Прокатно-прессово-волочильное производство

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
И. Л. Константинов 
С. Б. Сидельников 
Е. В. Иванов 
 
 
ПРОКАТНО-ПРЕССОВО-ВОЛОЧИЛЬНОЕ 
ПРОИЗВОДСТВО 
 
 
Рекомендовано Национальным исследовательским технологическим 
университетом «МИСиС» к использованию в образовательных      
учреждениях, реализующих образовательные программы ВПО, ДПО, 
профессиональной подготовки по направлению подготовки 150400 
«Металлургия» (рег. № 2519 от 30.09.2013) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2014 

УДК 621.77(07) 
ББК 34.62я73 
         К65 
 
 
 
Р е ц е н з е н т  кафедра технологии и оборудования трубного производства НИТУ «МИСиС» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Константинов, И. Л. 
К65          Прокатно-прессово-волочильное производство : учеб. / И. Л. Константинов, С. Б. Сидельников, Е. В. Иванов. – Красноярск : Сиб.           
федер. ун-т, 2014. – 512 с. 
ISBN 978-5-7638-2945-7 
 
В учебнике рассмотрены виды заготовок и способы их подготовки для 
прокатно-прессово-волочильного производства. Изложены основы и принципы   
технологических процессов прокатки, прессования и волочения, а также обозначены перспективные направления развития данных видов производства.  
Предназначен для студентов высших учебных заведений, обучающихся 
по направлению подготовки 150400 «Металлургия», и слушателей курсов повышения квалификации и переподготовки кадров в области металлургического 
производства.  
 
 
УДК 621.77(07) 
ББК 34.62я73 
 
 
 
 
 
                                                    © Сибирский федеральный  
ISBN 978-5-7638-2945-7                                                              университет, 2014 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
 
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………
6
 
Г л а в а 1. ВИДЫ  ЗАГОТОВОК  И  СПОСОБЫ  ИХ  ПОДГОТОВКИ 
                   ДЛЯ  ПРОКАТНО-ПРЕССОВО-ВОЛОЧИЛЬНОГО  
                   ПРОИЗВОДСТВА……………………………………………..
8
1.1. Сортамент, материалы и виды заготовок для прокатки…………….
8
1.1.1. Сталь…………………………………………………………….
8
1.1.2. Алюминий и его сплавы………………………………………..
19
1.1.3. Медь и ее сплавы……………………………………………….
24
1.1.4. Титан и его сплавы……………………………………………..
32
1.2. Сортамент, материалы и виды заготовок для прессования………...
33
1.2.1. Алюминий и его сплавы……………………………………….
33
1.2.2. Медь и ее сплавы……………………………………………….
35
1.2.3. Титан и его сплавы……………………………………………..
39
1.2.4. Сталь…………………………………………………………….
46
1.3. Сортамент, материалы и виды заготовок для волочения…………...
50
1.3.1. Алюминий и его сплавы………………………………………..
50
1.3.2. Медь и ее сплавы……………………………………………….
52
1.3.3. Титан и его сплавы……………………………………………..
55
1.3.4. Другие цветные металлы и сплавы……………………………
56
1.3.5. Сталь…………………………………………………………….
58
Контрольные вопросы и задания……………………………………..
64
 
Г л а в а 2. ПРОКАТНОЕ  ПРОИЗВОДСТВО……………………………
66
2.1. Краткая история прокатного производства………………………….
66
2.2. Сущность и основные виды прокатки……………………………….
68
2.3. Очаг деформации при прокатке………………………………………
73
2.4. Параметры деформации при прокатке……………………………….
74
2.5. Силовые условия прокатки…………………………………………...
76
2.6. Условия захвата металла валками……………………………………
79
2.7. Опережение при прокатке………………………………………….....
84
2.8. Уширение при прокатке………………………………………………
88
2.9. Оборудование для прокатки……………………………………….....
90
2.10. Основное и вспомогательное оборудование прокатного стана….. 101
2.11. Прокатные валки…………………………………………………….. 104
 

2.12. Сталепрокатное производство……………………………………… 107
2.12.1. Общая характеристика сталепрокатного производства…... 107
2.12.2. Сортовая прокатка стали…………………………………..... 111
2.12.3. Листовая прокатка стали……………………………………. 129
2.12.4. Производство труб прокаткой……………………………… 147
2.12.5. Производство специальных видов проката………………... 159
2.13. Прокатка цветных металлов и сплавов……………………………. 165
2.13.1. Прокатка алюминиевых сплавов…………………………… 165
2.13.2. Прокатка меди и ее сплавов………………………………… 187
2.13.3. Прокатка титановых сплавов……………………………….. 196
2.13.4. Прокатка магния и его сплавов……………………………..
203
2.13.5. Прокатка тугоплавких металлов……………………………
205
2.13.6. Прокатка драгоценных металлов…………………………...
210
Контрольные вопросы и задания…………………………………… 213
 
Г л а в а 3. ПРЕССОВОЕ  ПРОИЗВОДСТВО……………………………
217
3.1. Краткая история прессового производства………………………….
217
3.2. Сущность и виды прессования…………………………………….....
218
3.3. Основные характеристики процесса прессования………………….. 221
3.4. Виды прессования………………………………………………..….... 222
3.5. Течение металла при прессовании…………………………………... 230
3.6. Прессование труб и полых профилей……………………………...... 233
3.7. Прессование через многоканальную матрицу………………………
241
3.8. Силовые и скоростные условия прессования……………………….. 243
3.9. Оборудование для прессования……………………………………… 252
3.10. Прессовый инструмент……………………………………………… 259
3.11. Технология прессования…………………………………………….
271
3.12. Прессование цветных металлов и сплавов………………………… 286
3.13. Прессование сталей…………………………………………………. 314
Контрольные вопросы и задания………………………………….. 325
 
Г л а в а 4. ВОЛОЧИЛЬНОЕ  ПРОИЗВОДСТВО……………………….. 328
4.1. Краткая история волочильного производства…………………......... 328
4.2. Сущность и виды волочения…………………………………………. 337
4.3. Показатели деформации металла при волочении…………………... 338
4.4. Силовые условия волочения…………………………………………. 340
4.5. Влияние различных факторов на силу и напряжение волочения….
342
4.6. Оборудование для волочения………………………………………...
355
4.6.1. Классификация волочильного оборудования………………...
355
4.6.2. Оборудование для волочения проволоки…………………….. 357
4.6.3. Оборудование для волочения прутков, профилей и труб…… 370
4.6.4. Узлы и детали волочильных машин…………………………... 377

4.6.5. Инструмент для волочения…………………………………….
391
4.7. Технология волочения проволоки…………………………………… 405
4.8. Технология волочения прутков……………………………………… 424
4.9. Технология волочения фасонных профилей……………………....... 428
4.10. Технология волочения труб………………………………………… 434
4.11. Технология волочения стали………………………………………..
453
4.12. Технология волочения цветных металлов………………………… 464
4.12.1. Волочение алюминия и его сплавов………………………... 464
4.12.2. Волочение меди и ее сплавов……………………………….. 469
4.12.3. Волочение проволоки из титана…………………………….
473
4.12.4. Волочение проволоки из вольфрама………………………..
474
4.12.5. Волочение проволоки из драгоценных металлов………….. 475
Контрольные вопросы и задания……………………………………
476
 
Г л а в а 5. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ  НАПРАВЛЕНИЯ  РАЗВИТИЯ  
                   ПРОЦЕССОВ  ПРОКАТКИ,  ПРЕССОВАНИЯ  
                   И  ВОЛОЧЕНИЯ……………………………………………… 479
5.1. Классификация совмещенных и комбинированных процессов  
       обработки металлов и сплавов……………………………………….. 479
5.2. Комбинированные процессы обработки металлов…………………. 483
5.3. Совмещенные процессы литья, прокатки и прессования…………..
490
Контрольные вопросы и задания…………………………………….. 496
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………. 497
 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………….....
498
 
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ…………………………………………… 501
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Большинство элементов периодической системы Д. И. Менделеева 
являются металлами, одно из основных свойств которых пластичность. 
Еще великий русский ученый М. В. Ломоносов, давая определение металлам, сказал, что «металл – это светлое тело, которое ковать можно». В связи  
с этим все виды обработки металлов давлением (ОМД) основаны на способности металлов подвергаться значительной пластической деформации 
без разрушения. Следует также отметить, что эти важные технологические 
процессы металлургического производства обеспечивают не только придание металлической заготовке необходимой формы и размеров, но и существенно улучшают свойства металлов. 
Процессы ОМД принято делить на две группы. В первую группу 
входят прокатка, прессование и волочение, а вторую составляют ковка, 
объемная и листовая штамповка. Виды ОМД первой группы обычно относятся к металлургическому производству. Полуфабрикаты, или изделия, 
получаемые прокаткой, прессованием или волочением отличает то, что, 
как правило, их длина во много раз превышает размеры поперечного сечения. 
Примером таких изделий являются листы, ленты, трубы, рельсы, профили 
с различной формой поперечного сечения, как сплошные, так и пустотелые, проволока и пр. Процессы ОМД первой группы отличаются высокой 
производительностью и по объему производства они значительно превышают продукцию кузнечно-штамповочного производства. Так, например, 
прокатному производству подвергают приблизительно 80 % всего выплавляемого металла, а сам процесс можно вести в непрерывном режиме            
с очень высокой скоростью. И, наконец, данные виды ОМД хорошо сочетаются со средствами автоматизации процессов производства, что также 
повышает их производительность. 
Несмотря на сходство продукции, получаемой прокаткой, прессованием или волочением, каждый из перечисленных видов ОМД имеет свои 
особенности, которые необходимо учитывать при разработке технологических процессов. 
В развитие прокатно-прессово-волочильного производства большой 
вклад внесли такие российские ученые, как А. Ф. Головин, И. М. Павлов, 
С. И. Губкин, А. П. Чекмарев, В. С. Смирнов, И. Я. Тарновский, П. И. Полухин, В. П. Северденко, А. А. Королев, Б. П. Бахтинов, А. И. Целиков,    
Е. С. Рокотян, В. Н. Щерба, А. В. Зиновьев, В. А. Трусов, М. З. Ерманок,           
В. Л. Колмогоров, П. С. Истомин, И. Л. Перлин, В. В. Жолобов, Ю. Ф. Ше

вакин, Г. Я. Гун, Г. С. Гун, А. И. Рудской, В. К. Смирнов, П. Глебов,                  
А. И. Колпашников и многие другие. Получили признание исследования 
зарубежных ученых: С. Финка, К. Кодрона, В. Тафеля, Э. Зибеля, Т. Кармана, 
С. Экелунда, В. Тринкса, В. Люега, А. Помпа, А. Надаи, Г. Форда, Р. Симса, 
М. Стоуна, А. Гелеи. 
Целью изучения дисциплины «Прокатно-прессово-волочильное  
производство» (ППВ) является знакомство с основами технологических 
процессов получения полуфабрикатов из черных и цветных металлов             
и сплавов с помощью прокатки, прессования и волочения 
Изучение дисциплины «Прокатно-прессово-волочильное производство» позволит узнать: 
понятия, термины и сущность операций ППВ; 
принципы составления технологических процессов ППВ; 
основное оборудование и инструмент, применяемый для процессов 
ППВ. 
А также приобрести умения по:  
выбору и расчету необходимого оборудования; 
оценке технических решений для достижения высокого качества 
продукции;  
расчету основных параметров техпроцессов ППВ. 
И получить навыки по: 
выбору и режиму обработки материала исходя из условий его эксплуатации и комплекса предъявляемых требований; 
использованию нормативно-технологической документацией. 
Таким образом, изучение дисциплины «Прокатно-прессово-волочильное 
производство» в совокупности с другими дисциплинами учебного плана 
подготовки бакалавров по направлению 150400 «Металлургия» имеет 
стратегическую цель сформировать ответственных, самостоятельных и готовых к самосовершенствованию выпускников, способных быть не только 
квалифицированными исполнителями мероприятий по осуществлению 
технологических процессов ППВ, но и являться активными участниками 
разработки и внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий в данной области. Достижение этой цели в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального 
образования связано с формированием у студентов общекультурных          
и профессиональных компетенций, а изучение материалов данного учебника 
позволит освоить дисциплину «Прокатно-прессово-волочильное производство» и сформировать профессиональные компетенции при многоуровневой подготовке студентов по направлению «Металлургия». 
 
 
 

Г л а в а  1 

 
ВИДЫ ЗАГОТОВОК  
И СПОСОБЫ ИХ ПОДГОТОВКИ 
ДЛЯ ПРОКАТНО-ПРЕССОВО-ВОЛОЧИЛЬНОГО 
ПРОИЗВОДСТВА 
 
 
1.1. Сортамент, материалы  
и виды заготовок для прокатки 
 
 
1.1.1. Сталь 
 
Сортамент сталепрокатного производства 

Основной объем продукции прокатного производства составляют 
стали, при этом прокатка цветных металлов составляет не более 5 % от него, 
поэтому далее будет рассматриваться, главным образом, сталепрокатное 
производство применительно к черной металлургии. 
Прокаткой из стали получают изделия с разнообразной формой поперечного сечения, перечень которых называется сортаментом. Все изделия, как правило, стандартизованы. Сортамент прокатных изделий можно 
разбить на четыре основные группы: сортовой, листовой, трубы и специальные виды проката. Наиболее разнообразной является группа сортового 
проката, который подразделяется на простые и фасонные профили. Прокат 
в виде круга, квадрата, полос (рис. 1.1) относят к простым профилям и используют для изготовления различных деталей, а также в качестве заготовок для операций резки, штамповки, ковки и пр. Эта группа наибольшая  
по объему производства, но самая маленькая по разнообразию форм. 
 

 
а 
б 
в 
г 

Рис. 1.1. Сортамент сортового проката простой формы:  
а – квадрат; б – круг; в – шестигранник; г – полоса 
 
Прокат сложного поперечного сечения называют фасонным. В зависимости от назначения, фасонные профили подразделяются на профили 

общего или массового потребления  и профили специального назначения. 
Катаные профили общего назначения (рис. 1.2), к которым относят угловой профиль, швеллеры, двутавровые балки, шестигранные профили, рельсы и др. обычно являются готовой продукцией и применяются в строительстве, на железных дорогах, в шахтах, а также в качестве деталей       
машин. 
 

 
а 
б 
в 
г 

Рис. 1.2. Сортамент фасонного проката общего назначения:  
а – уголок; б – рельс; в – двутавр; г – швеллер 
 
Профили специального назначения (рис. 1.3) предназначены для изготовления деталей методами обработки резанием и максимально приближены к форме готовых изделий, таких как направляющие станин, шлицевые 
валы, заготовки для лопаток турбин, профили для сельскохозяйственного 
машиностроения, судостроения, электропромышленности и др. Данная 
группа является наиболее разнообразной по форме, но такие профили 
обычно получают малыми партиями. Так, сортамент некоторых зарубежных 
фирм насчитывает более 10 000 форм профилей этой группы, а в России  
их выпускают приблизительно 3 500. Для сортовой прокатки используют 
калиброванные валки, о конструкции которых будет сказано ниже. 
 

 
 
а 
б 
в 
г 
д 

Рис. 1.3. Сортамент фасонного проката специального назначения:  
а – автообод; б – шпунт; в – шпора тракторная; г – бандаж колесный; д – колесо 
 
Профили круглого сечения диаметром от 5 до 9 мм называют катанкой. 
Из катанки затем волочением получают проволоку. В связи с более высокой 

стоимостью продукции, получаемой волочением, стремятся при прокатке 
получать катанку как можно меньших диаметров. Используемые для этого 
современные проволочные прокатные станы способны производить катанку диаметром 5,0–5,5 мм со скоростью 100 м/с и более. 
По размеру сортовой прокат классифицируют следующим образом. 
1. Крупный – сталь круглого сечения диаметром 80–250 мм, сталь 
квадратного сечения со стороной 70–200 мм, периодические арматурные 
профили № 70–80, угловая сталь с шириной полок 90–250 мм, швеллеры        
и двутавровые балки обычные и облегченные высотой 360–600 мм, специальные широкополочные двутавры и колонные профили высотой до 1 000 мм, 
шестигранная сталь до № 100, рельсы железнодорожные длиной 1 м с массой 43–75 кг, полосовая сталь шириной до 250 мм и др. 
2. Средний – сталь круглого сечения диаметром 32–75 мм, сталь 
квадратного сечения со стороной 32–65 мм и шестигранные до № 70, 
стальной периодический арматурный профиль № 32–60, двутавровые балки 
высотой до 300 мм, швеллеры высотой от 100–300 мм, рельсы узкой колеи 
Р18–Р24, штрипсы сечением до 8×145 мм, разнообразные фасонные профили отраслевого назначения и др. 
3. Мелкий – сталь круглого сечения диаметром 10–30 мм, сталь 
квадратного сечения со стороной 8–10 мм, периодический арматурный 
профиль № 6–28, угловая сталь с шириной полок 20–50 мм, швеллеры            
№ 5–8, полосовая сталь шириной до 60 мм, шестигранная сталь до № 30         
и разнообразные фасонные профили отраслевого назначения эквивалентных размеров. 
Для листовой прокатки в качестве инструмента используют валки           
с гладкой цилиндрической бочкой. В зависимости от способа производства 
и толщины, листовой прокат подразделяют на три основные группы: толстые горячекатаные листы толщиной 4 мм и более, тонкие горячекатаные 
листы толщиной, как правило, менее 4 мм и холоднокатаные листы обычно толщиной от 3 мм и ниже.  
В соответствии с ГОСТ 19903–74 горячекатаная листовая сталь поставляется в листах и в рулонах. Диапазон размеров для ширины листов 
составляет 600–3 800 мм, а для рулонной стали 500–2 200 мм. Длина листа 
может изменяться в пределах 1 200–12 000 мм. 
Холоднокатаные листы могут иметь ширину от 1 000 до 2 200 мм             
(в зависимости от типа стана), толщину от 0,2 мм до 8 мм. Их поставляют 
пакетами карточек или рулонами массой до 36 т. Следует обратить внимание на то, что толщины горячекатаных и холоднокатаных листов перекрываются. Причиной этого являются возможности разных типов прокатных 
станов. Наибольшим спросом у потребителя пользуется холоднокатаный 
тонкий лист, в котором сочетаются высокое качество поверхности и высокий уровень механических свойств. 

Сортамент холоднокатаной листовой стали классифицируют по следующим признакам: 
по назначению (направлениям использования в различных областях 
экономики); 
по химическому составу; 
по группам качества, характеризуемым различным уровнем требований к механическим свойствам, качеству поверхности, точности размеров 
и формы. 
Деление по классификационным признакам в значительной степени 
условно, т.к. химический состав и требования к качеству определяют, исходя из назначения металла и области его использования. 
Холоднокатаная сталь поставляется потребителям в виде готовых 
листов, полос и лент в рулонах. Согласно ГОСТ 19904–90, листы имеют 
размеры, мм: толщина 0,5–5,0; ширина 500–2 300 и длина 1 000–6 000; полосы в рулонах изготавливают толщиной 0,5–3,0 мм и шириной 500–2 300 мм. 
Поставляемая в рулонах лента из низкоуглеродистой стали имеет толщину 
0,05–3,6 мм и ширину до 325 мм (ГОСТ 503–81), из электротехнической 
стали – толщину 0,05–0,5 мм и ширину 5–500 мм (ГОСТ 21427.1–83 – 
ГОСТ 21427.3–83). 
По назначению листовая холоднокатаная сталь, поставляемая в листах и полосах, а также смотанная в рулоны, классифицируется по следующим основным группам: а) качественная малоуглеродистая для холодной 
штамповки – ГОСТ 9045–93; б) углеродистая качественная и обыкновенного качества общего назначения – ГОСТ 16523–89; в) низколегированная 
конструкционная – ГОСТ 17066–80; г) легированная конструкционная  
общего назначения – ГОСТ 1542–71; д) конструкционная легированная 
высококачественная специального назначения – ГОСТ 11268–76; е) коррозионностойкая и жаростойкая – ГОСТ 5582–75; ж) нелегированная электротехническая – ГОСТ 3836–83; з) кремнистая электротехническая – 
ГОСТ 21427.0–75; и) жесть – ГОСТ 15580–70; 13345–85; 18178–2; к) оцинкованная – ГОСТ 7118–78; 14918–80. 
Холоднокатаная стальная лента в рулонах по назначению различается по следующим основным группам: а) конструкционная качественная 
углеродистая – ГОСТ 2284–79; б) высоколегированная коррозионностойкая и жаростойкая – ГОСТ 4986–79; в) текстурованная электротехническая 
для магнитопроводов – ГОСТ 21427.0–75; г) низкоуглеродистая (для штамповки деталей в машиностроении, изготовления труб и др.) – ГОСТ 2283–79; 
21997–76; 23522–79; ж) упаковочная – ГОСТ 3560–73; з) инструментальная 
и пружинная для вычислительной техники – ГОСТ 19039–73; и) из прецизионных сплавов для упругих элементов – ГОСТ 14117–69. 
При большом количестве перечисленных стандартов в целом сортамент холоднокатаной листовой стали можно разделить на следующие виды: 

● автомобильный и конструкционный лист толщиной 0,25–0,35 мм       
и более (в основном до 5 мм), предназначенный для автомобильной промышленности и любой другой отрасли машиностроения, где путем холодной 
штамповки, вытяжки, вырубки и других операций получают машиностроительные детали; в машиностроении используют значительную долю 
листа с антикоррозионным покрытием в виде цинка, цинковых сплавов, 
алюминия, пластмасс и т.п., отдельную группу составляет лист из легированных, в основном нержавеющих марок стали, применяемых для производства бытовых приборов и других изделий; 
● жесть толщиной 0,1–0,5 мм, шириной до 1000 мм, предназначенная 
для использования в пищевой и перерабатывающей промышленности, 
производстве консервной тары и пр., причем большая часть жести используется с антикоррозионным покрытием оловом (белая жесть), а также пищевыми лаками, пластмассами и пр.; 
● кровельный лист толщиной 0,4–0,8 мм, применяемый в строительстве; 
● электротехнический лист толщиной более 0,2 мм, предназначенный для набора сердечников роторов и статоров электрических машин 
(динамная сталь), сердечников трансформаторов (трансформаторная 
сталь), реле и других изделий электротехнической промышленности. 
Листовой прокат из стали и цветных металлов используется в самых 
разнообразных отраслях промышленности. Поэтому листовую сталь часто 
подразделяют по назначению. Так, например, свариваемая корпусная сталь 
судостроения, качественная горячекатаная толстолистовая конструкционная углеродистая сталь толщиной от 4 до 14 мм и низколегированная сталь 
для котлостроения и сосудов, работающих под давлением, и др. Требования, предъявляемые к катаной продукции, регламентируются в России       
государственными или отраслевыми стандартами. 
В соответствии с государственным стандартом трубы, изготавливаемые на прокатных станах, подразделяются на две группы: бесшовные             
и сварные (со швом). Помимо круглых труб, производят также профильные трубы и трубы с переменными размерами сечения по длине. 
И, наконец, четвертую группу составляют специальные виды проката, к которым относят бандажи, колеса, шары, периодические и гнутые 
профили и др. Для этих видов прокатки применяются валки с соответствующими калибрами сложной формы. 
 
Марки сталей для прокатки 

Прокатке подвергают большое количество марок сталей, которые 
делят на три группы. 
К первой группе относят низкоуглеродистые стали с содержанием 
углерода не выше 0,37 %, например, стали конструкционные углеродистые