Археологические находки показывают, что уже в каменном веке наши далекие предки обрабатывали самородные металлы и метеоритное железо при помощи каменных ударных инструментов. В I тыс. до н. э. кузнечная обработка в сочетании с термической обработкой были хорошо известны предкам славян, жившим на территории Древней Руси. Кузнечное дело было хорошо знакомо и донским казакам. Некоторые казаки были известны как кузнецы, например, Микифор Сидоров, ездивший в 1642 г. в Москву со станицей атамана Абакума Сафонова. Кузница была найдена при раскопках Кагальницкого казачьего городка. Кузница имелась и в зимовище воровских казаков на Кулалинском острове на каспийском море. Видевший это зимовище стрелецкий сотник Л. Медведев сообщал, что там стрельцы нашли «мешок железа обломков всяких, и подков лошадиных тезицких, да мехи кузнецкие». И если даже в небольшом отдаленном зимовье у воровских казаков была кузница, это служит указанием на распространенность кузнечного дела среди казачества.
Кузнечное дело, первое среди всех ремесленных специальностей, вызвало необходимость специально оборудованного помещения, отделенного от жилища ремесленника. Уже в IV-V вв. н. э. позднедьяковские кузнецы на территории Волго-Окского междуречья работали в специальном нежилом помещении — кузнице.
Основной инструментарий кузнеца состоял из наковальни, молота, молотка, клещей, зубила, бородков. Все клещи, а также молоты и наковальни изготовляли из обычного кричного железа. Специализированные кузнецы, кроме того, имели гвоздильни, нижние зубила, подсеки, обжимки, подкладки, штампы, напильники, тиски и круговые точила. Этот инструмент широко представлен среди археологических материалов, что дает возможность описать каждый вид инструмента в отдельности.
Наковальня — твердая опора, на которой ковалось изделие. Древнерусские письменные источники XI в. неоднократно упоминают наковальню. В текстах она имеет вполне современную терминологию: «хытрьць жесткое железо … кыемь и наковальньмь мячить» (мастер жесткое железо… молотом на наковальне кует). Письменные источники XII в. называют наковальню «жесткой». Верхняя плоская часть её называется «лицом». На нём и производится ковка. Выступ называется «рогом», а конец «хвостом». Рог служит для отковывания каких-либо круглых частей. В хвосте имеется круглое и квадратное отверстие. Круглое – служит для пробития отверстий в металле, а квадратное для вставления разных вспомогательных при ковке приспособлений. Внизу наковальни имеются четыре выступа, которые называются «ногами».
Наковальня ставилась на толстый чурбан, врытый в землю. Низ наковальни крепился к чурбану железными костылями.
Устанавливалась наковальня от горна на таком расстоянии, чтобы кузнец свободно мог проходить между нею и горном, и с таким расчётом, чтобы она находилась с правой стороны. Когда кузнец стоял лицом к горновому гнезду, высота установки должна была быть такова, чтобы верх наковальни был ниже локтя кузнеца примерно на ¼ аршина (18 см — авт.).
Древнерусские кузнечные наковальни представляли собой массивные подставки весом более 8 кг двух видов: 1) прямоугольные, 2) с прямоугольной рабочей поверхностью и отростком с одной стороны в виде одного или двух рогов. Эти наковальни отличались от совре-менных только своей нижней клиновидной частью, которой они вбивались в массивный деревянный чурбан. Переход к плоскому основанию наковальни произошел позднее, в XVI-XVII вв.
По весу молоты подразделяются на ручники весом до 1 кг и молоты-кувалды весом более 1 кг. В кустарной промышленности XVIII-XX вв. кузнечные молоты делались из железа с наварными стальными бойками.
О форме деревянных рукояток в силу плохой сохранности дерева можно судить лишь по отверстиям для рукоятки в головке молота, которые были овальной и круглой формы. Длина рукояток колебалась от 350 до 700 мм. Для упрочнения насадки головки молота в торец рукоятки загонялся железный клин
Рычажные кузнечные молоты с ручным приводом были известны ещё в XIII-XIV вв.
В начале XVI в. появились кузнечные молоты с приводом от водяного колеса, т. н. среднебойные кузнечные молоты, и хвостовые. Крупнейшие рычажные хвостовые молоты обладали весьма большой мощностью. Масса ударной части таких кузнечных молотов достигала 8 т. при высоте падения 0,5 м. Тяжелые рычажные молоты нередко еще можно было встретить в конце XIX – начале XX вв. на некоторых металлургических заводах, где их традиционно использовали для “вытяжки” и “выглаживания” стальных полос.
В середине XVIII в. водяное колесо стали заменять паровым приводом. В 1784 г. Дж. Уатт предложил использовать пар для непосредственного привода подвижных частей кузнечного молота. Однако только в 1842 г. Дж. Несмит получил патент на сконструированный им и построенный первый паровой кузнечный молот.
До конца XIX в. широко были распространены паровые и пневматические кузнечные молоты.
Наибольшую известность получил пневматический молот Арнса, выпускавшийся Кальским машиностроительным заводом “Л.В. Бреер, Шумахер и Ко”. Кривошип этого кузнечного молота, приводимый в действие ременной передачей, связан с поршнем, осуществляющим возвратно-поступательное движение в неподвижном цилиндре. В нижней части цилиндра находится верхний конец бабы, выполненный в виде поршня. Между верхним и нижним поршнями заключен воздух, количество которого может быть изменено открыванием и закрыванием крана, помещающегося сбоку цилиндра. При подъеме поршня, связанного с кривошипом, воздух подвергается сжатию. В момент опускания поршня воздух, расширяясь, отбрасывает его вниз с повышенной скоростью. Для уменьшения силы удара кузнечного молота часть воздуха может быть выпущена в атмосферу из цилиндра с помощью крана.
В начале XX в. стали применять электропривод в кузнечных молотах различных конструкций.
В 40-е гг. появились взрывные молоты (СССР), в 50-е — высокоскоростные газовые (сначала в США, затем в Европе).
Устройство и принцип действия кузнечных молотов
Основные части кузнечного молота:
– подвижные, или падающие, — поршень, шток и баба;
– шабот (массивное основание);
– станина с направляющими для подвижных частей;
– привод и механизмы управления.
Инструментом для обработки заготовок в кузнечном молоте служат гладкие или вырезные бойки и подкладные штампы. Верхний боёк или верхняя половина штампа крепится к бабе, нижние – к шаботу. Заготовку помещают в нижнем бойке или нижней половине штампа. При ударе подвижной части по заготовке происходит формообразование изделия. Энергию удара воспринимает шабот. Главные параметры кузнечного молота, определяющие его конструктивные особенности и технологическое назначение, – кинетическая энергия подвижных частей или масса падающих частей.
По характеру привода различают следующие типы кузнечных молотов:
– паровоздушные молоты;
– пневматические молоты;
– гидравлические молоты;
– высокоскоростные газовые молоты, в которых рабочим телом является сжатый газ;
– кузнечные молоты, работающие по циклу двигателя внутреннего сгорания (иногда их также относят к газовым), в которых используется энергия смеси паров бензина или горючего газа с воздухом;
– взрывные молоты;
– приводные механические молоты;
– электромагнитные молоты.
Конструктивные особенности кузнечных молотов обусловлены теми операциями, которые выполняются на молоте данного типа. Так, для удобства ведения работ на кузнечных молотах станина удалена от бойков и не связана с шаботом; у штамповочных шаботных молотов шабот связан со станиной, что обеспечивает точное направление бабы при ударе; в бесшаботных кузнечных молотах шабот заменен нижней бабой и формообразование заготовки происходит при ударе движущихся навстречу баб; у взрывных кузнечных молотов шабот заменен основанием, на котором крепится установка для взрывного штампования; в электромагнитных молотах штамп в обычном понимании отсутствует: индуктивная катушка совмещает функции оборудования и инструмента и т.д.