ОСНОВЫ  
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 
ПРОЦЕССОВ  
ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ 
ДАВЛЕНИЕМ

И.Л. КонстантИнов
с.Б. сИдеЛьнИКов

Рекомендовано Федеральным государственным  
автономным образовательным учреждением  
высшего профессионального образования  
«Национальный исследовательский технологический университет МИСиС»  
в качестве учебника для студентов высших учебных заведений,  
обучающихся по направлению подготовки бакалавров  
22.03.02 (150400) «Металлургия» (рег. № 5347-07-867 от 19.11.2014 г.)

Москва 
ИНФРА-М 
2016

УчеБнИК

2-е издание, стереотипное

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет

УДК 621.98(07)
ББК 34.5-17я73
 
К65

Константинов И.Л.
Основы технологических процессов обработки металлов давлени-
ем : учебник / И.Л. Константинов, С.Б. Сидельников. — 2-е изд., сте-
реотип. — М. : ИНФРА-М, 2016. — 487 с. — (Высшее образование:  
Бакалавриат). — www.dx.doi.org/10.12737/14048.

ISBN 978-5-16-011541-2 (print)
ISBN 978-5-16-103854-3 (online)

Рассмотрены классические и новые методы обработки металлов давле-
нием. Изложенный материал соответствует современному уровню развития 
теории и технологии обработки металлов давлением.
Предназначен для студентов направления подготовки бакалавров 
22.03.02 (150400) «Металлургия» .

УДК 621.98(07)
ББК 34.5-17я73

К65

Р е ц е н з е н т :
Московский национальный университет НИТУ «МИСиС»

ISBN 978-5-16-011541-2 (print)
ISBN 978-5-16-103854-3 (online)

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Подписано в печать 16.10.2015.  
Формат 60×90/16. Бумага офсетная. Гарнитура Newton.  
Печать цифровая. Усл. печ. л. 30,5. Тираж 100 экз. Заказ № 00000
ТК 466900-534726-161015

©  Константинов И.Л.,  
Сидельников С.Б., 2016

Введение 

3 

 
 

 
ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Обработка металлов давлением является одним из наиболее эффек-
тивных способов превращения металлов в изделия, которые используются 
во всех отраслях промышленности и в быту.  
Большинство элементов в периодической системе Менделеева явля-
ются металлами – химическими элементами, без которых сложно предста-
вить развитие цивилизации. Металлические изделия необходимы во всех 
видах человеческой деятельности: в строительстве, в машиностроении,        
в пищевой промышленности, в сельском хозяйстве и т. д. Людей окружает 
множество металлических вещей, большую часть из которых они исполь-
зуют каждый день. Ножи, посуда, автомобили, самолеты, оборудование         
и многое другое невозможно без применения металлов. 
Особый интерес представляет путь, который проходят металлы, пре-
вращаясь из сырья в изделия, используемые в сфере человеческой деятель-
ности. В самородном виде металлы встречаются очень редко, и к ним     
относятся, например, драгоценные металлы золото, серебро, платина, пал-
ладий, а также медь. Чистое железо находят в метеоритах, а в основном 
металлы в природе содержатся в виде разнообразных химических соеди-
нений – минералов. Поиски минералов ведут геологи. После этого место-
рождениями, разведанными геологами, начинают заниматься горняки,       
которые добывают металлические руды открытым, если они залегают 
близко к поверхности земли, или закрытым, если руды находятся под зем-
лей, способами. Далее руды подвергают обогащению, которое проводится 
для отделения всех ценных минералов от пустой породы, а также взаимно-
го разделения ценных минералов. Затем этими обогащенными минералами 
занимаются металлурги, которые различными способами получают из руд 
металлы. 
Металлургическое производство делят на производство черных            
и цветных металлов.  
Процесс металлургического производства наиболее распространен-
ных металлических материалов – железоуглеродистых сплавов, называе-
мый черной металлургией, заключается в последовательном проведении 
этапов обработки (переделов). Первый передел – получение чугуна из же-
лезной руды в доменных печах. Второй передел преследует цель перерабо-
тать чугун в сталь. Третий передел – это обработка металлов давлением 
для получения металлических полуфабрикатов и изделий заданных форм           

Введение 
 

4 

и размеров, где основными операциями являются прокатка, прессование, 
ковка и штамповка. Четвёртым переделом называется дополнительная об-
работка деформированных полуфабрикатов – холодная прокатка полосово-
го и листового металла, профилирование полосы (производство гнутых 
профилей), калибровка, волочение, нанесение защитных покрытий, а также 
производство метизов. Последний передел в общем цикле металлургиче-
ского производства приобретает все большее значение, так как промыш-
ленности нужен не просто металл, а разнообразный прокат, пригодный для 
выпуска высококачественных надежных изделий с минимальными из-
держками. В результате возникают новые виды проката, их разнообразие 
возрастает, все обширнее спектр их технических и физико-химических па-
раметров. Продукция черной металлургии на этой стадии по соблюдению 
размеров и формы, чистоте отделки уже не уступает изделиям точных 
производств. Четвертый передел может служить показателем научно-
технического прогресса государства в металлургии, потому что состояние 
этой стадии и ее возможности наглядно отражают степень проникновения 
инноваций во все стадии металлургического процесса. 
Цветная металлургия производит различные цветные, редкие, туго-
плавкие и драгоценные металлы. В качестве наиболее развитых произ-
водств можно выделить производство меди, алюминия, никеля, титана, 
вольфрама и молибдена, золота, серебра, платины, палладия и др. цветных 
металлов. 
Помимо обработки давлением для получения металлических изделий 
применяют также различные способы литья и обработку металлов резанием. 
Литье – это простой, высокопроизводительный и дешевый способ 
получения металлической продукции практически из всех металлов               
и сплавов. Литые изделия могут быть как простой, так и очень сложной 
формы, которую, например, имеют изделия, полученные художественным 
литьем. Однако для отливок характерны такие дефекты, как пористость, 
неметаллические включения, крупнозернистая структура. Кроме того,         
в результате неравномерного охлаждения в них возникают значительные 
остаточные напряжения. Поэтому литые детали по уровню механических 
свойств уступают деталям, изготовленным обработкой давлением, и ихне 
применяют в условиях эксплуатации, сопровождающихся значительными 
силовыми нагрузками. 
Обработкой резанием получают разнообразные детали, имеющие 
высокую точность размеров и чистоту поверхности. Но при этом, в мас-
штабах мирового производства, за год в отход в виде стружки идут мил-
лионы тонн металла, а сами эти операции характеризуются сложностью и 
трудоемкостью. Снизить объем металлорежущих операций можно за счет 
использования заготовок, близких по своим размерам к готовым изделиям.  

Введение 

5 

Обработка металлов давлением объединяет указанные способы по-
лучения изделий из металлов. Так, в качестве заготовок для обработки 
давлением чаще всего используются отливки. В процессе деформирования 
меняется их структура: измельчается зерно, завариваются поры, устраняет-
ся химическая неоднородность (дендритная ликвация) и т. д. Изменения 
литой структуры способствуют улучшению уровня механических свойств: 
повышаются прочность и пластичность металлических заготовок. Кроме 
того, деформированный полуфабрикат становится максимально прибли-
женным к готовой детали по своей форме и размерам, что значительно 
снижает количество отходов при обработке резанием и упрощает техноло-
гию этих процессов. 
В ряду инженерных дисциплин обработка металлов давлением наи-
более близка к литейному производству и к металловедению. Это законо-
мерно, так как, во-первых, исходными заготовками для обработки давле-
нием чаще всего являются слитки. Во-вторых, обработчики имеют дело          
с металлами, свойства которых определяются их структурой, меняющейся 
в процессе пластической деформации, обычно протекающей при высоких 
температурах.  
Пластическое деформирование осуществляется различными спосо-
бами, к числу которых относятся прокатка, ковка, горячая и холодная объ-
емная штамповка, прессование, волочение, листовая штамповка и новые 
процессы обработки металлов давлением (см. рисунок). 
 

 
Процессы обработки металлов давлением 
 
В последние годы широкое развитие получили новые процессы, ос-
нованные на совмещении разных видов обработки давлением, на комбина-

Введение 
 

6 

ции их с литьем и т. д. Эти способы позволяют повысить энергоэффектив-
ность и производительность производства, улучшить свойства изделий,            
а также снизить количество отходов. 
Обработка металлов давлением в целом является заготовительной 
базой машиностроения и металлургии, поэтому от ее качественного разви-
тия и совершенствования зависит создание мощных энергетических уста-
новок, современных летательных аппаратов, автомобилей и грузоподъем-
ных машин, новейшей электронной и космической техники. 

1.1. История развития кузнечно-штамповочного производства 

7 

 
Г л а в а  1 

 
ИСТОРИЯ 
ВОЗНИКНОВЕНИЯ  И  РАЗВИТИЯ 
ПРОЦЕССОВ  ОБРАБОТКИ   
МЕТАЛЛОВ  ДАВЛЕНИЕМ 
 
 
1.1. История развития  
кузнечно-штамповочного производства 
 
Обработку металлов давлением можно отнести к древнейшим чело-
веческим ремеслам, первым из которых являлось кузнечное дело. Так, 
найденные металлические изделия из золота были изготовлены около 
восьми тысяч лет назад. Позднее были обнаружены изделия из самородно-
го серебра и меди, при этом ученые установили, что они были получены 
ковкой. Отметим также, что кузнечное ремесло высоко ценилось в антич-
ном мире. Среди олимпийских богов почетное место занимал покровитель 
кузнецов Гефест – сын главного бога Зевса и его жены Геры, который счи-
тался богом огня и художественного ремесла. Гефест пользовался уваже-
нием в своем окружении, потому что был мастером высочайшего уровня, 
создавшим на Олимпе себе и другим богам дворцы из металла. Легендар-
ный древнегреческий поэт Гомер посвятил много строф своей поэмы 
«Илиада» замечательным творениям этого мастера. 
На Руси кузнечное дело возникло приблизительно в VI веке до н. э. 
Русские кузнецы могли ковать из металла мечи и серпы, топоры и ножи, 
кольчуги и шлемы, искусство изготовления которых поражает наших       
современников. В первой половине XVI века русские кузницы поставляли 
на вооружение кованые вручную пушки. В 70-х годах XVIII века в Москве 
было более трехсот кузниц, а кузнецы, медники, слесари, серебряники         
по числу дворов занимали в городе второе место после галантерейщиков. 
В каждом доме были вещи, изготовленные кузнецами, – от тонкого обру-
чального кольца до окованных железом ларцов, в которых хранили самое 
ценное. Профессия кузнеца была очень уважаемой в народе. Труд кузнецов 
прославлен во многих литературных произведениях. Ярким примером яв-
ляется история русского мастера Левши, подковавшего английскую блоху, 
которую описал писатель Н. С. Лесков. О принадлежности к кузнечному 
делу самих владельцев или их предков свидетельствуют такие распростра-

Г л а в а  1. История возникновения и развития процессов обработки металлов давлением 
 

8 

ненные в мире фамилии, как Смит, Шмидт, Ферран, Коваль, Ковач, Чанг,  
а в России очень часто можно встретить Кузнецовых, Ковалевых и др. 
Хронологически историю кузнечного дела принято начинать с же-
лезного века, когда первобытный человек впервые стал изготавливать        
инструменты из железа. Тогда люди заметили, что если на углях нагреть 
определенный тип породы до очень высокой температуры, то получится 
железо. Поэтому можно утверждать, что кузнечное дело очень долгое время 
оставалось основным способом обработки металла для создания орудий.        
В целях защиты от зверей и врагов, а также для охоты и обработки земли 
первобытный человек ковкой изготовлял из железа боевое оружие и ору-
дия мирного труда. 
Прошли сотни лет после того как были сделаны первые простейшие 
железные копья, наконечники стрел и иглы, прежде чем люди узнали           
о магнитных свойствах железа. Первый компас состоял из кованых железных 
игл, плавающих в круглом флаконе. Это стало величайшим историческим 
открытием, и с этого момента моряки больше не нуждались ни в звездах, 
ни в солнце, чтобы проложить курс своих кораблей. 
Кованое железо содержало низкий процент углерода, поэтому было 
менее прочным, чем сталь, но оно отличалось высокой пластичностью           
и прекрасно поддавалось кузнечной сварке. При правильном режиме сварки 
получалось бесшовное соединение между деталями. Железо, состоящее из 
нескольких слоев, или покрытий, было гораздо прочней, чем однослойное, 
и его применяли для изготовления пушек. При этом кузнецы всегда участ-
вовали в изготовлении оружия.  
Интересно, что технология изготовления наконечников для копий 
существенно отличалась в Древней Руси и Римской Империи. Русские ко-
пья служили для колющего удара, и их старались делать как можно твер-
же, в отдельных случаях вваривая стальные лезвия. Наконечник изготав-
ливали с заостренной частью, которую вгоняли в древко копья. Намного 
сложнее была технология ковки римских копий особой конструкции. Их 
изготовление требовало особого мастерства. Железный стержень отковы-
вали достаточно тонким, чтобы он пружинил. Со стальным наконечником 
стержень был соединен кузнечной сваркой, а с деревянным древком скре-
пляющей муфтой. Такая конструкция позволяла легионерам получать пре-
имущество в бою, так как они целились в деревянные щиты врагов, а не 
стремились попасть в незащищенные части тела противника. Вытащить 
такое копье в бою из щита было практически невозможно. Тяжелое длин-
ное древко оттягивало руку щитоносца вниз вместе со щитом. Кроме того, 
тонкий железный стержень копья изгибался вниз, и древко упиралось             
в землю, затрудняя продвижение вперед. Враг становился беззащитным,           
и римляне уничтожали его мечом. 

1.1. История развития кузнечно-штамповочного производства 

9 

Следует отметить, что раньше кузнец владел несколькими специаль-
ностями, мог делать доспехи, оружие, орудия труда, замки, подковы для 
лошадей и многое другое. Кузнец даже мог вырывать людям зубы. В де-
ревне у кузнеца обычно была своя кузница, в которой продавались различ-
ные бытовые предметы, в ней он ремонтировал цепи, колесные диски, то-
поры и другие инструменты.  
Существуют факты, свидетельствующие об обработке железа вхо-
дящего в состав метеоритов, в Сибири в XVIII веке. В одной из деревень 
вблизи Красноярска жил необыкновенной  физической силы кузнец, отли-
чающийся исключительной любознательностью и умом, фамилия которого 
была Медведев... И вот до Петербурга дошли слухи, что этот кузнец рас-
полагает сведениями об  «упавшей с неба»  железной глыбе и кует из нее 
различные изделия. По приказу Екатерины на поиски метеорита в Красно-
ярск был направлен известный естествоиспытатель Петр Симон Паллас. 
Оказалось, что рассказы о «черном камне», который упал с неба на берег 
Енисея, были правдой. За кузницей Медведева находилась глыба, весившая 
около 40 пудов. Палласово железо, так его именуют сегодня, совершило 
путешествие из Красноярска в Петербург и попало в столицу в 1772 году. 
На протяжении веков кузнецы искали способы упрочнения металла           
и изобрели закалку стали. Они же разработали различные способы измене-
ния содержания углерода и других элементов в железе, что расширило 
возможности его применения. В результате появились углеродистые и ле-
гированные стали, а также разные сплавы, используемые и в настоящее 
время. 
Много веков назад в Дамаске был изобретен особый способ произ-
водства клинков, называемых дамасскими. Процесс создания лезвия был 
сложным и длительным. Сталь трех видов складывали слоями и ковали. 
Иногда количество слоев доходило до 192 и более. Дамасская сталь имеет 
сложную структуру, а поверхность каждого клинка уникальна. Благодаря 
сочетанию трех сортов металла края лезвий становились очень острыми, 
долго не тупились, и точить их было просто. Дамасский меч представлял 
собой произведение искусства и мог стоить целое состояние. 
Только в начале XVI века в кузнечном деле стало применяться пер-
вое оборудование для ковки – механические рычажные молоты с массой 
падающих частей 70–150 кг, приводимые в движение водой. В местах, где 
нельзя было воспользоваться энергией воды, применялись также копровые 
или пестовые молоты. Бабу (подвижную часть таких молотов) поднимали 
за канат, перекинутый через блок, 7–10 человек, затем канат отпускали,          
и она падала, нанося удар по поковке. 
В дореволюционный период необходимо отметить огромный вклад   
в развитие кузнечного ремесла, внесенный тульскими оружейниками.         

Г л а в а  1. История возникновения и развития процессов обработки металлов давлением 
 

10 

В начале XVII века существовали уже кованые пушки, пищали и другое 
оружие. Но развитие кузнечного дела сдерживалось низкой технической 
культурой, к тому же мастера-кузнецы не могли наладить массовое произ-
водство изделий, необходимых государству. По указу Петра I в Туле            
в 1712 году был построен первый государственный оружейный завод, на 
котором впервые была применена горячая штамповка железа, а затем была 
изобретена одноручьевая молотовая штамповка оружейных деталей из же-
леза. Петр I перед этим посетил много городов и стран Европы, где изучал 
кузнечные заводы, приглашал в Россию мастеров-умельцев. До сих пор          
в Германии рассказывают о том, что при посещении кузнечных заводов 
особое удовольствие царю доставляло забираться на хвостовик больших 
механических молотов с приводом от водяного колеса и раскачиваться на 
нем, как на обычных качелях. 
Бурное развитие металлургической и металлообрабатывающей про-
мышленности вызвала промышленная революция XVIII века. Постройка 
железных дорог, паровозов, вагонов, пароходов шла очень быстрыми тем-
пами и требовала соответствующих механизмов для изготовления тяжелых 
и больших поковок. 
Промышленная революция отразилась и на создании оборудования 
для ковки. В 1842 году англичанин Несмит запатентовал паровой молот          
и организовал производство в шотландском городе Эдинбурге. Вот как 
описывают появление первого парового молота. Во Франции строился        
огромный пароход «Великобритания». Необходимо было изготовить же-
лезный гребной вал невиданных тогда размеров (диаметром около 77 см), 
но ни одна из фирм не в состоянии была выполнить заказ. Тогда обрати-
лись к изобретателю, и «чертеж был готов спустя полчаса по получении 
писания…», – писал Несмит.  
Молот состоял из наковальни, куда кладут заготовку для ковки;          
из громадного куска металла в форме молота, производящего удар, и паро-
вого цилиндра, поршень которого поднимал на определенную высоту со-
единенный с ним молот (боек). Пар выпускался, вследствие чего молот под 
собственной тяжестью мгновенно падал вниз, ударяя по заготовке. 
До изобретения парового молота большие изделия, наподобие яко-
рей судов, изготавливались из отдельных маленьких частей, а потом сва-
ривались вместе. Главная особенность паровой машины была в том, что 
оператор управлял силой каждого удара. Несмит любил демонстрировать 
возможности молота: он мог сначала разбить яйцо, помещенное в фужер,  
и не повредить стекло, а затем этим же молотом сотрясал здание. Преиму-
щества его изобретения стали настолько очевидными, что вскоре молоты 
Несмита можно было встретить в больших мастерских по всей стране.       
В молотах Несмита энергия пара расходовалась только на подъем подвиж-