Ручная обработка металла. Волочение и сварка

Металлы хорошо проводят тепло и электричество. Многие из них могут сплавляться друг с другом и образовывать сплавы, свойства которых отличаются от свойств исходных металлов. Сплавы- весьма ценный материал для практического использования.

В глубокой древности люди не знали о многих свойствах металлов, но ценили их прочность, твердость и податливость обработке. Они также знали, что некоторые металлы отличаются нетускнеющим блеском. Из-за этих свойств, привлекательного внешнего вида и относительной редкости такие металлы использовались как звонкая монета и украшения. Они получили название «драгоценные» или «благородные».

Первые шаги металлургии. Уже 6000 лет назад люди научились работать с золотом, медью и серебром и, возможно, оловом. Первые металлурги имели дело с самородными металлами, но постепенно научились извлекать металлы из руд-соединений металлов с неметаллами, нагревая их в печах. К XV в. появились воздушные меха, приводимые в движение водой, и температуру в печах удалось поднять настолько, что появилась возможность расплавить даже железо.

Когда металл расплавлен, из него можно получить отливки, т.е. залить раскаленный добела жидкий металл в форму и дать ему в ней остыть. Постепенно люди научились делать литейные формы; их делали разъемными, чтобы затвердевшую отливку можно было вынуть из формы. Но все же ковкой в старину пользовались чаще. Металл при этом не плавят, а лишь нагревают до ярко-оранжевого каления.

Он становится мягче, что позволяет придать ему любую форму ударами молота. Постепенно кузнецы [1] обзавелись наковальней и разнообразным кузнечным инструментом. Они привыкли определять качество металла и оценивать его температуру на глаз, с тем чтобы заканчивать ковку до того, как металл остынет. Средневековые оружейники умели отковать клинок так, чтобы он был твердым снаружи и сохранял острую режущую кромку, но был бы вязким внутри.

В центре кузницы находится горн; температура в нем поддерживается дутьем [1]. Отверстия в наковальне [2] служат для инструмента (например, зубила) и для прошивки заготовки [3]. Наковальня [4] установлена на колоде из вяза [5]. Плоская рабочая поверхность [6] наковальни заканчивается рогом [7]. Пробойник [8] лежит на горне рядом со стойкой с инструментами [9]. Ванна с водой [10] служит для закалки раскаленных изделий. Кузнец [11] с помощью молотка-ручника указывает молотобойцу [12] место удара кувалдой. Большая оправка [13] стоит на полу вблизи горна [14]. Кузнецы не только подковывают лошадей, но делают множество поковок для повседневных домашних нужд.

Кованные вручную предметы быта, отличаясь по форме в разных местностях, веками совершенствовались. Ножи, лемехи плугов, подковы, дверные петли и щеколды, вертела, утюги и шпоры искусные кузнецы делали без чертежей и разметки. Только на опыт и мастерство опиралось и искусство ювелиров [5], делавших удивительные по красоте украшения из благородных металлов.

Ювелиры работают по золоту и серебру, монтируя свои мелкие, изящные изделия твердой пайкой. Нагрев под пайку производится пропановой горелкой, дающей узкий пучок пламени. При пайке мелкие детали удерживаются пинцетом. Крупные изделия- серебряные кубки и вазы - выколачиваются из плоских листов деревянными молотками с округлым бойком на упругой кожаной подушке. Доводка формы производится на наковальнях-матрицах.

Ювелиры первыми научились паять [7], т.е. соединять металлические детали между собой «клеем» из сплава с более низкой температурой плавления. Они же впервые стали расковывать металл в тонкую проволоку. В эпоху Возрождения был найден способ получения тонкой проволоки волочением - протягиванием более толстой проволоки через небольшое отверстие.

Паять удобно изделия из листового металла, чаще всего из меди и латуни. Листу придают желаемую форму [А]. Шов обрабатывают флюсом (для очистки кромок) и покрывают тонким слоем припоя [Б]. Горячим паяльником проходят вдоль шва вторично для разравнивания и сглаживания [В]. Сварка пригодна для соединения более толстого листового металла. Различают плоскую [Г] и угловую [Д] сварку встык; сварку внахлестку [Е] и в четверть [Ж]. В двух последних случаях дорожка шва прокладывается с обеих сторон.

Волочение и сварка. Способность к волочению зависит от прочности на растяжение и пластичности металла. Металлы традиционной металлургии, как правило, мягкие, если их (как, например, лезвия мечей) не подвергать специальной обработке. Поэтому они легко режутся и сверлятся. Крупные изделия обрабатывают при нагреве, мелкие- на холоду. Техника обработки достигла филигранного совершенства, и на поверхности изделия научились создавать цветной узор, заполняя одним металлом углубления в другом, отличном по цвету.

Для закрепления накладок кромки углублений заковывались или паялись мягкими (обычными) или твердыми (латунными) припоями, которые, плавясь, затекают в зазоры.

К началу XIX в. металлы научились сваривать в газовом пламени; к концу века сварку усовершенствовали. Появилась также электродуговая сварка. При сварке металл оплавляется, поэтому свойства его существенно меняются.

Чтобы сваривать детали без коробления, вызванного неравномерным нагревом, потребовались многолетние тщательные исследования.

Современные скульпторы пользуются кислородно-ацетиленовой горелкой для резки, сварки и раскроя металлов. Металл при этом плавится и, растекаясь по поверхности изделия, создает своеобразные фактуры, недостижимые другими приемами. Раньше скульптуры отливались в бронзе. Теперь благодаря кислородно-ацетиленовой горелке скульптор может работать с более тугоплавкими металлами (нержавеющей сталью). Как и сварщик, он работает в защитных очках.

Роль ручной обработки. Опытный ремесленник, уверенно владеющий ручным инструментом, часто находит наиболее удачные приемы обработки металлов, особенно если перед ним стоит творческая задача или изделие изготавливается на заказ в единственном экземпляре.

Та же картина наблюдается и в строительстве, при монтаже водопроводов, в сельском хозяйстве, при изготовлении корпусов автомобилей и их ремонте, а также при выполнении самых разнообразных домашних работ своими руками. Особую роль ручная обработка играет в деятельности художников, работающих с металлом-от ювелиров до скульпторов [4].

Изготовление большинства изделий такого рода предусматривает различные формы соединения деталей: сварку, пайку и иногда ковку. Для резки, подгонки и отделки таких изделий пользуются ножницами, ножовками, напильниками. Размеры изделий произвольные, точность требуется лишь для сопряжения деталей. Даже часовщики при ремонте часов пользуются либо стандартными новыми деталями, либо подгоняют существующие детали друг к другу на глаз и на ощупь. Задача же современного машиностроения совершенно иная. Для массового производства идентичных изделий вместо малопроизводительного ручного труда требуются металлообрабатывающие машины.

Клепка не требует плавления металла. В деталях, предназначенных для склепывания [А], высверливается сквозное отверстие, в которое вставляется раскаленная заклепка [Б]. Конец ее расковывается молотком с круглым бойком [В] до тех пор, пока она не расплющивается, создавая плотное соединение [Г]- Клепка пневматическими молотками применяется для сборки балок, ферм, судовых обшивок.