Кузнечно-штамповочное производство

 

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

Сибирский федеральный университет 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОЕ  

ПРОИЗВОДСТВО 

 
 
 

Учебное пособие 

 
 

2-е издание, переработанное и дополненное 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Красноярск 

СФУ 
2022 

УДК 621.73(07) 
ББК 34.722.523я73 

К891 
 
 

А в т о р с к и й   к о л л е к т и в: 

С. Б. Сидельников, И. Л. Константинов, Ю. В. Горохов,  

В. И. Бер, Е. В. Иванов 

 
 
Р е ц е н з е н т ы: 
Г. А. Орлов, доктор технических наук, профессор кафедры обработки 

металлов давлением Уральского федерального университета; 

М. Г. Мотков, кандидат технических наук, академический советник 

СО РИА, технический директор ООО «Красноярский металлургический 
завод» 

 
 
 
 
 
 
 

К891 
 
Кузнечно-штамповочное производство : учеб. пособие / 

С. Б. Сидельников, И. Л. Константинов, Ю. В. Горохов [и др.]. –  
2-е изд., перераб. и доп. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2022. – 
224 с. 

 
 
ISBN 978-5-7638-4510-5 
 
 
Представлены основные теоретические сведения для освоения материа-

ла цикла дисциплин, рассматривающих кузнечно-штамповочное производство, 
в том числе описаны такие процессы обработки металлов давлением, 
как ковка, листовая и объемная штамповка. Изложены методика проведения 
и содержание аудиторных занятий по этим дисциплинам. Приведены контрольные 
вопросы и задания. 

Предназначено для студентов направлений подготовки 22.03.02 и 22.04.02 

«Металлургия». 

 
 

Электронный вариант издания см.:

http://catalog.sfu-kras.ru

УДК 621.73(07)
ББК 34.722.523я73

 
 

ISBN 978-5-7638-4510-5 
© Сибирский федеральный университет, 2022 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение .............................................................................................................. 8 

Глава 1. ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА ........................................................ 10 
1.1. Определение механических свойств листового материала ................... 13 
1.2. Испытание листового материала на глубину выдавливания ................. 16 
1.3. Резка листового материала на ножницах с параллельным  
и наклонным расположением ножей ............................................................... 19 
1.4. Влияние величины одностороннего зазора на энергосиловые 
параметры вырубки ........................................................................................... 24 
1.5. Определение минимальных радиусов при гибке,  
углов пружинения и силы гибки ...................................................................... 29 
1.6. Изучение процесса вытяжки без утонения полых  
цилиндрических изделий .................................................................................. 36 
1.7. Изучение процесса вытяжки с утонением стенки полых 
цилиндрических изделий .................................................................................. 42 
1.8. Изучение процесса отбортовки отверстий в плоской заготовке ........... 46 
1.9. Разработка технологического процесса изготовления типовой  
детали «шайба» .................................................................................................. 49 
1.10. Разработка технологического процесса изготовления детали 
«полушар» .......................................................................................................... 57 
1.11. Разработка технологического процесса вытяжки  
цилиндрической детали «стакан» .................................................................... 62 
1.12. Разработка технологического процесса вытяжки детали  
«коробка» ........................................................................................................... 65 
1.13. Разработка технологического процесса изготовления  
цилиндрической детали с утонением стенки «стаканчик» ........................... 74 

Глава 2. КОВКА ............................................................................................... 79 
2.1. Исследование формоизменения и силовых параметров при осадке .... 80 
2.2. Исследование формоизменения и силовых параметров  
при протяжке...................................................................................................... 84 
2.3. Исследование формоизменения и силовых параметров  
при прошивке ..................................................................................................... 89 
2.4. Получение изделия художественного назначения  
«декоративный гвоздь» ..................................................................................... 93 
2.5. Скручивание образца квадратного сечения вокруг  
продольной оси .................................................................................................. 95 
2.6. Изготовление элемента украшения «навершие» .................................... 98 

2.7. Изготовление элемента изделия «фонарик» .......................................... 101 
2.8. Изготовление сувенирного изделия «подкова» .................................... 103 
2.9. Разработка технологического процесса ковки поковки  
типа «вал» ......................................................................................................... 106 

2.9.1. Выбор размеров заготовки для ковки ............................................ 106 
2.9.2. Назначение переходов ковки и проектирование  
или выбор основного и вспомогательного инструмента ....................... 108 
2.9.3. Назначение температурных интервалов ковки ............................ 114 
2.9.4. Назначение отделочных операций................................................. 118 
2.9.5. Пример расчета технологического процесса ковки  
для изготовления поковки «вал» .............................................................. 119 

2.10. Разработка технологического процесса ковки  
поковки типа «втулка» .................................................................................... 128 

Глава 3. ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА ..................................................... 132 
3.1. Изучение процесса резки пруткового материала  
на сортовых ножницах .................................................................................... 134 
3.2. Влияние формы рабочей поверхности пуансона  
на силовой режим штамповки выдавливанием ............................................ 139 
3.3. Изучение процесса штамповки поковок в открытых  
и закрытых штампах ....................................................................................... 143 
3.4. Изучение процесса штамповки поковок с прямой  
удлиненной осью в открытых штампах на молоте и КГШП ...................... 151 
3.5. Исследование формоизменения металла при штамповке  
поковок типа «втулка» на горизонтально-ковочной машине ..................... 164 
3.6. Разработка технологического процесса горячей  
объемной штамповки стальных поковок на молотах .................................. 172 

3.6.1. Классификация поковок, штампуемых на молотах ..................... 172 
3.6.2. Исходные данные для проектирования технологического 
процесса штамповки .................................................................................. 172 
3.6.3. Порядок проектирования технологического процесса  
штамповки .................................................................................................. 179 
3.6.4. Расчет объема и массы поковки ..................................................... 184 
3.6.5. Проектирование технологического процесса  
горячей объемной штамповки на молотах .............................................. 185 
3.6.6. Исходные данные для проектирования технологии  
и уточнение способа штамповки ............................................................. 185 
3.6.7. Выбор типа и расчет размеров заусенечной канавки .................. 186 
3.6.8. Расчет объема и массы облоя ......................................................... 189 
3.6.9. Выбор переходов штамповки для поковок группы 1.1 ............... 190 
3.6.10. Выбор переходов штамповки для поковок групп 1.2–1.6 ......... 199 

3.6.11. Выбор переходов штамповки для поковок группы 2.1–2.3 ...... 203 
3.6.12. Определение размеров и вида исходной заготовки  
для поковок, штампуемых поперек оси .................................................. 205 
3.6.13. Определение вида и размеров исходной заготовки  
для поковок, штампуемых в торец .......................................................... 206 
3.6.14. Определение размеров заготовки по переходам ........................ 207 

3.7. Разработка технологического процесса горячей объемной  
штамповки стальных поковок на КГШП ...................................................... 209 

3.7.1. Классификация поковок, штампуемых на КГШП ....................... 210 
3.7.2. Проектирование технологического процесса штамповки  
на КГШП..................................................................................................... 210 

Библиографический список ........................................................................ 215 

Приложения .................................................................................................... 217 
 
 
 

Посвящается светлой памяти автора  

первого издания этой книги  
Ивана Сергеевича Гоголя, 

доцента кафедры обработки металлов давлением  

Красноярского института цветных металлов  

Иван Сергеевич Гоголь в 1966 г. окончил Красноярский инсти-

тут цветных металлов им. М.И. Калинина по специальности «Обработка 
металлов давлением». Стаж его научно-педагогической работы 
составлял 37 лет, в том числе педагогической работы в институте 
цветных металлов – 34 года. 

И. С. Гоголь был высококвалифицированным специалистом 

в области кузнечно-штамповочного производства. Подготовил более 
100 инженеров по этой специализации, в числе которых главные специалисты 
крупнейших металлургических и машиностроительных заводов 
нашей страны. 

Автор более 40 научных публикаций, пяти учебно-методических 

пособий. Был награжден почетной грамотой Министерства образования 
и науки Российской Федерации. 

Введение 

Кузнечно-штамповочное производство является заготовительной 

базой машиностроения, от его качественного развития и совершенствования 
зависит создание мощных энергетических установок, новых летательных 
аппаратов, современных автомобилей и грузоподъемных машин, 
новейшей электронной и космической техники. Основными потребителями 
кованых и штампованных полуфабрикатов в России 
и за рубежом являются транспортное и космическое машиностроение, 
краностроение, железнодорожный транспорт, судостроение, горнодобывающая 
и другие отрасли промышленности. Наиболее развиты технологии 
производства стальных поковок, потребность в которых постоянно 
растет. Кроме того, в последние годы еще более быстрыми темпами 
развивается производство поковок из сплавов цветных металлов: 
алюминиевых, медных, титановых и т.п. 

Кузнечно-штамповочное производство [1–12] из года в год тех-

нически и организационно совершенствуется. Технологии обработки 
разрабатываются на базе научно обоснованных методов, внедряются 
механизированные линии штамповки деталей, развиваются системы 
автоматизированного проектирования и автоматические системы 
управления процессами. Все это свидетельствует о перспективности 
и дальнейшем развитии кузнечно-штамповочного производства. 

Особо следует отметить ученых, развивавших и создававших 

теоретические и практические основы ковки и штамповки, таких как 
С.И. Губкин, Е.П. Унксов, М.В. Сторожев, Е.А. Попов, В.П. Романовский, 
Я.М. Охрименко, Е.И. Семенов, Ю.А. Аверкиев, В.А. Тюрин, 
В.Л. Колмогоров, А.Н. Брюханов, А.М. Мансуров и многих других. 

Данное учебное пособие является вторым изданием учебного 

пособия [5] и рассчитано на полный курс обучения студентов магистерской 
программы «Обработка металлов давлением». В каждой 
главе пособия сначала даются краткие теоретические сведения 
по изучаемой теме, а затем задания для практического освоения обо-

рудования и технологии листовой штамповки, ковки и объемной 
штамповки. Все задания носят исследовательский характер и выполняются 
с использованием оборудования, имеющегося в лаборатории 
кафедры обработки металлов давлением Института цветных металлов 
и материаловедения Сибирского федерального университета. 

Отличительной чертой настоящего учебного пособия является 

возможность самостоятельного выполнения студентами заданий, 
а также наличие контрольных вопросов, по которым предусмотрена 
внеучебная подготовка и оценка знаний по данной дисциплине. 

В пособии изложены основы для изучения дисциплины «Куз-

нечно-штамповочное производство», но оно также может быть полезно 
магистрам направления «Металлургия» и студентам, обучающимся 
по дисциплинам «Технология листовой штамповки», «Технология 
ковки», «Технология ковки и объемной штамповки», «Технология художественной 
ковки» и др. 

Г л а в а  1  

ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА 

Листовая штамповка является широко распространенной и про-

грессивной разновидностью технологии обработки металла давлением [
2, 10]. Используя в качестве исходной заготовки листовой материал (
полосу, ленту, лист), листовой штамповкой можно изготавливать 
большую номенклатуру самых разнообразных по форме и размерам 
деталей, используемых во всех отраслях машиностроительной, 
приборостроительной, радиотехнической, электронной и металлообрабатывающей 
промышленности. На долю общего количества деталей 
машиностроения приходится до 50 % деталей из листа (автомобилестроение – 
до 65 %, товары широкого потребления – до 98 %).  

При листовой штамповке исходная форма материала пластиче-

ски изменяется, обеспечивая требуемые геометрические формы, состояние, 
качество и точность поверхности. Поэтому к листовым материалам, 
идущим на изготовление деталей, предъявляются соответствующие 
требования, основное из которых – пригодность к штамповке 
и последующей эксплуатации полученной детали. Выявление 
этой пригодности материала к той или иной штамповочной операции 
весьма сложно и требует проведения ряда испытаний, основными 
из которых выступают общие, химические, металлографические, механические, 
технологические испытания. 

Формоизменение осуществляется с помощью штампов, основ-

ными деталями которых служат пуансон и матрица, а вспомогательными – 
прижим, съемник, выталкиватель и т. д. 

Штампы листовой штамповки классифицируют по способу дей-

ствия (простой, последовательный и совмещенный) и по технологическим 
признакам, зависящим от применяемых операций листовой 
штамповки (вытяжной, вырубной). В основу деления технологических 
операций положены такие признаки, как характер формоизменения, 
схема напряженного состояния и назначение операций. 

Все операции листовой штамповки объединены в две группы – 

разделительные и формоизменяющие. 

К разделительным операциям относятся: отрезка, вырубка, про-

бивка, надрезка, обрезка, зачистка. 

Характерной особенностью этих операций является то, что при 

их выполнении происходит деформирование заготовки вплоть до разрушения. 
Для успешного выполнения этих операций стремятся к максимальной 
локализации зоны, в которой имеют место пластические 
деформации (рис. 1.1). На рисунке показан поясок смятия, величина 
которого со стороны нижнего и верхнего ножа равна Bn = Bm = (0,4 – 
0,6) S. 

 

Рис. 1.1. Схема очага деформации и составляющих его зон  

в разделительных операциях листовой штамповки 

В зонах I–III происходит упрочнение металла, а в зоне IV – 

упрочнение постепенно убывает по мере удаления от линии разделения 
в направлении, перпендикулярном к направлению сдвига. 

Степень локализации очага деформации зависит от величины за-

зора между матрицей и пуансоном и от радиусов скругления рабочих 
кромок пуансона и матрицы и возрастает с их увеличением (рис. 1.2). 

Разделительные операции листовой штамповки выполняются 

на ножницах различных конструкций или в штампах. 

В отличие от разделительных операций при выполнении формо-

изменяющих операций не должно происходить разрушения заготовки. 
При этом стремятся к созданию условий, при которых может быть 
получено наибольшее формоизменение заготовки без ее разрушения.  

a
б

Рис. 1.2. Схема образования упрочненной зоны при вырубке –  

пробивке инструментом с острыми режущими (а)  

и притупленными (б) кромками 

Формоизменяющие операции листовой штамповки разнообраз-

ны и основаны на пластической деформации металла плоских заготовок 
с целью изменения их формы для получения полых, гнутых деталей 
или деталей с элементами, полученными путем локализации деформации 
в отдельных частях заготовки.  

К формоизменяющим операциям относят: гибку, вытяжку, фор-

мовку и их разновидности (рис. 1.3). 

а
б
в

Рис. 1.3. Схемы формоизменяющих операций: а – многоугловая гибка;  
б – осесимметричная вытяжка с утонением стенки; в – формовка бортов 

Обычно в формоизменяющих операциях кромки пуансона 

и матрицы штампа скруглены радиусами, значительно большими 
толщины заготовки, а зазор принимается немного большим толщины 
заготовки. 

1.1. Определение механических свойств  

листового материала  

Теоретические сведения 

 Основным требованием к материалам, идущим на изготовление 

деталей в штампах, является их пригодность к штамповке и последующей 
эксплуатации. Выявление этой пригодности материала к той 
или иной штамповочной операции требует проведения ряда испытаний. 
Наиболее распространенным методом испытаний для листового 
материала выступает метод растяжения образца до разрушения, позволяющий 
определить механические свойства испытуемого материала. 


Для испытания листовых материалов, предназначенных для ли-

стовой штамповки, применяют плоские образцы, которые изготавливаются 
согласно ГОСТ 1497–84. Форма и размеры образца приведены 
на рис. 1.4. Размер и форма образца на временное сопротивление разрыву 

В
  влияния не оказывает, однако относительное удлинение   

резко изменяется с изменением соотношения между поперечным сечением 
образца и его длиной, поэтому обязательно следует выдерживать 
стандартный размер образца, расчетная длина l0 которого определяется 
по формуле 

 
l0 = 11,3 
0
F , 
(1.1) 

где F0 – площадь поперечного сечения исходного образца, мм2; 

 
F0 = S0 b0. 
(1.2) 

Временное сопротивление разрыву в определяют по формуле 

 
в = Pmax / F0, 
(1.3) 

где Pmax – максимальное усилие в процессе растяжения образца, кН. 

Относительное удлинение  определяют по формуле 

 
к
0

0

100 %

  l
l

l
, 
(1.4) 

где lк – длина испытуемой части образца после разрушения. 

Величину К определяют из геометрических соотношений 

по формуле