Технология прессования

ТЕХНОЛОГИЯ 
ПРЕССОВАНИЯ

Изложены основы теории прессования. Приведены виды, оборудо
вание и инструмент для прессования. Описаны типовой процесс и 

особенности технологических процессов прессования сплавов чер
ных и цветных металлов, а также указаны перспективные направле
ния развития данного вида производства.

ТЕХНОЛОГИЯ 
ПРЕССОВАНИЯ

ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕССОВАНИЯ

Оглавление 
 

1 

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ТЕХНОЛОГИЯ 
ПРЕССОВАНИЯ 
 
 
Допущено Учебно-методическим советом Сибирского федерального университета в качестве учебника для студентов, 
обучающихся по направлению подготовки магистров 22.04.02 
«Металлургия» (протокол № 9 от 14 июня 2017 г.) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2017 

Оглавление 
 

2 

УДК 621.979 (07) 
ББК 34.623.4я73 
         Т384 
 
 
 
 
К о л л е к т и в  а в т о р о в: 
И. Л. Константинов, С. Б. Сидельников, Н. Н. Довженко,  
С. В. Беляев, Д. С. Ворошилов 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы: 
Р. Л. Шаталов, доктор технических наук, профессор Московского политехнического университета; 
М. Г. Мотков, кандидат технических наук, главный инженер ООО «Красноярский 
металлургический завод» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Т384         Технология прессования : учеб. / И. Л. Константинов,         
С. Б. Сидельников, Н. Н. Довженко [и др.]. – Красноярск : Сиб.          
федер. ун-т, 2017. – 236 с. 
ISBN 978-5-7638-3763-6 
 
Изложены основы теории прессования. Приведены виды, оборудование 
и инструмент для прессования. Описаны типовой процесс и особенности технологических процессов прессования сплавов черных и цветных металлов, а также указаны перспективные направления развития данного вида производства. 
Предназначен для студентов, обучающихся по направлению подготовки 
магистров 22.04.02 «Металлургия». Может быть полезен слушателям курсов           
повышения квалификации и переподготовки кадров в области металлургического производства. 
 
 
Электронный вариант издания см.: 
http://catalog.sfu-kras.ru 
УДК 621.979(07)  
ББК 34.623.4я73 
 
ISBN 978-5-7638-3763-6                                                                    © Сибирский федеральный  
                                                                                                                  университет, 2017 

Оглавление 
 

3 

 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................... 5 
 
Г л а в а  1.  СУЩНОСТЬ  ПРОЦЕССА  ПРЕССОВАНИЯ ........................... 9 
1.1. Особенности прессования ...................................................... 9 
1.2. Сортамент и материалы пресс-изделий .............................. 12 
1.3. Виды прессования ................................................................. 26 
1.4. Прессование труб и полых профилей ................................. 34 
1.5. Прессование через многоканальную матрицу ................... 41 
 
Г л а в а  2.  ОСНОВЫ  ТЕОРИИ  ПРЕССОВАНИЯ .................................... 45 
2.1. Основные характеристики процесса прессования ............. 45 
2.2. Методы исследования пластического течения металлов  
       при прессовании .................................................................... 46 
2.3. Характер течения металла в контейнере ............................ 50 
2.4. Напряженное состояние при прессовании ......................... 54 
2.5. Силовые условия прессования ............................................ 56 
2.6. Тепловые условия прессования ........................................... 58 
2.7. Оптимизация температурно-скоростных условий  
       процесса прессования ........................................................... 78 
 
Г л а в а  3.  ОБОРУДОВАНИЕ  И  ИНСТРУМЕНТ  
                     ДЛЯ  ПРЕССОВАНИЯ ............................................................... 84 
3.1. Оборудование для прессования ........................................... 84 
3.2. Прессовый инструмент......................................................... 92 
3.3. Форкамерный инструмент и методика  
       его проектирования ............................................................ 106 
 
Г л а в а  4.  ТЕХНОЛОГИЯ  ПРЕССОВАНИЯ   
                     АЛЮМИНИЕВЫХ  СПЛАВОВ .............................................. 115 
4.1. Виды прессования и основная продукция ........................ 115 
4.2. Основные операции технологического процесса  
       прессования ......................................................................... 131 
4.3. Технологический процесс изготовления  
        полого профиля  
       КП 45390 из алюминиевого сплава АД31 ........................ 153 
 

Оглавление 
 

4 

Г л а в а  5. КОМПЬЮТЕРНОЕ  МОДЕЛИРОВАНИЕ  
                    ПРОЦЕССОВ  ПРЕССОВАНИЯ .............................................. 176 
5.1. Задачи компьютерного моделирования  
       в процессах прессования .................................................... 176 
5.2. Применение метода конечных элементов  
       для компьютерного моделирования  
       процессов прессования ....................................................... 177 
5.3. Моделирование прессования алюминиевых сплавов ...... 179 
5.4. Моделирование и расчет параметров  
       процессов прессования  
      с помощью программы INPRESS ....................................... 189 
 
Г л а в а  6.  НОВЫЕ  ВИДЫ  И  ТЕНДЕНЦИИ  РАЗВИТИЯ  
                     ПРОЦЕССОВ  ПРЕССОВАНИЯ ............................................. 208 
6.1. Совмещенное литье-прессование ...................................... 208 
6.2. Совмещенная прокатка-прессование ................................ 211 
6.3. Совмещенное литье и прокатка-прессование .................. 223 
 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК .......................................................... 230 
 
ПРЕДМЕТНЫЙ  УКАЗАТЕЛЬ ..................................................................... 232 

Введение 
 

5 

 
ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Одним из основных стимулов для развития процесса прессования 
или экструзии металлов послужила возросшая в XVII–XVIII вв. потребность в трубах для подачи жидкостей. В 1795 г. англичанин Джозеф Брама 
впервые описал и запатентовал гидравлический пресс, состоящий из 
прочного цилиндра с поршнем внутри, предназначенный для изготовления 
труб из свинца и других металлов. Цилиндр пресса сообщался с нагнетательным насосом, с помощью которого в него поступала вода, постепенно 
поднимая поршень. В процессе совершенствования конструкции пресса 
изобретатель решил ряд сложных технических проблем. Одна из них состояла в обеспечении герметичности между поршнем и стенками цилиндра, 
так как при действии поршня вода могла попадать через зазор в другую 
часть цилиндра, что не позволяло обеспечивать нужное давление. Указанную 
задачу помог решить Браму его сотрудник, будущий известный изобретатель и машиностроитель Г. Модели, предложивший оснастить поршень 
самоуплотняющейся манжетой. Для этого Модели поставил кольцеобразный вкладыш из крепкой кожи, выпуклый сверху и вогнутый снизу. При 
заполнении цилиндра водой под высоким давлением края кожаной манжеты раздвигались, плотно прижимаясь к поверхности цилиндра, и закрывали собой зазор. В 1797 г. Дж. Брама выдвинул идею применения гидравлического пресса для изготовления свинцовых труб путем продавливания 
металла через кольцевидное отверстие матрицы. Однако практическая 
реализация этого проекта была осуществлена другим инженером Т. Бурром, 
построившим в 1820 г. гидравлический пресс для прессования свинцовых 
труб. В конструкции этого пресса на конце плунжера располагался прессштемпель, диаметр которого был немного меньше внутреннего диаметра 
контейнера, чтобы пресс-штемпель мог свободно перемещаться в контейнере. На торце пресс-штемпеля закреплялась оправка в виде стержня,      
называемого еще иглой, диаметр которой соответствовал внутреннему 
диаметру прессуемой трубы. Внешний диаметр свинцовой трубы соответствовал диаметру матрицы. Перед прессованием пресс-штемпель опускался в крайнее нижнее положение, а затем в контейнер заливался жидкий 
свинец. После застывания металла в верхней части контейнера устанавливалась матрица, ввинчивающаяся в специальное гнездо с нарезкой. Процесс прессования начинался с подъема плунжера и связанного с ним 
пресс-штемпеля, а в контейнере создавалось гидростатическое давление, 

Введение 
 

6 

под действием которого металл переходил в пластичное состояние. В результате из контейнера выдавливалась бесшовная свинцовая труба с заданными значениями внешнего и внутреннего диаметров. Этот процесс 
получил впоследствии название метода прямого прессования. 
С 70-х гг. XIX в. экструзионные прессы начали использовать для 
производства электрического кабеля. В 1879 г. французский инженер Барелл сконструировал гидравлический пресс для наложения свинцовой 
оболочки на электрический кабель, что позволило установить телефонную 
и телеграфную связь между странами и континентами. Разработанный Бареллом способ нанесения защитной оболочки на электрокабели сохранился до настоящего времени. 
Развитие процесса экструдирования побудило инженеров-металлургов 
перенести полученный опыт на прессование труднодеформируемых металлов. 
Особенно большой спрос был на трубы из меди и ее сплавов. Впервые 
проблему прессования медных труб и прутков осуществила в 1893 г. фирма 
«Троус Коппер Компани», построившая специальный пресс высокого давления. Для прессования применяли нагретую до температуры 850 °C медную заготовку, которую помещали в вертикальный контейнер гидравлического пресса. Затем сверху в контейнер опускался плунжер, соединенный 
с гидросистемой пресса, и прошивал заготовку по центру. При этом металл 
выдавливался вверх, образуя короткий полый цилиндр. Так появился обратный метод прессования металла. В 1896 г.впервые было предложено 
заменить монолитный (из чугуна или стали) контейнер на многослойный.  
Во всех описанных случаях металл заливали в контейнер в расплавленном состоянии. Изобретение более мощных прессов, в которых 
усилие создавалось с помощью насосов и аккумулятора, дало возможность 
перейти на прессование металлов в твердом состоянии, увеличить размеры 
заготовок, заменить прокатку прутков, профилей и проволоки из латуни на 
получение этой продукции прессованием, а с 1914 г. начали получать 
стальные пресс-изделия. 
До 60-х гг. ХХ в. для прессования (особенно труб) применялись 
в основном вертикальные прессы, обеспечивающие высокую равномерность толщины стенки труб. Однако благодаря улучшению конструкции 
горизонтальные прессы для прессования в скором времени вытеснили вертикальные прессы. 
В 1925 г. были построены первые прессы для обратного прессования, которые сначала применили для прессования латуни, а затем стали 
использовать для получения пресс-изделий из труднодеформируемых 
сплавов. 
В течение долгого времени прессы применялись для выпуска конкретного вида прессованной продукции, и только в 60-х гг. ХХ в. стали 
изготавливать универсальные прессы. В России механические устройства 

Введение 
 

7 

для прессования пластичных материалов применяли с XVII в., а первые 
установки для прессования появились в конце XIX в. 
С течением времени техника прессового производства совершенствовалась: улучшались конструкции прессов, и увеличивалась их мощность; использовались более совершенные конструкции прессового инструмента и материалы для их изготовления; вовлекались в обработку все 
новые металлы и сплавы, усложнялась форма, и в итоге повышалось качество пресс-изделий. 
В настоящее время особо бурное развитие получило производство 
прессованных алюминиевых полуфабрикатов. Основными потребляющими отраслями этой продукции являются машиностроение, строительная 
промышленность и производство тары и упаковки. 
Целью изучения дисциплины «Технология прессования» является 
знакомство с теоретическими основами и технологией этого процесса, 
с помощью которого получают длинномерные полуфабрикаты из металлов 
и сплавов.  
Изучение дисциплины «Технология прессования» позволит ознакомиться: 

● с понятиями, терминами и сущностью операций прессования металлов; 

● с принципами составления технологических процессов прессования; 

● с основным оборудованием и инструментом, применяемым для 
процессов прессования; 
приобрести умения:  

● по выбору и расчету необходимого оборудования; 

● оценке технических решений для достижения высокого качества 
прессованной продукции; 

● расчету основных параметров технологических процессов прессования; 
получить навыки: 

● по выбору и режиму обработки материала, исходя из условий его 
эксплуатации и комплекса предъявляемых требований; 

● пользованию нормативно-технологической документацией. 
Таким образом, изучение дисциплины «Технология прессования» 
в совокупности с другими дисциплинами учебного плана подготовки по 
направлению «Металлургия» имеет стратегическую цель сформировать 
ответственных, самостоятельных и готовых к самосовершенствованию 
выпускников, способных быть не только квалифицированными исполнителями мероприятий по осуществлению технологических процессов прессования, но и являться активными участниками разработки и внедрения 
энерго- и ресурсосберегающих технологий в данной области. Достижение 
этой цели в соответствии с Федеральным государственным образовательным 

Введение 
 

8 

стандартом высшего профессионального образования связано с формированием у студентов общекультурных и профессиональных компетенций, 
а изучение материалов данного учебника позволит освоить дисциплину 
«Технология прессования» и сформировать профессиональные компетенции при многоуровневой подготовке студентов по направлению «Металлургия».

1.1. Особенности прессования 
 

9 

 
Г л а в а  1 

 
СУЩНОСТЬ  ПРОЦЕССА  ПРЕССОВАНИЯ 
 
 
1.1. Особенности прессования 
 
Прессованием (экструдированием) называют вид обработки металлов давлением, при котором обрабатываемый металл выдавливается из 
замкнутого объема через один или несколько каналов прессового инструмента (матрицы). 
Это один из наиболее эффективных процессов получения длинномерных металлоизделий – прессованных профилей или пресс-изделий, 
отличающихся экономичностью и высокой надежностью при использовании в конструкциях. Прессованная продукция в виде профилей, труб, 
прутков, панелей широко применяется и в быту, а также для изготовления 
деталей различного оборудования. 
Изучению теоретических и технологических основ процесса прессования посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых 
[1–16]. Среди них В. Л. Бережной, Г. И. Гуляев, Н. А. Грабарник, М. С. Гильденгорн, М. З. Ерманок, Ю. И. Манегин, А. А. Нагайцев, И. Л. Перлин, 
И. Н. Потапов, А. Е. Притоманов, Л. X. Райтбарг, Л. М. Сухоруков, В. И. Фейгин, В. Н. Щерба, М. Баузер, Д. Грин, Р. Гржиб, Г. Зауер, К. Зигерт, Т. Шпитель и др. 
Важным преимуществом прессованной продукции является также 
возможность объединения в одном пресс-изделии нескольких частей детали, 
выполняющих различные функции. Например, прессованная панель (рис. 1.1) 
сообщает жесткость конструкции и выполняет также ограждающую и несущую функции. Ранее аналогичные детали изготавливали заклепочным 
креплением уголковых или тавровых профилей (стрингеров) на листах, 
полученных прокаткой. Однако клепка является трудоемким процессом, 
требующим предварительных операций разметки и сверления, к тому же 
отверстия под заклепку в деталях панели могут служить причиной начала 
разрушения всей сборной конструкции. Перевод производства данной 
продукции на прессование позволяет полностью устранять эти недостатки 
и получать монолитное изделие за один ход пресса, в котором полотно 
и стрингеры представляют собой единое целое. 
Другое важное преимущество прессованных изделий заключается 
в том, что их можно сделать такой сложной конфигурации, с точными 
размерами сечения и тонкими стенками, что другими способами обработ

Г л а в а  1.  Сущность процесса прессования 
 

10 

ки давлением, например, прокаткой или даже резанием получить аналогичную продукцию невозможно. Поэтому конструкции, в которые устанавливаются прессованные профили, существенно легче аналогичных, но 
изготовленных другими способами.  
 

 
 
Рис. 1.1. Панели из алюминиевых сплавов для быстроходных судов 
 
Сущность процесса прессования на примере прямого прессования 
заключается в том (рис. 1.2), что заготовка 1, нагретая до температуры 
прессования, помещается в контейнер 2. С противоположной (выходной) 
стороны контейнера в матрицедержателе 3 размещена матрица 5, формирующая сечение пресс-изделия 4. Давление от главного цилиндра пресса, 
благодаря которому металл попадает в контейнер, а далее в рабочий канал 
матрицы, формирующий заданное сечение изделия, передается на заготовку пресс-штемпелем 7 через пресс-шайбу 6. 
Распространённость прессования объясняется наиболее благоприятной для проявления пластичности деформируемого металла схемой напряженного состояния – всесторонним неравномерным сжатием. На практике 
прессование металлов осуществляют в широком интервале температур от 
комнатной до 1 250 °C, а выбор температурных условий прессования           
определяется главным образом величиной сопротивления деформации  
металла, габаритами заготовки и силовыми возможностями деформирующего оборудования. Хотя в основном применяют горячее прессование, 

1.1. Особенности прессования 
 

11 

однако использование высокопрочных сталей для изготовления прессового 
инструмента, а также создание мощного оборудования позволило расширить применение холодного прессования для металлов и сплавов, имеющих невысокое сопротивление деформации, или для получения продукции 
с малыми размерами поперечного сечения. 
По сравнению с другими 
процессами получения длинномерных металлоизделий, в качестве 
которых можно взять прокатку труб 
и сортовую прокатку, прессование 
имеет ряд преимуществ, заключающихся в следующем. При прокатке на многих участках пластической зоны возникают большие растягивающие 
напряжения, 
понижающие пластичность обрабатываемого металла, а при прессовании 
благодаря действию схемы неравномерного всестороннего сжатия  
появляется возможность изготавливать  за  одну  операцию  различные  

 

 
 
Рис. 1.2. Схема прямого прессования:  
1 – заготовка; 2 – контейнер; 3 – матрицедержатель; 4 – пресс-изделие; 5 – матрица; 
6 – пресс-шайба; 7 – пресс-штемпель 

пресс-изделия, или не получаемые прокаткой, или получаемые, но за 
большое число проходов. Область применения прессования особенно 
расширяется, когда степени деформации за переход превышают 75 %, 
а коэффициент вытяжки имеет значение более 100. 
Прессованием можно получать изделия практически любых форм 
поперечного сечения, а прокаткой только профили и трубы сравнительно 
простых конфигураций сечения. 
При прессовании легче осуществляется перевод технологического 
процесса получения одного вида пресс-изделия на другой, что выполняется главным образом заменой матрицы. 
Пресс-изделия точнее по размерам, чем катаные, что обусловлено 
замкнутостью объема прессового инструмента в отличие от незамкнутого 
калибра, образованного вращающимися валками при прокатке. При этом 
качество поверхности изделия в основном определяется качеством выполнения канала матрицы и правильным выбором параметров прессования. 
Высокие степени деформации при прессовании, как правило, обеспечивают превышающий уровень свойств изделий. 
Прессование, в отличие от прокатки, можно применять для получения пресс-изделий из малопластичных материалов, полуфабрикатов из 
порошковых и композиционных материалов, а также плакируемых компо