Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2009, № 3

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

ИЗВЕСТИЯ

ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 

УНИВЕРСИТЕТА

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Выпуск 3

Издательство ТулГУ

2009

УДК 621.983; 539.374; 621.774; 539.3, 539.374
ISSN 2071-6168

Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 
338 с.

Представлены результаты исследований по различным вопросам механики деформирования твердого тела, теории и практики пластического формоизменения металлов в холодном, полугорячем и горячем состояниях. Рассмотрены некоторые вопросы проектирования оборудования и устройств автоматизации, определения их конструктивных параметров. Большое внимание уделено штамповке анизотропных материалов при различных температурно-скоростных условиях деформирования. Анализируются технологические операции вытяжки без утонения стенки, комбинированной вытяжки, обжима, раздачи, ротационной вытяжки, выдавливания, газоформовки, магнитно-импульсной штамповки, ротационной ковки, деформирования в режиме сверхпластичности и др. В статьях использованы материалы грантов РФФИ и Президента Российской Федерации на поддержку молодых российских ученых и ведущих научных 
школ.
Материалы сборника могут быть полезны научно-техническим работникам, 
инженерам, аспирантам и магистрам, специализирующимся в области механики деформируемого твердого тела и обработки металлов давлением.

Редакционный совет
М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя, 
В.В. ПРЕЙС – главный редактор, В.А. АЛФЕРОВ, И.А. БАТАНИНА, 
О.И. БОРИСКИН, В.И. ИВАНОВ, B.C. КАРПОВ, Р.А. КОВАЛЁВ, 
А.Н. ЧУКОВ, Е.А. ФЕДОРОВА, А.А. ХАДАРЦЕВ

Редакционная коллегия
О.И. Борискин (отв. редактор), В.С Карпов (зам. отв. редактора). 
Р.А. Ковалев (зам. отв. редактора), А.Н. Чуков (зам. отв. редактора), 
В.Б. 
Морозов 
(отв. 
секретарь), 
А.Е. 
Гвоздев, 
А.Н. 
Иноземцев, 
А.Б. Копылов, Е.А. Макарецкий, Е.П. Поляков, В.В. Прейс, П.Г. Сидоров, 
В.М. Степанов, А.А.Трещёв, С.С. Яковлев, А.С. Ямников

Подписной индекс 27851 
по Объединённому каталогу «Пресса России»

«Известия ТулГУ» входят в Перечень 

ведущих научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора наук

© Авторы научных статей, 2009

© Издательство ТулГУ, 2009

70 ЛЕТ КАФЕДРЕ «МЕХАНИКА ПЛАСТИЧЕСКОГО 
ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ» ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА

Осенью 2009 года исполнилось 70 лет одной из старейших кафедр 
Тульского государственного университета – кафедре «Механика пластического формоизменения» (ранее кафедра «Технология штамповочного производства»).
В 1939 году в соответствии с требованиями промышленности в действующем тогда Тульском механическом институте (ТМИ) была организована подготовка специалистов по холодной и горячей обработке металлов 
давлением.
В довоенное и военное время подготовка специалистов осуществлялась по ускоренным учебным программам.
После окончания войны подготовка студентов стала вестись по 
нормальной учебной программе. На кафедру пришли молодые преподаватели: Лебедев К.В., Шевелев В.В., Обозов И.П., Успенский Б.И. и опытные 
производственники, пришедшие из промышленности: Аврутин С.В., Давыдов В.И., Малов А.Н., а также Ренне И.П., бывший студент первого выпуска ТМИ по специальности «Горячая штамповка».
С 1946 по 1954 г. кафедрой «Технология  штамповочного производства» руководил Малов А.Н., а в период с 1954 по 1956 гг. и с 1956 по 1961 
гг. заведующими кафедрой
были доцент Ренне И.П. и профессор 
Попов Е.А.
С приходом на кафедру молодых преподавателей значительно активизировалась научная деятельность. Основное научное направление кафедры было связано  с исследованием процессов вытяжки с утонением 
стенки, обжима краевой части заготовки, гибки, отбортовки. Исследования 
по гибке листовых заготовок, выполненные И.П. Ренне, стали классическими и нашли отражение в учебниках, монографиях и справочниках по 
листовой штамповке.
В этот же период получили начальное развитие идеи нового метода исследования деформированного состояния при сложном нагружении в процессах обработки металлов давлением с помощью координатной сетки, разработанного И.П. Ренне. Этот метод широко используется и ныне при анализе процессов штамповки.

Результаты проведенных исследований нашли свое отражение в 
учебниках, монографиях, справочниках, научных статьях и стали основой 
для защиты кандидатских диссертаций. Так, в 1953 г. кандидатскую диссертацию защитил Ренне И.П., в 1963 г. – Обозов И.П., а в 1957 г. докторскую диссертацию защитил Попов Е.А.
С 1956 по 1962 гг. на кафедре основное внимание уделялось исследованию совмещенных процессов листовой штамповки с целью их интенсификации, разработке методики построения кривых истинных напряжений и исследованию на ее базе механических свойств некоторых листовых 
металлов. Это направление исследовательской работы в значительной степени обусловлено тенденцией расширения применения совмещенных процессов в современной технологии.
Одновременно велись исследования по установлению влияния режимов термической обработки и эффективности действия смазки при горячей штамповке на стойкость и износ штампов. Было изучено влияние легирующих элементов на свойства штамповых сталей и разработана методика определения износа штампов.
В 1963 г. был организован Тульский политехнический институт 
(ТПИ), а механико-машиностроительный факультет переименован в механический. В его состав вошла кафедра «Технология штамповочного производства», которую возглавил Ренне И.П. (1963-1970 гг.). Ему принадлежит 
значительная роль в подготовке научных кадров на кафедре. Им подготовлено свыше 50 кандидатов и 3 доктора технических наук. 
В 
1964 
г. 
при 
кафедре 
организуется 
отраслевая 
научноисследовательская лаборатория № 5, открывается аспирантура. К этому 
времени кафедра пополнилась молодыми сотрудниками, защитившими 
кандидатские диссертации (Валиев С.А., Базык А.С., Яковлев С.П.), а также способными специалистами – выпускниками и производственниками 
(Маленичев А.С., Купор Н.В., Евдокимов А.К. и др.).
Открытие ОНИЛ-5 и аспирантуры способствовало дальнейшему 
развитию научно-исследовательской работы, связей с производством и 
подготовки научных кадров.
В 1971 г. докторскую диссертацию защитил Ренне И.П., а в 1972 г. 
была защищена докторская диссертация Яковлевым С.П., который в 
1970 г. был назначен заведующим кафедрой и руководил ею свыше 30 лет.
Основным направлением научной деятельности С.П. Яковлева является 
разработка методов анализа и расчетов статических и динамических процессов обработки металлов давлением на основе создания обобщенных математических моделей, в которых учитываются реальные свойства анизотропии и неоднородности механических свойств материала. Эти разработки позволяют научно обосновать выбор рациональных технологических 
параметров процессов обработки металлов давлением, обеспечивающих 

интенсификацию процессов, экономию материалов и повышение качества 
получаемых изделий.
Яковлев С.П. является руководителем научной школы «Теория и 
технология формоизменения изотропных и анизотропных упрочняющихся 
материалов при различных термомеханических режимах в процессах обработки давлением». По этому научному направлению с 1968 года началась 
подготовка кадров высшей квалификации. Под его научным руководством 
и выполнили защитили кандидатские диссертации свыше 100 человек. 
Яковлев С.П. консультировал и оказывал помощь в работе при написании 
докторских диссертаций и подготовке к защите 35 соискателям. И в настоящее время под его руководством успешно работает докторантура. 
В 2004 г. заведующим кафедрой «Механика пластического формоизменения» был назначен д-р техн. наук, проф. С.С. Яковлев.
Основные научные результаты кафедры относятся к разработке 
теоретических методов определения деформаций при плоском стационарном и нестационарном пластическом течении, способов решения смешанной краевой задачи, экспериментального подхода к оценке деформаций 
при стационарном течении на базе теории пластического течения.
В это же время получили развитие теоретические методы учета 
влияния начальной анизотропии и неоднородности материала в расчетах 
технологических параметров процессов обработки металлов давлением. 
Были получены основные соотношения для анализа процессов, протекающих в условиях плоского напряженного, плоского деформированного и 
осесимметричного состояний. Установлены режимы ведения процесса вытяжки цилиндрических и коробчатых деталей, позволяющие получить 
оболочки практически без образования фестонов, что исключает операцию 
подрезки торца и создает условия для экономии металла.
На кафедре активно проводятся работы по развитию теории обработки металлов давлением анизотропных материалов при различных температурных условиях деформирования. Предлагается вариант теории пластичности начально-ортотропного тела с анизотропным упрочнением, который основан на условии текучести Мизеса – Хилла, неоднородном расширении поверхности нагружения без перемещения в шестимерном пространстве напряжений, связанном с главными осями анизотропии, и предполагающей справедливость ассоциированного закона течения. Вводятся 
деформационные или энергетические параметры упрочнения. Рассматриваются одно- и многопараметрические модели анизотропного упрочнения. 
Разрабатывается подход к выбору математической модели анизотропного 
упрочнения ортотропного тела для анализа процессов пластического формоизменения.
Для анализа процессов формоизменения анизотропного листового материала при медленном горячем деформировании сформулированы уравнения связи между скоростями деформаций и напряжениями, получены 

уравнения состояния при ползуче-пластическом деформировании (кратковременной ползучести) анизотропного материала. Разработаны феноменологические модели разрушения (энергетическая и деформационная) анизотропного листового материала при кратковременной ползучести, основанные на принципе линейного накопления повреждаемости в области пластической деформации и деформации ползучести.

Коллектив кафедры 2009 г.

Научные 
результаты, 
полученные 
в 
процессе 
научноисследовательской работы, способствовали развитию и совершенствованию методической работы и использованию научных результатов при 
многоуровневой подготовке бакалавров, инженеров и магистров, которых 
выпускает кафедра с 1992/93 учебного года.
Подготовка магистров ведется по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование» по трем программам: 150400/39 «Теория
и технология штамповки анизотропных заготовок», 150400/40 «Высокоскоростные методы обработки металлов давлением» и 150400/41 «Высокоэффективные технологические процессы листовой и объемной штамповки».
В 1996 г. состоялся первый выпуск бакалавров, а в 1998 г. – первый 
выпуск магистров, многие из которых поступили в аспирантуру.  Введение 
многоуровневой подготовки бакалавров, инженеров, магистров потребовало большой работы над учебными планами и тщательной методической 
подготовки, связанной с пересмотром многих методических указаний и 
пособий. На кафедре были введены специальности «Технология горячей 
штамповки» и «Технология холодной штамповки», предусматривающие 

подготовку инженеров на базе научных достижений кафедры. В этой связи 
был подготовлен цикл новых дисциплин, раскрывающих особенности 
штамповки анизотропных материалов, основы компьютерного моделирования, технологии магнитно-импульсной штамповки, ротационной вытяжки и т.д.
Последние годы характеризуют кафедру новым подъемом в области 
научно-исследовательской и учебной работы. Постоянная связь с крупнейшими ведущими промышленными центрами и исследовательскими институтами и рядом крупнейших вузов страны позволила кафедре определить фундаментальный характер работ, состоящий в создании основ ресурсосберегающих процессов деформирования при изготовлении изделий 
машиностроения с высокими техническими требованиями.
В это время кафедра активно сотрудничает с целым рядом предприятий и вузов, таких как ФГУП «ГНПП «Сплав», ГУП «КБП», 
ОАО «ЦКБА», ОАО «ТНИТИ», НИИ репрографии, ОАО «Корпорация 
«Тактическое ракетное вооружение», РКК «Энергия» им. С.П. Королева», 
ФГУП «ГНПП Техномаш», ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина», ФГУП 
«Государственный 
космический 
научно-производственный 
центр 
им. М.В. Хруничева», ФГУП «НПО машиностроения», КБ «Химавтоматика», НПО «Энергомаш», завод «Штамп» (Тула), Машзавод им. В.М. Рябикова (Тула), Новомосковский СКБРТ, ФГУП «ГНПП «Базальт», МГТУ 
им. Н.Э. Баумана, МГТУ «МАМИ», РИСХМ, МГТУ «СТАНКИН», УралГТУ, Московский государственный институт стали и сплавов (технический университет), ОрелГТУ, Чувашский госуниверситет, МГТУ «МАИ», 
Липецкий ГТУ и др.
Научная и практическая ценность выполненных работ позволила 
значительно усовершенствовать учебный процесс и провести солидную 
подготовку научных кадров через аспирантуру и докторантуру, открытую 
на кафедре в 1995 году.
На кафедре МПФ осуществляется подготовка кадров высшей квалификации. 
В табл. 1 приведены результаты работы научной школы по подготовке кадров высшей квалификации за 2004 – 2008 гг.

Таблица 1
Защиты диссертационных работ в научной школе за 2004 – 2009 гг.

Защиты
диссертационных
работ
2004 г.
2005 г.
2006 г.
2007 г.
2008 г.

докторских
2
2
0
0
2

кандидатских
3
3
12
6
6

Ежегодно сотрудниками кафедры МПФ публикуется свыше 60 научных статей в центральной печати и межвузовских сборниках научных 
трудов.
В табл. 2 приведены результаты работы сотрудников кафедры по 
изданию монографий и учебных пособий с грифом учебно-методического 
объединения вузов РФ по университетскому и политехническому образованию за 2004 – 2008 гг.

Таблица 2
Издание монографий и учебных пособий за 2004 – 2008 гг.

Виды изданий
2004 г.
2005 г.
2006 г.
2007 г.
2008 г.

Монографии
4
1
1
1
0

Учебники и учебные пособия
0
1
1
5
1

Статьи в центральной печати
53
41
91
77
42

Под руководством профессоров С.П. Яковлева и С.С. Яковлева, 
Н.Е. Проскурякова и доцента А.С. Маленичева на кафедре успешно внедрена вычислительная техника. 
В настоящее время подготовка специалистов ведется по направлению 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование» в рамках 
специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давление» по трем новым специализациям: 15020116 «Технологические системы 
листовой штамповки»; 15020117 «Технологические системы объемной 
штамповки» и 15020118 «Конструирование автоматических машин и комплексов гибких систем кузнечно-штамповочного производства».
В течение нескольких лет на основе межправительственных соглашений между республикой Молдова и Российской Федерацией на Кишиневском тракторном заводе функционирует Представительство Тульского 
государственного университета, ведущее заочную подготовку специалистов по обработке металлов давлением (проф. В.А. Андрейченко).
На 
протяжении 
многих 
лет 
сотрудники 
кафедры 
проф., 
д-р техн. наук С.П. Яковлев, проф., д-р техн. наук С.С. Яковлев, проф., 
д-р техн. наук Г.В. Панфилов принимают активное участие в работе специализированных ученых советов по присуждению степеней кандидата и 
доктора наук в Тульском госуниверситете и других вузах страны.
Достижения кафедры неоднократно демонстрировались на различных выставках и презентациях, таких, например, как Региональная выставка-ярмарка «Дни Тульской области в Москве» (ВЦ «Сокольники»); Межрегиональная выставка-ярмарка конкурентоспособных проектов и разработок «Наследники Демидовых» ( Тула); Лейпцигская ярмарка, международные салоны изобретений, новой техники и товаров, Международная выставка «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции», Всемирный Салон 
инноваций «Брюссель - Эврика 2002» и др.

По результатам научно-исследовательской работы сотрудники кафедры неоднократно были удостоены звания лауреата премии имени С.И. 
Мосина (в 1976, 2002, 2006, 2008 гг.) в области разработок военной техники, технологии и оборудования, имеющих двойное применение.
В 1982 г. профессору С.П. Яковлеву была присуждена премия Совета Министров СССР за создание и внедрение новых технологических 
процессов и специального оборудования в области машиностроения. В 
1998 г. профессорам С.П. Яковлеву и С.С. Яковлеву были удостоены  Государственной премии РФ в области науки и техники за разработку научных основ и ресурсосберегающих процессов деформирования при изготовлении изделия машиностроения с высокими техническими требованиями, а в 2006 г. – премии Правительства Российской Федерации в области 
науки и техники за разработку комплекса технологий и научное обеспечение производственных процессов пластического формообразования особо 
ответственных деталей машиностроения из высокопрочных анизотропных 
материалов.
За большие достижения в области развития экономики России д-ра
техн. наук, проф. С.П. Яковлев, С.С. Яковлев и В.И. Трегубов были удостоены звания лауреата премии имени А.Н. Косыгина Российского Союза 
товаропроизводителей (2005 г.) и премии Тульской области в области науки и техники имени акад. Б.С. Стечкина (2006 г.).
Интенсивная научно-исследовательская работа, проводимая на кафедре, явилась базой для привлечения к научной деятельности студентов, 
подготавливаемых кафедрой.
Научно-исследовательская работа студентов на кафедре МПФ является практической составляющей учебного процесса, способствующей углубленному пониманию роли обработки металлов давлением в развитии 
машиностроения и перспектив совершенствования технологий. Благодаря 
проводимым исследованиям студент приобретает уверенность в надежности получаемых знаний и начинают формироваться его компетентность и 
опыт, без которых специалист может и не состояться.
Наибольший вклад в работу со студентами внес проф., д-р техн. наук А.К. Евдокимов.
За последние пять лет работы НИРС студенты участвовали во многих вневузовских научных мероприятиях (табл. 3).
В 2005 г. студентами кафедры получен Научный кубок России 2-й 
степени на XII Всероссийской конференции «Шаг в будущее» (МГТУ им. 
Н.Э. Баумана). В 2006 г. завоеваны две Золотые медали и Диплом победителя за 1-е место на Международной выставке молодых изобретателей 
«IRIS 2006», проводимой правительством Индии, компанией Интел, Конфедерацией Индийской промышленности, проводимой в Индийском Экспоцентре XXI в Нью-Дели, а также получены дипломы Минобрнауки РФ о 
присуждением президентских «премий для поддержки талантливой моло

дёжи». В 2007 г. работы студентов удостоены Диплома и Кубка на ІІІ Международном Салоне изобретений и новых технологий «НОВОЕ ВРЕМЯ» 
(Севастополь, Украина), двух золотых медалей, Диплома и Специального 
приза Международного конкурса детских и международных инноваций и 
разработок «Новое время», Диплома отличия и Бронзовой медали Румынского общества изобретателей, Диплома Технического университета Молдовы. В 2008 г. на XI Международном Салоне промышленной собственности «Архимед 2008» (Москва, ВЦ «Сокольники») студенты кафедры МПФ 
ТулГУ были удостоены Кубка Правительства Москвы и Грамоты «Лучшее 
российское изобретение, представленное на Салоне «Архимед-2008», награждены 3 золотыми медалями Международного жюри, дипломом за 3-е 
место и медалью «Архимед» с денежной премией, бронзовой медалью и  
дипломом от Общества изобретателей Румынии за работы в области механики и обработки металлов давлением. Товарный знак Научной микрошколы «Ступени мастерства» (разработчик студентка 6-го курса М.А. Лазарева) завоевал Золотую медаль «Trade mark LEADER» Международного 
жюри, а ее научный руководитель был удостоен Ордена «Серебряный Архимед» 
от 
Президиума 
правления 
Международного 
клуба 
«ARCHIMEDES», завоеваны Золотые медали и Диплом на 4-й Международной выставке изобретений  «Taipei International Invention Show & Technomart 2008» (табл. 3).

Таблица 3
Участие студентов во вневузовских научных 
мероприятиях в 2004 - 2008  гг.

Мероприятие
Годы

2004
2005
2006
2007
2008

Выступления
Конференции
11
8
10
14
38

Выставки
5
4
10
12
10

Конкурсы
8
17
18
19
46

Награды
Кубки/ спецпризы
1/0
1
0
1/2
2/1

Медали
3
3
5
12
10

Дипломы
25
21
26
46
64

Публикации
Тезисы докладов
18
14
18
17
60

Статьи
14
13
6
13
14

Патентование
Заявки
0
2
3
3
2

Патенты
1
1
0
2
2

Финансирование
Гранты
1
1
3
4
3

Стипендии/премии
0/0
0/0
0/0
0/2
0/1

На кафедре около 10 лет функционировало студенческое конструкторское бюро (СКБ) «Механик» - одна из форм студенческой научноисследовательской работы.