Основы проектирования технологий листовой штамповки

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ТЕХНОЛОГИЙ ЛИСТОВОЙ 
ШТАМПОВКИ

С.В. СУХОВ
М.В. ЖАРОВ
А.В. СОКОЛОВ

Москва
ИНФРА-М
2020

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом 
профессионального образования в качестве учебного пособия для учебных заведений, 
реализующих программу среднего профессионального образования 
по укрупненной группе специальностей 
22.02.00 «Технологии материалов» 
(протокол № 6 от 06.04.2020) 

Федеральное государственное бюджетное образовательное 
учреждение высшего профессионального образования 
«МАТИ — Российский государственный технологический 
университет имени К.Э. Циолковского»

УДК 669(075.32)
ББК 34.3я723
 
С91

Сухов С.В.
С91  
Основы проектирования технологий листовой штамповки : учебное пособие / С.В. Сухов, М.В. Жаров, А.В. Соколов. — Москва : 
ИНФРА-М, 2020. — 124 с. — (Среднее профессиональное образование). 

ISBN 978-5-16-015033-8
В учебном пособии рассматриваются основы проектирования технологических процессов изготовления деталей посредством холодной 
листовой штамповки. Подробно излагается методология разработки технологических процессов в условиях единичного, серийного и массового 
производства листо-штамповочных изделий. Приводятся практические 
рекомендации по проектированию схемы технологического процесса, конструированию штамповой оснастки, выбору материалов для изготовления 
деталей штампов. Рассмотрено несколько примеров разработки технологических процессов производства деталей методом листовой штамповки.
Предназначено для студентов технологических специальностей учреждений среднего профессионального образования, технических вузов и инженеров, работающих в области обработки металлов давлением.

УДК 669(075.32)
ББК 34.3я723

Р е ц е н з е н т ы:
Шелест А.Е., доктор технических наук, профессор, академик МОО 
«Российская академия космонавтики имени К.Э. Циолковского», лауреат Ленинской премии;
Бажанов А.В., кандидат технических наук, доцент, начальник отдела ОАО «Научно-исследовательский институт точного приборостроения»;
Лаврененко Ю.А., кандидат технических наук, доцент, ведущий специалист ГНЦ РФ ФГУП «Центральный научно-исследовательский 
автомобильный и автомоторный институт “НАМИ”»

ISBN 978-5-16-015033-8
© Сухов С.В., Жаров М.В., 
Соколов А.В., 2015, 2020

ВВедение

Листовая штамповка является самостоятельным видом обработки 
металлов давлением, объединяющим ряд технологических процессов, посредством которых в ходе пластической деформации из плоской заготовки получают объемное или плоское готовое изделие. Как 
правило, листовая штамповка производится в холодном состоянии, 
и лишь только при деформировании толстых заготовок или заготовок из труднодеформируемых сплавов применяется подогрев исходной заготовки. 
В качестве исходного материала для изделий, получаемых листовой штамповкой, применяются листы, ленты, полосы различных 
металлов и сплавов. Реже в качестве исходного материала применяется проволока или трубчатые заготовки.
Листовая штамповка по отношению к другим технологическим 
процессам получения изделий из металлов и сплавов обладает целым 
рядом технологических и экономических преимуществ. Технологические преимущества листовой штамповки заключается в том, что 
листовая штамповка позволяет:
• получать детали весьма сложных форм, изготовление которых 
другими методами обработки затруднено или невозможно;

• создавать легкие по весу, но в то же время прочные и жесткие 
детали;

• получать готовые изделия, т.е. изделия, не требующие дальнейшей механической обработки;

• получать целый спектр различных изделий, в том числе и изделия объемной конфигурации.
С экономической точки зрения листовая штамповка характеризуется следующими преимуществами1:
• высоким коэффициентом использования металла в связи с малыми отходами и отсутствием последующей механической обработки;

• высокой производительностью процесса, особенно в случае 
применения последовательных и совмещенных штампов;

• небольшой трудоемкостью деформационных операций;
• низкой стоимостью изготовляемых деталей;
• высокой стойкостью (низким износом) деформирующей оснастки 
по сравнению, например, с процессами объемной горячей деформации. В связи с этим значительно снижаются затраты на 
изготовление специальной оснастки. 

1
Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1971. 

Кроме того, процессы листовой штамповки отличаются легкостью автоматизации, механизации и роботизации технологического 
процесса, что позволяет не только увеличить производительность 
труда и качество изделий и полуфабрикатов, но и значительно уменьшить вероятность риска травмирования работающих.
Производство деталей методом листовой штамповки занимает 
достаточно большое место в современном машиностроении, приборостроении, судостроении, в автомобильной и других отраслях промышленности. Наибольшее распространение листовая штамповка 
получила в крупносерийном и массовом производстве, где большие 
объемы годового выпуска деталей позволяют использовать технически более совершенные, хотя и более сложные и дорогие, штампы. 
Однако наряду с этим в настоящее время холодная листовая штамповка широко применятся в мелкосерийном и даже единичном производстве.
При разработке технологических процессов изготовления деталей 
методом листовой штамповки, в отличие от горячей объемной штамповки, необходимо учитывать несколько принципиальных моментов. Во-первых, листовой штамповкой получают практически готовое изделие, которое после отделочных операций готово к дальнейшему использованию. В результате горячей объемной штамповки в 
большинстве случаев получается полуфабрикат, который требует последующей механической обработки (токарной или фрезерной).
Во-вторых, последовательность технологических процессов изготовления деталей листовой штамповкой не является такой же однозначной, как при горячей объемной штамповке. В достаточно 
большой степени технологическая схема получения листоштамповочной детали зависит от формы изделия, его размеров, пространственной конфигурации и годовой программы выпуска. Например, 
при изготовлении листоштамповочной детали, для получения которой основной формоизменяющей технологической операцией является вытяжка в условиях единичного и мелкосерийного производства, штамповку целесообразнее вести из штучных плоских заготовок. Поэтому в начале технологического процесса необходимо 
предусмотреть операции, позволяющие обеспечить получение штучных заготовок (операций резки листов на полосы и вырубки штучных заготовок из полосы). При изготовлении аналогичной детали в 
условиях крупносерийного и массового производства технологический процесс целесообразнее проводить штамповкой в ленте, поэтому 
разделительные операции (отделение готовой детали от ленты или 
полосы) будут являться заключительной технологической листоштамповочной операцией.
В-третьих, конструкция штампов при листовой штамповке в значительной мере зависит не только от формы и размеров получаемого 

изделия, но и от особенностей технологического процесса и годовой 
программы выпуска. В условиях единичного и мелкосерийного производства целесообразнее применять однооперационные простые 
штампы, которые за один ход пресса обеспечивают выполнение одной технологической операции. В условиях массового и крупносерийного производства целесообразнее использовать комбинированные штампы совмещенного или последовательного действия, в которых за один ход пресса выполняется несколько деформационных 
операций.
Поэтому при разработке технологического процесса изготовления 
детали методом листовой штамповки необходимо не только применять все знания по теории и технологии листовой штамповки, 
теории обработки металлов давлением, теории пластичности и металловедению, но и творчески подходить к разработке технологического процесса, продумывая различные варианты изготовления каждой конкретной детали.

ГлаВа 1.  
РазРаботка технолоГии  
изГотоВления детали методом
листоВой штампоВки

При разработке технологического процесса для полноценной реализации поставленной цели по созданию нового процесса необходимо решить следующие основные задачи:
• дать краткую характеристику материала, из которого будет изготавливаться деталь, привести его химический состав, представить механические свойства материала;

• провести анализ чертежа детали, т.е. провести анализ формы и 
размеров изделия;

• провести анализ заданной программы выпуска изделия;
• разработать предварительную схему технологического процесса 
производства заданной детали или лучше несколько альтернативных схем изготовления детали;

• определить размеры исходной плоской заготовки или размеры 
условной заготовки при штамповке в ленте или при штамповке 
в полосе;

• провести определение размеров исходного листового материала 
и разработать карту раскроя материала; 

• разработать технологический процесс изготовления заданной 
детали;

• выбрать смазочные материалы для деформационных операций 
технологического процесса;

• разработать штамповую оснастку для реализации деформационных операций;

• в случае использования комбинированных штампов, в которых 
за один ход пресса выполняется несколько деформационных 
операций, определить центр давления штампа;

• разработать сборочные чертежи штампов и спецификации к ним;
• разработать чертежи рабочих деталей штампов (пуансонов и матриц), а в случае необходимости и других нестандартных деталей штамповой оснастки;

• выбрать материалы для изготовления деталей штампов в соответствии с условиями работы каждой конкретной детали штампов, а также предложить требования по термообработке материалов деталей штампов;

• провести проверочные расчеты на прочность для рабочих деталей штампов. 
При разработке нового технологического процесса изготовления 
детали методом листовой штамповки необходимо придерживаться 
предложенной выше последовательности действий.

1.1.
пРедостаВление кРаткой инфоРмации  
о матеРиале изделия

При анализе сведений о материале изделия необходимо представить информацию, связанную с химическим составом сплава, 
указать механические свойства материала изделия при комнатной 
температуре, указать государственный стандарт (ГОСТ), отраслевой 
стандарт (ОСТ) или технические условия (ТУ), регламентирующие 
химический состав и механические свойства материала. В обязательном порядке в табличной форме должны быть представлены следующие механические свойства материала изделия, которые потребуются при дальнейших технологических расчетах:
• предел прочности материала σв, МПа;
• предел текучести σт, МПа;
• сопротивление срезу σср, МПа;
• относительное удлинение δ, %.
Целесообразно здесь же представить показатели штампуемости 
материала изделия:
• коэффициент вытяжки (предельный коэффициент вытяжки Кпр 
и рабочий коэффициент вытяжки Краб) или степень вытяжки 
(суммарную степень вытяжки m, пооперационную степень вытяжки m1, m2, m3 и т.д.). Необходимо помнить, что коэффициент 
вытяжки и степень вытяжки — это обратные показатели, связанные соотношением

Кпр = 1 / m; 
(1.1)

• минимальный радиус загиба rmin, мм;
• коэффициенты отбортовки.
На этом же этапе необходимо определить режимы термической 
обработки материала изделия и в первую очередь режимы отжига, 
необходимого для восстановления пластических свойств материала, 
потерянных в процессе холодной пластической деформации. При 
этом традиционно указываются:
• температура нагрева, °С или К;
• время выдержки при заданной температуре отжига, ч;
• условия охлаждения полуфабрикатов.
В ряде справочников механические свойства материалов представляются в устаревшей системе измерений и в некотором интервале, например «…предел прочности листовых полуфабрикатов из 
стали 30ХГСА составляет 55–75 кгс/мм2…» 1. Для предупреждения 
разночтений при дальнейших расчетах необходимо использовать 

1
Ковка и штамповка: Справочник. В 4 т / Под. ред. Е.И. Семенова. Т. 1. 
Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка. М.: Машиностроение, 1985.

среднюю величину, получаемую как среднее арифметическое и, 
кроме того, необходимо перевести показатель предела прочности из 
устаревшей системы измерений (СГС — «сантиметр–грамм–секунда») в современную систему измерений (СИ). Для показателей 
прочности материалов применяется единица измерений мегапаскаль 
(МПа). Соответственно имеем:

 55 – 75 кгс/мм2 ≈ 65 кгс/мм2 = 65 · 9,8 МПа = 637 МПа.

В табл. 1.1 представлены наиболее часто используемые при разработке технологических процессов изготовления полуфабрикатов 
методом листовой штамповки механические и технологические показатели и единицы измерений последних, а также представлена 
методика перевода единиц измерений показателей из устаревшей 
системы измерений СГС в действующую систему СИ. 
Особое внимание необходимо обратить на коррозионные свойства материала изделия, а именно склонность материала изделия к 
коррозии при комнатной температуре в условиях повышенной влажности при транспортировке или хранении готовой продукции на 
открытом воздухе. Это обусловлено необходимостью определения 
операции консервации изделий, которая заключается в нанесении 
определенных консервирующих смазочных покрытий на готовое изделие после его производства.

Т а б л и ц а  1 . 1

единицы измерений с системах сГс и си

№
п/п
Наименование показателя
Единицы измерений
Методика перевода из 
системы СГС в систему СИ
Система СГС
Система СИ

1
Предел прочности, предел 
текучести, сопротивление 
срезу

кгс/мм2
МПа
1 кгс/мм2 ≈ 9,8 Н/мм2 = 
= 9,8 МПа

2
Усилие
кгс (тс)
Н (кН)
1 кгс ≈ 9,8 Н

3
Удельное усилие  
(давление)
кгс/мм2
Н/мм2
1 кгс/мм2 ≈ 9,8 Н/мм2 = 
= 9,8 МПа

1.2.
анализ чеРтежа детали и заданной  
пРоГРаммы Выпуска изделий

При анализе чертежа заданной готовой детали, ее формы и 
размеров необходимо решить несколько вопросов, связанных с производством заданного изделия. Кроме того, на этом же этапе путем 
анализа размеров изделия и годовой программы его выпуска необходимо определить серийность производства заданного изделия.

Серийность производства изделия является достаточно важным 
фактором в листовой штамповке и некоторым образом определяет 
технологический процесс производства детали. Серийность производства определяет:
• тип оборудования, на котором будут производиться деформационные, разделительные и формоизменяющие операции;

• тип штампов, которые необходимо изготовить для реализации технологического процесса (однооперационные простые штампы, 
многооперационные штампы совмещенного, последовательного 
или комбинированного действия и т.д.);

• вид заготовки, из которой будет изготавливаться деталь (штучная заготовка, сдвоенная заготовка, лента и т.д.).
Условно можно выделить несколько видов серийности производства: единичное, мелкосерийное, серийное, крупносерийное и массовое. Серийность производства определяется размерами заготовки 
и годовой программой выпуска.
Единичное производство характеризуется производством единиц, 
десятков и сотен штук основных деталей в год. С экономической 
точки зрения наиболее оптимальным при единичном или мелкосерийном производстве является применение простых однооперационных штампов, в которых за один ход пресса осуществляется одна 
деформационная операция. Подобные штампы являются относительно простыми с конструкционной точки зрения, содержат большое количество стандартизованных деталей, блоков и, как следствие, 
относительно дешевы. Единичное и мелкосерийное производство 
характеризуется частой сменой партий изготавливаемых изделий и, 
как следствие, частой переустановкой и наладкой штамповой оснастки. Производство характеризуется высоким уровнем ручного труда, 
отсутствием средств механизированной и автоматизированной подачи полос или штучных заготовок. В качестве исходных заготовок 
при единичном и мелкосерийном производстве используются исключительно штучные заготовки, вырезаемые из листа или вырубаемые из полосы металла. В качестве деформационного оборудования 
в основном используются универсальные прессы (кривошипные или 
гидравлические).
В табл. 1.2 представлена градация листоштамповочного производства по видам серийности в зависимости от годовой программы 
выпуска изделий1.
В условиях крупносерийного или массового производства экономически целесообразнее вести штамповку изделий из полос или лент 
с отделением готового изделия от полосы или ленты на последнем 
этапе блока деформационных операций.

1
Зубцов М.Е. Листовая штамповка. М.; Л.: Машгиз, 1967.

Т а б л и ц а  1 . 2 

серийность листоштамповочного производства, шт.

Годовая  
программа 
выпуска

Тип производства

массовое
крупносерийное
серийное
мелкосерийное
единичное

Для крупных 
деталей
Свыше
300 000 
20 000– 
300 000 
2 000– 
20 000
До
2 000 
Единицы, 
десятки  
и сотни штук

Для средних 
деталей
Свыше
1 000 000 
50 000– 
1 000 000 
5 000– 
50 000 
До
5 000 

Для мелких 
деталей
Свыше
5 000 000 
100 000– 
5 000 000 
10 000– 
100 000 
До 10 000 

В качестве исходного материала при массовом и крупносерийном 
производстве достаточно часто выбираются полосы или ленты. Процесс производства характеризуется высоким уровнем механизации и 
автоматизации труда и наличием многооперационных штампов, выполняющих за один ход пресса несколько деформационных операций. 
В качестве оборудования при таком типе производства довольно часто 
используются специальные прессы и штамповочные автоматы.
На этапе анализа чертежа детали необходимо не только досконально описать форму, геометрические параметры и размеры детали, 
но и, что еще более важно, рассмотреть геометрические особенности 
детали и проанализировать возможность использования технологических операций, позволяющих получить и само изделие и различные его геометрические элементы. На этом этапе необходимо определить, какие формоизменяющие операции будут основными, а какие — вспомогательными.
В случае если основной формоизменяющей операцией будет вытяжка, необходимо решить, сколько операций вытяжки необходимо 
для получения заданного объемного изделия. 
Предположим, необходимо получить изделие, представленное на 
рис. 1.1. Толщина стенки изделия практически постоянная по всей 
образующей изделия и составляет 2 мм. Программа выпуска изделия 
составляет 10 000 шт./год.
Помимо описания чисто визуального восприятия объекта (деталь 
представляет собой полое изделие и является телом вращения) необходимо рассмотреть и параметры технологичности детали, 
а именно отношение высоты детали к диаметру цилиндрической 
части изделия, отношения максимального и минимального диаметра 
изделия, отношение высоты изделия к толщине стенки изделия, оценить радиусы закруглений сочленения цилиндрической и сферообразной части изделия.