

Для получения качественного изделия необходимо соблюдать последовательность при использовании чеканов одной группы и при переходе от одной группы к другой. Если требуется произвести глубокую выколотку, то сначала используются самые большие расходники, а затем, для более детальной отделки, применяются менее глубокие и т. д.

В первую очередь производится обработка расходниками, потом облыжниками и в последнюю очередь лощатниками. Эта последовательность представлена на рис. 106.

Рис. 106. Последовательный переход от одного чекана к другому.

Разновидностей специальных чеканов намного больше, чем основных. Ими производится окончательная отделка изделия.

Пурошники

Чеканы с рабочей поверхностью сферической формы называются пурошниками (пурочниками) (рис. 104, г). Они применяются для выколотки ямок или полукруглых форм рельефа. Пурошники различного диаметра используются для получения углублений разной высоты и размера.

Обжимки

Боевые концы обжимок представляют собой вогнутые сферы различного диаметра и глубины. Ими проглаживают выколоченные пурошником сферы. Для этой цели обжимка берется несколько больших размеров. При работе ею делают круговые движения рукой, чтобы не допустить вмятин. Обжимки бывают как прямые (со сферическим вдавлением), так и косые (с вдавлением в виде полусферы). Последние используют для прочеканивания витого шнура.

Сапожок

Когда необходимо прочеканить рисунок выпуклой формы или поднутрить (выдавить за линию рисунка) рельеф, используется так называемый сапожок (рис. 104, е) – чекан изогнутой формы. Он относится к специальным чеканам. Для работы с ним требуется большой опыт.

Утюжок

Другой чекан с веселым названием «утюжок», или «давильник», используется для обводки (продавливания) рисунка при работе с изделиями высокой рельефности (рис. 104, з).

Пуансоны

Фигурные чеканы пуансоны (рис. 104, ж) применяются в том случае, если необходимо чеканить большое количество мелких одинаковых деталей рисунка. На их рабочей поверхности, пока она еще не закалена, гравируется мелкий рисунок или деталь орнамента. Набивку готового рисунка на изделие производят сильными одиночными ударами, равномерно прижимая рабочую часть к поверхности. Чтобы легче ориентировать пуансон во время набивки, рисунок располагают строго на оси боя.

Сечки

При выполнении ажурных работ применяются сечки – чеканы с заостренной рабочей поверхностью. Они делятся на полукруглые, которые по форме (но не по заточке) напоминают нож и используются для просекания кривых линий, и прямые, больше похожие на расходники, с помощью которых просекают прямые линии.

Трубочки

Для выполнения рисунка в виде небольших выпуклых шариков (зернения) используют чеканы-трубочки, боек которых имеет вогнутую полусферическую форму (рис. 104, и). Углубления могут быть различного диаметра и глубины.

Крюк и трещотка

Эти изогнутые чеканы используют при работе с объемными изделиями. Их боевые концы не делают в виде расходников и лощатников, так как они предназначены только для создания общего рельефа. В отличие от трещотки крюк имеет два рабочих конца, один из которых заострен и используется для мелких деталей рисунка, а другой несколько скруглен.

Размеры этих инструментов зависят от обрабатываемого изделия. Однако не рекомендуется делать их из стали сечением больше 16 мм, так как при ударе молотка крюк и трещотка должны хорошо вибрировать.

Несколько слов о размерах вышеперечисленных инструментов. Для ювелирных работ применяются небольшие (диаметром 3–4 мм) чеканы, для работ средних размеров – около 6–8 мм в диаметре и больше. Для крупных композиций иногда используются деревянные чеканы, которые держат в кулаке, как зубило (рис. 107).

Рис. 107. Деревянные чеканы.

Хранить чеканы можно как в сделанных специально для этой цели ящиках, так и в высоком стакане, но в этом случае обязательно рабочей поверхностью вверх. В противном случае будет затруднен поиск нужного инструмента.

Молотки

По форме чеканные молотки значительно отличаются от обычных, слесарных. Головка таких молотков имеет два бойка: с одной стороны плоский или слегка выгнутый и значительно более широкий, с другой – округлый (рис. 108).

Рис. 108. Молоток для чеканки.

В момент удара широкой частью вся энергия и внимание концентрируются на рабочей поверхности чекана. Второй боек может служить в качестве пурошника.

Для работы чеканщику необходимо иметь, как минимум, три молотка: на 100, 150–200 и 400 г.

Рукоятка молотка, также особой формы, выполняется из твердых пород дерева. Сечение в районе шейки круглое, при приближении к концу плавно переходит в эллиптическое. Размеры молотка выбираются так, чтобы рукоятка не мешала при работе, но удар получался бы достаточно сильным. Головку насаживают на рукоятку так, чтобы она находилась под углом 90° к рабочей поверхности (рис. 109).

Рис. 109. Положение рукоятки молотка.

Для работы с мягкими металлами используются деревянные молотки, изготовленные из прочных сортов древесины, например дуба или березы (рис. 110).

Рис. 110. Деревянные молотки.

С их помощью проводят более мягкие линии, так как сила удара таким молотком гораздо меньше.

Прочие инструменты

На различных этапах работы с заготовкой и чеканкой понадобятся и другие слесарные инструменты. Среди них надо особо упомянуть те, которыми изображение переносится с бумаги на металл: кернер, циркуль по металлу, линейка и т. д. Понадобятся и ножницы по металлу, напильники, надфили, рашпили и пр. Для отделения чеканки от отливки при отжиге используются кузнечные клещи. Если их не оказалось под рукой, можно использовать плоскогубцы.

Материал

Для чеканных работ используется листовой металл, толщина которого зависит от материала и высоты рельефа. Наиболее часто применяется металл толщиной до 1 мм.

Основным свойством, определяющим пригодность металла для выполнения на нем чеканки, является его пластичность. Этим свойством обладают медь и ее сплавы, алюминий. Они чаще всего используются для изготовления высокорельефных чеканок.

Красная медь

Этот металл очень высоко ценится среди мастеров и любителей благодаря своей высокой пластичности. После отжига он легко восстанавливает форму. Из меди легко можно изготовить тонкую (не более 0,05 мм) фольгу. При чеканке из более толстой фольги можно получать высокий рельеф.

Медь хорошо полируется и шлифуется, обладает высокой стойкостью к коррозии. Обработка изделий из меди химическими растворами позволяет получить различные оттенки цвета.

Недостатками красной меди являются плохая резкость и быстрое окисление на открытом воздухе, вследствие чего нельзя сохранить первоначальный блеск изделий.

Латунь

Этот сплав меди с цинком был известен уже в глубокой древности. Он лучше, чем медь, режется и полируется, хорошо покрывается никелем, серебром, золотом. Латунь уступает меди в пластичности, но обладает большей твердостью.

Для чеканки лучше брать марки латуни с высоким содержанием меди (Л62, Л68, Л80). Такие сплавы называются томпаками. На них лучше получаются плоские рельефные композиции.

В процессе чеканки прочность листа увеличивается за счет образования наклепа, а пластичность падает. Для его снятия латунь разогревают до температуры 600–700 °C.

Трещины могут появиться от продолжительного хранения в холодном и влажном месте. Чтобы этого избежать, проводится длительное прокаливание при температуре 200–300 °C.

Алюминий

Он очень хорош для начинающих чеканщиков. Алюминиевая фольга долгое время сохраняет высокую пластичность, не требует термической обработки. Этот материал позволяет долгое время работать над одним орнаментом, исправляя ошибки.

Легко чеканится алюминий с содержанием примесей до 2 %. Марки с большим количеством примесей менее пластичны, поэтому их рекомендуется использовать для чеканок с невысоким рельефом или для контурных и ажурных просечных работ.

Никелевые сплавы

Из этих сплавов наиболее часто используются мельхиор и нейзильбер. Содержание меди в них достаточно высокое (81 % и 65 % соответственно), поэтому они обладают неплохой пластичностью.

При обработке растворами гипосульфата натрия и уксусного свинца дают разнообразные оттенки. Поверхность хорошо полируется и имеет ряд особенностей, которые можно выгодно использовать в сочетании с окраской.

Черные металлы

Для чеканки используется предварительно отожженная и протравленная сталь с низким содержанием углерода – декопир, а также протравленная до и после отжига – дважды декопир.

По сравнению с медью он не так мягок и в процессе чеканки быстро наклепывается. Его отжигают при температуре 700–760 °C.

Из декопира изготавливают небольшие декоративные изделия, высокий рельеф выколачивается только на довольно крупных предметах. При отделке и нанесении фактуры материал приобретает особенную красоту.

Кровельная и нержавеющая сталь

Листовую, или кровельную, сталь можно использовать для чеканки простых декоративных изделий. Она позволяет проводить контурные чеканки с опусканием фона и нанесением фактуры. Мастера Древней Руси создавали из этого материала ажурные чеканки с просечением фона.

Нержавеющая (хромоникелевая) сталь часто применяется для создания крупных декоративных изделий. Из-за большой трудности чеканки она практически не применяется при создании небольших произведений.

Для создания красивых чеканок в прошлом часто использовались драгоценные металлы – золото, серебро и др. Сейчас это искусство ценится уже не столь высоко. Большинство чеканок под золото делается на напоминающей его по цвету латуни, серебро заменяется мельхиором и похожими на него никелевыми сплавами. Благородные металлы используются в основном для создания мелких ювелирных украшений.

Подготовительные работы

Приготовление подложки

О том, что такое подложка, читателю уже немного известно. Она позволяет прочно закрепить обрабатываемую пластину, смягчает силу удара и обеспечивает точное выполнение контура и рельефа. В качестве наполнителя для подложки используются пластичные материалы. Можно использовать брезентовые мешки, наполненные песком, на которых проводят выколотку общей формы рельефа. Для отдельных неглубоких деталей в качестве подложки используется листовой свинец или резина.

Смоляная подложка

Чаще всего в качестве материала для подложки используется смола. Природную смолу применяли еще в древности, смешивая ее с песком для большей вязкости.

В настоящее время проще и доступнее применять искусственную смолу – битум. Его вязкость и другие свойства зависят от марки. Для чеканных работ удобнее использовать битум № 4 и 5, но можно смешать смолу № 3 и 5 в равных пропорциях. Битум № 3 слишком жидкий и быстро плавится, поэтому его нельзя использовать без добавок при составлении подложки.

Можно придать смоле дополнительную вязкость, если смешать ее с хорошо просеянным речным песком в пропорции 1: 3. При превышении нормы песка подложка получится очень жесткой, что отразится на качестве чеканки. Есть много наполнителей, позволяющих создать дополнительную мягкость и клейкость, но чаще всего используются воск и канифоль. Содержание воска не должно превышать 10 % от общего объема, канифоли требуется совсем немного.

Смесь перед заливкой в ящик разогревают до жидкого состояния и тщательно перемешивают до однородности. Разогревают смолу чаще всего на костре, который можно развести на улице, или делают это дома на электроплитке в хорошо проветриваемом помещении. Разогревать смолу на электроплитке предпочтительнее, так как при контакте с открытым огнем горячая смола загорается.

Огонь должен быть равномерным и слабым: на сильном огне смола начинает пузыриться и может загореться. Поскольку объем смолы при нагревании несколько увеличивается, заливать ее в емкость до краев не надо. Для помешивания используется специальная металлическая лопаточка с длинной ручкой, чтобы не обжечься брызгами.

При нагревании смолы необходимо соблюдать требования техники безопасности. При попадании расплавленного битума дерево может загореться. Загоревшуюся смолу очень нелегко потушить, поэтому на случай пожара лучше запастись огнетушителем или иметь под рукой запас воды.

Горячую смолу разливают в заранее приготовленные ящики (рис. 111).

Рис. 111. Ящики для подложек: а – деревянный; б – металлический.

Размеры их должны быть на несколько сантиметров больше размеров заготовки, а их глубина зависит от высоты рельефа. Ящики делают как из дерева, так и из металла.

Стенки деревянного ящика (рис. 111, а) должны быть не тоньше 15 мм, а металлический ящик (рис. 111, б) делается из жести или кровельного железа, чтобы смолу в нем можно было подогревать, поставив ящик на электроплитку.

При заливке необходимо обращать внимание на то, чтобы в ней не оставалось пустот, так как на пустотах металл может прорваться под ударом чекана. Если пузыри все-таки остались, насмолку глубоко нагревают и перемешивают.

После того как смола затвердеет, ее верхний слой повторно разогревают паяльной лампой или электронагревателем и разравнивают специальной мешалкой. Кроме того, рекомендуется немного прогреть и пластину.

В размягченную смолу на равном расстоянии от краев осторожно опускают заготовку, следя за тем, чтобы она не утонула в ней полностью. Для равномерной просмолки ту поверхность, которой металлический лист соприкасается со смолой, предварительно обезжиривают. Чтобы под пластиной не оставалось пузырей воздуха, ее опускают не сразу, а начиная с одного края, прижимая к поверхности с помощью чистой тряпочки, как показано на рис. 112.

Рис. 112. Насмолка металлической пластины.

Очень важно, чтобы металл просмолился по всей площади, иначе будет невозможно исправить дефекты будущего изделия.

Периодически во время работы над высокими рельефами возникает необходимость подогреть уже разлитую по ящикам смолу. Металлические ящики удобно нагревать прямо на электрической плитке, но ее спираль должна быть обязательно закрытой.

Если ящики сделаны из дерева, то заливку можно нагреть, поставив ящик на противне в духовку обычной газовой плиты. При этом надо быть очень внимательным: если температура будет слишком высокой, он может загореться, даже если на его стенки не попадают языки пламени.

Чаще смолу в деревянных ящиках подогревают с помощью закрепленного над ними нагревательного прибора, который устанавливают на расстоянии 20–25 см от верхнего слоя.

Можно использовать и электронагреватели с зеркальными отражателями (рис. 113).

Рис. 113. Нагрев с помощью электронагревателей.

Для объемных чеканок в качестве опоры можно использовать специальные котелки. Их выдавливают из листовой стали в форме полушария. Заполняют котелок разогретой смолой так, чтобы она чуть выступала над верхним краем горкой. Пока смола не затвердела полностью, надо подготовить на котелке место для изделия. Горячую смолу покрывают мокрой бумагой (чтобы смола не прилипла к металлу) и слегка вдавливают заготовку в смолу. Образуется отпечаток, в котором изделие будет хорошо удерживаться. При работе под котелок надо подложить сделанную из резины кольцевую подставку.

Приготовление рисунка или лепной модели

Вначале необходимо выполнить эскиз будущего изделия и его отдельных деталей. Необходимо не только соблюдать художественные пропорции, но и учитывать раздачу металла при образовании рельефа: при высоком рельефе развертка узора может довольно существенно отличаться от рисунка на плоскости.

На сложные фигуры изображение переносится постепенно с использованием нескольких шаблонов. Эта операция для непрофессионального художника достаточно сложна, поэтому сначала стоит попрактиковаться на переносе простого орнамента.

Поскольку при выполнении чеканки линии получаются отчетливыми, рисунок должен быть контурным. Чтобы показать намеченные углубления, применяется штриховка.

Самое удачное изображение необходимо перерисовать на шаблон в натуральную величину. Если изделие объемное, простой формы (конус, цилиндр, куб), то развертку можно сделать целиком на одном рисунке. Шарообразные и сложные фигуры, на которые нельзя легко наложить лист бумаги, требуют сложной развертки и нескольких шаблонов. Переносить рисунок на такие заготовки придется по частям с предварительной разметкой.

При переработке рисунка часто используется прием, который специалисты называют декоративным обобщением. Вместо того чтобы изображать что-то с фотографической точностью, детали рисунка упрощаются и делаются более отчетливыми.

Это позволяет ярко выделить характерные признаки изображаемого предмета, и он остается узнаваемым на чеканке.

Многие специалисты считают, что при создании объемного изображения удобнее делать рельеф с модели, вылепленной из глины или пластилина. Скульптурная глина используется при моделировании крупных изделий, однотонный пластилин – для изготовления мелких моделей.

Глину предварительно надо очистить от песка и мелких камешков. Для этого ее смешивают с водой в соотношении 1: 1 в ведре или другой подходящей посуде. Полученную массу медленно размешивают, пока все примеси не осядут на дно. После этого жидкую массу переливают в другую емкость и оставляют на несколько часов. Глина оседает на дно, а воду аккуратно сливают.

Ее можно использовать сразу после того, как она подсохнет и приобретет необходимую вязкость, а можно сделать из нее брикеты, которые в течение нескольких часов просушивают на солнце, после чего их можно долгое время хранить в сухом помещении. Из очищенной глины можно приготовить пластилин, добавив в нее немного глицерина и тщательно перемешав смесь.

Перед началом работы глину основательно проминают руками, чтобы она приобрела однородную плотность и необходимую консистенцию. Она не должна прилипать к рукам во время работы.

Лепится изделие на широкой доске пальцами или при помощи специальных лопаточек – стеков (рис. 114).

Рис. 114. Стеки различной формы.

Удобство при работе с ними заключается в том, что линии макета получаются четкими, а для чеканки это очень важно.

В зависимости от назначения стеки имеют разную форму рабочей части. Их можно изготовить самому из куска древесины любой породы. Средний размер стеков не больше 30 см.

Во время лепки в первую очередь выполняются основные формы изделия, а затем различные детали. Объем наращивается постепенно, начиная от плоскости, но его тем не менее необходимо определить заранее.

Подготовка металлической заготовки (бляшки)

Материал для работы необходимо выбирать в соответствии с замыслом модели. Из него нужно вырезать прямоугольный участок так, чтобы на нем свободно помещался весь рисунок и, кроме того, свободный край шириной 3–4 см (он нужен для прочного удержания заготовки на смоле).

Заготовку выравнивают на поверочной плите киянкой (деревянным молотком).

Затем молотком, плоскогубцами или в тисках слегка загните края или углы листа. Это делается для того, чтобы заготовка прочнее держалась на смоляной основе (рис. 115).

Рис. 115. Загиб краев пластины.

Сделать это можно двумя способами.

Металлический лист раскраивается по образцу коробки с невысокими стенками, бортики со всех сторон загибаются на 180°, а уголки отгибаются.

Затем наносятся тонкие перпендикулярные осевые линии. По ним ориентируют рисунок при переводе. Если это делается уже после того, как пластину насмолили, то на краях ящика ставят отметки, по которым впоследствии можно будет восстановить осевые линии.

Поверхности металлического листа перед насмолением и нанесением рисунка нужно обезжирить любым растворителем, если при подготовке пластина деформировалась – выпрямить.

Перевод рисунка на металл

Следующая подготовительная операция – перевод рисунка на металл. Для того чтобы аккуратно и точно расположить рисунок на заготовке, наносят на металл две осевые линии или отметки углов шаблона (рис. 115, а).

Для переноса изображения можно использовать самый простой способ – перевод с помощью копировальной бумаги (рис 116, а).

Рис. 116. Перенос рисунка: а – через копировальную бумагу; б – с помощью канфарника.

Но на металлической поверхности отпечаток получается не очень четким и быстро стирается. Поэтому обычно перед началом работы пластину покрывают слоем белил или другой светлой краской.

Приступать к переносу можно после того, как краска хорошенько подсохнет.

При чеканке с подложкой на месте желаемых выступов делаются вогнутости, поэтому рельефное изображение получается перевернутым относительно центральной оси симметрии. Если рисунок предполагает четкое определение сторон, его делают с учетом этой особенности.

После этого пластину обычно покрывают лаком. Наносить его следует очень осторожными промокающими движениями. После просушки можно начинать работу. Иногда вместо лакирования рисунок процарапывают на пластине с помощью любого острого металлического предмета. После этого краска смывается и на металле остается четко прорисованное изображение.

Чтобы точно перевести рисунок, его надо прочно закрепить. Если пластину уже насмолили, закрепить рисунок можно канцелярскими скрепками к поверхности смолы. К металлическому листу его прикрепляют с помощью пластилина или скотча.

Многие мастера используют для переноса рисунка чекан-канфарник. Изображения, полученные этим способом, отличаются высокой точностью (рис. 116, б). Но перевод больших изображений занимает много времени.

Лист бумаги с рисунком закрепляется на пластине кнопками или скотчем, и набивка производится прямо сквозь лист по линиям рисунка. Надежнее всего наклеить его на пластину мылом, точность перевода при этом получается почти ювелирная.

Канфарник берется тремя пальцами, а безымянный упирается в металлическую поверхность и выполняет роль пружины. Чекан ведется над линией рисунка на расстоянии 2–3 мм, непрерывными легкими ударами образуется пунктирная линия, после каждого удара инструмент возвращается в исходное положение. Мелкие детали изображения выбиваются плотным пунктиром, более крупные – разреженным. Для того чтобы чекан не «плясал», его лучше положить на средний палец и придерживать большим и указательным. Если это первый опыт канфарения, то сначала необходимо немного потренироваться.

Техника чеканных работ

Работа чеканом

При работе важно сразу привыкнуть правильно держать чекан в руке (рис. 117).

Рис. 117. Правильное положение чекана в руке.

Кисть опирается на безымянный палец, мизинец остается свободным, инструмент придерживается остальными пальцами, как бы собранными в щепотку. Локти для большей подвижности держатся на весу. Положение чекана по отношению к обрабатываемой плоскости либо строго отвесное (при работе канфарником или пуансонами), либо он немного наклоняется назад. В последнем случае рабочая часть при ударе молотком слегка продвигается вперед.

Молоток держится в правой руке за конец рукоятки. Она должна быть плотно зажата в ладони, чтобы удар производился точно центром молотка. Удары наносятся ритмично, так чтобы в промежутках можно было изменить положение чекана.

Расходка

Перенесенный с помощью копировальной бумаги рисунок нужно углубить. Для этого используется чекан-расходник, которым проходят по линиям (контуру) рисунка, углубляя их или соединяя точки, нанесенные канфарником. При обводке должна получаться гладкая ровная линия без следов от инструмента. При более детальной работе рисунок в нужных местах можно еще углубить. Эта операция требует аккуратности и точной дозировки удара. Тренироваться лучше на листах постепенно увеличивающейся толщины. След перехода от одного расходника к другому не должен быть заметен.

То же правило действует и при переходе от прямого расходника к полукруглому. Для того чтобы пройти прямым обводником кривую линию, рабочую поверхность чекана необходимо уменьшить. Его еще больше наклоняют в сторону, противоположную движению расходника (рис. 118).

Рис. 118. Положение расходника по отношению к плоскости металла.

Для мелких и ювелирных работ используется расходник с заостренным бойком, для средних и крупных чеканок – притупленный и широкий.

При расходке особо крупных изделий контур обводится бобошником, при углублении широких линий бобошник ставится поперек, и работа ведется его широкой стороной. После расходки рисунок хорошо виден и с лицевой, и с обратной стороны изделия.

Легко придать чеканке дополнительную четкость, выполнив расходку сразу с двух сторон. При этом часть линий получается выпуклой, часть – вогнутой, а сам рисунок становится более интересным и выразительным.

Опускание фона

Опускание (подбор) проводится плоским чеканом-лощатником. Его держат с наклоном в сторону рисунка и осаживают стенку образованной расходником линии со стороны фона. Инструмент держится слегка наклонно в сторону рисунка, и под легкими ударами он постепенно выравнивает противоположную сторону, так что фон по обе стороны канавки опускается (рис. 119).

Рис. 119. Опускание фона.

Переход от обработанной части к основному фону не должен быть заметен. Окончательное выравнивание проводится после снятия со смолы на поверочной плите. Все элементы композиции должны располагаться на одном уровне или, если это предусмотрено заранее, на нескольких.

При этом рисунок оказывается несколько приподнятым над фоном за счет опускания последнего, металл несколько уплотняется и наклепывается (нагартовывается), становится менее пластичным и более ломким. Для восстановления его свойств применяют отжиг.

С помощью опускания фона можно усилить рельеф. Тогда эту операцию делают уже в конце работы, после отсмоления пластины.

Изготовление рельефа

Это самая сложная часть работы. Высокий рельеф обычно выколачивается комбинированным способом. Общие контуры выколачиваются на брезентовом мешке с песком, причем в то же время прилегающие участки фона опускаются. На следующем этапе для придания рельефу четкости изделие насмаливается и формы окончательно выравниваются.

Особое внимание следует обратить на последовательность выполнения рельефа. Резкий перепад его высоты на небольшом участке может разрушить металл. На начальных стадиях работы используются скругленные и мягкие чеканы, затем, на завершающей стадии, переходят к более жестким.

Рельеф выполняется с помощью бобошников, а также ряда специальных чеканов. При выколотке инструмент ставится не вертикально, а чуть наклонно в сторону, противоположную построению рельефа (рис. 120).

Рис. 120. Направление ударов при выколотке рельефа.

При чеканке с лицевой стороны – наоборот. Работу лучше всего вести сразу с обеих сторон, что позволяет реже проводить отжиг металлической пластины.

Размер рабочей части чекана должен быть немного меньше выколачиваемой части рельефа.

Металл опускают плавными движениями, начиная с самых низких слоев. При увеличении высоты материал будет становиться все более и более тонким, поэтому для задуманной высоты необходимо заранее подобрать пластину соответствующей толщины.

Выпуклые и вогнутые части рельефа доводят до нужной формы чеканом-лощатником. Его надо держать строго под углом 90°, чтобы не оставалось следов от рабочей поверхности. Инструмент во время работы должен равномерно скользить по поверхности, удар быть легким, с одинаковыми интервалами.

Окончательная прочеканка изделия

Детальная обработка всех форм производится в самую последнюю очередь. Эта работа направлена на придание завершенного вида произведению.

Большую роль в придании изделию дополнительного блеска играет фактура чеканных поверхностей. Очень выигрышным является сочетание различных орнаментов, матовой и гладкой поверхностей и другие стилистические приемы. Фактуру можно наносить с помощью специальных чеканов – пуансонов, а также расходниками. Матовый фон можно создать канфарником. Дополнительную штриховку, где это необходимо, делают расходником.

Отжиг, отсмоление и отбеливание металла

Во время работы чеканами почти все металлы приобретают излишнюю твердость. Для восстановления пластичности заготовку подвергают прокаливанию.

Надо отделить заготовку от смоляной подложки. Для этого клиновидным бойком слесарного молотка убирают с пластины смоляные бортики, которые образуются при работе, и осторожно, чтобы не погнуть металл, поддевают заготовку зубилом или острым расходником. Если пластина сильно прилипла к смоле, ее предварительно прогревают и аккуратно снимают с помощью плоскогубцев или кузнечных клещей.

При отжиге металл не только приобретает утраченную пластичность и вязкость, но и освобождается от смоляных пятен. Налипшая смола сгорает и превращается в черную золу, которую легко можно удалить металлической щеткой.

Отжиг должен производиться равномерно по всей поверхности с обеих сторон.

Отжиг проводят в пламени газовой горелки или паяльной лампы. Пластина удерживается за край клещами. Заготовки отжигают так, чтобы нагрев шел равномерно и с лицевой, и с обратной стороны.

Жестяные заготовки нужно прогревать осторожно, чтобы не пережечь их. Стальные, медные и латунные пластины отжигаются до сгорания золы и появления темно-красного каления, после чего отжиг прекращается и пластина остывает на воздухе.

Несколько сложнее отжиг алюминиевых заготовок: изменение их структуры начинается уже при 100 °C, в то же время температура красного каления алюминия близка к его температуре плавления.

При слишком сильном нагреве алюминиевая чеканка начнет терять форму. Поэтому за отжигом алюминия следят с помощью предварительно прочерченных мылом полосок. Как только мыло обуглится и почернеет, отжиг прекращают и заготовку промывают в подогретом растворе едкого натра или двууглекислой соды.

После отжига заготовка может потемнеть, в первую очередь это касается латунных или медных изделий, на которых остается слой черной окиси меди. Для возвращения им первоначального цвета проводят отбеливание заготовки в 10–15 %-ном растворе серной кислоты, если это черные металлы – в соляной кислоте или едком натре.

Затем металл промывают проточной водой, обрабатывают порошком толченой пемзы, опять промывают и ставят на просушку в ящик с древесными опилками. Остужать лист лучше на открытом воздухе.

Цветные и драгоценные металлы поддаются отжигу лучше черных.

Разновидности чеканных работ

Чеканка по литью

У литых заготовок чеканят только поверхность. Можно приготовить отливку самому или расписать уже готовое изделие.

В большинстве случаев отливки чеканятся из поделочной стали, меди и бронзы. Инструментов для выполнения работ требуется намного меньше, но они должны быть лучше закалены, так как отливка почти не деформируется. В качестве подложки используются в основном котелки со смолой, крупные детали зажимаются в тиски. Чтобы не повредить поверхность, под губки тисков или струбцин надо подкладывать свинцовые или деревянные подкладки. Массивные изделия можно обрабатывать прямо на полу.

Чеканка на объемных изделиях

У этого вида чеканки есть свои особенности. В целом он более сложен по сравнению с чеканкой на плоской поверхности, и заниматься им начинающим не рекомендуется.

При создании рисунка с учетом формы изделия необходимо делать несколько разверток.

Для перевода лучше пользоваться копировальной бумагой, так как в этом случае проще вносить поправки, канфарение применяется крайне редко.

При чеканке объемных изделий, как упоминалось ранее, их можно залить смолой целиком. Чаще всего заливку производят не в ящики, а в металлические котелки. Их заполняют смолой горкой, то есть так, чтобы она немного выступала над поверхностью котелка. Пока смола не затвердела полностью, ее покрывают влажной вощеной бумагой и чуть вдавливают заготовку в смолу.

Когда смола застынет, на поверхности образуется углубление в форме предмета, в которое изделие кладут при обработке. Под котелок во время работы подкладывают резину, чтобы смягчить удары по столу.

Для большего удобства котелок устанавливают в металлическое кольцо чуть меньшего диаметра. Оно служит опорой для котелка и позволяет поворачивать его под любым углом к мастеру.

Вытапливают смолу из объема так: изделие подвешивают над ящиком широким отверстием вниз и начинают нагревать с этой же стороны. Для полной очистки проводят отжигание. Если изделие имеет узкое горлышко, то нагрев должен проводиться именно в районе горловины, так как смола при нагревании увеличивается в объеме и может разорвать форму. Выколотку рельефа производят с помощью крюка и трещотки (рис. 121).

Рис. 121. Работа трещоткой: а – обычной; б – с указателем.

Для этого изделие закрепляют на подложке, после чего боевой конец крюка ставят изнутри на участок рельефа и производят несильный удар молотком по штанге крюка. Перемещая рабочую часть по внутренней поверхности, весь рельеф выколачивают до желаемой высоты. Неудобство при работе крюком состоит в том, что им заняты обе руки, поэтому заготовка остается без контроля.

При работе трещоткой ее рукоять закреплют в тисках, а рабочий конец располагают внутри изделия. Сильными ударами по ручке инструмента заставляют его вибрировать и выколачивают боевым концом рельеф (рис. 121, а). Особенность работы заключается в том, что перемещается не чекан, а обрабатываемая форма. Более удобны трещотки с указателем (рис. 121, б), значительно упрощающим работу.

При работе с этими инструментами требуется большой опыт, потому что работать приходится почти вслепую. Начинающий чеканщик может создать объемное изделие, выполнив сначала развертку рельефа, а потом согнув ее в готовое изделие и спаяв. Высокий рельеф при этом придется осторожно подправить, так как при сгибании он теряет форму и может сломаться.

Контурная чеканка

Она выполняется только расходниками на плоском листовом металле без выколотки рельефа. Контурная чеканка напоминает гравировку, но, в отличие от последней, может быть как вогнутой, так и выпуклой. Чаще всего таким образом украшаются различные предметы быта (рис. 122).

Рис. 122. Орнамент на медном чайнике.

Очень хорошо смотрится орнамент, выполненный контурной чеканкой в одну линию. При этом для придания линиям дополнительной четкости фон можно немного опустить. Часто фон покрывается мелким орнаментом, выполненным пуансонами. Контурные чеканки делаются целиком на смоле. В некоторых случаях засмолку проводят несколько раз.

В древности мастера создавали изделия только за счет опускания фона. Рисунок при этом оставался выпуклым и нетронутым, линии получались более мягкими.

Ажурная чеканка

Этот вид чеканного мастерства так же называется «железные кружева». Фон изображения нарезается с помощью специальных сечек. Для удобства сначала делается расходка контура острым обводником, потом по этим линиям проводится высечка. Отжиг таких изделий производится с особенной осторожностью, так как тонкие перегородки могут легко расплавиться.

Острые края и оставшиеся после просечки заусенцы запиливают напильником и надфилями.

Часто материалом для ажурной чеканки служит готовое объемное изделие. В этом случае главное – соблюсти ритм пустот и линий рисунка, чтобы в результате получился красивый ажурный орнамент. Примером такой техники может служить серебряная конфетница, изображенная на рис. 123.

Рис. 123. Серебряная конфетница.

Высечка линий делается гораздо реже, хотя этот прием может быть столь же эффектным.

Декоративная отделка

Для придания изделию законченного вида после выполнения всех чеканных работ можно приступить к отделке его металлической поверхности. Делается это не только для красоты, но и для того, чтобы изделия стали более стойкими к коррозии и окислению.

Шлифовка

В первую очередь поверхность шлифуют. Для художественных изделий не подходит грубая слесарная шкурка, мастера обычно берут нулевку. Процесс этот долгий и требует большого внимания. Чтобы не испортить рельефность композиции, на шкурку почти не надавливают. Для большего удобства наждачную бумагу приклеивают на спичечный коробок.

На начальных стадиях шлифовки крупных изделий и при обработке краев можно использовать шкурку с крупным зерном, постепенно заменяя ее на более мелкую. Качество чеканки при этом не ухудшится.

Кроме наждачной бумаги, для шлифовки используют различные шлифовальные порошки, известь и пемзу. Поверхность получается ровной и гладкой. На металл наносят тонкий слой смешанного с маслом состава и полируют его кусочком мягкой бархатной ткани. Используют как имеющиеся в продаже готовые порошки, так и собственноручно приготовленные смеси, например из взятых в равной пропорции венской извести, крокуса, мела и извести. Крупной наждачной бумагой можно сделать на поверхности изделия рисунок в форме чешуек. Для этого необходимо приложить ее к металлу и сделать рукой несколько круговых движений в одну, а затем в другую сторону.

Лучше смотрится поверхность, целиком обработанная таким способом.

Патинирование

После того как полировка изделия окончена, можно придать изделию разнообразные цветовые оттенки обработкой различными химическими веществами. В результате их взаимодействия с металлом возникают новые соединения, которые образуют на поверхности несмываемый налет. Патинированием называется обработка металлов соединениями серы или хлора. При этом поверхность металла приобретает черный или сероватый цвет.

При работе с химическими веществами необходимо соблюдать требования техники безопасности. Многие смеси легко воспламеняемы и опасны для жизни, поэтому хранить их нужно вдали от источников огня в герметично закрывающейся стеклянной посуде.

Патинирование с использованием серной печени

Чтобы получить этот состав, берут серу и поташ в соотношении 1: 2. Их тщательно перемешивают и нагревают на медленном огне в течение 20–25 минут, периодически помешивая металлической лопаточкой.

Потом добавляют воду и продолжают нагревание до полного растворения. В результате жидкость окрашивается в черный цвет.

Если изделие небольших размеров, то его погружают в раствор целиком, а когда оно не помещается в ванночку, можно использовать кисть с мягким ворсом. Через некоторое время на поверхности образуется налет черного цвета, который не смывается водой и не взаимодействует с кислотами.

Для образования более ровного и густого налета перед патинированием металлическую пластину нагревают на закрытом огне. По окончании процесса изделие промывают под струей воды и высушивают. Можно легко придать изделию вид старинного произведения искусства, если протереть выступающие места чеканки смесью порошка пемзы и машинного масла. В этих местах металл приобретет исходный цвет, основной фон станет матово-серым, а там, где рельеф особенно глубокий, остается черным.

Вместо пемзы можно использовать любое чистящее средство для металлической посуды.

Наиболее эффектно смотрится обработанное таким способом серебро, но чаще всего это средство применяют при декоративной отделке меди.

Патинирование с использованием сернистого аммония

Раствор готовится следующим образом: 1 чайную ложку порошка сернистого аммония растворяют в 1 л воды и тщательно перемешивают. После обработки этим составом изделие покрывается черным налетом сульфида меди.

Если перед патинированием пластину прогреть, то цвет получится более насыщенным. Чем выше будет температура нагрева, тем более ярким получится цвет. Так можно получить всю гамму оттенков от коричневого до черного.

Изделию можно вернуть первоначальный цвет, опустив его в смесь 10 %-ного раствора азотной и серной кислот. Держат его там до тех пор, пока не получится нужный цвет или сульфид меди не сойдет полностью.

Если для приготовления состава используют концентрированные кислоты, то для приготовления раствора заранее рассчитывают необходимое количество кислоты и постепенно добавляют ее в воду. Нельзя смешивать кислоты до того, как они разбавлены водой.

При взаимодействии азотной и серной кислот выделяется большое количество тепла, поэтому смешивать их нужно в специальной посуде для химических реактивов. Работать с этими кислотами следует с соблюдением всех требований техники безопасности.

Пары сернистого аммония вредны для здоровья, работать с ним нужно или на свежем воздухе, или под вытяжным отверстием.

При неосторожном обращении с кислотами можно получить сильные ожоги. Если кислота все-таки попала на открытые участки кожи, надо промыть их под струей холодной воды и обработать 3 %-ным раствором пищевой соды. Пострадавшего необходимо отвезти в больницу.

Нельзя доверять работу с кислотами детям и подросткам. Если чеканку ребенок вполне может выполнить самостоятельно, то до процесса химической обработки его допускать не следует.

Хранить сернистый аммоний нужно в герметичной стеклянной посуде в темном прохладном месте.

Кислоты нельзя держать вместе с щелочами и горючими материалами.

Патинирование латуни с использованием триосульфата натрия и азотной кислоты

Для того чтобы окрасить изделие из латуни в темный с красивыми оттенками цвет, берут 1 чайную ложку триосульфата натрия и разводят его двумя стаканами теплой воды. Раствор перемешивают до однородного состояния и добавляют в него 1–1,5 чайные ложки концентрированной азотной кислоты. В результате образуется мутная смесь желтого цвета с резким неприятным запахом серы.

Чеканку опускают в этот раствор на 10–15 минут. С увеличением времени изделие последовательно будет окрашиваться в серый, зеленый, синий или фиолетовый цвет. Патинирование можно ускорить, прогрев изделие перед погружением в раствор в горячей воде.

После достижения желаемого цвета надо аккуратно вынуть чеканку из раствора с помощью пинцета и хорошенько промыть водой. Натереть изделие просеянным речным песком, а затем вторично погрузить в химический раствор, чтобы патина окончательно закрепилась.

Обработанную пластину еще раз промывают водой, после чего насухо вытирают и обрабатывают порошком пемзы с помощью мягкой губки. Высушенному изделию можно придать дополнительный блеск, если протереть его тампоном, смоченным машинным или растительным маслом.

Патинирование алюминия с использованием соляной кислоты

Для приготовления раствора смешивают 1 л концентрированной соляной кислоты и 150–200 г электролита медной кислой ванны.

Погружают изделие в раствор на 5–7 минут или наносят состав на поверхность с помощью кисточки или губки. Чеканка покроется черным налетом, густоту которого можно регулировать, увеличивая или уменьшая на несколько минут время нахождения изделия в растворе.

После обработки промывают изделие под струей холодной воды и высушивают. Чеканку очищают от небольших шероховатостей смесью порошка пемзы с маслом. В заключение дополнительно шлифуют.

Оксидирование

Этот способ обработки поверхности дает возможность получить различные цвета. Для оксидирования чаще всего используется концентрированная азотная кислота.

При работе с ней необходимо соблюдать требования техники безопасности, работать в химических резиновых перчатках.

Оксидирование медной пластины

Перед началом обработки готовят тампон из ваты или кусочка губки. Держать его нужно не руками, а пинцетом или закрепив на конце карандаша. Смочив тампон в концентрированной азотной кислоте, начинают осторожно обрабатывать поверхность чеканки. После этого нагревают изделие на газовой горелке. Изменяя температуру и время нагрева, можно придать чеканке различную окраску от зеленого до черного цвета. По окончании обработки чеканку необходимо промыть и просушить.

Чтобы выделить выступающие части рисунка, его сначала протирают мягкой тканью, смоченной в бензине или в любом другом растворителе, а затем на выбранные места наносят абразивный порошок. После окончания обработки изделие повторно шлифуют. Таким же образом оксидируют и изделия из латуни и бронзы.

Оксидирование алюминия

Этот способ обработки хорошо защищает чеканку от коррозии. Обработка проводится без использования кислоты и позволяет получить богатую гамму оттенков.

Перед началом оксидирования поверхность смачивается ацетоном, чтобы удалить жирные пятна и грязь, после чего изделие просушивается и обрабатывается бензином или другими растворителями. Затем производится нагревание с помощью паяльной лампы, включенной на среднюю мощность, при этом поверхность начинает быстро темнеть. Пламя должно равномерно прогревать всю поверхность. Не надо забывать, что температура плавления алюминия, по сравнению с другими металлами, низкая, поэтому горелку лучше держать на некотором расстоянии от изделия.

Насыщенность цвета и его оттенки зависят от количества нанесенного на поверхность растворителя. Его требуется немного для получения синего цвета, больше – для черного. С помощью растворителя можно дополнительно затемнить некоторые детали чеканки. Для обработки мелких деталей используется тонкая кисточка или пипетка. Убрать нагар и вернуть металлу его естественный цвет можно с помощью порошка пемзы. Его смешивают с маслом и наносят на небольшой кусочек губки, которым протирают выбранные места.

Окраска

Окрашивать чеканные изделия можно разными способами. Наиболее распространенным из них является обработка металла химическими соединениями. В результате реакций на поверхности образуется тонкий слой нового вещества, имеющего другой цвет.

Меняя состав окрашивающего вещества или внося в него небольшие добавления, можно получить богатую гамму оттенков.

Перед началом обработки изделие необходимо очистить от грязи, окиси и пр. Первая чистка – ручная – проводится мягкой тряпочкой с порошком пемзы или извести. Затем поверхность протирают растворителем или кипятят чеканку в слабом растворе едкого натра, чтобы удалить жировые пятна. После этого можно приступать к промывке и просушиванию.

Чтобы окрашивание было равномерным, изделие непосредственно перед началом окрашивания опускают в раствор, состоящий из равных частей денатурированного спирта и воды. Части чеканки, не нуждающиеся в окраске, покрывают асфальтовым лаком, который впоследствии можно легко удалить скипидаром.

Во время всех операций с химическими реактивами необходимо соблюдать меры безопасности.

Погружаемые в раствор или прошедшие обработку изделия следует брать пинцетом, руки желательно защищать резиновыми перчатками.

Окраска меди

Можно окрасить медь в различные цвета от оранжевого до темно-красного следующим способом. Приготавливают два раствора: 150 г серновато-кислого натрия на 1 л воды и 10 г яри медянки, 25 г медного купороса на такое же количество воды. Их смешивают в равных пропорциях и нагревают до 70–80 °C.

Изделие погружают на короткие промежутки времени в раствор, так как насыщенность цвета меняется довольно быстро. Нужного оттенка можно добиться продолжительностью выдержки. Окрашенная таким же образом латунь будет иметь сходный спектр окраски, но с примесью желтого цвета.

В насыщенный коричневый цвет медь окрашивают кипячением в растворе медного купороса. Через 10 минут металл приобретает матовый сероватый оттенок, который легко счищается, если протереть остывшую чеканку подогретым льняным маслом.

Яркость окраски можно регулировать концентрацией медного купороса. Средняя норма – 150 г на 1 л воды.

Чтобы придать чеканке желтую окраску, поступают так: сначала погружают ее на несколько минут в 10 %-ный раствор соляной кислоты с добавлением 1–2 г поваренной соли. Затем готовят смесь из 200 мл 20 %-ной азотной кислоты, в которую постепенно вливают 100 мл концентрированной серной кислоты. Так как реакция сопровождается выделением большого количества тепла, надо соблюдать осторожность.

Просушенное изделие на короткое время погружают в этот раствор, затем сразу промывают под проточной водой. От пережигания могут образовываться пятна, которые удаляют, погружая чеканку в слабый раствор хлористого цинка.

Окраска латуни и бронзы

Изделия из медных сплавов (латунь и бронзу) легко окрасить в темно-коричневый цвет. Готовится смесь из 4 мл нашатырного спирта, 5 г щавелекислого калия и 200 мл уксусной эссенции. Необходимо покрывать чеканку приготовленным составом несколько раз, давая полностью высохнуть, пока она не приобретет нужный цвет.

Образующийся при такой обработке металлический глянец скоро сходит, и изделие приобретает ровную коричневую окраску.

Оттенки зеленого цвета можно получить и с помощью раствора, приготовленного из 5–10 г яри медянки, 10 мл нашатырного спирта, разведенных в 1 л воды.

Изделие погружают в раствор несколько раз, после чего оно приобретает оливково-зеленый цвет.

Для дальнейшей обработки в раствор добавляют еще 1 л воды. Чеканку опускают в ванну на несколько минут (интервал зависит от желаемой степени окраски), затем просушивают над огнем.

Операцию повторяют несколько раз до тех пор, пока металл не приобретет нужного цвета.

В фиолетовый цвет изделия из медных сплавов окрашивают следующим образом: чеканку нагревают до 70–80 °C и протирают кусочком войлока или ваты, пропитанным в сурьмяным маслом.

Зеленый цвет чеканки приобретают после обработки поверхности слабым раствором азотнокислой меди с поваренной солью. После того как изделие просохнет, его протирают раствором 5 г щавелекислого калия и 10 мл нашатырного спирта, разведенных в 100 мл уксусной эссенции.

В такой последовательности окрашивание следует проводить до тех пор, пока цвет поверхности не станет темно-зеленым. Для ускорения реакции чеканку прогревают на огне до температуры 50–60 °C.

Есть и другой способ: готовое к окраске изделие обрабатывают тампоном, пропитанным олеиновой кислотой. На поверхности образуется слой окисла меди, имеющий темно-зеленый цвет. По прошествии некоторого времени он начинает блекнуть и в конце концов становится светло-зеленым с желтоватым отливом. Для закрепления окраски операцию повторяют несколько раз.

Все оттенки желтого можно получить обработкой чеканки нейтральным раствором уксуснокислой меди (яри медянки).

Кроме того, используют следующий состав: 20 г едкого натра и такое же количество молочного сахара тщательно перемешивают в 1 л воды и подвергают продолжительному кипячению. К смеси постепенно добавляют 20 мл концентрированного раствора медного купороса.

Раствору дают остыть и на короткий срок кладут в него обрабатываемые изделия, после чего они приобретают золотистый оттенок. Этот способ обработки часто используется для окраски под золото.

Более насыщенный цвет с красноватым отливом получается после протирания поверхности кашицей из 4 частей порошкового мела и 1 части сусального золота, которые разводят дистиллированной водой.

Иногда употребляется состав, содержащий 15 г сернокислого аммония, 10 мл раствора хлористой сурьмы и 30 мл воды. Его необходимо прокипятить и несколько раз профильтровать, осадок размешать в 2–3 л горячей воды. Для лучшего растворения добавить едкий натр.

Изделие погружают в ванну и держат до тех пор, пока оно не приобретет желаемого цвета.

В серебряный цвет чеканку можно окрасить раствором 40 г винного камня и 14 г рвотного камня в 1 л горячей воды. Затем туда добавляют 50 г соляной кислоты, 125 г порошка олова и 30 г сурьмы. Состав нагревают и кипятят в нем изделие до тех пор, пока оно не покроется ровным налетом.

Другой способ окраски – механический – требует специального оборудования и навыков. Для этого обычно используют порошковые краски или мелкую металлическую пыль различных цветов, для работы нужен пульверизатор, растворители и связывающие вещества, которые оставляют на поверхности изделия тонкий слой защитной пленки.

Если всего этого нет, то порошки просто вколачиваются в металл киянкой или плоским чеканом. Этот процесс лучше повторить несколько раз, в промежутках промывая чеканку под струей проточной воды.

После такого способа окраски требуется обработка поверхности лаком – цветным или прозрачным, выбор зависит от желания мастера.

Необходимо помнить, что лаки покрываются трещинами и мутнеют при плохих условиях хранения.

Можно наносить частицы металла на изделие и с помощью специального оборудования, под давлением. Но такой способ является очень дорогостоящим и не всегда доступен мастеру, работающему в домашних условиях.

Эмалировка

Этому способу окрашивания подвергаются чаще всего небольшие художественные изделия или их отдельные участки. Эмаль представляет собой стеклянный сплав, содержащий различные цветовые добавки. Ее температура плавления ниже, чем у обрабатываемого металла, что позволяет легко производить обжиг.

Эмаль наносят на холодную поверхность в виде размоченной в воде кашицы, разравнивают легкими ударами по чеканке, затем просушивают до полного испарения воды. Далее следует обжиг при температуре 600–800 °C. Изделия помещают на специальную подставку, которая не должна деформироваться под действием жара. После достижения температуры плавления эмаль растекается ровным слоем и становится похожа на стекло. Чеканку осторожно вынимают и дают ей остыть на открытом воздухе. Для того чтобы получить художественную композицию с применением различных цветов, сначала наносят эмали, температура плавления которых ниже. Перегородки делают из металлической проволоки, которую, в зависимости от замысла, можно убрать или оставить.

Существует множество различных способов нанесения эмали и создания с ее помощью художественных произведений. В окрашивании чеканных изделий этот материал используется для создания контрастных композиций, усиливающих выразительность металла.

Тауширование

Тауширование представляет собой процесс вколачивания в металл тонких проволок. Чаще всего таким образом подчеркивают границы рисунка. Предварительно по контуру делаются углубления либо с помощью острого резца, которым удаляется тонкая полоска материала, либо травлением, то есть выжиганием бороздок концентрированной кислотой. Расходники для этого не подходят, потому что оставляют коническое углубление, из которого проволока выпадает. Последний способ более традиционный, дает хорошее качество тауширования, но после него необходима дополнительная обработка металла у границ или ретуширование.

Проволоку, подготовленную с помощью вальцов, вкладывают в прорезанные канавки и расклепывают специальным молотком. При этом необходимо следить за шириной – она должна быть постоянной. Мелкие дефекты устраняются шлифованием и полировкой.

Оформление чеканного изделия

После того как будут готовы рисунок и рельеф на чеканном изделии, надо позаботится о его внешнем виде. Края чеканки надо обрезать в соответствии с задуманными размерами. Затем края изделия загнуть со всех сторон и тщательно отшлифовать, чтобы на нем не было неровностей.

Чтобы чеканное изделие можно было повесить на стену, с его обратной стороны делают петлю из проволоки.

Можно сделать чеканку более красивой, если закрепить ее на деревянной плоскости, предварительно окрашенной в подходящий цвет или обожженной.

Обжечь деревянную поверхность можно с помощью паяльной лампы или электровыжигателя. При желании можно использовать обожженное дерево, обработанное щеткой из металла или рубанком.

Для декоративной обработки чеканки надо использовать только сухую древесину, иначе готовое изделие может испортиться.

Ковка

Кузнечное дело по праву считается одним из старейших ремесел. Самыми первыми изделиями, изготовленными этим способом, были золотые украшения. Трудно поверить в то, что около 8 тысяч лет назад золото было гораздо более распространенным металлом, чем железо. Последнее научились добывать и ковать намного позже, а искусством закалки железа человек овладел лишь в 1-м тысячелетии нашей эры.

И в настоящее время техника художественной ковки является одним из самых сложных видов ремесла. Чтобы овладеть им в совершенстве, надо знать все не только о металлах и сплавах, но и уметь обращаться со всевозможными специальными инструментами, а кроме того, быть настоящим художником.

Устройство и оборудование кузницы

Не так-то просто устроить кузницу в частном доме, а в городской квартире это совсем невозможно, даже на первом этаже. По требованиям противопожарной безопасности она должна располагаться в отдельном строении площадью не менее 40 м2, но для работы над мелкими изделиями кузницу можно сделать совсем небольшой – всего 16 м2. Стены лучше соорудить из кирпича, но если у выбранного строения они деревянные, их необходимо будет оштукатурить. Пол делают земляной или выложенный кирпичом, дверь должна обязательно открываться наружу.

Помещение должно быть светлым, с высоким потолком и вытяжными отверстиями. При горении топлива расходуется много кислорода, и кузнец может время от времени испытывать недостаток воздуха. В этом случае помещение необходимо дополнительно проветривать.

В прошлом кузница обычно ставилась на отшибе, в стороне от остальных домов. И не только потому, что кузнецов считали колдунами и побаивались, – мешал дым и постоянный стук молота. При выборе места нужно позаботиться не только о собственном удобстве, но и о спокойствии соседей. Еще одно требование: искры из дымохода или от открытого горна не должны долетать до находящихся неподалеку строений или легковоспламеняющихся предметов, например стогов сена.

Внутреннее устройство кузницы

При планировке внутреннего пространства необходимо соблюдение ряда требований, которые могут значительно облегчить работу (рис. 124).

Рис. 124. Схема планировки кузницы: а – горн; б – наковальня; в – бачок с водой; г – стол для инструментов; д – шкаф; е – кузнечный верстак; ж – ящик для хранения угля.

Главная деталь кузницы – горн (рис. 124, а) – устанавливается около дальней от входа стены.

Как правило, горн устраивается в центре помещения, чтобы к нему можно было свободно подойти со всех сторон.

Рядом, на расстоянии 1,5–2 м от горна, ставится наковальня (рис. 124, б), которая располагается так, чтобы ее рог был с левой стороны от кузнеца, находящегося между горном и наковальней и стоящего к ней лицом. Неподалеку должен находиться бачок с водой для остужения заготовок и инструментов (рис. 124, в).

Инструмент раскладывается на металлическом столе (рис. 124, г), имеющем две полки: наиболее часто употребляемые инструменты (молотки, зубила, клещи) располагаются на верхней полке, специальные – на нижней. Рукоятки инструментов должны немного выступать за край стола.

Запасные и редко используемые инструменты хранятся в шкафу (рис. 124, д) на крючках или полочках. Вдоль стен располагаются столы для вспомогательных работ, на которых находятся тиски, точило и другие приспособления, а также жесткий кузнечный верстак (рис. 124, е).

На противоположной стороне, в углу, ближе к горну ставят ящик для хранения угля (рис. 124, ж).

Нагревательное оборудование

Горн

Горну по справедливости отводится первое место. Это приспособление используется везде, где ведется ковка металла. В разных странах горны имеют примерно одинаковую форму, которая вырабатывалась на основе опыта многих поколений.

По конструкции различаются стационарные и переносные горны. И те и другие довольно просто сделать самостоятельно. Стационарные делаются из кирпича или из металла и кирпича (рис. 125).

Рис. 125. Устройство стационарного горна: а – столешница; б – очаг; в, г – внутренняя и наружная трубы; д – зонт; е – чугунная колосниковая решетка; ж – фурма; з – шлакосборник; и – трубопровод с заслонкой.

Столешница, обычно квадратная (100 х 100 или 100 х 150 см), изготавливается из строительного кирпича (рис. 125, а).

В центре делается ровное углубление для очага размерами 40 х 40 х 15 см, которое выкладывается огнеупорным кирпичом (рис. 125, б). В углубление засыпается топливо, там же нагреваются заготовки.

Часть образующихся при сгорании топлива шлаков удаляется через внутреннюю трубу (рис. 125, в), часть улавливается зонтом (рис. 125, д) и выходит через наружную трубу (рис. 125, г). Внутренняя труба при этом накаляется, вследствие чего увеличивается тяга.

На дне очага делается отверстие для подачи воздуха, над которым устанавливается чугунная колосниковая решетка (рис. 125, е). Под ней находится устройство, внешне напоминающее конфорку газовой плиты, – фурма (рис. 125, ж). Она служит для равномерного распределения воздуха по очагу и защищает воздухопровод от попадания в него шлаков и золы. Это наглядно видно на рис. 126.

Рис. 126. Чугунная колосниковая решетка.

В нижней части фурмы делается шлакосборник, или крышка (рис. 125, з), в котором скапливаются мелкие частички шлака. Его периодически открывают и очищают от отходов. Отверстие для подачи воздуха располагается сбоку, в стенке фурмы, и оборудуется заслонкой, чтобы обеспечить равномерную подачу воздуха (рис. 125, и).

Сопло может располагаться и в боковой стенке очага, тогда это горн с боковым дутьем (рис. 127).

Рис. 127. Горн с боковым дутьем.

Устройство его значительно проще, он не имеет решетки и шлакосборника, а отходы удаляются через находящийся в задней части канал. Подача воздуха в стационарный горн осуществляется с помощью компрессора или сильного вентилятора. Можно использовать и домашний пылесос, подсоединив его шланг к выходному отверстию и прикрыв пластмассовый корпус жестяным кожухом от попадания искр (рис. 128).

Рис. 128. Подача воздуха в горн с помощью пылесоса.

Переносные горны отличаются большей простотой. Их конструкции могут быть очень разнообразными. На рис. 129 изображен переносной горн с педальным приводом, используемым для подачи воздуха.

Рис. 129. Переносной горн с педальным приводом.

Для переносных горнов может использоваться паяльная лампа, создающая поток воздуха (рис. 130).

Рис. 130. Переносной горн с использованием паяльной лампы.

Работа горна

Топливом для горна служит малозернистый каменный уголь. Хорошую температуру дает коксующийся уголь.

Однако чаще всего в небольших кузницах используется древесный уголь. Он более доступен, но коэффициент его полезного действия не превышает 2,5 %. В промышленности для растопки горнов используется жидкое топливо, но его нужно подводить с помощью специальной аппаратуры и принимать особые меры предосторожности, чтобы в кузнице не произошел пожар или взрыв. Поэтому кузнецы-художники пользуются в основном угольными горнами.

Когда в работающем горне устанавливается режим горения, топливо разделяется на три зоны (рис. 131).

Рис. 131. Горение угля в горне.

Самый верхний слой образует свежий уголь, из которого под действием идущего снизу тепла испаряется влага. Нагревающееся топливо распадается на летучие вещества и кокс, который при горении дает основное количество тепла. Отходы горения оседают на решетку в виде золы.

Наковальня

Еще одним незаменимым элементом кузницы является наковальня. На ней металлу придается необходимая форма, проводится закалка и другие основные операции.

Стационарные наковальни делают из прочной легированной стали, их масса достигает 350 кг. На наковальню приходится большая нагрузка, и поэтому она должна обладать устойчивостью и прочностью. При легком ударе кузнечным молотом хорошая наковальня издает ровный и чистый звук, а если в ней есть трещины или пустоты, звук получается глухим. На рабочей поверхности наковальни при надпиливании остается только едва заметный след.

Наиболее распространены двурогие наковальни (рис. 132), но встречаются и однорогие.

Рис. 132. Наковальня: а – рог; б – хвостовик; в – лицо; г – углубление для пробивания отверстий; д – отверстие для установки подкладного инструмента; е – площадка для рубки металла; ж – башмак.

Рогом называется выступ на ее боковой части, который, в зависимости от назначения, имеет разную форму (рис. 132, а). У большинства однорогих наковален он конусообразной формы и предназначен для гибки и раскатки закругленных частей изделий. Второй рог делается в виде усеченного конуса и удобен для загибания на углы меньше 90°.

У основания рога имеется специальная незакаленная площадка для рубки металла зубилом (рис. 132, е).

С противоположной стороны наковальня имеет похожий на рог выступ квадратной формы – хвостовик (рис. 132, б). Он используется для гибки под прямым углом.

У однорогих наковален для этой цели служит край рабочей поверхности.

Плоская поверхность в центре наковальни называется лицом, на ней производится большинство операций плоской ковки (рис. 132, в). Для большей прочности на нее иногда наваривается пластина из прочной стали – наличник.

На рабочей поверхности со стороны рога имеется одно или несколько круглых углублений для пробивания в заготовках отверстий (рис. 132, г). С другой стороны сделано квадратное отверстие 35 х 33 мм для установки подкладного инструмента (рис. 132, д).

Наковальня опирается на массивную ногу, или башмак (рис. 132, ж), который имеет четыре крепежных отверстия и выемку в нижней части основания. В башмак вставляется центральный шип, скрепляющий наковальню с подставкой.

Под наковальню необходимо сделать прочную деревянную или песочную подушку, которая гасила бы импульс от удара по лицевой части. Крепление производится с помощью костылей, вставляющихся в отверстия ноги, или хомутами. Для большей устойчивости основание немного вкапывают в землю.

Лицевая поверхность должна располагаться строго горизонтально. Вокруг наковальни оставляют свободное место, на котором, не мешая друг другу, могут работать кузнец и молотобоец. Для большего удобства ее размещают на расстоянии 1,5 м от горна рогом от него.

Высота, на которой устанавливается наковальня, делается такой, чтобы удар молотом по наличнику приходился горизонтально. При этом работающий не должен тратить дополнительных усилий на подгонку удара – нагибаться или слишком высоко поднимать инструмент вверх.

Поверхности горна и наковальни должны располагаться примерно на одном уровне, что уменьшает усилия при переносе деталей.

Техника безопасности при работе в кузнице

Первое правило – противопожарная безопасность. Работа в кузнице требует применения огня и высоких температур (до 1500 °C). Под рукой всегда должны быть песок и вода, а также огнетушитель. Кроме этого, необходимо учитывать требования безопасности при оборудовании кузницы.

На различных стадиях обработки металла его приходится нагревать до очень высоких температур на открытом огне. При этом топливо в горне время от времени необходимо ворошить, в стороны летят искры и кусочки угля. Часть их попадает в дымоход, а часть разлетается по кузнице. Раскаленные частички топлива не должны попадать на легковоспламеняющиеся вещества, бумагу, деревянные предметы или одежду.

Во время работы инструменты подвергаются действию тех же температур, что и нагреваемые детали. Поэтому их периодически надо охлаждать в воде. Так как емкость с водой ставится недалеко от горна и наковальни, то вода быстро загрязняется пеплом и мелкими крошками металлов. Перед началом ковки ее обычно меняют.

От частого раскаливания и охлаждения инструменты теряют закалку, становятся мягкими и меняют свою форму. На них могут образовываться сколы, трещины и заусенцы. Особенно это касается молота. Он испытывает сильные деформации от постоянных ударов, рабочая поверхность его опускается и расползается в разные стороны. Тогда его снимают, возвращают ему исходную форму и вновь закаляют. Неисправным инструментом проводить ковку запрещается.

Когда молотом работает молотобоец, кузнец должен стоять так, чтобы направление удара не пересекало его тела. В такой позиции случайно соскочивший с ручки молот не причинит ему вреда.

Молотобоец – не самостоятельный кузнец, а помощник, поэтому должен беспрекословно подчиняться командам мастера. Они подаются голосом, громко и четко. Простые команды и точное место удара можно показать ручником.

Окончание работы происходит только по приказу «Стой!» или «Отбой!». До него нельзя убирать заготовку с наковальни, иначе холостой удар придется по наличнику и сильно деформирует инструмент.

Поковку необходимо класть всей поверхностью, чтобы удар целиком поглотился наковальней. В противном случае часть импульса перейдет в поддерживающий инструмент и он вылетит из рук (или деталь деформируется).

Удар должен приходиться строго по заготовке или по промежуточному инструменту, а не по наковальне или клещам.

Для рубки на наковальне существует специальный незакаленный участок у основания рога. Первый удар делается слабо, им только намечается направление прорубки. Последний также должен быть легким, его можно проводить на краю наковальни, держа заготовку отрубаемым концом от себя.

Во время работы все участки тела необходимо защитить от случайного попадания искр и кусочков отлетающего металла. Ранить могут отлетевшие куски окалины, поэтому перед работой с заготовки необходимо счистить окалину с помощью металлической щетки, скребка или сбить легкими ударами молотка.

Чтобы уберечься от высокой температуры горна, лучше надеть рабочий костюм или комбинезон из плотной (брезентовой или холщовой) ткани. Он должен закрывать все участки тела.

Следует помнить о том, что многие инструменты в кузнице нагреваются. Металл хорошо проводит тепло, и, если даже в огонь помещалась только рабочая часть, ручка все равно будет горячей.

Заготовки, побывавшие в горне, надо брать только специальными клещами. На руки необходимо дополнительно надеть рукавицы из кожи или двойного брезента. Ненужный инструмент сразу же охлаждают в баке с водой.

Ботинки для работы в кузнице нужно взять массивные, на толстой подошве, чтобы защитить стопы от падающих на пол искр. Обычно это специальная строительная или военная кирзовая обувь. Ботинки должны также защищать от случайно упавшего на ноги инструмента или заготовки. Поверх рабочей одежды надевается кожаный фартук. Он должен защищать грудь и ноги кузнеца.

Кроме этого, необходимо иметь головной убор из плотной войлочной ткани, простые рабочие рукавицы и защитные очки. Во время работы с раскаленными деталями в горне степень нагрева определяется по цвету металла. Чтобы предохранить глаза от яркого света, пригодятся очки с затемненными стеклами.

Посторонних в кузнице не должно быть! Они так или иначе могут отвлечь от работы и ослабить внимание. Кроме того, во время работы они сами могут оказаться в опасности.

Помощь при несчастных случаях

При любом серьезном несчастном случае следует обратиться к врачу. Но до этого пострадавшему можно оказать доврачебную помощь.

Если кузнец чувствует удушье, головокружение или начинает терять сознание, то ему сразу же нужно выйти из помещения, расстегнуть рабочую одежду, облегчив доступ свежего воздуха. Причинами такого состояния являются не усталость и переутомление, а недостаток кислорода, который активно расходуется при горении, или тепловой удар. Последний возникает при повышении температуры в помещении. После выхода на свежий воздух следует сбрызнуть лицо и грудь холодной водой.

При небольших ожогах пораженное место смазывается раствором марганцовокислого калия или стрептоцидовой мазью. Если обожжен большой участок кожи, то около пострадавшего места аккуратно разрезается одежда и на него накладывается стерильный бинт.

Для облегчения боли при ушибах различной тяжести на место удара накладывается холодный компресс. Если пострадала кость, необходимо сделать перевязку или поставить твердую шину и обратиться в медпункт.

Инструменты

По назначению все кузнечные инструменты делятся на основные, вспомогательные и измерительные. В группу основных инструментов, кроме рассмотренных выше, входят различные кувалды, гладилки, шпераки и пр. С их помощью металлу придаются необходимые формы и размеры.

Основные инструменты, в свою очередь, делятся на опорные, подкладные и ударные.

Опорные инструменты

К ним, кроме большой наковальни, относятся так называемые шпераки – маленькие наковальни массой до 4 кг (рис. 133).

Рис. 133. Шпераки различной формы.

Они устанавливаются в квадратное отверстие наковальни или вставляются непосредственно в опору наковальни.

Их форма зависит от характера выполняемых работ, каждый мастер обычно делает шпераки сам с расчетом на конкретное изделие. На них выполняется окончательная ковка мелких частей детали, гибка сложных форм и другие специальные операции.

Ударные инструменты

К ударным инструментам относятся молоток (ручник) и кувалда (молот) (рис. 134, а, в).

Рис. 134. Кувалда и молотки: а – кувалда; б – боевые молоты; в – ручник; г – фасонные молотки.

Самый тяжелый инструмент кузнеца – кувалда, ее вес может достигать 16 кг. Собственно кувалдой (рис. 134, а) называют молот с двумя плоскими бойками. Если один из бойков (задок) клиновидный, то молот называют боевым (рис. 134, б). Задок служит для разгона металла. Он может быть односторонним или двухсторонним, продольным или поперечным. Кувалдами и боевыми молотами весом 10–12 кг работают молотобойцы двумя руками. Длина ручки у такого инструмента 70–95 см. Там, где не требуется очень большой силы удара, пользуются молотами весом 2–4 кг, которыми иногда можно работать и одной рукой, без молотобойца.

Ручник (рис. 134, в) используют для мелких поковок, для указания молотобойцу места удара кувалдой и других работ. Его вес – 0,5–2 кг, а длина рукоятки – 35–60 см. Задок клиновидный, тупой, заостренный или шарообразный.

Фасонные молотки (рис. 134, г) предназначены для работы над деталями различной формы, их каждый мастер изготавливает самостоятельно по своим потребностям и особенностям работы. Особым ударным инструментом является киянка – молоток, полностью сделанный из дерева. В кузнечном деле киянка применяется в основном для работы с проволокой.

У всего ударного инструмента необходимо часто проверять крепление головки к рукояти и состояние самой рукояти. Иногда рукоять делают металлической и приваривают к головке, но такой инструмент быстро нагревается и отдает в руку при ударе, то есть плохо амортизирует удар. Деревянная рукоять лучше, но она может треснуть или расшататься в месте насадки. Треснувшую рукоять нужно сразу же заменить, а насадку регулярно проверять и поправлять. Если после нескольких ударов головка вновь начинает шататься на рукояти, ее необходимо снять и насадить заново.

Для того чтобы инструмент не подвел в нужный момент, его нужно периодически проверять. Насадочное отверстие кувалд и некоторых молотков имеет расширение в обе стороны, чтобы повысить прочность крепления ручки. От сильных ударов клин часто расшатывается, и его время от времени подправляют.

Рукоять делают деревянной, из прочных сортов дуба, клена, рябины, с небольшим утолщением к свободному концу. Она часто трескается или ломается в месте крепления молота (на него приходится наибольшая сила удара), поэтому при появлении трещин ее необходимо заменить. Для большей безопасности ручку кувалды иногда делают металлической, наглухо приваривая ее к головке. Но она намного хуже деревянной амортизирует удар, и импульс вибрирующей рукоятки передается в руку.

Подкладные инструменты

Подкладные инструменты располагаются между молотом и поковкой или между поковкой и наковальней. К ним относят зубило, подсечку, пробойники (бородки), обжимки, подбойки, раскатки и гладилки.

Зубило и подсечка

Зубило (рис. 135) и подсечка (рис. 136) применяются для рубки металла.

Рис. 135. Виды зубил: а – для поперечной рубки холодного металла; б – для поперечной рубки горячего металла; в – для продольной рубки; г – для рубки по радиусу; д – для фасонной рубки.

Рис. 136. Подсечка.

Кузнечное зубило имеет отверстие для ручки и насаживается без расклинивания. Различают зубила для горячей рубки (угол заточки не более 50°), для холодной рубки (угол заточки не менее 60°), зубила с полукруглым лезвием и фигурные зубила. Нож фасонных (фигурных) зубил имеет закругленную форму и служит для вырезания контуров неправильной формы.

Подсечка вставляется в отверстие наковальни с помощью четырехгранного хвоста.

Можно производить рубку металла между зубилом и подсечкой с помощью одного зубила (на площадке у основания рога наковальни) или на самой подсечке.

Работать зубилом можно и с использованием подсечки, которую устанавливают в отверстие на хвосте наковальни. Эти инструменты выпускаются парами.

Зубилом можно высекать узоры. Для этого раскаленную поковку следует положить на лицо наковальни и держать щипцами или зажать в тисках. Наставив зубило, нужно наносить удары молотом или ручником. На холодной заготовке рисунки и узоры лучше насекать слесарным зубилом и молотком.

Пробойники и бородки

Пробойники (рис. 137) и бородки служат для пробивания отверстий.

Рис. 137. Пробойник.

Их, как и зубила, насаживают на рукоятки. Пробивание (просечка) отверстий производится на горячей заготовке с помощью круглого отверстия наковальни. Вначале ударом пробойника нужно сделать на металле углубление на месте будущего отверстия, затем переместить заготовку на лицо наковальни и несколько раз с помощью пробойника ударить по тому же месту. Вновь прогреть заготовку и положить ее противоположной стороной вверх. Выбить пробойником отверстие. Оформить его проковкой на роге наковальни. По сечению рабочей части различают квадратные, прямоугольные, круглые, овальные и фасонные пробойники, которые используются для просечки различных отверстий и декоративных работ.

Обжимки

Обжимки придают изделию цилиндрическую (рис. 138) или граненую форму.

Рис. 138. Обжимка цилиндрической формы: а – верхник; б – нижник.

Они состоят из двух половин – верхника и нижника. Нужно вставить нижник хвостом в квадратное отверстие наковальни, положить на него разогретую заготовку, наложить на нее верхник и наносить по нему удары до смыкания частей обжимки. Для получения длинного участка сечения нужно постепенно передвигать заготовку по мере проковки.

Подбойки

Подбойки (рис. 139) состоят из верхника и нижника и применяются для выделки углублений, канавок, желобков и т. п., а также для облегчения протяжки металла при ручной ковке. Их рабочая поверхность может быть разной формы.

Рис. 139. Подбойки: а – верхник; б – нижник.

Раскатка

Раскатка (рис. 140) – подкладной инструмент, напоминающий молоток с выпуклым (полукруглым) бойком и плоским задком.

Рис. 140. Раскатка.

С ее помощью ускоряется вытяжка металла в длину.

Гладилки

Их используют для выглаживания поверхности изделия, удаления следов от кувалды. Рабочая поверхность гладилок хорошо отшлифована, края немного приподняты, чтобы грани не пропечатывались на поковке. Гладилки тоже парные инструменты, но можно работать и одной верхней частью. Форма инструментов может быть полукруглой, тогда выглаживать поверхность лучше на роге.

Гвоздильня

Гвоздильня (рис. 141) – металлическая доска толщиной около 2,5 см и размером обычно 30 х 4 см, в которой сделаны конические отверстия разных размеров.

Рис. 141. Гвоздильня.

С помощью гвоздильни можно делать (высаживать) головки болтов и заклепок, шляпки гвоздей и т. п. Гвоздильня предназначена для изменения формы конца стержня. Обычно ее используют для получения утолщенных шляпок гвоздей, заклепок или болтов.

В нее вставляют меньший по размерам стержень и серией ударов деформируют выступающую часть так, чтобы она заполнила собой все пространство формы. Ее стенки имеют небольшой уклон для облегчения снятия гвоздильни с заготовки.

Многорядные гвоздильни представляют собой плиту с различными по форме отверстиями, которую устанавливают на плоской поверхности наковальни. Ударами в нее вбивают металл, а затем переворачивают и выбивают готовые детали.

Формы и оправки

Для ковки однотипных изделий будут нужны различные формы, оправки и т. д. Кузнечная форма – это массивная стальная плита толщиной 10–15 см с отверстиями и желобами (ручьями) различной формы. Раскаленную заготовку необходимо наложить на нужное отверстие или ручей, под ударами молота она примет соответствующую форму.

Плита

При изгибе различных кривых (завитков, меандров и т. п.) из прутков и полос используют стальную плиту с рядами просверленных отверстий. Плотно вставив в подобранные по шаблону отверстия стальные штыри, можно легко выгнуть вокруг них или между ними необходимую кривую. Особенно полезно это приспособление в тех случаях, когда необходимо сделать несколько одинаковых деталей для решетки, ограды и т. д.

Вспомогательные инструменты

Вспомогательные инструменты и приспособления ускоряют и облегчают работу.

Важнейшим вспомогательным инструментом являются кузнечные клещи. С их помощью поковки вынимаются из жара, удерживаются в ходе ковки, поворачиваются в нужное положение и т. д. Клещи бывают продольными, поперечными, с прямоугольными, квадратными, круглыми губками и т. п. (рис. 142).

Рис. 142. Клещи: а – для круглого металла; б – для квадратного сечения; в – для полосового металла.

Рис. 142 (продолжение). Клещи: г – для уголка; д – для широкой полосы; е – для заклепок.

Рукояти клещей должны пружинить и легко удерживаться одной рукой. Для более надежного зажима поковки в клещах можно насадить на ручки кольцо – шпандырь. Если ширина захвата слишком велика, можно воспользоваться открытым (разомкнутым) кольцом (рис. 143).

Рис. 143. Клещи с круглым и скобообразным шпандырем.

Для изгиба и закручивания некоторых изделий применяют специальные вилки с длинными рукоятками, позволяющие захватить заготовку для изгиба и приложить к ней большое усилие, не нанося ударов молотом.

Тиски

В кузнице обязательно надо иметь одни или несколько тисков. Самые большие – слесарные – располагаются на отдельном верстаке. Их губки должны быть снабжены специальными насадками, смягчающими давление на горячий металл.

Часто в тиски зажимают не сами заготовки, а подкладки или различные специальные приспособления, которые нельзя закрепить на наковальне. Для этого надо иметь специальные съемные тиски, закрепляющиеся на хвосте с помощью надежного винтового механизма.

Хорошо иметь под рукой несколько струбцин разных размеров, особенно если мастер работает в кузнице один.

Измерительные инструменты

Для кузнечных работ используются как универсальные, так и специальные измерительные инструменты. Остановимся подробнее на специальных.

Усадочная линейка используется для определения усадки детали при нагревании или остывании. Ее шкала имеет цену деления от 0,01 до 0,015 и позволяет измерять усадку на глаз, без помощи специальных формул.

Кузнечные кронциркули делают многоразмерными, что позволяет снимать несколько размеров поковки. Это позволяет контролировать размеры детали в ходе всего процесса ковки.

Шаблоны изготовляет сам кузнец для той детали, которую он обрабатывает. На них наносятся размеры поковки и припуск на механическую обработку.

Материалы

Для ковки в условиях небольшой кузницы можно использовать довольно большое число различных металлов и сплавов. Большинство изделий выполняется из стали всевозможных марок.

Сталь

Как говорилось ранее, для ручной ковки наиболее пригодна так называемая поделочная сталь. Она наиболее ковкая и пластичная, легко поддается химической обработке.

В этой главе различные сорта стали рассматриваются с точки зрения тех свойств, которые используются в кузнечном деле. Это прежде всего пластичность и ковкость.

Пластичность

Сталь и другие металлы состоят из кристаллов вещества, или зерен, которые в процессе перехода из жидкого состояния в твердое хаотически образуются одновременно во многих точках.

Железо при температуре ниже 910 °C имеет кубическую кристаллическую решетку. Но на практике за счет различных неметаллических включений она нарушается. Свойства стали зависят как от характера решетки, так и от самих включений.

В процессе холодной деформации размеры зерен металла уменьшаются, а сами зерна получают одинаковую направленность, вследствие чего верхний слой приобретает большую прочность. Этот слой называется наклепом.

Во время горячей пластической деформации металл восстанавливает обычную кристаллическую решетку и зернистость, а значит, исходную пластичность.

Легирующие добавки

В состав стали, кроме углерода, входят другие добавки. Они оказывают различное влияние на свойства сплавов, которое необходимо учитывать при выборе заготовки для изделия.

Сера и фосфор являются теми примесями, которые появляются в ходе выплавления стали. Они придают деталям хрупкость при красном калении (красноломкость). У металла, выплавленного мартеновским способом, содержание этих элементов ниже. Для нормальной ковкости оно не должно превышать 0,05 %.

Чтобы не увеличивать количество серы в процессе ковки, рекомендуется пользоваться древесным, а не каменным углем, в котором ее меньше.

Марганец снижает вредное воздействие серы, способствует лучшему сопротивлению ударам, делает металл более твердым и прочным. В разных сортах стали его содержание варьируется от 0,5 до 1 %.

Кремний увеличивает упругость стали, но снижает вязкость и свариваемость. Его содержание не должно превышать 0,3 %. Кроме этого, применяются специальные добавки, влияющие на различные свойства стали.

Для ковки лучше всего подходят никелевые сплавы: этот элемент повышает пластичность и вязкость металла. Хорошо поддаются обработке сплавы, легированные ванадием, который снижает величину зерна и тем самым увеличивает ковкость.

Хром и вольфрам придают стали повышенную прочность и твердость, но отрицательно влияют на пластичность. Ковать такие сплавы сложно, нагрев их осуществляется медленно из-за низкой теплопроводности, температурный интервал ковки небольшой.

Для легирующих добавок приняты следующие обозначения: хром – Х, марганец – Г, никель – Н, кремний – С, ванадий – Ф и др. Цифрами маркируют максимально допустимое по условиям выплавки содержание данного элемента; если число не проставлено, значит, содержание добавки меньше 1 %. Таким образом, сталь, содержащая около 0,07 % углерода, до 1 % марганца и не более 3 % никеля, будет обозначаться Ст7ГН3. Буква А в конце записи указывает на высококачественный сплав.

Цветные металлы и сплавы

В кузнечном деле редко применяются чистые цветные металлы.

В основном используются четыре группы сплавов: алюминиевые, магниевые, титановые и медные.

Алюминиевые сплавы

В соответствии со своими свойствами эти сплавы делятся на две группы.

К первой относятся высокопластичные сплавы с марганцем и магнием, обозначаемые АМГ. Они обладают прекрасными технологическими свойствами, хорошо куются и свариваются. Их отличает повышенная устойчивость к коррозии.

Сплавы второй группы имеют более широкий спектр добавок, в которые входят медь (Д1, Д16), кремний (АВ), цинк (В93, В96) в различных комбинациях. Эти элементы придают материалам повышенную прочность и ковкость.

Алюминиевые сплавы используются для изготовления деталей, испытывающих повышенные нагрузки. Дополнительную прочность изделиям можно придать холодной ковкой.

Медные сплавы

В зависимости от основной легирующей добавки они делятся на латуни и бронзы. Первые отличаются большей прочностью и пластичностью за счет добавления цинка. Доля этого металла не должна быть очень высокой, иначе металл будет испытывать слишком сильные перегрузки во время ковки.

В кузнечном деле используются также латуни со специальными легирующими элементами – свинцом, никелем, алюминием и т. д.

В качестве основных добавок для изготовления бронзы применяются олово и алюминий, специальные добавки – такие же, как и у латуни. Эти сплавы отлично куются и чаще всего используются для изготовления художественных произведений, так как дают небольшую усадку и обладают устойчивостью к коррозии.

Иногда для создания прочных поковок с низкой температурой каления берут магниевые и титановые сплавы. Но технологически изготовить из них поковку намного сложнее, чем из стали или бронзы, так как необходимо очень точно соблюдать температурный режим.

Техника ковки

Теперь рассмотрим процесс ковки. Хотя существует и холодная ковка, основные операции кузнец проводит именно с горячим железом. Разогревают его в горне. Это не такое уж простое дело, как может показаться.

Способов и приемов ковки множество, но все их можно свести к нескольким основным операциям. Это осадка и высадка, протяжка или вытяжка, рубка, прошивка или пробивка отверстий, гибка, закручивание, отделка (выглаживание), нанесение рисунка, набивка фактуры и рельефа, кузнечная сварка.

Нагрев металлов

Этот процесс начинается с розжига и топки горна.

Для начального нагрева холодного горна необходимо очистить очаг от золы и шлака, продуть фурму. Затем засыпать в очаг небольшой слой угля, следя за тем, чтобы отверстия фурмы оставались свободными, поверх него – древесную стружку или пропитанную керосином ветошь. Поджечь ветошь или стружку, засыпать сверху второй слой угля и начать слабо поддувать воздух в фурму. Когда уголь разгорится, добавить еще топлива и плавно увеличить подачу воздуха.

Уголь в горне спекается в корку, под которой и развивается необходимая высокая температура. Для разогрева заготовки зарывают ее целиком или нужную часть в горячие угли подальше от фурмы (чтобы между металлом и фурмой постоянно был слой раскаленного угля) и засыпают свежим углем. Корка образует спекшийся свод, который должен всегда быть целым. Время от времени подгребают от краев очага к центру свежий уголь и слегка обрызгивают его водой. Если угли под коркой выгорели и образовалась большая полость, разрушают свод и подгребают свежий уголь; вскоре образуется новая корка. Заготовку периодически поворачивают для равномерного нагрева.

Регулируют поддув так, чтобы пламя было нейтральным, невысоким, слегка коптящим. Избыток воздуха (высокое дутье) вызывает перегрев металла и оплавление кромок. Кроме того, образуется окалина, которая приводит к потерям (угару) металла, снижает качество и затрудняет дальнейшую обработку заготовки. Избыточный или неоправданно долгий разогрев заготовки приводит к пережогу металла, он становится хрупким, при ударе рассыпается на части.

Хорошая ковкость появляется после достижения температурного промежутка, который для каждого металла свой. Нагревать заготовки чаще всего приходится до ковочной температуры, которая для разных видов стали составляет от 1200 до 1250 °C.

Определение степени нагрева осуществляется с помощью специальных приборов – термопаров и пирометров. Но в условиях обычной кузницы проще и вернее определять ее на глаз. На разных степенях каления металлы окрашиваются в разные цвета, которые при остывании меняются в обратном порядке.

При дневном освещении в тени температуры нагрева соответствуют следующим цветам:

– 530–580 °C – темно-коричневый;

– 580–650 °C – красно-коричневый;

– 650–730 °C – темно-красный;

– 730–780 °C – вишневый;

– 780–830 °C – светло-вишневый;

– 830–900 °C – красный;

– 900–1050 °C – светло-красный;

– 1050–1150 °C – соломенно-желтый;

– 1150–1250 °C – лимонно-желтый;

– 1250–1400 °C – ослепительно белый.

Режимы нагрева

Правильный режим нагрева имеет большое значение для качественной последующей обработки. Обязательно нужно учитывать температурный интервал, верно определять время нагрева заготовки, чтобы не допустить пережигания или недокала.

Обычно ковку начинают при 1100° C и заканчивают при 700 °C. Следует помнить о том, что при длительном нагреве углерод стали выгорает прежде всего с поверхности. Если надо закалить изделие после ковки, долго греть заготовку нельзя. Лучше увеличить температуру в очаге горна.

Нижняя граница ковки должна превышать отметку 723 °C, выше которой кристаллическая решетка металла меняет свою структуру на гранецентрированную кубическую. В этом состоянии сталь имеет наибольшую пластичность.

Определение верхней границы ковки зависит от температуры плавления: она должна быть на 100–150 °C ниже последней. При превышении этого предела начинается резкое увеличение размеров зерен металла, что приводит к уменьшению пластических свойств. Такой дефект называется перегревом. Его можно устранить, проведя дополнительную ковку, после которой зернистость уменьшается, и подвергнув металл повторной термической обработке.

Нагрев до более высоких температур в горне приводит к тому, что материал начинает плавиться, вследствие чего большое количество углерода и других газов проникает в его нижние слои. Там происходит активное окисление, которое в кузнечном деле называется пережогом. Связь между зернами нарушается, и металл навсегда теряет пластичность.

Нагревание сплавов следует производить в строго ограниченном температурном промежутке, который определяется свойствами материала. Он обозначается буквами Тн и Тк – температура начала и конца ковки.

При приближении к Тк у металла устанавливается мелкозернистая структура, которая обеспечивает высокую пластичность, поэтому при нагревании его стремятся доводить до этой температуры. Такой режим позволяет дольше ковать изделие. Но, с другой стороны, при долгом повышении температуры с поверхности начинает выгорать углерод. Деталь после этого будет очень трудно закалить. Поэтому режим следует выбирать заранее, с учетом поставленной задачи.

Интервал, в котором можно проводить ковку, у разных марок стали различный. Самый широкий (до 500 °C) имеют малоуглеродистые сорта стали, что позволяет обрабатывать их в течение длительного промежутка времени без дополнительного нагрева. Чем выше содержание углерода, тем этот промежуток меньше.

Другие металлы, например алюминий, имеют более низкий температурный интервал обработки. Для сплава ВД17 он составляет 400–470 °C.

Во время ковки металл постепенно остывает и с трудом поддается деформации. Поэтому останавливать процесс надо уже при достижении температуры, которая на 20–30 °C выше Тк.

Табл. 5 содержит информацию о температурных интервалах некоторых марок стали.

Таблица 5. Температурные интервалы ковки

Определение времени нагрева зависит от многих факторов. Не рекомендуется брать заготовки слишком большого диаметра, так как на полное прогревание требуется слишком много времени, за которое образуется большой слой окалины. В то же время, если слишком поспешить, то внутренние слои не приобретут достаточной пластичности и могут потрескаться.

Скорость нагрева зависит также от сечения заготовки. Быстрее нагреваются круглые детали, медленнее – квадратные. У изделий большего сечения разница почти отсутствует. Нагрев в горне, заправленном древесным углем, круглой заготовки диаметром 10–20 мм происходит за 2–4 минуты, а квадратной – за 3–5 минут.

Если размеры больше 30 мм, то время увеличивается до 8–15 минут, а у заготовок диаметром до 50 мм нагрев занимает до 25 минут.

Поскольку каменный уголь дает меньшее количество тепла, то нагревать на нем деталь придется немного дольше. Для того, чтобы получить гарантированно ровный прогрев, поковки рекомендуется выдерживать в огне в течение срока, больше требуемого на 25 %.

Отжиг

Очень часто для выполнения художественных изделий требуется пластичная поделочная сталь, а под рукой оказалась только инструментальная. Как поступить в таком случае? Ковкость металла можно повысить, проведя отжиг.

Как известно, содержащая меньшее количество углерода сталь более пластична.

При отжиге сталь более высокой марки нагревается в горне при температуре 650–720 °C, что соответствует темно-красному цвету каления, в течение 2–3 часов.

Регулировать режим ковки можно интенсивностью поддува. Периодически уровень накала надо проверять, охлаждение и перегрев одинаково нежелательны.

По прошествии нужного времени горн выключают и заготовке дают постепенно остыть. Чем медленнее будет происходить этот процесс, тем пластичнее станет металл. Если отжиг проводится на древесном угле, то можно закопать заготовку в золу и оставить в таком виде на несколько часов.

Окалина

При нагревании стальных изделий на поверхности образуется слой оксидов железа, называемый в кузнечном деле окалиной. Пластичность металла после ее появления заметно снижается.

С повышением температуры окисление становится более интенсивным, особенно после 900 °C. Образование окалины гораздо сильнее при избытке воздуха, наличие которого определяется по коротким прозрачным языкам пламени. Ее верхний слой, называемый шубой, частично предохраняет металл от дальнейшего окисления.

Параллельно происходит выделение углерода из верхних слоев материала, вследствие чего металл становится менее прочным и хуже закаливается.

У заготовок большого размера часть газа из внутренних слоев переходит во внешние, и металл немного восстанавливает свою пластичность.

В условиях кузницы полностью защитить поковку от образования окалины невозможно. Для уменьшения этого процесса применяют скоростной нагрев, однако делать это можно не во всех случаях.

Следует также отметить, что образование окалины происходит не только во время нагревания, но и в течение ковки. Поэтому при переносе надо следить за тем, чтобы слой «шубы» не осыпался.

Обрабатывая металл на наковальне, окалину удаляют только с тех частей, которые подвергаются деформации. У заготовок из малоуглеродистых сталей нагар легко удаляется ударами ручника.

Перед тем как положить заготовку в горн, на нее наносят специальные обмазки. Они не только защищают металл, но и являются хорошим смазывающим материалом, снижающим время нагрева и увеличивающим пластичность металла.

Простой способ защиты от окалины мелких изделий из инструментальной стали, например чеканов, напильников и т. п., – нагревать их внутри герметично закрытой трубы.

Дефекты нагрева

При недогреве, который появляется при неправильно выбранном тепловом режиме или плохой поддувке, разные части заготовки во время ковки деформируются неодинаково. Это вызывает перекос и образование трещин.

Если прокаливается только часть заготовки, необходимо следить за тем, чтобы весь подлежащий обработке участок был одного цвета. В противном случае поковка требуемой формы не получится.

Важно следить за режимом поддува: он должен быть равномерным и давать необходимую для того или иного процесса температуру.

Часто при неправильном нагреве на поверхности металла возникают трещины. Работы с поделочной сталью, как правило, обходятся без них, поскольку данные сорта обладают широким температурным интервалом ковки.

Глубокие поперечные трещины появляются вследствие слишком быстрого нагрева заготовки, когда внутренние слои остаются еще холодными. Наиболее часто трещины образуются на поверхности, они возникают из-за того, что металл остыл до температуры, которая ниже Тк. Если при ударах молотом заготовка раскалывается на несколько частей, то это свидетельствует о пережоге стали.

Начинающему мастеру следует особенно тщательно следить за соблюдением температурного режима ковки и нагрева. Рекомендуется до начала серьезной работы потренироваться на черновых заготовках, то есть не имеющих еще правильной формы.

Вытяжка

Вытяжка или протяжка – увеличение длины заготовки за счет поперечного сечения. Чаще всего возникает необходимость отковать из куска металла прут или полосу определенного сечения. Для этого надо взять раскаленную заготовку и положить ее на наковальню. Удерживая поковку клещами, наносят по всей длине удары узким бойком молота. Бить надо быстро и часто, за один нагрев отковывая как можно больший участок. Затем заготовку вновь нагревают, поворачивают на 90° и повторяют операцию.

Для того чтобы поковка не раздавалась в ширину и вытягивалась в нужном направлении, применяют желобчатые (седлообразные) наковальни и шпераки, а также ручьи кузнечной плиты-формы. Если нужна круглая заготовка или заготовка с гранями, применяют обжимки (рис. 144).

Рис. 144. Использование обжимки при вытяжке.

Они не только вытянут заготовку в длину, но и выгладят ее, придав нужное сечение. Поворачивая заготовку вокруг продольной оси (для получении граней – на определенный угол), надо ударять кувалдой по обжимке и постепенно передвигать заготовку вперед. Если необходимо получить всю поковку или отдельный участок в виде пластины (например, при ковке лепестков, листьев в растительном орнаменте), заготовку или ее часть расплющивают (разгоняют). При этом площадь увеличивается за счет уменьшения толщины.

Расплющивать можно кувалдой или ручником на наковальне. Если необходимо раздать металл быстрее, надо воспользоваться раскаткой с полукруглыми рабочими поверхностями. Сила удара в таком случае будет сосредоточена на небольшом участке, и металл раздастся равномерно во все стороны.

Вытяжка с переходами

Чаще всего, чтобы выполнить протяжку с большим перепадом размеров, ее проводят в несколько этапов, в промежутке выполняя кантовку. Такая последовательность операций называется переходом. Наиболее удобная последовательность переходов: несколько протяжек с последующей кантовкой на 90°, затем на 45° и закругление с помощью обжимок, раскаток и других специальных инструментов.

Для выполнения нескольких последовательных операций существует правило: независимо от задуманного результата в процессе протяжки заготовка сначала куется квадратного сечения, затем она уменьшается до нужных размеров и только потом ей придается нужная форма.

На рис. 145 показана очередность переходов при ковке различных сечений.

Рис. 145. Последовательность переходов при ковке различных сечений: а – квадратное сечение из круглого; б – квадратное из квадратного; в – круглое из круглого; г – круглое из квадратного.

Разгонка

Одной из разновидностей протяжки, часто используемой в художественной ковке, является разгонка, или изготовление пластины из заготовки большего сечения.

Она выполняется с помощью раскатки, которая разгоняет металл в разные стороны. Последовательным перемещением инструмента создают широкую ребристую поверхность нужных размеров, потом выравнивают ее гладилками до требуемой толщины (рис. 146).

Рис. 146. Разгонка плоской пластины.

Протяжка на оправке и раскатка

Если необходимо увеличить длину толстостенной трубки или другой пустотелой заготовки при уменьшении ее толщины, надо применять вытяжку с оправкой. Оправку (она круглая или квадратная, обычно слегка коническая или пирамидальная для облегчения снятия заготовки) вставляют в поковку, саму поковку размещают в соответствующих обжимках (рис. 147, а).

Рис. 147. Примеры вытяжки с оправкой: а – протяжка на оправке; б – раскатка.

В процессе вытяжки поковку надо постоянно поворачивать вокруг оси (при работе с квадратной оправкой – на 90°).

Для увеличения наружного и внутреннего диаметров колец, обручей и т. п. металл раздают на оправке. Для этого надо осадить и прошить заготовку или взять готовое изделие и надеть его на цилиндрическую оправку. Оба выступающих конца оправки уложить на подставку, ударами молота раздать металл, постепенно поворачивая заготовку. Диаметр изделия увеличивается за счет утончения стенок. Готовые кольца можно раздать на конической оправке, поставленной в вертикальное положение.

Раскатка увеличивает диаметр кольцевой заготовки протяжкой стенок полосы. Ее применяют для изготовления бесшовных колец высокой прочности (рис 147, б).

Проводят эту операцию на роге кувалдой или используют верхники вогнутой формы. Если кольцо сделано из полосы с продольным распределением волокон, то поперечная деформация незначительна, а расширение идет целиком по периметру. На заключительном этапе делают выглаживание.

Осадка

Осадкой называется увеличение площади поперечного сечения детали за счет уменьшения длины. Эта операция обратна вытяжке (рис. 148).

Рис. 148. Формообразующие операции осадки: а – осадка цилиндрической заготовки; б – высадка верхней части заготовки; в – высадка нижней части заготовки; г – высадка средней части заготовки.

Осадка (рис. 148, а) нужна для уменьшения длины заготовки за счет увеличения толщины (поперечного сечения). Если осадка производится только на отдельных участках заготовки (на концах или в середине), то такая операция называется высадкой (рис. 148, б, в, г).

Осадку применяют для утолщения изделия по всей длине, высадку – для получения отдельных утолщений, при ковке декоративных элементов (узлов, ягод и т. п.), шляпок гвоздей и т. д.

Высадка в середине стержня или полосы проводится также перед изгибанием под углом 90°. Это необходимо для восполнения недостающего металла, иначе в месте перегиба толщина поковки сильно уменьшается.

Когда требуется высадить середину длинной заготовки, ни один из вышеперечисленных способов не подходит. Пруток надо изогнуть в форме буквы Z выше места деформации и наносить удары по изгибу. После выполнения операции заготовку выпрямляют.

Осадка применяется как предварительная операция перед прошивкой при изготовлении колец, трубок и других пустотелых изделий.

Для осадки или высадки нагревают поковку или высаживаемый участок в горне. Если длина заготовки или нагретого участка превосходит диаметр (толщину) не более чем в 2–2,5 раза, а сама поковка относительно короткая, то ставят поковку вертикально на наковальню и бьют ручником или кувалдой по верхнему концу.

Длинные изделия или участки при таком способе осадки могут изогнуться, поэтому их надо положить на наковальню, зажать клещами и осаживать молотом или ручником.

Существует также способ осадки поковки за счет ее собственного веса: для этого зажимают нагретую поковку в клещах и бьют торцом о наковальню. Но необходимо помнить, что обычно такая осадка применяется для небольших изделий.

Чтобы утолщение распространялось только в нужную сторону, заготовку после высадки куют соответствующим образом. Если высадка оказалась недостаточной, процесс повторяют. Для придания желаемой формы утолщению пользуются обжимками, подбойками и т. п.

Фигурную высадку выполняют с помощью гвоздильни. Пруток в этом случае помещают в отверстие наковальни, необходимый по длине конец оставляют снаружи и деформируют ударами кувалды.

Можно высаживать заготовку в тисках. При этом надо помнить, что нагретая часть в тисках охлаждается быстрее. Этот способ используется тогда, когда необходимо получить четкий переход от осаженной части к стержню.

Рубка

Рубкой называется разделение заготовки на части. Для этого используется зубило, разнообразные подложки и кувалда (рис. 149).

Рис. 149. Разделительные операции: а – обрубка с помошью зубила; б – обрубка с помошью зубила и подвески; в – продольная разрубка; г – разрубка отщепов в тисках; д – вырубка или просечка.

Для рубки заготовку нагревают до темно-красного цвета, кладут на наковальню, наставляют кузнечное зубило и сильно бьют по нему молотом (рис. 149, а). Перерубив заготовку на 3/4, переворачивают ее и отрубают окончательно. Толстые поковки перерубаются с помощью зубила и подсечки (рис. 149, б), полосы – с помощью подсечки без зубила. Подсечку вставляют в отверстие наковальни, сверху кладут полосу и наносят удар кувалдой. Нельзя прорубать металл насквозь, потому что можно повредить острые части инструмента. Для окончательного перерубания надо использовать незакаленную площадку у основания рога наковальни или подложить полосу мягкой стали (рис. 149, в). Чтобы лезвия зубила и подсечки не схватывались с горячим металлом и не выкрашивались, перед рубкой необходимо протереть их ветошью, смоченной машинным маслом.

Разновидностями рубки являются разрубка, обрубка (обсечка), вырубка. При разрубке (рис. 149, г) заготовку надрубают, оставляя прочно соединенной на каком-то участке. В художественной ковке этот прием широко применяется, при этом надрубленные зубцы отгибают, вытягивают, расплющивают и т. д., превращая в завитки, листья и цветы на общей ветке, дополнительные (поперечные) зубцы ограды по эскизу и велению фантазии.

Обрубка – это отделение металла по внешнему контуру. Вырубка (рис. 149, д) – удаление части металла по внутреннему контуру, применяемое при создании ажурных изделий или отверстий сложной формы и больших размеров. Для вырубки по сложному контуру применяется специальный инструмент – кузнечный топор (секач) с угловой или полукруглой формой лезвия.

Выбивание отверстий

В кузнице, не применяя сверлильного станка, можно делать сквозные отверстия или углубления с помощью пробойников. Существует два способа выбивания отверстий.

Пробивка

Это один из способов изготовления отверстий, при котором металл отделяется от заготовки. Ее проводят при высокой температуре пробойником, если отверстие небольшого диаметра, и с помощью специальных прошивней.

Пробивку проводят на кольце с толстыми стенками, которое устанавливают на наличнике наковальни. Сверху кладут заготовку тем местом, в котором будет пробиваться отверстие.

Прошивень берут чуть меньшего размера, чем диаметр кольца. Слабыми ударами его вгоняют в металл, который выдавливают в кольцо с другой стороны. Чтобы отверстие получилось ровным, края прошивня должны быть острыми, а зазор между ним и кольцом очень небольшим.

Отверстия диаметром до 30 мм делаются пробойниками с различным сечением рабочей части. Ими пользуются в паре с гвоздильней и кузнечной плитой, подбирая требуемые фасонные отверстия.

Работать пробойниками очень удобно, так как они имеют конические сужения к обоим концам. Это позволяет легко вынимать инструмент из отверстия или проталкивать его в отверстие.

После пробивания отверстия поверхность около него несколько деформируется. Заготовку правят легкими ударами ручника или используют гладилки.

Прошивка

Если пробивка отверстия производится за счет выдавливания металла, то при прошивке он раздается в стороны, пропуская инструмент. Чаще всего этот способ является подготовительным этапом для пробивания.

Во время прошивания отверстия импульс от ударов распространяется не только строго вниз, но и немного в стороны. Чем больше диаметр инструмента, тем больше форма заготовки прогибается внутрь. Поэтому прошивку осуществляют в самом начале обработки изделия в несколько этапов по разным схемам.

Открытую прошивку выполняют на рабочей плоскости наковальни. Пробойник погружают на 2/3 в глубину металла, затем изделие переворачивают на другую сторону и легкими ударами выбивают оставшуюся часть. При закрытой прошивке место заготовки, в котором будет пробиваться отверстие, располагают над круглым отверстием наковальни. От ударов по пробойнику металл выдавливается с другой стороны (рис. 150).

Рис. 150. Прошивка отверстия пробойником.

Инструмент погружают примерно на 1/2 глубины металла, затем заготовку вынимают и, не отнимая пробойника, делают легкий удар, чтобы точно обозначить место с другой стороны. Затем поковку переворачивают, ставят над отверстием и выбивают прошивнем металлическую пробку.

Во время работы инструмент рекомендуется немного покачивать после каждого удара. В противном случае он застревает и требуются большие усилия, чтобы продвигать его дальше.

При прошивке глубоких отверстий пробойник необходимо периодически погружать в воду, так как иначе он сам может начать деформироваться. К тому же охлажденный он дает усадку и легче проходит в отверстие.

Другой способ обезопасить инструменты – насыпать в образующееся отверстие немного угольного порошка. При работе он будет гореть, а образовавшиеся газы будут выполнять роль смазывающего вещества и предотвращать взаимодействие металлов.

Раздача

При прошивке и пробивке образуются отверстия, края которых имеют коническое сужение. Для исправления этого дефекта используют бочкообразные оправки, которые проталкивают сквозь отверстие. При этом стенки вдавливаются внутрь, и отверстие получается правильной цилиндрической формы.

У отверстий, выполненных с помощью пробивки, сужение направлено к нижнему краю, а максимальная ширина соответствует наибольшему сечению прошивня. У тех же, которые сделаны пробойником, сужение идет к центру и внешние отверстия имеют диаметр, соответствующий сечению погруженной в металл части инструмента. Это следует учитывать при выборе размера пробойника.

При раздаче тонкие стенки детали могут выпучиваться за внешние границы. Чтобы устранить этот дефект, в отверстие вставляют стержень такого же диаметра, кладут заготовку горизонтально на наковальню и делают осадку выступа.

Инструмент при выбивании отверстий располагают вертикально, первые удары наносят слабо, чтобы наметить место и создать направление деформации.

Гибка

Если поковке придается изогнутая форма по заданному контуру, то такая кузнечная операция называется гибкой. При гибке происходит неравномерное деформирование различных частей заготовки. Те слои, которые расположены у внешнего края угла, растягиваются, внутренние, наоборот, сжимаются. За счет этого толщина изделия уменьшается на величину, называемую утяжиной.

В процессе такой деформации главное – избежать появления трещин на внешней части. Она подвергается наиболее сильному воздействию, которое зависит от величины угла сгиба, пластичности металла, толщины заготовки и направления волокон.

Чаще всего гнется горячий металл, но тонкие полосы поделочной стали гнутся и в холодном виде. Деформация такой полосы более упругая, поэтому ее лучше делать на угол, на несколько градусов больше, чем требуется.

Приемы гибки

Они зависят от формы поперечного сечения заготовки. Перед началом операции ее разогревают до температуры ковки, желательно только в том месте, в котором осуществляется сгиб.

Следующий этап – высадка внешней части сгиба, которая будет компенсировать утяжину (рис. 151).

Рис. 151. Способы устранения утяжины.

Размеры ее определяются с учетом толщины и угла сгиба. Можно оставить утолщение на месте сгиба во время выполнения протяжки. Заготовку кладут на угол наковальни, прижимают сверху кувалдой или струбциной и ручником изгибают на нужный угол (рис. 151, а).

У более коротких заготовок металл наращивают уже после того, как произведена гибка. Сделать это можно прямыми ударами по торцу или же гладящими ударами по внешним сторонам (рис. 152, б). Когда требуется сделать угол меньше 90°, проводят высадку внешней части, затем сгибают деталь необходимым образом. Далее проводится протяжка угла, то есть запас металла перемещается в сторону утяжины. Удар ручником делается с небольшим наклоном, как показано на рис. 151, в.

Рис. 152. Различные приемы гибки: а, б, в – с помощью подложек; г – в вилке; д – на гибочной плите.

Сгибание полосы

Очень просто согнуть полосу металла, поскольку толщина ее обычно небольшая. Сделать это можно с помощью различных подкладок (рис. 152), например углового нижника (рис. 152, а).

Нижник устанавливают в квадратное отверстие наковальни, заготовку кладут на ребра и деформируют заостренной кувалдой.

Используя другие подкладки, можно получить различные формы сгиба, как это показано на рис. 152, б, в.

Сгибание круглой заготовки

Для сгибания круглой заготовки высадку проводить неудобно, поэтому его осуществляют в специальной вилке (рис. 152, г). Пруток удерживают в ней клещами, а свободную сторону загибают на нужный угол ударами молота. Более усовершенствованную модель представляет собой гибочная плита с перемещаемыми держателями. На металлической плите делается несколько отверстий, в которые вставляются штырьки, фиксирующие стержень под нужным углом по отношению к вилке. Для сгибания применяется рычаг, который равномерно деформирует деталь.

Гибка по дуге

Эта разновидность гибки очень часто используется художниками для создания красивых завитков, спиралей и прочих украшений. Производится она на роге наковальни, шпераках и сложных оправах, которые служат для серийной гибки одинаковых орнаментов.

Гнуть завитки и спирали можно на специальной подкладке в форме перевернутого сапожка. На конусообразной подставке делают конусные спирали, плотно наматывая на нее раскаленную проволоку или загибая ее с помощью ручника.

Скручивание

Эта операция заключается в том, что одна часть заготовки поворачивается относительно другой. Во многих случаях она является вспомогательной: отдельные детали поковки выполняются в одной плоскости, а затем поворачиваются под разными углами.

Для расположения в пространстве отдельных элементов орнамента часть заготовки поворачивается на угол до 180°, обычно с одновременным изгибом по дуге или под углом. Многократное скручивание на 360° граненого стержня делает его витым. Несколько тонких прутков или проволок можно скрутить (свить) в шнур. Наиболее красивый шнур образуют два туго свитых круглых прутка.

Скручивание или свивание производят при ярко-красном или желтом калении, иначе на изделии из-за недостаточной пластичности металла могут возникнуть трещины (рис. 153).

Рис. 153. Способы скручивания: а – в тисках с ограничительной трубой; б – двумя клещами; в – в тисках; г – с неподвижным закреплением двух концов.

Толстые поковки скручивают с помошью воротка, стальной полосы с отверстием, соответствующим сечению скручиваемой поковки, ключа или вилки (рис. 153, в), второй конец заготовки при этом зажимают в тиски.

Для того чтобы заготовка не изгибалась при скручивании, на нее надевают отрезок трубы. Тонкие заготовки быстрее остывают, поэтому их либо больше нагревают перед зажатием в тиски и вороток, либо (что лучше) скручивают вдвоем. При этом необходимо клещами захватить концы заготовки и одновременно начать вращать в противоположных направлениях (рис. 153, б).

Широкие полосы закручивают с помошью специальной вилки, зажав оба конца заготовки (рис. 153, г).

Сварка

Это одна из самых сложных операций ручной ковки. Для овладения ею требуется большой опыт работы с металлами и знание технологического процесса.

Кузнечная (горновая сварка) позволяет соединять отдельные детали изделия. Откованные по отдельности детали можно более тщательно оформить, соединить в большое и сложное изделие и т. д. В последнее время все чаще используется электрическая или газовая сварка, однако зачастую только горновая сварка может обеспечить высокие художественные достоинства изделия, так как кузнечные швы легче обрабатываются и отделываются.

При кузнечной сварке различают 4 основных операции: подготовка концов, нагрев, сварка, проковка шва.

Кузнечная сварка отличается от аналогичной слесарной операции. Когда при деформировании на малое расстояние происходит сближение поверхностей, между атомами кристаллической решетки возникают мощные силы притяжения. Если металл имеет высокую пластичность, то на такое расстояние его можно свести нагреванием в кузнечном горне.

Выбор материала

Хорошее качество сварки можно получить у низкоуглеродистой конструкционной стали. Кузнечной сваркой лучше всего сваривать сталь с содержанием углерода 0,15–0,25 %.

Некоторые примеси, например сера и фосфор, сильно ухудшают свариваемость, поэтому содержание этих веществ не должно превышать 0,05 %. Легированные стали брать не рекомендуется, сварка их в условиях обычной кузницы почти невозможна. Положительно на качество сварки влияет добавление марганца. Также к сварочному флюсу рекомендуется добавлять опилки низкоуглеродистой стали. При горении они будут поглощать углерод, и сварка получится более прочной.

Нагрев под сварку

Перед началом сварки заготовкам необходимо придать определенную форму, которая зависит от сечения поковки. Поверхности очищают от окалины. Горн следует прочистить тщательнее, чем обычно, удалить всю старую золу. Нагрев должен быть равномерным и сильным.

Температура, при которой можно проводить сварку, зависит от содержания углерода: чем оно выше, тем ниже температура. Низкоуглеродистую сталь можно варить при 1350–1370° С, когда заготовка становится ослепительно белой. Лучшим топливом является древесный уголь, так как содержание серы в нем невелико. При работе с кузнечным углем надо использовать те сорта, в которых содержится минимальное количество серы.

Флюсы

Даже при незначительном повышении температуры ковки (а она гораздо ниже сварочной) происходит интенсивное образование окалины и возможен пережог металла. Чтобы избежать нежелательного нагара при горновой сварке, раскаленные части заготовок посыпают специальным составом – флюсом. Используются и сварочные порошки, состоящие из кварца, поваренной соли и буры (Na2B4O7).

Для сварки низкоуглеродистой стали в качестве флюса берут просеянный речной песок с добавлением буры. Если сталь конструкционная, в состав включают металлические и марганцевые опилки. Его насыпают на заготовку при температуре 950–1050 °C, что соответствует оранжевому или светло-желтому цвету металла. Делать это лучше до того, как металл начнет искриться. Попадая на разогретые концы, флюс плавится, вследствие чего предотвращается окисление и растворяется окалина.

Проверить готовность поковки можно тонким металлическим стержнем: если он вязнет в металле, то нагрев достаточный. Однако сразу после этого вынимать ее не рекомендуется, лучше подсыпать еще флюса и немного погреть заготовку.

После окончательного нагрева и непосредственно перед сваркой флюс удаляют с заготовки ударом о наковальню или счищают металлической щеткой.

Способы сварки

Вынув металл из горна и счистив шлак, концы заготовок складывают вместе и сваривают быстрыми ударами молота. Первые удары делают легкими, чтобы лучше пригнать поверхности и выбить шлак, последующими проводят окончательную сварку. В это время зернистость металла уменьшается, он становится более прочным.

Заключительными ударами заготовке придают требуемую форму.

Всю сварку надо проводить быстро, чтобы металл не успел остыть. Повторное нагревание уже закаленного металла нежелательно. Часто для большей скорости сварку делают одновременно несколько человек.

Для окончательной отделки используют гладилки, обжимки и другие кузнечные инструменты.

Подготовка свариваемых концов зависит прежде всего от их толщины (рис. 154).

Рис. 154. Различные способы сварки: а – внахлестку; б – вразруб; в – встык; г – врасщеп; д – с помощью шашек.

Поковки толщиной до 100 мм можно сварить внахлестку. Этот способ позволяет создать высокопрочный стык за счет большой площади совместной деформации.

Перед сваркой концы заготовок высаживают и делают плоскость контакта под углом 30–45° (рис. 154, а). Их накладывают друг на друга, совмещают несильными ударами, а затем проводят окончательную проковку с одновременной осадкой до нужной формы.

Толстые изделия сваривают вразруб, этот метод требует более сложной подготовки концов деталей. Один из них высаживается и надрубается зубилом по продольной оси, полученные части разгибаются под углом 30–40°. Другой конец после высадки заостряют с двух сторон так, чтобы он заполнял разруб первого (рис. 154, б).

Пустоты, образующиеся при вставке, ликвидируют холодной ковкой. Для учета раздачи металла при нагревании в промежуток между ними вставляют тонкие пластины. Нагретые и очищенные от флюса концы совмещают и сваривают сильными ударами. Затем, когда металл немного остынет, проводят окончательную отделку. Этот способ применяется при сварке сталей разных марок, причем металл меньшей пластичности вставляется в металл большей.

Тонкие полосовые заготовки сваривают врасщеп. Концы заготовок дважды разрубают вдоль продольной оси, после чего загибают в разные стороны, как показано на рис. 154, г. После доведения металла до нужной температуры детали соединяют, кладут на наковальню и сильными ударами сверху накрепко сваривают концы. Преимущество этого способа сварки в том, что соединение получается очень прочным.

Встык варят заготовки в том случае, если нет возможности подготовить концы указанными выше способами, а также тогда, когда стержень приваривается к продольной поверхности другой детали.

При подготовке осаживать концы деталей не надо, это происходит уже в процессе сварки. Заготовки соединяют встык и сильными ударами вдоль продольной оси доводят до образования прочного спая (рис. 154, в). Для этого другой конец обязательно должен быть холодным. После окончания работы проводят вытяжку.

По прочности сварки этот способ уступает всем остальным, его рекомендуется применять в тех случаях, когда не требуется создания прочных конструкций. Но для изготовления декоративных деталей он подойдет.

Для ремонта поврежденных деталей или частей металлических колец, которые теряют нужную форму из-за наложения, применяют способ сварки, выполняемый с помощью шашек. Так называются металлические вспомогательные части сварного узла, которые вставляют между концами заготовок. Вместе с последними они образуют участок полосы, по форме не отличающийся от целого (рис. 154, д).

Обычно шашки делаются из низкоуглеродистой стали, что повышает качество сварки. Удары делают сильными, по плоской поверхности спая. Можно разбить процесс на несколько этапов: сначала приварить шашки к концам заготовок, а потом проводить сварку так, как это делается способом внахлестку.

Сварка колец

Чтобы сварить кольцо из прутка круглого или прямоугольного сечения, необходимо предварительно согнуть его на роге наковальни (рис. 155).

Рис. 155. Сварка колец: а – на роге; б – на наличнике.

Концы протягивают или отрубают под одинаковым углом и немного разводят в стороны. Сварку проводят при обычной температуре, на наковальне. Если срез делался в плоскости кольца, то оно отковывается на роге (рис. 155, а), а если в плоскости ребра – на плоской поверхности (рис. 155, б).

Пайка латунью

Она не относится к кузнечным операциям, но часто применяется для соединения небольших деталей художественных композиций из металла. Паять можно только изделия из поделочной стали, имеющие плоскую или квадратную форму. Круглые прутки соединяются плохо, так как имеют маленькую плоскость соприкосновения.

Перед началом пайки изделие собирают, скрепляя его отдельные части металлической проволокой (биндрой). Затем его помещают в горн и нагревают до красного каления. Закладка должна производиться очень осторожно, место для изделия в углях расчищают кочергой. На решетке оставляют достаточно большой и ровный слой топлива. Подгребать уголь следует так, чтобы его кусочки не попадали на поковку. Дутье горна для равномерного прокаливания должно быть слабым.

В качестве флюса обычно используется бура, которую перед нанесением немного смачивают водой. Когда она растекается по всей поверхности, можно начинать пайку. Для этого прутком латуни, не снимая флюса, касаются тех мест, которые требуется соединить. При этом цвет пламени в горне меняется на зеленый. Передвигать изделие во время пайки нельзя, чтобы не сместить со своих мест отдельные детали.

Композиции, состоящие из многих элементов, сваривают иным образом. В местах пайки заранее раскладывают кусочки латуни с таким расчетом, чтобы при нагревании они растеклись и скрепили детали.

Наряду с кусочками латуни, можно использовать стружку или опилки, которые насыпают на места сварки. Они должны быть чистыми, от примесей железа их очищают с помощью магнита. Более мелкие изделия паяют, применяя в качестве скрепляющего материала глину с добавлением соли. Их собирают, соединяя отдельные части латунной, а не железной проволокой. Затем посыпают бурой, обмазывают глиной и осторожно кладут на металлический лист, который помещают в горн.

Дутье должно быть слабым, чтобы глина успела равномерно прогреться, после ее засыхания воздуха можно подавать больше. Когда она начинает трескаться, детали уже надежно скреплены. Латунная проволока начинает плавиться и спаивает отдельные части изделия.

После окончания процесса горн выключают, а готовой поковке дают остыть. Далее с нее аккуратно удаляют глину и флюс, лишний припой снимают напильником.

Правка

Заключительным элементом ковки изделия является правка. С ее помощью устраняют неровности, кривизну и пр.

Изгиб заготовки

Он может проходить по плоскости заготовки или по ребру. В первом случае заготовку укладывают на наковальню выпуклой частью вверх, одной рукой поддерживают с противоположной стороны клещами, а с другой наносят молотом удары по прилегающей к наличнику части выступа. По мере выравнивания молот перемещают в сторону середины.

Сила удара зависит от толщины заготовки. По мере выпрямления все большая его часть переходит в пластическую деформацию металла, что ведет к нежелательной протяжке. Поэтому к концу обработки размах молота постепенно уменьшают.

Изгиб по ребру исправляют растяжением выпуклой части металла. Заготовку ставят так, чтобы горб оказался сверху, и по нему наносят сильные удары кувалдой, которые при перемещении молота к одному из краев делают слабее. Нижнее ребро постепенно удлиняется, а верхнее, наоборот, уменьшается. Окончательную правку делают, переворачивая заготовку с одной стороны на другую. Если в поковке присутствуют сразу оба этих дефекта, то сначала устраняют неровность по плоскости, а затем по ребру.

В том случае, когда образуются дополнительные боковые деформации, заготовку переворачивают на другую сторону и выправляют.

Выглаживание

После того как все основные операции выполнены и форма изделия откована, приступают к отделке, или выглаживанию. Цель этой операции – устранить следы молотка, шероховатости и другие неровности кованой поверхности.

Выравнивание поверхности производится с помошью гладилок с прямой или изогнутой рабочей частью. Для цилиндрических и граненых участков используют обжимки, для внутренних и вогнутых участков – специальные гладилки.

При операции выглаживания (рис. 156) постепенно перемещают гладилку по поверхности изделия, ударяя по ней кувалдой или ручником.

Рис. 156. Выглаживание.

Поковку при этом размещают на наковальне так, чтобы отделываемый участок был над ней. В некоторых случаях для большей художественной выразительности нужно выглаживать только отдельные участки изделия (например, выпуклые участки). Прутки круглого сечения, выглаженные плоской гладилкой, будут казаться слегка граненными и лучше смотреться в ограде или орнаменте.

Термическая обработка готовых изделий

Термическая обработка проводится с готовой уже поковкой и служит для того, чтобы изменить структуру металла. От правильного ее выполнения зависит качество изделия и его долговечность.

Закалка

Она предназначена для придания изделиям из металла большей прочности и твердости. Но следует помнить, что при этом они становятся хрупкими. Обычно закаливаются рабочие части инструментов и детали механизмов, подвергающиеся тяжелым нагрузкам. Изделия из низкоуглеродистой стали практически не меняют своих свойств после закалки, поэтому подвергают их термической обработке крайне редко.

Нагрев

Деталь нагревают до температуры, превышающей на 30–70 °C температуру установления правильной кристаллической структуры. Время нагрева должно быть достаточным для установления равномерного строения во всем объеме металла. Оно зависит от размеров детали и ее формы, а также от сорта стали.

Слишком длительная выдержка приводит к тому, что зерна металла увеличиваются, и он теряет прочность. Поэтому продолжительность выдержки ориентировочно берется равной 0,2 от времени нагрева. В горне деталь следует расположить так, чтобы холодный воздух из фурмы не попадал на ее поверхность. Для этого заготовку кладут на слой смешанного с золой угля.

Охлаждение

Очень важной частью закалки является охлаждение. От него зависит установление необходимой структуры металла.

Скорость охлаждения не должна быть меньше 150 °C в секунду. Так как температуру заготовки целесообразнее всего доводить до 400–450 °C, то продолжительность процесса составляет лишь 2–3 секунды.

В качестве жидкостей для охлаждения используются вода и трансформаторное масло. В последнем скорость понижения температуры меньше, при нормальных условиях она не превышает 180 °C в секунду. В холодной воде охлаждение идет быстрее – примерно 600 °C в секунду.

При погружении раскаленной детали в жидкость очень важно, чтобы температура последней повышалась очень незначительно. Если объем ее небольшой, то увеличить конвекцию можно помешиванием.

Хороший результат дает закалка в проточной воде, так как при этом образующийся между заготовкой и жидкостью слой пара быстро рассеивается. Улучшить качество закалки можно добавлением в емкость поваренной соли, соды (до 10 %) или серной кислоты (до 12 %).

Когда требуется закалить только часть изделия, например рабочую часть инструмента, после опускания на необходимую глубину его несколько раз перемещают в вертикальном направлении, чтобы не образовалось трещин в промежуточной части.

При неправильном погружении в воду изделие может покоробиться от неравномерного охлаждения. Чтобы этого избежать, надо опускать детали в воду так, как это показано на рис. 157.

Рис. 157. Погружение поковок в охлаждающую жидкость: а – зубило; б – топор; в – сверло; г – напильник; д – клещи.

Скорость охлаждения так же, как и скорость нагрева, зависит от размеров заготовки и материала, из которого она сделана. Изделия из малоуглеродистых сталей охлаждают в воде, но если они имеют сложную форму, то лучше проводить процесс в масле, иначе на поверхности могут появиться трещины.

У заготовок большой площади сечения верхние слои охлаждаются быстрее нижних, поэтому закалка внешней части гораздо более сильная. Если сталь содержит легирующие элементы – такие, как марганец, хром и другие – то глубина закалки увеличивается.

Часто кузнецы выполняют закалку изделий сразу после ковки, что позволяет значительно экономить топливо. Для этого ковка выполняется с таким расчетом, чтобы после ее окончания металл имел температуру, при которой можно проводить закаливание.

Способы закалки

С понижением накала изделия скорость охлаждения тоже должна меняться. В интервале 650–450 °C она должна быть не больше 30 °C в секунду. Чтобы достичь такого режима, пользуются способом, который называется «через воду в масло».

Заготовку опускают сначала на несколько секунд в воду, а затем быстро переносят в масло. Время выдержки составляет 1–1,5 секунды на каждые 5 мм сечения детали. Такой способ применяется для закалки инструментов, сделанных из низкоуглеродистой стали.

Часто у различных режущих инструментов требуется закалить только верхнюю поверхность, а середину оставить мягкой. В этом случае пользуются поверхностным способом закалки.

Изделие на короткий срок помещают в горн или раскаленную до 1000 °C печь, а затем подвергают быстрому охлаждению под проточной водой. При этом надо тщательно соблюдать температурный режим закалки, в противном случае не исключено образование трещин.

Закалка различается по интенсивности. Получить сильную степень можно с использованием охлажденной до 15–18 °C воды и добавками соли и соды.

Среднюю закалку дает погружение поковки в горячую воду, а также добавление нефти, мазута, жидкого минерального масла и пр. Эти материалы образуют на поверхности пленку толщиной до 3 мм, которая более плавно охлаждает деталь.

Закалка с использованием в качестве охлаждающего материала струи воздуха или расплавленного свинца получается самой слабой.

Таким способом закаливают художественные изделия и части несущих конструкций, требующих большой точности расположения частей.

Отпуск

После закалки изделия приобретают не только прочность, но и излишнюю твердость. За счет сохраняющихся в поковке закалочных напряжений появляются трещины. Если начать работу закаленным молотком, то от него будут откалываться маленькие кусочки металла, другие детали от ударов крошатся.

Для устранения этих дефектов изделие необходимо подвергнуть отпуску. Эта операция после закалки обязательна и состоит в нагревании предмета до определенной температуры, выдерживании при ней в течение 10 минут и последующем медленном охлаждении. Она служит для придания металлу большей пластичности.

Перед началом отпуска поверхность зачищают. При нагревании она начинает покрываться тонкой оксидной пленкой, которая с увеличением температуры меняет свой цвет. По ней можно следить за сроком окончания отпуска.

При естественном освещении температуры соответствуют следующим цветам побежалости:

– 220 °C – светло-желтый;

– 230 °C – желтый;

– 240 °C – золотисто-желтый;

– 255 °C – коричнево-желтый;

– 265 °C – красно-коричневый;

– 275 °C – ярко-красный;

– 285 °C – фиолетовый;

– 305 °C – темно-синий;

– 325 °C – светло-синий;

– 345 °C – серый.

При высоких температурах поверхность металла покрывается темным налетом, который пропадает только после достижения отметки 600 °C, то есть с появлением цветов каления.

В зависимости от требуемых свойств и материала, из которого изготовляется деталь, используются разные виды отпусков.

Высокий отпуск

Так сокращенно называется высокотемпературный отпуск, при котором сильно увеличивается пластичность и почти полностью ликвидируются закалочные напряжения.

Детали нагревают до 450–650 °C, выдерживают в зависимости от площади поперечного сечения 5–10 минут (полное прогревание) и охлаждают.

Углеродистую сталь можно охлаждать на открытом воздухе, а легированную – в воде, так как иначе металл не приобретет пластичности.

Следует отметить, что прочность стали при высоком отпуске значительно снижается. Поэтому данный способ не используют при изготовлении инструментов.

Основное его применение – в комбинации с закалкой. Этот прием называется улучшением и дает оптимальное соотношение между прочностью стали и ее вязкостью. Ему подвергаются детали, испытывающие сильное давление, например оси колес или цепи.

Средний отпуск

Он состоит в нагревании закаленной детали до температуры 350–500 °C (серый цвет побежалости), выдержке и охлаждении на открытом воздухе.

В результате обработки внутренние напряжения в металле снимаются, повышается вязкость, и изделия сохраняют как прочность, так и пластичность. Их обычно используют там, где присутствуют высокое трение и динамические нагрузки. Так отпускают пружины, рессоры и т. д.

Низкий отпуск

Низкотемпературный отпуск проводят с нагреванием до 140–300 °C и последующим охлаждением. Чем выше температура, тем большей мягкостью будет обладать поковка, приобретенная при закалке твердость не теряется.

Подвергать отпущенные при слабом нагревании детали изгибам и другим видам пластических деформаций нельзя. Благодаря большой твердости металла этот способ используется при закалке режущих и измерительных инструментов.

Отпуск закаленных инструментов

Часто закалку и отпуск при изготовлении кузнечных инструментов делают одновременно. Эта операция называется самоотпуском.

Нагретую для закалки поковку охлаждают не полностью, а до 400–450 °C. Участок поверхности обрабатывают на наждачном круге или с помощью любого абразива до снятия верхнего слоя окалины. Затем по цвету побежалости определяют температуру начала отпуска и окончательно остужают изделие в воде.

Обычный отпуск выполняют следующим образом. Поверхность изделия тщательно очищают от налета, шлифуют и нагревают. По цветам побежалости, которые меняются очень быстро, следят за моментом, когда инструмент достигнет нужной температуры. Затем его быстро охлаждают.

Если нужно закалить только рабочую поверхность инструмента, нагрев производится чуть выше его режущего конца. Температура должна быть немного выше требуемой.

Затем рабочую поверхность инструмента аккуратно погружают в воду, с остывшего конца шкуркой удаляют окалину. Теплота, оставшаяся в верхней части, передается к холодной части заготовки, и она начинает нагреваться. После достижения нужной температуры деталь окончательно охлаждают.

Проводить закалку и отпуск инструмента с двумя рабочими концами, например чеканного молотка или ручника, следует так, чтобы между ними оставался слой мягкой незакаленной стали. Это можно сделать за один прием, нагревая целиком всю заготовку.

Когда металл достигает нужной температуры, изделие охлаждают в воде, начиная с меньшего конца. Его погружают в воду и по цвету побежалости следят за вторым концом, чтобы он не остыл раньше времени. После того как второй конец достигнет нужной температуры, его, в свою очередь, опускают в воду, а меньший очищают от окалины.

Когда на нем появится нужный цвет побежалости, его опять охлаждают.

Остужая таким образом по очереди то одну, то другую части изделия, производят закалку концов. Середина должна оставаться нагретой и сохранять запас энергии, поэтому для вращения лучше использовать клещи с узкими губками.

Если в закаленном изделии требуется отпустить только небольшой участок, берут клещи с ровными массивными губками, нагревают их до нужной температуры и зажимают металл в выбранном месте. Этот способ используется тогда, когда необходимо пробить отверстие в уже закаленном инструменте.

Термическая обработка цветных металлов и сплавов

Выше приводилось разделение алюминиевых сплавов на две группы. Металлы, относящиеся к первой группе, легко деформируются и имеют небольшой запас прочности. Поэтому для их обработки больше подходит холодная ковка. Из этих материалов делаются легкие детали художественных композиций.

Алюминиевые сплавы

Сплавы второй группы после нагревания приобретают повышенную прочность в сочетании с хорошей пластичностью. Процесс термической обработки состоит из двух частей: закалки и старения.

Закалка проводится при температуре около 500–505 °C с последующим остужением в воде до 150–165 °C. Затем деталь выдерживают в течение 2–3 суток при комнатной температуре (так называемое естественное старение) или несколько часов при повышенной (искусственное старение).

Медные сплавы

За счет образования наклепа во время холодной ковки прочность латуни резко увеличивается, но теряется вся пластичность. Данное свойство используют для изготовления предметов быта, так как изделия из этого сплава к тому же не окисляются при контакте с большинством жидкостей.

Если требуется снять наклеп, проводят рекристаллизационный отжиг при температуре 600–700° С в течение 2–3 часов. Для сохранения таких изделий нужно проводить сезонный отжиг при 200–300 °C, чтобы они не потрескались от влажности.

Бронзовые поковки подвергают нормализующему нагреванию до температуры 600–650 °C и старению, после чего металл восстанавливает свои пластические свойства.

Алюминиевые бронзы можно подвергать закалке нагреванием до 950 °C с последующим остужением в проточной воде. Изделия после такой обработки приобретают высокую прочность.

Художественное оформление кованых изделий

Теперь, после ознакомления с кузнечным ремеслом, рассмотрим процесс создания с его помощью произведений искусства. Конечно, можно попробовать ковать что-либо на глазок и посмотреть, что в результате этого получится. Однако в этом случае вряд ли изделие обрадует кого-либо. Поэтому для получения заранее намеченных форм и узоров начать нужно с эскиза и чертежа.

Подготовка чертежа

При составлении эскиза следует учитывать свойства материала: каким бы тонким ни хотелось сделать тот или иной декоративный элемент, металл должен сохранять запас прочности. Кроме того, развивать композицию лучше в соответствии с направлением волокон, в противном случае изделие получится хрупким.

Когда при сварке образуется чересчур много окалины, размеры изделия уменьшаются. Усадка происходит и во время остывания, вытяжки и других кузнечных операций. Поэтому рисунок делается с напуском, то есть чуть больше, чем требуемая деталь.

Необходимо знать массу отхода при выполнении той или иной операции, чтобы правильно рассчитать размер.

Далее на плотной бумаге (лучше всего подойдет бумага «крафт») необходимо сделать чертеж в натуральную величину. Для отдельных и повторяющихся плоских элементов лучше приготовить шаблоны с нанесением напусков и требуемых размеров. Сверять с ними деталь можно на протяжении всего процесса работы.

Сложные и гнутые детали, как никакие другие, нуждаются в точном чертеже. Сделать его легко с помощью проволоки, из которой изготовляется макет в натуральную величину. В местах изгибов и ответвлений ставятся метки, проволоку выгибают и переносят полученные размеры на чертеж.

Часто шаблоны или пробные образцы делают из жести, что позволяет изгибать их в нужных местах. Это дает возможность заранее обдумать последовательность операций и уточнить размеры деталей в процессе ковки.

Декоративные элементы

Для нанесения на поверхность кованых изделий рисунка изготовляют специальные штампы, или пуансоны. Мелкий узор легко пропечатывается на листьях и других плоских элементах поковки. Чтобы выбить орнамент на круглых или фигурных деталях, используют фигурные обжимки, оправки, гладилки, а также кузнечные формы. Композиции чаще всего включают в себя кованые растительные элементы. При всем разнообразии форм способы их изготовления почти одинаковы.

Ковка листа

Для этой детали больше подходит листовая заготовка, но можно сделать листок и из конца прутка, выполнив осадку с последующей раскаткой и придав нужную форму зубилом.

В первую очередь выковывают ножку листа. Она должна быть толще и длиннее необходимых размеров, так как часть металла уйдет при нагреве, а часть пойдет на сварку. После этого обжимкой с полукруглым углублением выполняют центральную жилку листа. Контур листа вырубают полукруглым зубилом по шаблону, им же наносят мелкие элементы отделки.

Гибку выполняют при нагреве за один раз. При этом часть рисунка иногда портится, и тогда окончательную обработку выполняют зубилом уже в самом конце.

Части листа можно загнуть относительно друг друга, в результате получится очень необычный и красивый лист (рис. 158).

Рис. 158. Последовательность операций при изготовлении листа.

Для придания изделию выпуклой формы рекомендуется использовать фигурный верхник с соответствующей ему подкладкой. Но лист можно изготовить и на плоской поверхности наковальни.

Изделию высадкой придают правильную форму, обратной стороной ручника или специальной полукруглой подбойкой делают рельеф. Поковка при этом раздается в стороны, и лист приобретает законченный вид. Центральную жилку выковывают секачом или зубилом.

Волюты

Так называются декоративные элементы, состоящие из всевозможных завитков. Их можно отковывать из одного куска, либо свивать в холодном состоянии и сваривать из отдельных деталей (рис. 159).

Рис. 159. Изготовление волюты: а – вырубка защепа; б – вырубка в тисках; в, г – формирование завитка; д – готовая волюта.

У цельных волют в первую очередь отковывается основной изгиб. Делается это на роге наковальни с помощью ручника или кувалды. В местах, где в дальнейшем будут вырубаться дополнительные ответвления, заранее производится осадка.

Короткий отгиб называется защепом (рис. 159, а). Он представляет собой самостоятельный элемент, но иногда к нему приваривают отдельные элементы композиции. Защеп делается горизонтально или вертикально с помощью тисков (рис. 159, б).

Завитки вырубают зубилом на наковальне, начиная с противоположного от вершины конца. Отделив от заготовки полосу нужной длины, ее самостоятельно загибают на шпераке (рис. 159, в, г). На заключительном этапе волюту правят, где нужно проводят высадку или вытяжку.

Если все завитки загибаются в одну сторону, то волюту можно сделать за одно нагревание. Завитки, загнутые в противоположную от основной линии сторону, выполняют при местных накаливаниях.

При желании можно украсить и дверь своего дома, особенно в сельской местности. Для основы двери достаточно взять достаточно толстые склепанные кованые полосы. Закрыть их листовым материалом. Для красоты хорошо бы использовать различные накладные элементы: цветы, розетки, завитки.

А чтобы дверь стала произведением искусства, можно выковать оригинальный замок, ручку-стукалу, жиковины.

Сборка кованых изделий

При изготовлении сложных композиций какие-то части приходится выполнять отдельно от основы. Для того чтобы осуществить сборку, необходимо иметь ясное представление о способах скрепления кованых деталей (рис. 160).

Рис. 160. Различные способы скрепления частей кованых изделий.

Соединения могут выполнять функциональную роль, а также быть самостоятельными художественными элементами. В зависимости от этого сборка выполняется несколькими способами.

В композициях с подчеркнутым растительным стилем детали просто свариваются или склепываются. Крепления не несут смысловой нагрузки и поэтому почти всегда маскируются декоративными элементами (цветами, розетками и пр.). Этот прием характерен для стиля барокко. Но когда части изделия скрепляются скобами или заклепками, соединения не скрываются, а, наоборот, выделяются, чтобы подчеркнуть замысел художника, то соединительным элементам придают декоративную форму.

Скобы, или хомуты, для этого отковывают отдельно и в горячем состоянии надевают на те части, которые требуется скрепить. Остывая, они дают усадку, и соединение получается очень прочным.

Скобы можно делать полукруглыми, загибая их уже на скрепляемых деталях, которые перед этим нужно плотно зафиксировать в тисках или струбциной. Но при соединении внахлест скобу делают в одной из пересекающихся полос. В ней просекается отверстие, в которое вставляется пруток такого же сечения, что и продеваемая часть.

Когда подгонку формы заканчивают, то пруток убирают и на его место ставят требуемую деталь, обжимая место соединения клещами, губки которых раскалены до красного каления. Происходит сварка, после которой части композиции прочно скрепляются между собой.

Обработка кованых изделий

Окончательная обработка кованых изделий применяется не только для того, чтобы защитить их от коррозии, но и для придания им законченного вида художественного произведения.

Видов такой отделки множество, здесь приводятся только основные, которые используются большинством мастеров.

Практически любое кованое изделие можно украсить орнаментом, для которого понадобятся ручники, гладилки, пробойники, зубила, а также некоторые инструменты слесарей и чеканщиков. Орнамент можно делать как на холодной, так и на горячей заготовке. Орнамент, выполненный на холодной заготовке, получается плоским и поверхностным, а на горячей – глубоким и объемным.

Используя ручник, можно нанести огранку (специальные грани) на подготовленную поверхность, а с помощью кузнечного зубила получится штриховой орнамент. Для нанесения прямых линий используют зубило с прямолинейным лезвием. Для нанесения линий с более мягкими, нерезкими очертаниями надо взять зубило с затупленной режущей кромкой. Работая с зубилами, у которых разная кривизна лезвия, можно получить сложные орнаменты, состоящие из цветов, кружков и розеток.

Насечка

К заключительным видам ковки относится насечка рисунка, проводимая в горячем или холодном состоянии с помощью зубила. Этим способом можно наносить штрихи, насечки, решетки фона, узоры, надписи и т. п. Насекание производят на плоских поверхностях, которые на готовом изделии будут хорошо видны (не будут закрыты другими деталями, не попадут в тень и т. д.). Плоские изделия насекают на наковальне, полые и кольцеобразные – на оправках.

На отдельные элементы изделия можно наносить насечку уже во время ковки. Например, выковав лист, сделать на его поверхности различные прожилки с помощью зубила, а только потом изогнуть лист по своему желанию. Чтобы нанести насечки на объемное изделие, лучше использовать оправки.

Набивка

Набивка рельефа и фактуры также относится к отделочным операциям. Помимо цветов и розеток, можно украсить изделие точками и всеми видами углублений. Для этого понадобится пробойник со специально заточенной рабочей частью и некоторые другие инструменты. При нанесении на поверхность изделия углублений, нельзя забывать использовать подкладной инструмент. Им могут быть протяжки, притупленные зубила, гладилки и пробойники. С помощью гладилок, поставленных под определенным углом, можно получить углубления треугольной формы, с помощью протяжек – волнистую поверхность, с помощью пробойников с разным сечением рабочей части – углубления круглой, квадратной, конической формы, с помощью притупленного зубила – бороздки. Кроме вышеперечисленных инструментов можно использовать пуансоны, чеканы, молотки с бучарами.

Воронение

Воронение, пожалуй, самый распространенный способ обработки стали, прекрасно защищающий ее от коррозии и придающий изделиям красивый черный цвет.

Проще и доступнее всего осуществлять воронение следующим образом. Изделие быстро нагревается до температуры 600–650 °C (темный цвет заготовки) и погружается в машинное масло до неполного остывания. После просушивания вынутой поковки на поверхности образуется темная пленка магнитного оксида железа, хорошо предохраняющая металл от коррозии.

Вместо машинного можно использовать льняное масло, но тогда деталь следует смазать им перед нагреванием. Так как масло легко воспламеняется, перед загрузкой в горн поковку необходимо тщательно просушить.

Если проводить нагрев нежелательно, изделие обрабатывают в растворе из 650 г едкого натра, 200 г натриевой селитры и 200 г перекиси марганца на 1 л воды. Его погружают в кипящий раствор на 1 час, затем просушивают и шкуркой удаляют лишний налет.

Травление

Травлением называют процесс обработки отдельных частей поверхности металлических изделий кислотами. В зависимости от того, какая часть изделия подвергается травлению – рисунок или фон, различают позитивное или негативное травление. При позитивном на обезжиренную поверхность наносят антикислотное покрытие. Оно готовится следующим образом: в скипидаре до состояния смолы растворяют 40 г парафина, 20 г битума и 20 г смолы.

Покрытие наносят на изделие ровным слоем, затем иглой проводят по контуру рисунка. В зависимости от выбранного способа травления либо удаляют части фона, либо тщательно ретушируют линии. Чтобы кислота не слишком сильно разъела изделие, перед погружением на него наносят тонкий слой воска.

Травление проводится разбавленной кислотой, для сталей различных марок используется серная, для цветных металлов – азотная. Ее разводят до 10–15 %-ного раствора, добавляя постепенно воду. Признаком нормального соотношения является прекращение пузырения по всему объему жидкости. Чаще всего изделие опускают в кислоту целиком, но можно покрывать его раствором с помощью ворсистой кисти.

Окраска

Железо не так хорошо, как цветные металлы, окрашивается химическим способом. Поэтому для придания стали с высоким содержанием углерода того или иного цвета рекомендуется сначала нанести на поверхность слой меди или латуни. Делается это обычно с помощью гальванической установки.

Тем не менее в синий цвет можно окрасить сталь, опустив в краситель, приготовленный следующим образом: 140 г гипосульфита натрия на 1 л воды смешивают с раствором 35 г уксусного свинца с таким же количеством воды. Поковку опускают в кипящий раствор и держат там до тех пор, пока она не окрасится в синий цвет.

Придать заготовке коричневый цвет с темным оттенком поможет сурьмяное масло. Его наносят на тряпочку и протирают поверхность, после чего она покрывается тонким налетом ржавчины. На следующий день операцию повторяют и продолжают ее, пока изделие не приобретет нужный цвет. Если по каким-то причинам этот способ не подходит, поступают следующим образом. Деталь на несколько секунд опускают в кипящий 10 %-ный раствор двухромовокислого натрия, после чего равномерно прогревают над открытым огнем.

После окончания окрашивания изделие необходимо протереть льняным маслом и высушить. Для получения яркого цвета перед этим изделие немного нагревают.

Яркий черный цвет получается после воронения. Но если поковка предназначена для оформления интерьера, ее специально чернят.

Древнерусским мастерам был известен способ окраски поверхности в черный цвет с помощью льняного масла. Но гораздо проще погрузить изделие в раствор гидрата или нитрита натрия, нагретый до температуры 130–140 °C, и подержать его там 5–10 минут. Если поверхность была хорошо очищена, то цвет получится ярким и равномерным.

Можно поступить следующим образом. Растворить в 100 мл 30 %-ного раствора фосфорной кислоты 18 г цинкового порошка, затем разбавить смесь 5 л воды, нагреть до кипения и погрузить в нее изделие на 2–3 часа. После завершения обработки поковку промывают под проточной водой и высушивают.

Другие виды обработки

Поверхность любого изделия, особенно если оно выполнялось с тем расчетом, чтобы радовать глаз, можно дополнительно обработать. В зависимости от характера предмета на его поверхность можно нанести рисунок, орнамент или просто отшлифовать.

Нанесение орнамента

Орнамент наносится на поверхность с помощью зубил, пробойников, особым образом закаленных чеканов и т. д. На холодном изделии он получается неглубоким, а на горячем линии значительно четче.

Комбинированием секачей с прямыми и закругленными лезвиями можно получить рисунок любой сложности. Сначала наносятся самые тонкие линии, затем глубокие. Мягкие линии получают притупленными зубилами.

Часто на еще не остывшем изделии выбивают точки и углубления различной формы. Для этого используют пробойники всевозможного диаметра, с фасонной рабочей поверхностью. Применяют также и обычные кузнечные инструменты, например, с помощью гладилки, поставленной под углом к обрабатываемой поверхности, можно получить треугольные углубления. Если в кузнице есть бучарда – молоток с коническими или круглыми выступами на рабочей поверхности, то можно обработать изделие им.

Кроме вышеперечисленных инструментов, для набивки орнамента применяются пуансоны. На их поверхности уже выгравирован определенный элемент, и все, что остается сделать, – это установить инструмент в нужном месте и ручником проковать орнамент.

Крацевание

Так называется способ обработки поверхности изделия с помощью металлических щеток. В зависимости от твердости используемой стали ворс для щеток делают из стальной или латунной проволоки диаметром 0,1–0,2 мм.

Поверхность проглаживают круговыми движениями, силой надавливания на щетку регулируют глубину наносимых линий. Процесс можно облегчить, сделав щетку круглой формы, с металлическим стержнем в середине. Его вставляют в патрон электродрели и обрабатывают изделие. Для того чтобы сделать линии более заметными, ворс перед началом крацевания смачивают в пиве или 3 %-ном растворе серного поташа.

Шлифовка и полировка

Шлифовку кованых изделий осуществляют с применением абразивных порошков. Для сталей с низким содержанием углерода используются такие материалы, как корунд или наждак. Шкуркой обрабатывать металлические поверхности слишком долго, поэтому большинство кузнецов пользуются специальными шкурками или войлочными кругами. Последние можно сделать самому. Из войлока необходимо вырезать несколько кругов равного диаметра, склеить их между собой так, чтобы толщина валика была около 1 см. Через центр продеть опорный стержень.

Нижнюю поверхность кругов надо смазать столярным клеем и наклеить выбранный абразивный материал. После этого можно приступать к шлифовке.

Полировка поверхности – более тонкий процесс, выполняемый с помощью кусочков кожи, сукна или плотной ткани с нанесенным абразивом по уже отшлифованной поверхности.

В качестве полировочных материалов используют порошки корунда, карбида кремния, синтетический алмазный порошок и т. д. Их смешивают с вязким раствором, которым покрывают участок изделия, а затем растирают по всей поверхности.

Чтобы отполировать поверхность внутри углублений поковки, делаются фетровые валики шарообразной формы, которыми работают с помощью дрели.

Литье

Литейное дело – одно из самых древних ремесел, оно известно на Руси уже несколько тысячелетий. В те далекие времена, когда литейное производство только-только появилось, литейщики использовали глиняные формы, причем модель делали из воска.

Пик развития литейного ремесла в Древней Руси приходится на XII–XIII века. В это время появляются уже двусторонние формы с разветвленными литниковыми системами, с помощью которых изготавливали самые разнообразные изделия: посуду, металлические украшения, наконечники для стрел и копий. И уже к XIV веку на Руси овладели техникой литья бронзовых пушек – это явилось немаловажным событием в истории молодого государства.

В XV веке для литья труб и гирь стали использовать чугун, а в XVI веке, наряду с бронзой и чугуном, применять также и смесь из сырого кварцевого песка, глины и овечьей шерсти.

С течением времени постепенно развивалось и литейное производство. Позднее появилась сталь. В связи с тем что потребности населения в изделиях из металла возрастали, литейное производство значительно совершенствовалось, усложнялось. В это время появились даже научные труды по технологии отлива из металла.

В России родоначальниками науки о литье традиционно принято считать ученых-металлургов: Аносова П. П., Чернова Д. К. и Лаврова А. С.

Оборудование рабочего места

Оборудовать литейную мастерскую в домашних условиях крайне сложно. Как и кузницу, правила безопасности запрещают делать ее в квартире многоэтажного дома. Получение отливок из бронзы или латуни требует довольно высоких температур и подготовительных работ, для которых нужна большая площадь.

Еще одна причина, по которой не стоит проводить плавку металлов дома, – необходимость хранения большого количества горючих материалов, так как обычная плавильная печь, работающая на угле, потребляет его столько, что в случае пожара потушить дом будет крайне сложно.

Многие литейщики-любители используют в качестве топлива пропан, хранящийся в баллонах. Он не выделяет побочных продуктов горения, прост в эксплуатации и обладает массой других достоинств. Но этот газ крайне взрывоопасен, поэтому хранить баллоны лучше в сарае, а рабочее место устроить так, чтобы они располагались в другом помещении, подальше от открытого огня.

Лучше всего устроить литейную мастерскую в отдельном строении на даче или в деревне. При этом подготовительные работы, то есть формовку небольших моделей, вполне можно производить дома, но при этом надо соблюдать технику безопасности.

Для формовки, собственно литья и хранения топлива необходимо предусмотреть отдельные помещения. Они должны хорошо сообщаться между собой, что облегчает переноску тяжелых форм от одного участка к другому.

Самое просторное помещение отводится для литейной. В центре, подальше от стен, ставится печь. Пол вокруг делается земляным или выкладывается кирпичом.

В стороне ставится невысокий верстак для литейной формы. Уровень расположения литейной чаши не должен быть выше уровня верхней части печи, чтобы при работе ковш не приходилось поднимать.

Одежду литейщика следует делать из прочного материала, хорошо защищающего от тепла. Высокие ботинки на толстой подошве предохраняют ноги во время работы около печи. На руках обязательно должны быть перчатки, а при заливке – рукавицы из двухслойного брезента.

Комната для формовки должна иметь не только хорошее дневное, но и искусственное освещение. Литниковые системы собираются на широком верстаке, за которым должно быть одинаково удобно и сидеть, и стоять. Большие формы заполняются и собираются прямо на полу.

Стол должен иметь жесткую крышку и прочно стоять на ножках, поскольку масса некоторых заполненных форм довольно велика. Вокруг него располагают ящики с инструментами, необходимыми при формовке, и съемными частями литниковых форм.

Многоразовые опоки средних размеров, очищенные от остатков формовочного материала, хранятся в специальном шкафу. Песок и глину держат в больших стационарных ящиках.

Обычно начинающему литейщику доступны два легкоплавких материала – свинец и олово. Пользоваться первым не рекомендуется, несмотря на всю простоту его обработки в домашних условиях. Во-первых, свинец ядовит и дышать его парами опасно. Во-вторых, от неосторожных опытов могут пострадать близкие и соседи.

Оборудование для микролитья

Другой металл – олово издавна использовался для отливки небольших предметов быта, а также игрушек. Помните сказку Г. Х. Андерсена «Стойкий оловянный солдатик»? Чтобы сделать фигурку из олова, понадобится большой опыт формовки, но сам металл крайне прост в обращении. Рабочее место оборудовать совсем несложно. Прежде всего необходим просторный стол, за которым можно было бы стоя собирать литейные формы и производить засыпку формовочной смеси. Место должно быть хорошо освещено, поскольку формы для микролитья (именно так называется отливка небольших изделий) по сложности не отличаются от обычных, хотя размеры их гораздо меньше.

Инструменты

Литье – сложный технологический процесс, требующий большого терпения. Для литья различных изделий необходимы специально изготовленные формы-опоки, модели, стержневые ящики для изготовления стержней и разнообразные инструменты. Могут потребоваться также шаблоны (формовочные, скребковые, контрольные) и кондукторы для зачистки стержней.

Все перечисленные приспособления и являются для литейщика специальными инструментами, с помощью которых можно создать в домашних условиях самые разнообразные изделия из металла.

Модель отливки

Для создания отливки необходимо использовать приготовленную модель.

Модель служит для создания отпечатка в литейной форме, именно с ее помощью будущему изделию задаются необходимые контуры. В ручном литье, как правило, используются неразъемные и разъемные деревянные, пластиковые и гипсовые модели.

Чаще всего при ручном литье для изготовления штучных (наиболее сложных) изделий используют деревянные модели, предназначенные для неоднократного применения. Подобную модель несложно изготовить в домашних условиях.

Для этого отбирают наиболее прочные породы деревьев: ольху, сосну, бук. Отдельные детали в разъемных моделях можно изготовить из березовой и буковой фанеры и затем скрепить их с помощью гвоздей, шурупов, болтов, нагелей или просто склеить.

Такие части моделей в процессе формовки очень быстро изнашиваются, и потому их лучше всего готовить из особенно твердых пород деревьев, а также из древесного слоистого пластика ДСП-8, металла или пластмассы. Чтобы предназначенные для затачивания форм и стержней шаблоны служили долго, их предварительно армируют – обвертываютстальной пластиной толщиной 2–5 мм.

Поверхность моделей отливки должна быть достаточно ровной и гладкой. Для того чтобы добиться этого, ее необходимо покрыть двойным слоем модельного лака. Делают это, как правило, после грунтовки и шпатлевки поверхности.

Виды моделей отливок

Модели отливок бывают:

1. Простые (это обычно неразъемные или с разъемом по плоскости модели без отъемных деталей и стержневых знаков).

2. Средней сложности (это модели средние – от 500 до 1500 мм и крупные – от 1501 мм и более, со стержневыми ящиками).

3. Сложные (это разъемные модели крупных размеров, предназначенные для литья таких больших деталей машин, как блок цилиндра внутреннего сгорания, станины металлорежущих станков и др.).

По конструкции все модели отливок разделяют (рис. 161) на:

1. Неразъемные (рис. 161, а). Такие модели часто используют при ручном литье. Их достают из формы, не разделяя на части (хотя в некоторых случаях применяют и состоящие из нескольких мелких деталей шаблоны – рис. 161, в). Причем при формовке они оставляют четкий отпечаток наружного контура требуемой модели.

2. Разъемные (рис. 161, б). Модели подобного типа состоят обычно из нескольких частей, легко отделяющихся друг от друга по плоскости (или по сложной поверхности) детали.

3. Специальные (формовочные шаблоны и скелетные модели). Их часто применяют для формовки штучных изделий из металла.

Рис. 161. Модели отливок: а, в – неразъемные; б – разъемные.

Подъемы

Для того чтобы вытолкнуть получившуюся модель, в форме устанавливают подъемы различных модификаций: остроконечные, вставные (которые часто используют для небольших по массе и размеру моделей), крючковые (также применяемые для мелких и средних моделей), вертикальные полосовые (для крупных по размеру моделей) и болтовые (для моделей с достаточно большой массой).

Молотки

При извлечении отливки из формы пользуются молотками и металлическими стержнями. При этом молотком с силой ударяют в различных направлениях по нижней части стержня так, чтобы растолкать модель.

Для предохранения отливки от разрушения необходимо в наиболее прочных местах установить металлические пластины, в которых предварительно проделать отверстия для стержня. Такие пластины могут быть комбинированными, то есть иметь два отверстия: одно для расталкивателя, а другое, с резьбой, для установки в модели подъема.

Литейные формы

С помощью модели отливаемого изделия, различных приспособлений и инструментов из песчаной смеси, называемой формовочной, изготавливают литейную форму. В нее заливают расплавленный металл, который заполняет полость и остывает в ней. После этого образуется отливка, внешне повторяющая очертания модели. В литейную форму можно заливать чугун, латунь, бронзу и другие сплавы.

Разовые формы

Литейные формы бывают разовые и многократные. Разовые заливают металлом только один раз. После удаления отливки их разрушают. Основной составляющей формовочных смесей при изготовлении этих форм является кварцевый песок. В качестве связующей добавки используют глину. Разовые формы для художественных отливок могут быть разъемными и неразъемными, цельными и кусковыми, сухими и сырыми.

Многократные формы

Прочность и огнеупорность многократных форм позволяет после каждой заливки использовать их повторно, после небольшого ремонта внутренней поверхности. Иногда их применяют до 150 раз. Изготовляют эти формы из огнеупорных материалов (молотый шамот, асбест, графит).

Бывают также металлические литейные формы. Они называются кокилями и используются при производстве отливок специальными способами литья.

Опоки (полуформы)

Литейная форма состоит из двух полуформ-опок, служащих для того, чтобы удерживать смесь при ее уплотнении, а также при перемещении и закреплении полуформ (рис. 162).

Рис. 162. Литейная форма: а, б – полуформы-опоки; в – крестовины опок; г – штырь; д – литниковая чаша; е – холодильник; ж – полость формы.

Опоки, как правило, заполняют смесью из неорганичеких (кварцевый песок, глина) и органических (уголь, опилки) материалов. На боковой стороне опок необходимо сделать цапфы или небольшие ручки для удобства транспортировки.

Опоки по внешнему виду напоминают деревянные или металлические рамки (рис. 163, 164).

Рис. 163. Деревянная опока для ручной формовки.

Рис. 164. Опока из фасонного проката.

Предназначены они для уплотнения формовочной смеси при ручном изготовлении литейных форм и потому должны быть очень прочными и достаточно легкими.

При ручной формовке рекомендуют использовать небольшие по размерам и массе (до 30 кг – без смеси, до 60 кг – со смесью) опоки, которые впоследствии можно будет достаточно легко перемещать.

При литье в домашних условиях очень важно правильно выбрать опоку необходимого размера, чтобы при ее использовании не произошло разрушения формы. При выборе и установке опоки нужно учитывать следующие параметры:

– расстояние между полостью формы и стенкой мелкой опоки должно составлять 30–50 мм, крупной – от 100 до 150 мм;

– расстояние от стержневого знака до боковой стенки опоки не должно превышать 50 мм;

– расстояние от модели до верхней или нижней поверхности мелкой опоки должно быть 40–60 мм, средней опоки – 60–120 мм, крупной – более 100 мм;

– расстояние от нижнего знака стержня до нижней части опоки может составлять от 20 до 120 мм;

– от верхнего знака стержня до верхней части опоки следует выдерживать расстояние в 50–120 мм;

– при формовке сразу нескольких отливок в одной опоке расстояние между полостями формы должно быть не менее 20–25 мм для тонкостенных и невысоких отливок и 30–50 мм при изготовлении форм с высокими и толстыми стенками.

Скрепление опок

Для скрепления парных опок на их стенках необходимо сделать выступы, или приливы, в которых затем нужно высверлить отверстия, предназначенные для впрессованных стальных втулок. Две опоки можно скрепить двумя способами (рис. 165):

1. Штырем (рис. 165, а). В данном случае при скреплении деталей используемые металлические штыри вставляют в отверстия ушек верхней опоки.

2. На штырь (рис. 165, б). При этом способе скрепления верхнюю опоку надевают на штыри, предварительно закрепленные на нижней.

Рис. 165. Способы скрепления опок: а – штырем; б – на штырь.

Стержневые ящики и стержни

Стержневые ящики – необходимый инвентарь литейщика. Их используют для изготовления больших партий стержней, чаще делают из песчано-глинистых смесей.

Литейный стержень по внешнему виду напоминает штырь. С его помощью при литье делают необходимые отверстия и задают нужные контуры будущей отливке. В форме его закрепляют на специально сделанном для этого выступе, который в процессе производства отливки входит в соответствующую ему впадину.

Литниковая система

Литниковая система устанавливается для обеспечения плавного и равномерного продвижения жидкого металла по каналам формы, а также является своеобразным фильтром для используемого расплава.

Подобная система, как правило, состоит из литниковой чаши (воронки), стояка, шлакоуловителя, питателей и прибылей.

Воронка

Из разливочного ковша расплавленный металл наливают в литниковую чашу, или воронку, которая располагается в верхней части формы (рис. 166).

Рис. 166. Виды литниковых воронок: а – простая; б – в форме чаши.

Для изготовления небольших по размеру отливок из алюминия или чугуна в форме проделывают воронку (рис. 166, а). Для литья крупных изделий в форме создают чашу (рис. 166, б). Причем выступ на ее дне служит в качестве своеобразного шлакоуловителя.

Стояк

Из литниковой чаши (или воронки) жидкий сплав попадает в стояк, обычно вертикально расположенный в верхней полуформе под углом 2–4° и имеющий коническую или цилиндрическую форму. Модели стояков лучше всего изготавливать из дерева.

Шлакоуловитель

Он является своеобразным передаточным звеном, откуда очищенный от шлаков сплав поступает к питателям. По внешнему виду шлакоуловитель представляет собой горизонтально расположенный канал.

Поскольку плотность жидкого металла и шлаков различна, последние быстрее всплывают на поверхность. В остывшем вязком сплаве этот процесс идет медленнее, и мелкие включения не успевают всплывать на поверхность. Поэтому очистку лучше проводить, пока металл еще не успел охладиться.

На рис. 167 представлены различные виды шлакоуловителей.

Рис. 167. Виды шлакоуловителей: а – обычный; б – с удержанием шлака в широком канале; в – с удержанием шлака в высоком канале.

Питатели

Питатели имеют обычно прямоугольную или трапециевидную форму. Они должны легко отделяться от полученного в процессе литья и затем охлажденного изделия. Питатели чаще всего делаются прямоугольной или трапециевидной формы, реже – полукруглой. Из них жидкий металл попадает непосредственно в полость формы.

Прибыли

В форме необходимо также расположить прибыли. При охлаждении некоторые металлы дают очень большую усадку, поэтому недостаток металла необходимо компенсировать. Для этого в верхних полуформах создают дополнительные каналы и полости, в которые заливается добавочный металл (рис. 168).

Рис. 168. Прибыли: а – полости для прибылей; б – каналы для выхода воздуха.

Холодильник

С помощью холодильников можно регулировать процессы охлаждения металла внутри формы. Различают внешние и внутренние холодильники.

Внешние холодильники располагают в различных местах формы: под фланцем отливки, под полкой, в углу стенки, сверху и в углах Т-образной стенки. Такие холодильники, как правило, вклеивают внутрь формы с помощью жидкого клея.

При литье крупных изделий отдельные части холодильника (шпильки, проволочную спираль или металлическую пластину) размещают внутри полости формы, причем при взаимодействии с жидким металлом такой внутренний холодильник должен полностью расплавиться.

Выпоры

Для выведения из полости лишнего воздуха и образующихся в процессе литья газов в форме делают выпоры – вертикально расположенные каналы, которые выходят наружу и в полость формы.

С этими же целями в полуформах с помощью длинных игл – душников – проделывают вентиляционые каналы.

Жеребейки

Для стержней при отливе необходимо установить дополнительные опоры – жеребейки, которые должны будут сплавиться с жидким металлом.

Для лучшего сплавления их поверхность рекомендуют покрывать оловом.

Жеребейки бывают самых разнообразных конфигураций. Они должны иметь гладкую и чистую поверхность.

При этом для литья из стали нужно использовать жеребейки из низкоуглеродистой стали, для литья чугунных изделий применяют чугунные жеребейки.

При изготовлении тонкостенных отливок (толщиной не более 10 мм) лучше всего использовать жеребейки из белой жести, а при литье крупных изделий применяют литые.

Служебные инструменты

Помимо литейной формы, стержней и модельного комплекта, для ручного литья необходим и другой инвентарь, который условно можно разделить на несколько групп (рис. 169).

Рис. 169. Служебный инструмент для ручной формовки: а – сито; б – совковая лопата; в – ручные трамбовки; г – гладилки; д – угловые гладилки; е – крючок; ж – формовочный нож; з – фигурные ложки; и – стальные иглы.

1. Инструменты, предназначенные для заполнения опоки формовочной смесью: прямоугольные или круглые сита с металлической сеткой (рис. 169, а), плоские или совковые лопаты (рис. 169, б).

2. В опоке смесь утрамбовывают с помощью ручных трамбовок (рис. 169, в), которые, в зависимости от назначения, могут быть различными: короткими – для уплотнения смеси в опоках с низкими стенками, длинными – для уплотнения смеси в крупных опоках, с острыми или тупыми концами – для уплотнения смеси, соответственно, в объеме опоки или у ее поверхности.

3. Для контроля поверхностного слоя засыпанной и утрамбованной смеси используют ватерпас, или уровень.

4. Ровную и гладкую поверхность можно создать с помощью гладилки или ланцета (рис. 169, г).

5. Выправлять углы лучше всего угловыми гладилками (рис. 169, д).

6. Упавшие внутрь формы частицы формовочной смеси можно удалить с помощью крючка (рис. 169, е).

7. Для того чтобы избежать разрушения во время извлечения модели из формы, смесь необходимо предварительно увлажнить с помощью кисти.

8. Литниковые каналы лучше всего проделывать специальными ножами (рис. 169, ж).

9. Сгребать формовочную смесь в сито удобнее с помощью скребков и совков.

10. Для выравнивания поверхности литниковых ходов часто используют фигурные ложки (рис. 169, з).

11. Вентиляционные каналы можно проделать с помощью стальных игл разных диаметров (рис. 169, и): 3–5 мм – при изготовлении небольших форм, 7–10 мм – для крупных отливок.

12. Приготовленные модели расталкивают, используя специальные молоточки – киянки.

13. Лишними не окажутся и щетки, которыми можно сметать остатки и ненужные комочки формовочной смеси.

14. Для уплотнения формовочной смеси при изготовлении достаточно больших по размеру и массе форм рекомендуют использовать пневматическую трамбовку.

15. Часто внутри форм, на крестовинах, закрепляют крючки из изогнутой низкоуглеродистой стальной проволоки, которые служат опорой для формовочной смеси. Эти крючки для лучшего сцепления со смесью можно обмазать жидкой формовочной глиной.

16. Для того чтобы лучше зафиксировать формовочную смесь в верхней опоке, в ней устанавливают деревянные колышки.

17. Такие места в форме, как выступающие части, углы, болваны и переходы от тонких сечений к толстым, закрепляют с помощью литейных гвоздей, или шпилек.

18. Проволочные или литые каркасы используют в литье в качестве «скелета» стержней. При этом в небольшие по размерам стержни вставляют каркасы из тонкой проволоки, в более крупных стержнях устанавливают каркасы либо из проволоки диаметром до 9 мм, либо литые из чугуна.

19. Каждому литейщику необходимо всегда иметь под рукой пульверизатор (для нанесения краски на детали) и пневматические сопла (для обдува готовых форм перед сборкой их частей).

Материалы

Формовочные материалы

При наличии всевозможных инструментов и приспособлений, модели и песчаной смеси, которую называют формовочной, можно изготовить литейную форму. В нее заливается металл. Этот процесс и есть получение отливки. Процесс изготовления литейной формы является наиболее продолжительным и трудоемким при производстве литья. Его называют формовкой. Ее подразделяют на формовку по-сырому (когда форму заливают в сыром виде), по-сухому (форму заливают после сушки), по модели, по шаблону, в почве, в опоках, на ручную и машинную в зависимости от сложности и размеров отливок, способа формовки и степени механизации процесса, типа применяемой для изготовления литейной формы формовочной смеси.

В зависимости от их применения формовочные материалы подразделяются на исходные материалы и смеси, а исходные, в свою очередь, – на основные и вспомогательные. Они имеют также рабочие свойства: природные и технологические. Природные свойства характерны для исходных формовочных материалов – песков и глин. К ним относятся морфологический, зерновой и химический составы материалов.

Вспомогательные формовочные материалы

Они включают в себя различного рода добавки, припылы, краски, натирки, формовочные клеи, разделительный песок и пр.

Добавки

Добавки – это опилки, молотый каменный и древесный уголь, конский волос, чугунная дробь. Их используют при изготовлении крупных форм и стержней, подвергающихся сушке перед заливкой металла. Для уменьшения пригара смеси к стенкам отливки добавляют 3–6 % каменноугольной пыли. В производстве крупных архитектурных отливок, во избежание образования трещин, которые появляются при сушке, в формовочную смесь добавляют конский волос. Для быстрого охлаждения массивных частей отливки применяют чугунную дробь, которую добавляют в формовочную смесь.

Припылы

Припылы – это порошки, наносимые на внутреннюю поверхность сырой формы. Это делается для того, чтобы расплавленный металл не смачивал стенки формы, и с целью предупреждения образования пригара на отливке.

В зависимости от размера изделия и толщины его стенок в качестве припыла применяют древесноугольный порошок, серебристый или черный графит, цемент и маршаллит.

Формовочные смеси и их свойства

Если предстоит получить отливку со сложным рисунком и тонкими стенками, то нужно обратить внимание на качество формовочной смеси при изготовлении литейной формы. Ее свойствами являются прочность, пластичность, газопроницаемость, огнеупорность, податливость, состав зерен, теплопроводность.

Залитый в форму металл при кристаллизации и охлаждении уменьшается в объеме, и готовая отливка будет иметь несколько меньшие размеры, чем полость формы. Такое явление называют усадкой отливки.

Литейная форма не должна сопротивляться усадке металла. Иначе в стенках отливки могут образоваться трещины из-за напряжений, возникающих в металле.

Свойство формовочной смеси, характеризующее сопротивление усадке отливки в форме, называется податливостью.

Материалы для отливок

При художественном литье металлы в чистом виде практически никогда не применяют, так как их свойства не соответствуют требованиям, предъявляемым к отливкам. При соединении двух и более химических элементов в определенных пропорциях получаются сплавы. Они бывают нескольких разновидностей: цветные (медь, олово, алюминий, свинец, цинк, магний и т. д.), черные сплавы (чугун и сталь). Наибольшее распространение получили медные сплавы в производстве монументальных отливок, а серый литейный чугун – при отливке малых форм.

Залитый в форму сплав при охлаждении теряет объем. Это называется усадкой, которая бывает объемной и линейной. Если в отливках возникают внутренние напряжения, вызывающие трещины, пористость, усадочные раковины, то причиной этому стала усадка.

Она также негативно влияет на объем и размеры изготовляемых отливок.

При кристаллизации сплава возникает неоднородность химического состава – это ликвация, которая наиболее выражена в массивных сечениях изделия.

Употребляемые литейные сплавы

Здесь речь пойдет о сплавах, применяемых при художественном литье. Как уже говорилось выше, их несколько.

Медные сплавы

Если изделие будет работать в условиях повышенного трения, во влажной среде (морская вода), то такие детали необходимо изготавливать из медных сплавов. Они имеют хорошие литейные свойства, и их используют при художественном литье. Существует два вида медных сплавов – бронза и латунь. Расскажем немного о каждом. Олово, свинец, марганец, алюминий, добавленные к меди, – это и есть бронза. В свою очередь, бронза бывает двух видов – оловянная и безоловянная. Оловянные бронзы имеют как достоинства (высокое сопротивление износу и действию воды, хорошая жидкотекучесть), так и недостатки (высокая стоимость, низкая прочность при повышенной температуре, склонность к образованию усадочной пористости). Безоловянные бронзы обладают хорошей коррозионной прочностью и стойкостью, недороги, но в то же время отливки из них получаются с усадочными раковинами, не очень плотными.

Латунь – это сплав меди с цинком. Иногда добавляют и другие химические элементы. Эти сплавы чаще всего используют при изготовлении отливок со сложной поверхностью, потому что они имеют более плотную структуру и малую газовую пористость.

Алюминиевые сплавы

Они делятся на группы и марки, обладают хорошими литейными свойствами, великолепно обрабатываются, имеют малую плотность и очень прочны. Наибольшее применение имеет группа сплавов кремния с алюминием. Их называют силуминами.

Серый чугун

Если учесть дефицитность и высокую стоимость медных сплавов, то лучшей замены им, чем серый чугун, не найти. Он обладает хорошими технологическими свойствами, высокой коррозионной стойкостью и низкой стоимостью. Поэтому широко применяется при изготовлении малых форм.

Техника формовки

Ручная формовка – процесс достаточно трудоемкий, однако терпение и желание создать необычное изделие из металла могут помочь овладеть им. В технологии ручной формовки особенное внимание следует уделять двум основным процессам: наполнению формы и уплотнению формовочной смеси. Недостаточное наполнение и уплотнение смеси часто приводят к различным дефектам на отливках.

Брак на изделиях может появиться в результате чрезмерного наполнения формы смесью, так как при этом нарушается выход газов и воздуха из полости. Наполнять формы и уплотнять смесь нужно равномерно по всему объему так, чтобы при этом не образовывались впадины и излишне плотные места в формовке.

Подготовка исходных формовочных материалов

Формовочные материалы порой бывают в состоянии, непригодном для приготовления смесей. Поэтому их подвергают предварительной обработке – сушке, размолу, просеиванию.

Сушку производят различными способами. Когда расход смесей небольшой, сушат в простых печах, на противнях. При большом потреблении материалов – в специальных барабанных печах.

Некоторые пески поступают из карьеров в виде спрессованных пластин, а глины – в виде комков. Поэтому их после сушки подвергают размолу в бегунах.

Просеивание производят после размола на вращающихся или качающихся ситах.

Подготовка отработанной смеси включает в себя дробление, магнитную сепарацию и регенерацию.

Приготовление и испытание формовочных смесей

Нижеперечисленные операции входят в процесс приготовления формовочных смесей: составление смеси, перемешивание сухого состава, увлажнение, перемешивание влажного песка, вылеживание, разрыхление. Перед формовкой необходимо проверить качество формовочной смеси. Проверяют не все свойства, а только самые важные: газопроницаемость, прочность, количество глины, влажность и зерновой состав песка.

Изготовление моделей

Изготовить модели для отлива в домашних условиях не так сложно, как может показаться на первый взгляд.

Небольшие по размеру неразъемные модели, состоящие из нескольких склеенных между собой досок, необходимо предварительно обработать на токарном или фрезерном станке.

Модели более крупных размеров собирают из подготовленных продольных или поперечных рам и затем соединяют в определенном порядке для получения необходимой формы. После этого деревянный каркас обшивают досками или листами фанеры толщиной в 30 мм, поверхность которых затем зачищают. И лишь потом присоединяют мелкие детали модели (ребра, бобышки, приливы), а также вставляют и закрепляют подъемы.

Разъемные модели соединяют с помощью деревянных или металлических шипов-дюбелей, которые закрепляют без использования клея, так как они подвержены быстрому износу. Металлические дюбели при этом крепят к модели шурупами, а деревянные удерживаются вообще без какого бы то ни было крепления за счет силы трения.

Отъемные детали прикрепляют к модели с помощью металлических шпилек или шипов типа «ласточкин хвост». При этом шпильки используют для моделей, предназначенных для выпуска небольшой партии изделий, а деревянные или металлические шипы «ласточкин хвост» применяют для скрепления частей моделей, по которым изготавливают большое количество форм для отлива.

Галтели в деревянных моделях можно установить различными способами: с помощью клея (рис. 170, а), врезать в модель (рис. 170, б) или изготовить непосредственно в ней (рис. 170, в). Такую деталь для формовочной модели можно изготовить и из замазки (рис. 170, г).

Рис. 170. Установка галтелей: а – вклеивание; б – врезание; в – цельная галтель; г – замазка.

Формовка

Первоначально необходимо на модельной плите расположить модель отливки и питателя. После этого установить нижнюю опоку так, чтобы ее приливы оказались внизу, после чего предварительно слегка присыпанную серебристым графитом модель посыпать просеянной облицовочной смесью. Затем опоку надо заполнить смесью из органических и неорганических материалов (о них говорилось выше).

После наполнения формы ее нужно хорошо утрамбовать сначала острой трамбовкой для уплотнения стенок, а потом с тупым бойком, чтобы утрамбовать поверхностные слои наполнительной смеси, излишки которой потом можно удалить с помощью деревянной линейки. Для того чтобы при отливе газы выходили наружу, в смеси длинной металлической иглой проделывают вентиляционные каналы, которые не должны касаться модели.

После завершения данных операций заполненную нижнюю полуформу необходимо перевернуть на 180° так, чтобы вентиляционные каналы оказались на дне будущей формы, а приливы, наоборот, вверху. Затем ее располагают на столе верстака и снимают контрольную мерку плотности смеси нижней полуформы с помощью твердомера.

После проверки того, что смесь достаточно уплотнена, ее поверхность необходимо выровнять гладилкой, а затем закрепить знак модели. Поверхность нижней полуформы надо присыпать сухим кварцевым разделительным песком, а затем удалить все излишки материала, верхнюю же полуформу установить на нижнюю и модель вновь присыпать графитом.

Затем на модели питателя (расположенном в нижней опоке) закрепляют модели шлакоуловителя и стояка, после чего их засыпают слоем облицовочной смеси, которую вручную уплотняют вокруг стояка. В опоку засыпают наполнительную смесь, которую хорошо уминают плоской трамбовкой, после чего ее поверхность выравнивают линейкой, удаляя излишки.

Для предотвращения скопления воздуха и газов при нагреве в смеси верхней полуформы (так же, как и нижней) необходимо сделать вентиляционные каналы.

После завершения этого процесса нужно изготовить литниковую воронку и удалить стояк. Перед тем как извлечь шлакоуловитель и знак, необходимо разделить полуформы и смести щеткой разделительный песок. После формовки верхней опоки нужно измерить плотность наполнительной смеси в плоскости разъема и разровнять ее поверхность гладилкой.

Затем в модели закрепляют подъем. Для этого ее расталкивают, ударяя молотком по подъему, и только после этого осторожно (в строго вертикальном направлении) вынимают модель и питатели. Для того чтобы облегчить ее извлечение, смесь нужно предварительно увлажнить с помощью пеньковой кисти.

После извлечения модели форму осматривают, исправляют дефекты. Для этого поврежденные места нужно смочить глиной или жидким стеклом и исправить формовочным инструментом. При этом лучше всего пользоваться специальными шаблонами и деревянными линейками, учитывая то, что стенки форм и их поверхность должны быть ровными и гладкими, а платики и бобышки – иметь четкие линии. Форму, брак которой настолько велик, что она имеет множество слабо или, наоборот, чрезмерно уплотненных мест и различных повреждений, использовать для отливки нельзя. Такие формы разрушают, выбивая и удаляя из них формовочную смесь.

В смесях качественных форм закрепляют стержень, после чего опоки спаривают, соединяя штырями, и устанавливают на формовочной смеси, придавив сверху грузом.

Подготовка форм к заливке металла

После того как формы высохнут, их необходимо отделать и собрать разъемные детали.

Перед отливом рабочую поверхность формы следует закрепить шпильками длиной до 10 см. Прежде всего нужно закрепить наиболее слабые и подверженные различным повреждениям места формы: бобышки, болваны, платики, ребра, углы и боковые кромки, а также исправленные участки.

Для этого шпильки (или литейные гвозди) вдавливают в смесь, располагая их при этом на определенном расстоянии друг от друга: у питателей с интервалом в 25–35 мм, у поверхности 50–70 мм, нижнюю часть и вертикальные поверхности закрепляют шпильками, располагая их на расстоянии в 25–100 мм одна от другой, нижние и боковые выступы – на расстоянии 50–75 мм, верхние 25–40 мм. Перечисленные выше участки сырых форм рекомендуют закреплять несколько чаще, увеличивая частоту расположения шпилек в два раза.

Готовая к заливке жидким металлом форма должна иметь хорошо подготовленную литниковую систему с прочными, ровными и гладкими стенками.

Формы можно красить как перед просушкой, так и после нее. При окрашивании сырой формы ее необходимо обработать: хорошо выровнять полость и замазать подтеки и заливы краски с помощью влажной пеньковой кисти.

Сборка деталей формы

Для литья используют только качественные (неповрежденные, хорошо просушенные, с ровной и гладкой поверхностью) формы.

Стержни маленьких размеров закрепляют в нижней полуформе вручную, предварительно тщательно выверив их размер: они должны плотно входить в углубления в форме, причем их вентиляционные каналы должны совпадать с теми же каналами в форме. Для лучшей фиксации необходимо использовать жеребейки, которые закрепляют стержни в нужном месте и не дают им всплыть при заливке сплавом.

Для того чтобы жидкий металл при заливке не попадал в вентиляционные каналы и зазоры между стержнем и формой, на знаковой части рекомендуют сделать выступы (обжимные пояски), а ее зазоры заполнить глиной, паклей, асбестом или песком.

При сборке частей форм необходимо постоянно контролировать их размеры. Производить это можно с помощью линейки, угольника, кронциркуля или нутромера. Изогнутые поверхности можно контролировать, установив конусы или небольшие валики из глины. Однако этот процесс занимает достаточно много времени, и потому измерения подобных поверхностей удобнее производить с помощью шаблонов и кондукторов.

После установления и закрепления стержня его подъем необходимо заделать формовочной смесью. Участок должен быть тщательно отделан: прошпилен, хорошо просушен и выкрашен.

Для того чтобы предотвратить утечку сплава по линии разъема сырых полуформ, необходимо по периметру литниковой системы и полости формы, на расстоянии 40–100 мм от нее, произвести подрезку слоя смеси с помощью гладилки. В просушенных формах для этого прокладывают графитоасбестовый шнур, отступая от полости на 40–60 мм.

После сборки, перед применением, формы нужно очистить щеткой от пыли, остатков смеси и песка. И только затем надо устанавливать литниковые чаши (или воронки), сделанные из стержневой смеси или глины.

В полностью подготовленную форму можно заливать сплавы.

Техника литья

Приготовление расплавов

Чтобы приготовить металл для заливки в форму, существуют плавильные печи, в которых он расплавляется. Есть несколько разновидностей печей – дуговые и индукционные электрические, пламенные и тигельные, вагранки, электрические печи сопротивления. Они должны обеспечивать низкий расход топлива и хорошую производительность, небольшой угар расплава и минимальное насыщение его ненужными примесями, выход расплава заданной температуры, жидкотекучести и химического состава. Совсем немного поясним вопрос по поводу этих печей.

Если для литья необходимо иметь значительное количество металла с постоянным химическим составом, то более всего подойдет для этого вагранка. Это печь непрерывного действия, у нее высокая производительность. Она представляет собой шахтную плавильную печь, которая внутри выложена огнеупорным кирпичом.

Снаружи вагранка облицована металлическим кожухом, сварным или клепаным.

При всех достоинствах этой печи у нее имеется очень существенный недостаток – в процессе расплава происходит увеличение содержания серы (она переходит в чугун).

Пламенная печь используется при изготовлении цветных сплавов и плавке чугуна. Она представляет собой камеру, кожух которой собран из литых чугунных плит. Изнутри ее облицовывают огнеупорным кирпичом.

Такие печи могут быть стационарными и поворотными. Они имеют большое преимущество, заключающееся в возможности получения чугуна с меньшим содержанием вредных примесей. Но по сравнению с вагранками пламенные печи менее удобны в работе и неэкономичны.

По типу энергии, применяемой для плавки, тигельные печи (рис. 171) подразделяются на электрические и коксовые.

Рис. 171. Стационарная тигельная печь.

Они могут быть поворотными и стационарными и использоваться для плавки бронзы и латуни. Преимущество плавки в таких печах – получение расплава с малым содержанием серы. Недостаток – большой расход кокса и малая производительность.

Электрические плавильные печи делятся на дуговые, индукционные и печи сопротивления. Чаще всего их применяют для плавки бронзы и латуни, и редко – чугуна. Дуговая электрическая печь – это стальной сварной барабан с графитовыми электродами, между которыми возникает дуга, являющаяся источником теплоты.

Индукционные печи относятся к агрегатам непрерывного действия, они очень экономичны и производительны. Достоинствами этих печей являются небольшой угар элементов, постоянный химический состав металла и отсутствие вредных выделений.

Заливка форм

Для заливки расплавленного металла в формы имеется множество ковшей самых разных конфигураций и размеров.

Они бывают монорельсовые, крановые и ручные. Рассмотрим каждый тип ковша в отдельности.

При изготовлении малых форм пользуются ручными ковшами-ложками. Их переносят специальными носилками-рогачами, они имеют вместимость 16–40 кг и изготавливаются из листовой стали. Изнутри все ковши-ложки необходимо обмазывать огнеупорной глиной и просушивать.

Заливку крупных форм производят барабанными ковшами, которые подвозят на специальных вагонетках и наклоняют с помощью поворотного механизма. Такие ковши имеют емкость 400–800 кг.

В технологическом процессе получения отливки самая короткая операция – заливка литейных форм. Вместе с тем она значительно влияет на качество отливки. Шлаковые и усадочные раковины, недоливы, спаи, пригар – это причины брака при заливке, встречающиеся достаточно часто. Поэтому имеет смысл остановиться на способах заливки форм.

В зависимости от места расположения форм, от требований, предъявляемых к отливке, существует ряд способов заливки форм: на плацу, на рольганге, на конвейере. В сложных случаях применяют специальные способы – заливку в поворотные и наклонные формы, в среде инертных газов и под вакуумом, в автоклаве.

Выбивка

После охлаждения отливки, литейную форму разрушают – производится выбивка. В зависимости от объема производства и сложности отливки выбивают из форм вручную или механизировано. С помощью молотков и клещей выбивают вручную. При механизированном способе применяют вибрационные скобы, коромысла, механические и инерционные решетки, а также пневматические рубильные молотки и гидравлические установки. Познакомимся немного с этими инструментами.

Вибрационная скоба – это приводимый в действие сжатым воздухом переносной вибрационный механизм, предназначенный для выбивки из опок формовочной смеси и отливок.

Удобное подвесное устройство, которое создает вибрацию опоки, называется вибрационным коромыслом, оно обеспечивает равномерное вытряхивание смеси и ускоряет процесс выбивки.

Принцип работы механических выбивных решеток в том, что они после приведения в колебательное движение подбрасывают опоку, и она, ударяясь о решетку, разбивается. Стержни из отливок удаляют пневматическими рубильными молотками, вибрационными машинами и гидравлическими установками, из которых самыми совершенными являются последние, так как они работают бесшумно и не создают запыленности, а к недостаткам относятся высокая стоимость и необходимость сушки отливки.

Отливка после выбивки из формы имеет на поверхности выпоры, литники и прибыли, могут образоваться и заливы. Если они имеют небольшую толщину, с помощью молотка и зубила их удаляют вручную. У скульптурных и архитектурных форм – пневматическими зубилами. У отливок из цветных сплавов дефекты удаляют ножовками или на специальных станках с ленточными пилами. Этот процесс удаления литников, выпоров и т. д. называется обрубкой.

Очистка

После обрубки отливки очищают от пригоревшей к их поверхности формовочной смеси. Делают это вручную, в барабанах, дробеструйных аппаратах, в установках химической и электрохимической очистки, с помощью механических щеток. Изделия, имеющие сложную поверхность и тонкие стенки, очищают вручную на специальных столах с металлическими решетками и пылеотсасывающими трубами. Ажурные тарелки, кронштейны и др. очищают круглыми механическими проволочными щетками.

Очистка в барабанах

В них очищают толстостенные отливки, не имеющие на поверхности тонких украшений. Их закладывают в барабан (рис. 172) вместе с чугунными звездочками, которые при вращении барабана сдирают формовочную смесь, пригоревшую к поверхности отливки.

Рис. 172. Очистной барабан.

В барабанах можно очищать и тонкостенные отливки, только при этом необходимо проложить их деревянными прокладками, чтобы они не перекатывались.

Дробеструйная очистка отливок производится сжатым воздухом с добавлением чугунной дроби. Через слой дроби проходит воздух, увлекает ее за собой, выбрасывает на поверхность отливки и очищает ее.

Отливки, полученные литьем, очищаются выщелачиванием, или химической очисткой, в сетчатом барабане, помещенном в ванну с горячим раствором каустика.

Электрохимическая очистка отливок производится в специальных установках. Принцип работы их основан на химических реакциях, которые проходят в расплаве гидроокиси калия или натрия, при пропускании через них электрического тока напряжением 5–10 В. Электрохимическая очистка дает высокое качество поверхности отливок.

Оглавление

Введение

Слесарные работы

  Инструментарий слесаря

    Измерительные слесарные инструменты

    Разметочные инструменты и приспособления

    Слесарные инструменты общего назначения

    Слесарно-сборочные инструменты

  Свойства металлов и сплавов

    Железо

    Медь и сплавы

    Алюминий

    Свинец

    Олово

  Виды предварительной обработки заготовок

    Правка металла

    Обработка металла

  Разметка металлических заготовок

  Виды слесарных работ

    Гибка металла

    Рубка металла

    Резка металла

    Опиливание и зачистка металлических деталей

    Шабрение металлических поверхностей

    Притирка металлических поверхностей

    Обработка отверстий

    Нарезание резьбы

    Слесарно-сборочные работы. Виды соединений

  Сборка подвижных узлов механизмов

    Сборка подшипников скольжения

    Сборка узлов с подшипниками качения

    Сборка механических передач зацепления

    Ремонт зубчатых передач и уход за ними

    Сборка цепных передач

    Сборка передач, основанных на силе трения

    Сборка кривошипно-шатунных механизмов

  Трубопроводные системы

    Конструктивные особенности трубопроводов

    Соединение стальных труб

    Соединение чугунных раструбных труб

    Соединение пластмассовых труб

    Соединение металлополимерных труб

    Соединение керамических труб

    Фасонные части соединений труб

    Соединение труб на фитингах и муфтами

    Профилактика трубопроводов

    Трубопроводная арматура

    Испытания собранных трубопроводов

  Санитарно-техническое оборудование

    Установка наружного крана

    Установка унитазов

    Установка перекрывающего вентиля

    Установка раковин, моек и питьевых фонтанчиков

    Установка распылителя воды

    Установка ванн, душевых поддонов и трапов

    Установка сантехнических кабин

    Установка биде

    Подключение приборов системы отопления

    Подключение стиральной машины

Техники декоративной обработки металлов

  Чеканка

    Рабочее место

    Дополнительное оборудование

    Инструменты

    Материал

    Подготовительные работы

    Техника чеканных работ

      Разновидности чеканных работ

      Декоративная отделка

      Оформление чеканного изделия

  Ковка

    Устройство и оборудование кузницы

    Техника безопасности при работе в кузнице

    Инструменты

    Материалы

    Техника ковки

    Термическая обработка готовых изделий

    Художественное оформление кованых изделий

  Литье

    Оборудование рабочего места

    Инструменты

    Материалы

    Техника формовки

    Техника литья

Реклама на сайте