Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2012, № 6

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение 

высшего профессионального образования 
 
«Тульский государственный университет» 
 

 
 
ISSN 2071-6168 
 
 
 
ИЗВЕСТИЯ 
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
 
 
 
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 
 
 
Выпуск 6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 
Издательство ТулГУ 
2012 

ISSN 2071-6168 
 
 
УДК 621.86/87 
 
Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 6. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 211 с. 
 
Рассматриваются научно-технические проблемы в области машиностроения и машиноведения, технологии и оборудования обработки металлов давлением. 
Материалы предназначены для научных работников, преподавателей вузов, студентов и аспирантов, специализирующихся в проблематике 
технических наук. 
 
 
Редакционный совет 
 
М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя, 
В.В. ПРЕЙС – главный редактор, А.А. МАЛИКОВ – отв. секретарь, 
И.А. БАТАНИНА, О.И. БОРИСКИН, В.И. ИВАНОВ, Н.М. КАЧУРИН, 
Е.А. ФЕДОРОВА, А.К. ТАЛАЛАЕВ, В.А. АЛФЕРОВ, В.С. КАРПОВ, 
Р.А. КОВАЛЁВ, А.Н. ЧУКОВ 
 
Редакционная коллегия 
 
О.И. Борискин (отв. редактор), А.Н. Карпов (зам. отв. редактора), 
Р.А. Ковалев (зам. отв. редактора), А.Н. Чуков (зам. отв. редактора), 
С.П. Судаков (выпускающий редактор), Б.С. Яковлев (отв. секретарь), 
И.Е. Агуреев, А.Н. Иноземцев, С.Н. Ларин, Е.П. Поляков, В.В. Прейс, 
А.Э. Соловьев 
 
 
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 научные результаты 
диссертаций на соискание учёной степени доктора наук 
 
 
© Авторы научных статей, 2012 
© Издательство ТулГУ, 2012 

ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ 
ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ 
 
 
 
 

К 60-летию со дня рождения 

Трегубова   Виктора   Ивановича 
лауреата премии Правительства РФ в области науки и техники, 

доктора технических наук, профессора, член-корреспондента 

Российской академии ракетных и артиллерийских наук, 

академика Академии проблем качества РФ 

Организатор производства реактивных  систем 

залпового огня. Лауреат премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники 
(2004 г.). Награжден орденом Почета (1992 г.) и многими медалями. Доктор технических наук, профессор, 
член-корреспондент РА РАН, академик АПК РФ. Почетный работник отрасли боеприпасов и спецхимии.  

Трегубов 
Виктор 
Иванович 
родился 

22.06.1952 г. в городе Тула. После окончания в 1979 г. 
Тульского политехнического института поступил на 
работу в ФГУП «ГНПП «Сплав», работал зам.  начальника цеха, начальником цеха, зам. начальника отдела, зам. генерального директора. С 1 июля 2008 г. первый заместитель генерального 
директора по производству – директор завода. 

Трегубов В.И. внес значительный вклад в укрепление обороноспо
собности России, обеспечение потребностей вооруженных сил в новейших 
видах вооружений и военной технике нового поколения. На руководимом им заводе отработана технология и организовано  производство 
28 видов реактивных снарядов различного назначения к высокоэффек

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 6 
 

 
4

тивным 
реактивным 
системам залпового 
огня 
«Град», 
«Ураган», 

«Смерч», не имеющим мировых аналогов. 

В кратчайшие сроки под его руководством организовано серийное 

производство боеприпасов для тяжелой огнеметной системы «ТОС-1», 
хорошо зарекомендовавшей себя при проведении антитеррористических 
операций, а также внедрена технология производства  высокоэффективных 
боеприпасов для  авиационных носителей для поражения площадных и 
особо важных наземных целей, налажено производство боеприпасов противолодочного вооружения для авианосителей, корабельной системы противолодочной обороны, что позволило увеличить огневую мощь Российской Армии и Флота. 

Трегубов В.И. является крупным специалистом в области теории 

процессов 
обработки 
металлов 
давлением 
и 
технологии 
кузнечно
штамповочного производства. Профессор кафедры «Механика пластического формоизменения» Тульского государственного университета. Имеет 
более 200 научных работ, 31 авторское свидетельство и патенты на изобретения, в соавторстве им изданы 7 учебных пособий с грифом Учебнометодического объединения вузов по университетскому и политехническому образованию. 

По результатам научно-исследовательской работы он трижды удо
стоен звания лауреата премии им. С.И. Мосина (2002, 2006, 2010 гг.) в области разработок военной техники, технологии и оборудования, имеющих 
двойное применение. В 2005 г. Трегубову В.И. в составе творческого коллектива присуждена премия Правительства РФ в области науки и техники. 
За большие достижения в области развития экономики доктору технических наук Трегубову В.И. в 2005 г. присуждена премия им. А.Н. Косыгина, 
а в 2006 г. – премия Тульской области в сфере науки и техники 
им. Б.С. Стечкина. 

Трегубов В.И. – член редакционного совета журнала «Заготови
тельные производства в машиностроении». 

Ректор ТулГУ Грязев М.В., 

первый проректор ТулГУ Григоров И.В., 

проректор по научной работе ТулГУ Кухарь В.Д. 

нач. УНИР Маликов А.А., 

директор Политехнического института ТулГУ Борискин О.И. 

директор Института высокоточных систем им. В.П.Грязева ТулГУ Чуков А.Н., 

декан факультета МТ Ларин С.Н., 

зав. кафедрой МПФ Яковлев С.С. 

Технологии и оборудование обработки металлов давлением 
 

 
5

УДК 621.983 
С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, 
mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ), 
К.С. Ремнев, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, 
mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ), 
В.И. Трегубов, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, 
mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ) 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ 
ПОЛУСФЕРИЧЕСКИХ ТОНКОСТЕННЫХ ДНИЩ 
ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА 

 
Приведен новый технологический процесс изготовления полусферических днищ 
из высокопрочных титановых сплавов методами глубокой вытяжки. 
Ключевые слова: анизотропия, технологический процесс, титановый сплав, 
полусферическое днище, деформирование, вытяжка, сила, разрушение. 

В космической технике для хранения топлива широко используют
ся баки сферической формы, изготавливаемые из двух отштампованных 
полусфер сваркой встык. 

Основными критериями при выборе материала для бака являются 

запас прочности, долговечность и малая масса. Установлено, что по сравнению с алюминиевыми баки, изготавливаемые из титановых сплавов, при 
прочих равных качественных показателях будут иметь более низкую массу, а следовательно, более выгодны. 
Новый титановый сплав ПТ-3Вкт содержит в своем составе следующие легирующие элементы в % массы: Al - 3,8, V – 1,4,  C – 0,08, 
N2  - 0,04,  Fe – 0,07, Si – 0,02, O2 – 0,13. 

Поскольку отштампованные полусферические днища в дальнейшем 

проходят операцию химического фрезерования, для облегчения конструкции и из-за особых условий работы изделий высокие требования предъявляются к результирующему утонению отштампованных днищ. Оно не 
должно быть меньше 0,9 толщины исходного материала 0
s . 

Кроме того, титановые сплавы имеют существенно меньшую 

теплопроводность по сравнению с алюминиевыми, что немаловажно 
для криогенных баков, они не требуют проведения специальных мероприятий по защите от коррозии и более пригодны для многоразового использования. 

Для хранения больших запасов горючего при давлении, не превы
шающем 6 МПа, используют сферические баки в интервале диаметров 
1000 мм<
сф
D
<2000 мм с рассчитанным из условий прочности соотноше
нием 
сф
D
s0
 < 0,003. 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 6 
 

 
6

Известен способ штамповки днищ с предварительным ступенчатым 

набором и последующей калибровкой на мощных гидравлических прессах 
или установках для беспрессовой штамповки с использованием импульсных энергоносителей [1, 2]. 

Недостатком этого способа является тот факт, что фланец, полу
чаемый на первом переходе предварительной вытяжки, остается без изменений до окончательной калибровки и является также фланцем требуемого 
полусферического полуфабриката, а весь предварительный набор осуществляют за счет перераспределения металла без участия в нем фланца. При 
этом диаметр первого перехода 
1
D  меньше диаметра полусферы [4], ибо в 

противном случае ступенчатая заготовка не вписалась бы в калибровочную 
матрицу, повторяющую контур заготовки и, следовательно, коэффициент 
вытяжки первого перехода в отличие от коэффициентов вытяжки последующих переходов, в среднем равных 0,8 составил  бы 

56
,0
6,1

9,0

.

.
1
≈
≈
=
сф

сф

заг
d
D

D

D
D
m
, 

что делает невозможным использование метода при штамповке полусфер 
из титановых сплавов. Способ не дает также такую форму ступенчатого 
набора, которая обеспечила бы снижение широтных деформаций растяжения и исключила бы гофрообразование при калибровке, т.к. не содержит 
указаний, на какую высоту производить вытяжку в каждом переходе предварительного ступенчатого набора. Из опыта известно [1-3], что гофры, 
возникающие при штамповке титановых сплавов, не устраняются ни последующей калибровкой взрывом, ни калибровкой вгорячую, а увеличение 
деформаций растяжения, не достигающих критической величины при калибровке более пластичных металлов, приводит к разрывам при штамповке. 

Указанным методом из металлов, имеющих уменьшенную или низ
кую штампуемость, каким и являются титановые сплавы, качественную 
полусферу с соотношением 
сф
D
s0
<0,003 вхолодную получить невоз
можно. 

Задачей 
является 
повышение 
качества 
крупногабаритных 

(1000 мм<
сф
D
<2000 мм ) полусферических днищ титановых баков с соот
ношением толщины стенки 
0s  к диаметру днища 
сф
D
 меньше 0,003. 

Поставленная задача решается путем многопереходной ступенчатой 

вытяжки цилиндрических стаканов с промежуточными отжигами и последующей калибровкой импульсным нагружением с образованием изделия 
требуемой формы, причем на первом переходе вытяжки получают цилиндрический стакан без фланца с диаметром 
1
d , равным от 1,15
сф
D
 до 

1,25
сф
D
 [4]. На втором переходе формируют фланец, а вытяжку цилинд

Технологии и оборудование обработки металлов давлением 
 

 
7

рической части стакана производят до момента появления отклонения цилиндрической стенки, полученной на первом переходе, от исходного положения. На третьем переходе вытягивают полуфабрикат с высотой, равной  от 0,9 до 0,95 z  ( z  - расстояние между плоскостью фланца, 
обращенной к цилиндрической части, и плоскостью, параллельной фланцу, 
и проведенной через линию пересечения проекции контура готового днища и цилиндрической стенки полуфабриката второго перехода), а на каждом следующем переходе вытяжку производят до полного переформовывания цилиндрической стенки, полученной на предыдущем переходе, в 
цилиндрическую стенку с меньшим диаметром. 

Последовательность операций поясняется рис. 1 – 7. 
На рис. 1, 2 изображена исходная листовая заготовка и детали после 

первой операции вытяжки; на рис. 3 – 10 показаны вытяжные переходы 
соответственно с I по VI; на рис. 7 изображен полуфабрикат после калибровки обтяжкой; на рис. 9 представлена схема II перехода вытяжки, где 
номерами позиций 1, 2 и 3 обозначены соответственно матрица, прижим и 
пуансон; на рис. 10 - схема V перехода вытяжки. 

Рис. 1. Заготовка. Отжиг при 
C
T
o
600
=
 в течение 1 часа 

 
Рис. 2. Полуфабрикат I перехода вытяжки. 

Отжиг при 
C
T
o
600
=
 в течение 1 часа 

Следует отметить, что во втором переходе вытяжка прекращается в 

момент, когда кромка заготовки под действием изгибающего момента на 
входе А под радиусный прижим отклоняется с увеличением диаметра (см. 
рис. 1). 

При продолжении процесса вытяжки уменьшается диаметр кромки 

А при втягивании ее под прижим 2, что приведет к появлению гофр и затем трещин на свободном (не под прижимом) участке фланца Б . Опытным 
путем установлено, что при диаметре первого перехода меньше 1,15
сф
D
 

усиливается тенденция к гофрообразованию под радиусным прижимом 
второго перехода, поскольку уменьшается плоский участок В , а при диа

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 6 
 

 
8

метре первого перехода 
1
d  больше 1,25 
сф
D
 количество втянутого в мат
рицу металла будет недостаточно для последующего набора. 

В третьем переходе штамповка ведется с радиусным прижимом по 

дну цилиндра второго перехода. Перетяжка стенки второго в стенку 
третьего перехода прекращается в тот момент, когда высота оставшейся 
стенки второго перехода будет составлять 
z
)
95
,0
...
9,0
(
, где z  - расстояние 

между плоскостью фланца, обращенной к цилиндрической части, и плоскостью, параллельной фланцу, и проведенной через линию пересечения 
проекции контура готового днища и цилиндрической стенки полуфабриката второго перехода (см. рис. 3). Установлено, что в случае, если эта высота будет больше 0,95 z , наружный радиус второго перехода R  будет лежать настолько близко к дну калибровочной матрицы, что в начале 
процесса калибровки упрется в дно матрицы и затруднит скольжение и обтяжку материала по пуансону, что вызовет смятие ступени и вследствие 
этого гофрообразование. Уменьшение высоты оставшейся стенки второго 
перевода приведет к увеличению широтных деформаций растяжения при 
калибровке на внутреннем радиусе D  второй ступени и повышению вероятности разрывов при калибровке вхолодную. 

 
Рис. 3. Полуфабрикат II перехода вытяжки. 

Отжиг при 
C
T
o
600
=
 в течение 1 часа 

Рис. 4. Полуфабрикат III перехода вытяжки 

Технологии и оборудование обработки металлов давлением 
 

 
9

Рис. 5. Полуфабрикат IV перехода вытяжки 

Рис. 6. Полуфабрикат V перехода вытяжки 

Рис. 7. Полуфабрикат VI перехода вытяжки. 

Отжиг при 
C
T
o
600
=
 в течение 1 часа 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 6 
 

 
10

Рис. 8. Полуфабрикат после калибровки обтяжкой 

Экспериментально установлено, что если высота оставшейся части 

по диаметру второго перехода лежит в интервале (0,95…0,9) z  при калибровке в холодную, то не происходит гофрообразования и мала вероятность 
разрывов. 
 

 
 
Рис. 9. Схема II перехода 
вытяжки: 1 – матрица; 
2 – прижим; 3 – пуансон 

 
Рис. 10. Схема V перехода 
вытяжки 

В оставшихся переходах ступенчатого набора максимальное при
ближение ступенчатого контура к полусфере, что равнозначно для оставшихся переходов максимальному углублению ступеней, достигают тем, 
что вытяжку очередного перехода ведут до тех пор, пока цилиндрический 
участок стенки предыдущего перехода полностью не перетянется в стенку 
последующего так, что верхний выпуклый 1r  и нижний вогнутый 2r  радиусы перетягиваемой стенки начнут сопрягаться (см. рис. 6). При этом 
высота цилиндрического участка каждой новой вытянутой стенки получается меньшей, чем у предыдущей, и через 2 - 3 перехода цилиндрический 
участок полностью исчезает. На этом процесс получения ступенчатого по