Художественная ковка металла
Курсовая работа по дисциплине
На тему: Художественная ковка металла
Санкт-Петербург
2011
Содержание
Введение ------------------------------
История развития кузнечного
ремесла ------------------------------
Развитие кузнечного мастерства на Руси ---------------------------- 5 стр
Металл для художественной
ковки ------------------------------
Краткое описание процесса художественной ковки -------------- 11 стр
Современные методы и технологии в обработке металла ------ 12 стр
Приемы формообразования кованых изделий --------------------- 18 стр
Заключение ------------------------------
Список литературы ------------------------------
Введение
Кованое железо имеет давнюю традицию использования в архитектуре и является важной частью любой архитектурной среды. Область его применения чрезвычайно широка и эффективность использования обусловлена не только долговечностью, но и высоким художественным потенциалом. Кованые предметы, конструкции или разные функциональные детали великолепно сочетаются с любой архитектурой, придавая ей выразительность и неповторимую индивидуальность.
Во всем мире сегодня большой
популярностью пользуются изделия
из кованого железа, обращающие на себя
внимание своей художественной оригинальностью,
неистощимой фантазией
История развития кузнечного ремесла
Художественной обработке
металла, и прежде всего железа, принадлежит
одно из самых почетных мест во всемирной
истории декоративно-
В кузнечном ремесле до
нынешнего дня, как и в стародавние
времена, применяются в основном
молот и наковальня, и используются
чистые природные стихии – огонь
и вода. В качестве сырья употребляется
железо в форме прутьев и стержней
различного профиля, причем в разные
эпохи прутья и стержни имели
определенное сечение. Например, в романскую
эпоху употребляли круглые
Наиболее интересными с художественной точки зрения кузнечными изделиями, сохранившимися до наших дней, являются металлические дверные обивки средневековых европейских соборов, например западного портала собора Парижской Богоматери (XIII в.). Для этих ранних произведений характерно единство функции и декора, которое получалось благодаря умело обработанным прутьям. В качестве украшения широко применяли стилизованные растительные узоры, волюты и фигуративные изображения мифологического и символического значений. Заклепки-крепежи с головками в виде розеток или цветков соединяли железные полосы и помимо основной функции играли важную декоративную роль. Железные обивки дверей часто красили с двоякой целью – защитить железо от коррозии и усилить его визуальную эстетику. Отдельные элементы декора такой обивки также могли золотиться. В конце XVIII века в соответствии с традициями классицизма архитектоника кованого металла снова становится строгой и геометрически ясной. В ней преобладают горизонтальные и вертикальные решения. В XIX веке, несмотря на бурное развитие научно-технического прогресса и успехи индустриализации кузнечное ремесло и его производное – художественный металл не утратили своих позиций и значения. В период модерна, например, кованый металл стал применяться практически повсеместно, завоевав прочные позиции не только в экстерьере городских особняков и квартир [1].
Развитие кузнечного мастерства на Руси
Издревле русские кузнецы
(с VI-VIII веков н.э.) владели всеми
приемами свободной ковки, кузнечной
сварки, горновой пайки меди, умели
производить термическую
При том уровне техники от мастера требовалось много умения, навыка, опыта в обращении с металлом. Различить, например, сорта стали можно было только по цвету и характеру искры или излому, а степень нагрева при ковке, закалке и сварке - по цвету раскаленного металла (каленого) на глаз; о температуре отпуска стали мастер судил по цветам побежалости и т.д.
Интересно, что древнерусские кузнецы с большим искусством производили не только украшения к костюмам - пряжки, перстни, застежки, браслеты, подвески, ожерелья, оплечья или украшения конской сбруи, но и петли на ларцы и сундуки, оковки для них, дверные замки, мечи, шлемы, кольчуги, боевые топоры, всевозможную бытовую утварь и великое множество других железных кованых изделий.
Приемы свободной ковки, известные с древних времен, сохранились и до наших дней. Кузнечная сварка была в основе изготовления холодного оружия из многослойной стали. Ее еще называют сварочным булатом. Больших успехов добились мастера из Дамаска. Дамасской сталью стала называться многослойная сварочная сталь.
Во времена могущества Киевской Руси кузнецы принимают активное участие в строительстве Новгородских, Киевских и Псковских величественных соборов. Мастера кузнечного дела куют не только пояса для стягивания стен, сводов, арок, но и высокохудожественные решетки для окон, парадные ворота, двери с накладными цветами, витыми ручками-стукалами, устанавливают на вершинах куполов соборов "расцветшие" узорчатые кресты.
В русском искусстве в полную силу особенности кованого ремесла по железу раскрылись в XVII-XVIII столетия в пору петровских преобразований. Решающую роль в развитии художественной металлообработки сыграло основание Петром I в начале XVIII века первого государственного оружейного завода на базе существующих к тому времени кузнечного и оружейных промыслов. К середине XVIII столетия изделия русских мастеров с применением гравировки с позолотой, инкрустации, отделки стальными "алмазами" приобрели широкую известность не только в обеих российских столицах, но ив других странах. Русские металлисты создали и множество архитектурно-художественных украшений для разных городов России. Украшений, поражающих тонкостью работы, неуёмной фантазией. Это кованые и литые решётки, козырьки над входами и балконы, лестницы и парапеты, декоративные элементы на коньках крыш и шпицах, флюгера и фонарные кронштейны, и многие-многие другие изделия, облагораживающие облик и ставшие неотъемлемой частью деревянных домов ремесленного люда, каменных казённых зданий и богатых особняков знати.
В XVII в. многие кузнечные
мастера переходят на изготовление
больших и малых оград для
дворцово-парковых ансамблей. Старые русские
кузнецы не только обладали знаниями
технологии ковки в совершенстве,
но и славились высоким
Решетки и ограды, созданные ими, замечательно смотрелись на любом фоне, были выразительны в архитектурном окружении, в близком рассмотрении и на расстоянии. Их красота заключалась в соответствии художественных элементов и их ритмичности. Облик старых московских улиц и переулков просто неповторим.
Оригинальность объясняется присутствием легких кованых кружев на балконах домов, на оградах парков, скверов, церквей. Мастера классицизма великие архитекторы и зодчие Бова, Жилярди, Баженов, Казаков любили использовать кованый металл при проектировании и создании архитектурных ансамблей.
Весьма оригинальны ограды, выполненные в стиле русского барокко, который был популярен во второй половине XVIII в. Игривый кованый узор, выполненный с использованием растительных мотивов, контрастирует с мощными каменными столбами. Симметричный рисунок, составленный из сердцевидных изгибов стеблей, называемых мастерами "червонками", характерен для русского декоративного искусства XVII-XIX вв. С.-Петербург - северная столица России - всегда славился своими решетками мостов и набережных, парков и дворцов.
Решетка Летнего
сада (рис. 1) со стороны Невы признана
лучшей из декоративных оград в мире. Авторами
этого удивительно гармоничного, легкого
металлического кружева из копий, лепных
розеток и вытянутых прямоугольников
являются русские архитекторы Фельтен
и Егоров. Ограда состоит из гранитных
столбов-колонн, увенчанных декоративными
вазами, связаны друг с другом кованой
решеткой с позолоченными розетками из
золоченой бронзы (общая длина ограды
– 232м). Первоначально в ограде было трое
ворот по оси трех главных аллей сада,
теперь их двое - в ценре.
Рис. 1. Рисунок решетки Летнего сада
В конце XIX - начале XX в. в Москве, С.-Петербурге, Одессе и других городах наибольшее число решеток и оград выполнено в стиле модерн. Асимметрия кованых извивающихся стеблей создает какой-то текучий орнамент из сливающихся и переплетающихся диковинных растений. Зачастую рисунок с решеток органически переходит на стену дома и далее в камне или гипсе развивается по фасаду, заканчивающийся мощными волками на карнизе дома или парапете крыши.
Одним из наиболее великолепных
примеров кованой решетки стиля
раннего модерна считается огра
Рис. 1. Рисунок ограды Михайловского сада
В XX веке на смену декоративному кованому металлу пришли сварные изделия и конструкции, что связано с развитием прокатного и штамповочного производств, художественная ковка стала упрощаться. Однако, возрождение кованого ремесла имеет огромное значение для современного декоративно-прикладного искусства.
В современной архитектуре, в формировании архитектурно - градостроительного пространства в наши дни также есть многочисленные примеры применения художественного металла. Более того, значительно поднимается роль металла в наружной отделке современных зданий и сооружений, в декоративно - прикладном и монументальном искусстве. Конечно, его применение имеет несколько иное направление, соответствующее эстетическим воззрениям и социально - экономическим условиям сегодняшнего времени, но так или иначе он влияет на формирование облика города.
Из-за радикальной реконструкции исторической части многих городов в последние годы исчезли многие здания и сооружения, а вместе с ними и многочисленные художественно-архитектурные изделия прошлого. С их потерей всё более возрастает ценность оставшегося художественного металла, требующего к себе внимания и более бережного отношения [3].
Металл для художественной ковки
В кузнечном ремесле приходится иметь дело с различными сплавами, цветными металлами, со сталями разных марок. Для нагрева до ковочной температуры одинаковых по размерам заготовок, но разных типов металла требуется сжечь разное количество топлива.
Теплопроводность металла - это скорость нагрева заготовки по сечению. Чем меньше теплопроводность металла, тем больше опасность образования трещин при нагреве. Например, теплопроводность сталей, особенно легированных, в пять раз меньше теплопроводности меди и алюминия.
С теплоемкостью связан
расход топлива для нагрева
заготовки до нужной
При содержании углерода до
0,1% сталь мягкая, хорошо куется, сваривается
кузнечным способом, не принимая закалки.
Такую сталь в практике называют
железом. Сталь, которая отвечает всем
требованиям художественной ковки,
содержит от 0,1 до 0,3% углерода и до 1%
других примесей. Такая сталь называется
поделочной. Сталь средней твердости
содержит углерода от 0,08 до 0,85%. Она
хорошо куется при надлежащем нагреве,
хорошо закаливается, но плохо сваривается.
При содержании углерода от 0,6 до 1,35%
сталь считается
Чугун - это сталь, содержащая до 2% углерода, он хрупкий, не поддающийся ковке сплав. Другие примеси, кроме углерода, также влияют на качество металла. Так сера и фосфор - вредные примеси.
При содержании серы более 0,04% сталь становится красноломкой, т.е. при нагреве до красного каления металл разрушается под ударами молота, а фосфор (более 0,05%) делает сталь хрупкой в холодном состоянии. Никель повышает прочность стали, а хром - твердость и износостойкость, но зато теплопроводность стали снижается, марганец уменьшает вредное влияние серы и увеличивает твердость, прочность, снижает теплопроводность. Кремний повышает прочность и упругость, но снижает вязкость и свариваемость.
В кузнечном деле используются и цветные металлы: медь, алюминий, магний, титан и их сплавы. Хорошей ковкостью отличаются алюминиевые сплавы.
Все металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение, то есть состоят из отдельных прочно сросшихся друг с другом зерен, между которыми располагаются в виде тонких прослоек неметаллические вкрапления различных оксидов, карбидов и других соединений. Размеры зерна составляют 0,01-0,2 мм и оно тоже имеет кристаллическое строение.
Что же происходит в металле
во время ударов молота? При ковке
деформация происходит вследствие скольжения
зерен относительно друг друга, потому
что прочность зерен больше, чем
связь между ними. В результате
ковки зерна металла
|
Рис. 3 Рекристаллизация стали: 1 - молот; 2 - наковальня; 3 - состояние кристаллов до ковки: 4 - кристаллы, подвергающиеся ковке; 5 - кристаллы после ковки |
Краткое описание процесса художественной ковки
Процесс производства кованых изделий из металла, в независимости от того, будет ли это кованые решетки, лестницы, кованые скамейки или, к примеру, кованый стол, начинается с создания эскиза будущего изделия. Сначала рисуются первые зарисовки, на основании которых в процессе работы изготовляется эскиз будущего изделия художественной ковки.
Далее по эскизу созданному художником, делается трафарет. После того как трафарет готов, по нему изготовляются заготовки будущих изделий.
Начинается непосредственно кузнечная работа, заготовка кладется в печь, где она нагреваются и раскаляется. Однако, если деталь имеет малые размеры или листовая, работы над ней проводятся методом холодной ковки.
После того как заготовка достаточно нагрета, ее вынимают и начинают выковывать. Основные инструменты, которыми пользуется кузнечный мастер при создании кованого изделия это: зубило, клещи, различные пробойники, молоток, кувалда и конечно наковальня.
Все операции, производимые при художественной ковке, подразделяются на гибку, скручивание, рассекание, вытяжку и т.п.
После того как изделие изготовлено, его дополнительно обрабатывают в зависимости от механических требований к изделию (закалка, нормализация, цементация и тп). Стачивают острые кромки, придают большее изящество, отверстия распиливают. После этого все отдельные детали скрепляются между собой так, чтобы в итоге получился готовый продукт, будь то кованая решетка или кованая лестница. Готовое изделие окрашивается, после чего оно высыхает.
Современные методы и технологии в обработке металла
Основной способ, с помощью которого достигается деформация ковких или пластичных металлов, это ковка. Ковка бывает ручной и машинной. Художественная ковка в основном производится вручную. Нужная форма придается заготовке последовательным механическим воздействием на нее ударными инструментами. Различают свободную и штампованную ковку. Первая осуществляется произвольными ударами молота на усмотрение ковщика. Вторая — ударами по штампу, вдавливанием в заготовленную форму мягкого металла ударами кувалды.
Поскольку многие ковочные операции
приходится выполнять с разогретым
металлом, очень важно правильно
осуществлять его нагрев, который
производится в условиях мастерской
горелкой или в горне — в
зависимости от величины детали и
температурных качеств
Воздух, необходимый для процесса
горения топлива, в горн
Нагрев металла осуществляют медленно, чтобы он прогрелся равномерно и достаточно, но не перегревался, особенно это касается инструментальной стали, перегрев которой чреват трещинами в заготовке и разрушением при ковке.
Если все-таки перегрев какой-
Протяжка. Протяжка нагретой заготовки в личной мастерской осуществляется на кромке наковальни под углом 40-45° ударами ручника по противоположной грани заготовки. После протяжки заготовку выравнивают с учетом заданных размеров, а неровности устраняют гладилкой (рис. 4).
|
Рис. 4 2 — скругленным молотком |
Высадка — операция, в результате которой из тонкой заготовки получают более объемную в определенной части (в середине, на конце) за счет утолщения сферической формы. Если высаживаемая часть должна стать более объемной, заготовку холодным концом ставят на наковальню, а удары кувалдой наносят с обратного нагретого конца. Если высаживаемая часть нужна тоньше, а значит, и длиннее, на наковальню ставят горячую часть и бьют по холодной. Слишком длинную (тонкую) высадку производят на пятке наковальни; клещи, которыми удерживают заготовку, опирают на зеркало наковальни. Чтобы добиться высадки в средней части заготовки, нагревают (горелкой) только середину прутка (стержня). С помощью высадки изготавливают крепежные костыли: заготовка должна быть квадратной, поэтому заготовки цилиндрической формы получают именно квадратный профиль; не прокованной оставляют только часть, из которой выковывают головку костыля на гвоздильной плите.
Осадка — операция по увеличению поперечного сечения поковки за счет ее укорочения. Эта операция применяется при изготовлении инструмента (например, ударного, фасонного) и создании элементов декора с переменным поперечным сечением. Нагретую заготовку, удерживая щипцами, ставят на наковальню вертикально и осаживают. Если осадить нужно не всю заготовку, т.е. по всей длине равномерно, а какую-то ее часть, то разогревают именно эту часть и работают таким же образом. Эта операция именуется высадкой.
Просечка и продевание. При изготовлении решеток, ворот, калиток используют операцию продевания прутков одного в другой. Чтобы ее осуществить, в прутьях нужно сделать просечки. Режим — горячий. Зубило для просекания прута должно быть круглого сечения, длинное и острое. Получив отверстие, зубило замачивают для охлаждения. Прутья квадратного сечения просекают квадратной же оправкой с направляющей рукояткой для ее удержания. Полученные отверстия доводят соответствующими оправками до размера сечения продеваемого прута. Комбинации различны: круглые — в квадратные, квадратные — в круглые и т.д.
Рубка. В процессе рубки холодного металла в нем возникает структурное напряжение, в результате чего в заготовке могут появиться трещины. Чтобы избежать этого, ее предварительно отжигают. При рубке горячей поковки зубило время от времени нужно охлаждать, причем желательно в масляной эмульсии, которая обволакивает лезвие зубила и препятствует его пригару к горячему металлу. Рубка производится по предварительной разметке керном по холодной заготовке. Прорубив на 2/3, поковку переворачивают (разруб должен совпадать с краем наковальни) и перерубывают полностью. Эту операцию можно осуществить и на подсечке, и в комбинации зубило-подсечка (рис. 5).
|
Рис. 5 Разрубка: |
При рубке на подсечке нужно быть предельно внимательным, чтобы при очередном ударе молотка по заготовке не произошло полной разрубки, поскольку есть опасность повредить боек ручника и острие подсечки.
Рубку листовой заготовки
до 3 мм производят в холодном режиме,
более толстой — в горячем.
Вырубку отверстий
Различают и некоторые
разновидности рубки:
1) заготовку надрубывают, вытягивают,
закручивают, изгибают в узор;
2) разделяют поковку по оси;
3) отделяют металл по наружному контуру.
Пробивка. Раскаленное место поковки устанавливается против отверстия наковальни и пробивается бородком в несколько приемов. Бородком металл выдавливается с обратной стороны заготовки. Не вынимая пробойника, поковку перемешают на зеркало наковальни и продолжают наносить удары до тех пор, пока не обозначатся контуры будущего отверстия в виде темного пятна. Затем поковку переворачивают и вновь переносят на отверстие в наковальне, где встречной пробивкой завершают операцию. Образуется отверстие, называемое выдрой. Это отверстие обрабатывается оправкой с целью придания правильной и аккуратной формы. Для увеличения отверстия деталь проковывают на роге наковальни. Зубила, применяемые для прорубки отверстий в разрезе, имеют форму конусов, соединенных основаниями. От массивности зубила и угла заточки его рабочей части зависит внешний вид вырубленной детали.
Вытяжка. Вытяжка производится с целью удлинения заготовки, изменения ее длины за счет уменьшения поперечного сечения. Например, из толстой поковки в горячем режиме кувалдой отковывается полоса. Сначала ковка производится с одной стороны раскаленной поковки, затем с другой. Завершается ковка ручником. Неровности устраняются гладилкой. Вытяжку малоразмерной заготовки производят ручником на углу наковальни, повторяя операцию до получения заданного размера. Заготовку круглого сечения вытягивают, придавая ей квадратное сечение, после чего грани сбивают на восьмигранник и окончательно формируют пруток до круглого сечения в обжимках, а затем проходят гладилкой. Такую же операцию осуществляют и при необходимости получения прутка с разными формами сечения и толщины. Операция разгонки производится с целью увеличения площади поковки или ее фрагмента, благодаря ее утончению. Расплющивают заготовку ручником, а ее часть наставкой. Применяются и специальные кузнечные инструменты — разгонки.
Для вытягивания пустотелых поковок используют конусные справки и шпераки — в зависимости от диаметра. Операции производятся соответственно с обжимками или свободной ковкой. К вытяжке относится еще одна операция — раздача неразъемных колец. В зависимости от диаметра ее производят ручником на роге наковальни, на шпераке или оправке, которые закрепляют в отверстии наковальни или в тисках. При раздаче колец увеличивается их внешний и внутренний диаметр, но уменьшается поперечное сечение, т.е. кольца становятся шире, но тоньше.
Итак, ковочная операция
вытяжка имеет три основные
разновидности: собственно
Гибка — эта операция позволяет придать заготовке или ее части изогнутую под различными углами форму. Режим процесса — холодный или горячий в зависимости от толщины и профиля поковки. Гибка производится на наковальне, в тисках и других фиксирующих деталь приспособлениях. В месте изгиба происходит утончение поперечного сечения детали. Чтобы этого избежать, в месте изгиба производят предварительную высадку. Изгиб для декора наоборот производится с подсеканием металла. При необходимости получения нескольких или многих одинаковых изогнутых фрагментов изделия используют гибочную плиту. Различают гибку на угол и гибку по радиусу. Первая осуществляется на острой кромке наковальни, вторая — на ее круглом роге; радиус гибки регулируется изменением расстояния от вершины рога.