Обрабатывающий инструмент в машиностроении

С.С. КЛИМЕНКОВ

ОБРАБАТЫВАЮЩИЙ 
ИНСТРУМЕНТ 
В МАШИНОСТРОЕНИИ

Минск
Москва
«Новое знание»
«ИНФРАМ»

2021

Утверждено
Министерством образования Республики Беларусь 
в качестве учебника для студентов учреждений высшего образования по 
машиностроительным специальностям

УДК [621.7+621.9].07(075.8)
ББК 34.5-5я73
 
К49

Клименков, С.С.
Обрабатывающий инструмент в машиностроении : учебник / 
С.С. Клименков. — Минск : Новое знание ; М. : ИНФРА-М, 
2021. — 459 с. : ил. — (Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-985-475-621-9 (Новое знание).
ISBN 978-5-16-009371-0 (ИНФРА-М, print).
ISBN 978-5-16-100345-9 (ИНФРА-М, online).

Рассмотрены типовые конструкции обрабатывающего инструмента 
в машиностроении: штампы для холодного и горячего деформирования 
материала, пресс-формы для изготовления изделий из порошков, 
литьевого и режущего инструмента. Приведены расчеты формообразующих элементов. Даны рекомендации по выбору материалов.
Для студентов машиностроительных специальностей, магистрантов, 
аспирантов, а также учащихся технических колледжей и слушателей 
системы повышения квалификации инженерно-технических работников.

УДК [621.7+621.9]07(075.8)
ББК 34.5-5я73 

К49

 
© Клименков С.С., 2013
 
© ООО «Новое знание», 2013
ISBN 978-985-475-621-9 (Новое знание).
ISBN 978-5-16-009371-0 (ИНФРА-М, print).
ISBN 978-5-16-100345-9 (ИНФРА-М, online).

Рецензенты:
заведующий кафедрой «Технология машиностроения» Брестского государственного технического университета, кандидат технических наук, 
доцент О.А. Медведев;
доктор технических наук, профессор Ж.А. Мрочек

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Оглавление

От автора ....................................................................................................................................6

Глава 1. Инструмент для листовой штамповки .........................................................8
1.1. Общие сведения о процессах и штампах листовой штамповки ...................8
1.2. Отрезные штампы.........................................................................................................13
1.3. Штампы для вырубки-пробивки ............................................................................16
1.4. Расчет исполнительных размеров разделительных матриц  
и пуансонов .....................................................................................................................21
1.5. Детали разделительных штампов ...........................................................................23
1.6. Штампы для чистовой вырубки-пробивки .........................................................40
1.7. Гибочные штампы .........................................................................................................45
1.8. Вытяжные штампы.......................................................................................................52
1.9. Штампы для вытяжки с преднамеренным утонением ...................................62
1.10. Совмещенные штампы .............................................................................................67
1.11. Штамповые узлы и детали общего назначения ..............................................70
1.12. Штампы для крупногабаритных заготовок ......................................................82

Глава 2. Инструмент для объемного деформирования .......................................91
2.1. Принципы классификации .......................................................................................91
2.2. Молотовые штампы .....................................................................................................93
2.3. Штампы кривошипных горячештамповочных прессов .............................. 100
2.4. Обрезные штампы ..................................................................................................... 112
2.5. Штампы горизонтально-ковочных машин ....................................................... 116
2.6. Штампы для изотермического деформирования металлов....................... 122
2.7. Инструмент для полугорячей штамповки ....................................................... 127
2.8. Инструмент для холодной объемной штамповки ......................................... 129
2.9. Инструмент для горячего прессования ............................................................. 140
2.10. Инструмент для гидропрессования .................................................................. 156
2.11. Инструмент для горячего гидродинамического прессования ................ 164
2.12. Инструмент для волочения ................................................................................. 168

Глава 3. Инструмент для прессования изделий из порошков ....................... 172
3.1. Общие сведения о способах прессования ........................................................ 172
3.2. Пресс-формы для холодного прессования ....................................................... 176
3.2.1. Принципы классификации пресс-форм ................................................ 176
3.2.2. Съемные пресс-формы для универсальных прессов ........................ 177
3.2.3. Стационарные пресс-блоки для универсальных прессов ............... 181
3.2.4. Инструмент для специализированных прессов-автоматов ............ 183
3.2.5. Расчет высотных размеров элементов инструмента 
для специализированных прессов ............................................................ 185
3.2.6. Типовые конструкции пресс-форм для изготовления 
прессовок повышенной сложности .......................................................... 187

Оглавление
4

3.3. Расчет геометрических параметров элементов порошковых 
изделий и формообразующих деталей пресс-форм ..................................... 190
3.4. Детали пресс-форм .................................................................................................... 194
3.5. Пресс-формы для горячего прессования .......................................................... 209
3.6. Пресс-формы для холодного калибрования и допрессовки 
спеченных изделий ................................................................................................... 212
3.7. Штампы для динамического горячего прессования спеченных 
порошковых заготовок ............................................................................................ 216

Глава 4. Литьевой инструмент ..................................................................................... 222
4.1. Общие сведения о процессах литья под давлением ..................................... 222
4.2. Конструкции пресс-форм ....................................................................................... 225
4.3. Стержнеизвлекающие механизмы пресс-форм .............................................. 241
4.4. Механизмы фиксации стержней .......................................................................... 246
4.5. Механизмы выталкивания отливок .................................................................... 249
4.6. Системы термостабилизации пресс-форм ........................................................ 251
4.7. Конструкции и расчет формообразующих деталей ...................................... 257
4.8. Конструкционные детали пресс-форм для литья под давлением ........... 269
4.9. Инструмент для штамповки жидкого металла............................................... 273
4.10. Конструкции пресс-форм для жидкой штамповки .................................... 275
4.11. Детали пресс-форм для жидкой штамповки ................................................. 282
4.12. Конструкции кокилей ............................................................................................ 284

Глава 5. Инструмент для формообразования изделий из пластмасс ......... 293
5.1. Общие сведения ......................................................................................................... 293
5.2. Конструкции пресс-форм ....................................................................................... 296
5.3. Конструкции формообразующих деталей пресс-форм ............................... 303
5.4. Расчет загрузочной полости пресс-формы и исполнительных 
размеров формообразующих элементов ........................................................... 307
5.5. Формы для литья под давлением ........................................................................ 313
5.6. Функциональные системы литейных форм .................................................... 324
5.7. Материалы деталей литейных форм, пресс-форм 
и шероховатость поверхностей ............................................................................ 335
5.8. Экструзионный инструмент .................................................................................. 340
5.9. Калибрующий инструмент ..................................................................................... 347
5.10. Формы для раздувного формования ............................................................... 349
5.11. Инструмент для пневмовакуумного формования ...................................... 355

Глава 6. Режущий инструмент .................................................................................... 358
6.1. Инструментальные материалы ............................................................................. 358
6.1.1. Требования, предъявляемые к инструментальным материалам .... 358
6.1.2. Инструментальные стали ............................................................................ 359
6.1.3. Твердые сплавы ............................................................................................... 362
6.1.4. Минералокерамические материалы ........................................................ 365
6.1.5. Сверхтвердые инструментальные материалы ..................................... 366

Оглавление
5

6.2. Резцы .............................................................................................................................. 367
6.3. Фрезы ............................................................................................................................. 381
6.4. Инструменты для обработки отверстий ........................................................... 392
6.4.1. Сверла ................................................................................................................. 392
6.4.2. Зенкеры .............................................................................................................. 400
6.4.3. Развертки ........................................................................................................... 407
6.4.4. Комбинированные инструменты для обработки отверстий .......... 411
6.5. Резьбообразующий инструмент ........................................................................... 413
6.5.1. Резьбонарезной инструмент ....................................................................... 413
6.5.2. Резьбонакатной инструмент ....................................................................... 417
6.6. Протяжки ...................................................................................................................... 419
6.6.1. Назначение, основные типы и области применения протяжек .... 419
6.6.2. Конструкции протяжек ................................................................................ 424
6.7. Зуборезный инструмент .......................................................................................... 426
6.7.1. Копирующий зуборезный инструмент ................................................... 426
6.7.2. Зубообкатывающий инструмент............................................................... 428
6.8. Абразивный инструмент ......................................................................................... 436
6.8.1. Области применения абразивных материалов .................................... 436
6.8.2. Связующие материалы ................................................................................. 439
6.8.3. Сверхтвердые материалы ............................................................................ 442
6.9. Шлифование наружных и внутренних поверхностей ................................. 444
6.10. Форма абразивного инструмента ...................................................................... 447
6.11. Хонинговальные головки ..................................................................................... 450

Рекомендуемая литература ............................................................................................ 454

От автора

Студенты.машиностроительного.профиля.в.процессе.обучения.

должны.ознакомиться.с.основными.технологическими.процессами. заготовительного. производства,. научиться. анализировать. их.
с.технологической.и.экономической.позиций,.уметь.грамотно.выполнять.чертеж.заготовки,.подбирать.необходимое.оборудование.
и.при.необходимости.проектировать.инструмент..С.учетом.многообразия. используемого. инструмента. процесс. обучения. сконцентрирован.преимущественно.на.режущем.инструменте..

Реальные.производственные.задачи.выходят.за.рамки,.ограниченные.только.режущим.инструментом..Цель.данного.учебника.—.
научить.студентов.ориентироваться.во.всем.многообразии.используемого. в. машиностроении. инструмента. и. применять. типовые.
конструкции.для.реализации.конкретных.технологических.задач.
При. изучении. дисциплины. «Обрабатывающий. инструмент».

студентам. предлагается. специальная. литература. по. соответствующим. разделам:. обработка. давлением,. литейное. производство,. порошковая. металлургия,. производство. изделий. из. пластмасс. и. др..
Описание.конструкций.и.расчет.инструмента.разбросаны.по.многочисленным.источникам..Кроме.того,.отсутствие.в.библиотеках.в.достаточном. количестве. рекомендуемой. литературы. создает. определенные.сложности.в.организации.учебного.процесса.
Данный. учебник. в. комплексе. с. ранее. изданным. учебником.

«Про.ектирование. и. производство. заготовок». (Минск:. Техно.перспек.тива,. 2008). является. попыткой. системно. изложить. вопросы.
проектирования.технологий.и.конструирования.инструмента.в.области.заготовительного.производства.
Книга.подготовлена.в.соответствии.с.базовой.программой.специальности.1-36.01.04.«Оборудование.и.технологии.высокоэффективных. процессов. обработки. материалов».. Она. может. быть. полезна.студентам.других.специальностей.
При.подготовке.пособия.автор.учитывал.не.только.отечественную. и. зарубежную. литературу,. но. и. личный. производственный.
опыт. по. проектированию. обрабатывающего. инструмента,. многолетний.опыт.преподавательской.работы.в.вузе,.а.также.материал,.
накопленный.при.подготовке.учебника.«Проектирование.и.произ

От автора
7

водство.заготовок».и.учебных.пособий.«Инструмент.и.обработка.
материалов»,. «Основы. эффективных. технологий. формообразования».
Данный.учебник.является.первым.в.своем.роде.и.поэтому.не.

лишен. недостатков.. Автор. выражает. искреннюю. благодарность.
рецензентам.за.замечания.и.предложения,.которые.способствовали.его.улучшению.

Глава

1

Инструмент для лИстовой штамповкИ

1.1. общие сведения о процессах  
и штампах листовой штамповки

Листовая. штамповка. применяется. для. изготовления. самых.

раз.но.образных. изделий. практически. во. всех. отраслях. промышленности. —. от. микроэлектроники. до. ракетостроения. и. атомного.
энерго.машиностроения.. В. машиностроении. методами. листовой.
штамповки. изготавливается. 55...70.%. заготовок,. в. приборостроении.—.до.75,.а.в.производстве.товаров.широкого.потребления.—.
до.98.%.
Наиболее. широко. листовая. штамповка. применяется. в. массовом. и. крупносерийном. производстве.. Опыт. показывает,. что. она.
может.с.успехом.применяться.также.в.мелкосерийном.производстве.и.даже.в.единичном.
Формоизменение. осуществляется. с. помощью. основных. инструментов.—.пуансона.и.матрицы.и.вспомогательных.—.прижима,.
съемника,.выталкивателя.и.т.д..Пуансон.вдавливается.в.деформируемый. материал,. обтягивается,. обтекается. или. охва.ты.вается. им..
Матрица.вбирает.в.себя,.охватывает.изменяющий.форму.материал.
и.пуансон.
Пуансон. и. матрица. изготавливаются,. как. правило,. из. более.

твердого.и.прочного.материала,.чем.обрабатываемый..В.некоторых.
случаях. один. инструмент. (пуансон. или. матрица). может. быть.
из.твердого.материала,.а.другой.из.эластичного,.легко.поддающегося.формоизменению.

1.1. Общие сведения о процессах и штампах листовой штамповки 
9

Штамповочные.операции.классифицируются.на.разделительные.и.формообразующие..Разделительные операции.(рис..1.1).основаны. на. сдвиге. одной. части. заготовки. относительно. другой..

а
б
в
г

д
е
ж

з
и
к

л

Рпрж
Рпрж
Рпрж

Рсж

Рпрж
9

Рпрж
Рпрж
Рпрж
Рпрж
Рпрж
Рпрж

10

Рис. 1.1. Технологические.схемы.основных.разделительных.операций:
а —.отрезка; б —.резка.с.отходом; в —.резка.без.отхода; г —.вырубка; д —.пробивка; е — надрезка; ж — проколка; з —.обрезка; и —.зачистка; к —.высечка; 
л —.просечка;.1 —.упор; 2 —.пуансон; 3 —.прижим; 4 —.исходная.заготовка; 
5 —.матрица; 6 —.заготовка; 7 —.отход; 8 —.выталкиватель; 9 —.съемник; 10 —.
подкладная.плита;.P.—.усилие.сдвига.(среза);.Рсж.—.усилие.сжатия;.Рпрж.—.

усилие.прижима;.S.—.толщина.материала

Глава 1. Инструмент для листовой штамповки
10

Формообразующие операции. (рис..1.2). предназначены. для. необратимого. изменения. формы. и. размеров. заготовок,. полученных.
из. листа,. полосы. или. пространственных. тонкостенных. полуфабрикатов.
По.технологическому. признаку.штампы.для.листовой.

штамповки.могут.быть.разделены.на.три.группы:.простого,.последовательного.и.совмещенного.действия.
На.штампах простого действия.(рис..1.3, а).производят.одну.

штамповочную.операцию.за.один.ход.ползуна.пресса.в.пределах.

а

б
в
г
д

е
ж
з
и

к
л

м

н

о

п

2

2

3
3

3

2

Рис. 1.2. Технологические.схемы.основных..
формоизменяющих.операций:
а —.гибка; б —.завивка; в —.калибровка; г —.правка; д —.вытяжка; е —.вытяжка.с.утонением; ж —.комбинированная.вытяжка; з —.отбортовка; и —.раздача; к —. обжим; л —. рельефная. формовка; м —. закатка; н —. чеканка; о —.
кернение; п —. скручивание;. 1. —. пуансон; 2 —. заготовка; 3 —. матрица; 
4 —.вы.талкиватель; 5 —.пуансон.сборный

1.1. Общие сведения о процессах и штампах листовой штамповки 
11

одного. шага. подачи.. Штампы. этого. типа. отличаются. простотой.
конструкции.и.невысокой.стоимостью..Используются.они.преимущественно.на.многопозиционных.прессах.
На. штампах последовательного действия. (рис..1.3, б). выполняют. последовательно. несколько. различных. операций.. Процесс.

а

б

в

Крайнее
нижнее
положение
(КНП)

Крайнее верхнее
положение (КВП)

9

6

1

2

3

4

5

5

6

1

2

3

4

6

5

7
8
1

2

3

4

Рис. 1.3. Технологические.схемы.штампов:.а.—.простого.действия;.

б.—.последовательного.действия;.в.—.совмещенного.действия:.1.—.пуансон; 2 —.съемник; 3 —.полоса; 4 —.матрица; 5 —.заготовка; 6 —.отход; 
7 —.пуансон-матрица; 8 —.выталкиватель; 9 —.пружина;.I,.II,.III.—.схемы.раскроя.полосы;.Ln.—.шаг.подачи.полосы..Отделяемые.части.полосы.

условно.заштрихованы

Глава 1. Инструмент для листовой штамповки
12

Детали штампов

Деформирующие

Пуансоны

Матрицы

Пуансоныматрицы

Шаговые
ножи

Складкодержатели

Позиционирующие

Упоры

Ловители

Направляющие

Фиксаторы

Прижимы

Сборочные

Плиты

Монтажные

Пуансонодержатели

Матрицедержатели

Корпуса

Крепежные
направляющие
и

Хвостовики

Болты, винты,
гайки

Штифты

Прихваты

Колонки и
втулки

Удаляющие

Сбрасыватели
Выталкиватели
Съемники
Пружины

Рис. 1.4. Классификация.деталей.штампов

1.2. Отрезные штампы
13

штамповки. осуществляется. за. несколько. ходов. ползуна. пресса.
и.соответствующее.количество.шагов.подачи..Встречаются.штампы,.на.которых.выполняется.15.и.более.операций.
На.штампах совмещенного действия.(рис..1.3, в).выполняется.

одновременно.несколько.различных.операций..Процесс.штамповки.осуществляется.за.один.ход.ползуна.пресса.и.в.пределах.одного. шага. подачи.. Совмещенные. штампы. конструктивно. сложнее.
простых.и.последовательных..Усложнение.конструкции.штампов.
полностью.окупается.благодаря.повышению.производительности.
и.точности.заготовок..Штампы.обязательно.имеют.специфичную.
только. для. них. деталь. —. пуансон-матрицу. (7. на. рис..1.3, в),. выполняющую.одновременно.функции.и.матрицы,.и.пуансона.
Подавляющее.большинство.штампов.предназначено.для.изготовления. конкретной. детали,. поэтому. они. называются. специальными..При.единичном.и.мелкосерийном.производстве.применяют.
универсальные. штампы,. на. которых. путем. переналадки. или. замены.отдельных.частей.можно.штамповать.заготовки.различных.
форм,.размеров.и.назначения.
По.назначению.детали.штампов.можно.разделить.на.четыре.

группы.(рис..1.4).
Деформирующие. детали. являются. определяющими,. так. как.

их. форма. и. размеры. воспроизводятся. штампуемой. заготовкой..
Позиционирующие.детали.обеспечивают.заготовке.соответствующее.размещение.в.штампе,.сборочные.—.фиксирование.взаимного.расположения.и.крепления.деформирующих,.позиционирующих. и. удаляющих. деталей.. Удаляющие. детали. устраняют.
за.го.товку.из.рабочей.зоны.штампа.

1.2. отрезные штампы

На.рис..1.5,.а.приведена.конструкция.универсального.штампа.

для.отрезки.заготовок.от.полосы,.которая.в.процессе.резки.прижимается.к.неподвижному.ножу.10.прижимом.7..Подвижный.нож.
5.осуществляет.резку.только.при.полосе,.зажатой.между.прижимом. и. неподвижным. ножом.. Необходимая. длина. отрезаемых. заготовок. обеспечивается. регулируемым. подпружиненным. упором.
2,. который. при. наладке. (настройке). штампа. можно. передвигать.