Оборудование кузнечно-штамповочных цехов. Кривошипные машины

Министерство образования и науки Российской Федерации

Уральский федеральный университет  

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

В. Г. Бурдуковский  

Ю. В. Инатович 

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ 

ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ 

Учебное пособие 

Рекомендовано методическим советом 
Уральского федерального университета 

для студентов вуза, обучающихся по направлениям подготовки 

22.03.02, 22.04.02 «Металлургия» 

 

Екатеринбург 

Издательство Уральского университета 

2018 

УДК 621.73:62-232(075.8)
ББК 34.623я73+34.442я73
          Б91

Рецензенты:
замдиректора ЗАО «НПП МАШПРОМ» канд. техн. наук А. А. Воп-

нерук; завотделом обработки металлов давлением ОАО «Уральский 
институт металлов» канд. техн. наук Г. П. Перунов 

Научный редактор — доц., канд. техн. наук Д. Л. Шварц 

Б91

Бурдуковский, В. Г.
Оборудование кузнечно-штамповочных цехов. Кривошипные 

машины : учеб. пособие / В. Г. Бурдуковский, Ю. В. Инатович. — 
Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2018. — 168 с.

ISBN 978-5-7996-2391-3

Дана классификация кривошипных машин для обработки металлов давлением. 
Приведено описание их конструкций, назначения основных элементов, 
узлов и механизмов. Изложены современные методы расчета прочности 
основных деталей кривошипных машин, позволяющие применять 
для расчетов электронные таблицы. Методики расчета проиллюстрированы 
примерами. Пособие предназначено для студентов бакалавриата по направлению 
22.03.02 «Металлургия» при изучении модуля (дисциплины) «Оборудование 
цехов обработки металлов давлением» и при подготовке магистров 
по направлению 22.04.02 «Металлургия», программа «Прогрессивные методы 
кузнечно-штамповочного производства»; для слушателей ФПК и программ 
дополнительной подготовки специалистов.

Библиогр.: 18 назв. Табл. 6. Рис. 24. Прил. 1.

УДК 621.73:62-232(075.8)
ББК 34.623я73+34.442я73

 

ISBN 978-5-7996-2391-3
© Уральский федеральный  
      университет, 2018

Введение 

Введение 

Р

оль кузнечно-штамповочной технологии в современном производстве 
разнообразных машин и предметов народного хозяйства 
непрерывно растет. Это связано с прогрессивным характером 
технологии кузнечно-штамповочного производства, которая базируется 
на получении точных деталей заданной формы, а также заготовок 
с помощью рационального перераспределения металла. В результате 
применения кузнечно-штамповочной технологии резко сокращаются, 
а в ряде случаев сводятся на нет все виды обработки резанием. Кузнеч-
но-штамповочной технологии присущи экономия металла, высокая 
производительность, улучшение механических свойств изделий, вы-
сокая однородность производимых деталей и т. п. Преимущества тех-
нологических процессов обработки металлов давлением обусловили 
широкое распространение кузнечно-штамповочных машин в метал-
лообработке. По кинематическому признаку рабочего хода все много-
образие кузнечно-штамповочных машин разделяется на шесть групп:

• механические прессы;
• машины ротационного типа;
• гидравлические прессы;
• молоты;
• машины для гидро-, пневмо- и вакуум-прессования;
• машины-аппараты для формовки взрывом и другими видами 

импульсной техники.

Настоящее учебное пособие посвящено кривошипно-штамповоч-

ным машинам, которые широко применяются в практике обработки 
металлов давлением. Из общего числа кузнечно-штамповочного обо-
рудования кривошипные кузнечно-штамповочные машины в настоя-
щее время составляют около 60 %. В цехах холодной штамповки кри-
вошипные прессы являются основными машинами. Большую роль 
играют эти машины в заготовительных отделениях цехов, в цехах мас-
сового ширпотреба и метизов. Увеличивается и доля кривошипных ма-
шин в цехах горячей штамповки, где они успешно заменяют молоты.

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

1. Краткая история кривошипных 

машин обработки металлов 

давлением [15] 

Ц

елесообразно рассматривать историю создания и использова-
ния кривошипных машин в нашей стране начиная с 1935 года 

(первый этап развития) [15]. До Великой Отечественной войны стра-
на успела создать металлургическую и энергетическую базу, оборон-
ные отрасли, несколько автомобильных и тракторных заводов, ряд за-
водов по производству универсальных металлорежущих станков и два 
гиганта сверхтяжелого машиностроения. Основные отечественные 
потребители кривошипных машин — созданные в это время автомо-
бильные, тракторные и подшипниковые заводы.

В научно-исследовательском институте машиностроения (НИИма-

ше) под руководством Л. И. Зимина в это время возникает кузнечная 
лаборатория. Она положила начало научному изучению кривошип-
ных машин в нашей стране и оказала влияние на соответствующие 
направления зарубежом. С этого момента начинается развитие кри-
вошипных машин в СССР.

Дальнейшее развитие отечественной теории и практики создания 

кривошипных машин было прервано войной, повлиявшей на разви-
тие других направлений обработки металлов давлением (ОМД), на-
пример, создание роторных и роторно-конвейерных машин, ротаци-
онно-обжимных машин и т. д.

Во время Второй мировой войны появляются универсальные криво-

шипные горячештамповочные прессы (КГШП). К тому времени мас-
совое и крупносерийное листоштамповочное производство было уком-
плектовано разнообразными кривошипными прессами и автоматами 
простого, реже двойного, еще реже тройного действия. Эти машины 
отличались от современных листоштамповочных кривошипных машин 
гораздо меньшей производительностью, отсутствием ряда вспомога-

1. Краткая история кривошипных машин обработки металлов давлением [15] 

тельных устройств и электроники, литыми, а не сварными станинами 
средних и тяжелых прессов. Но в целом они были предшественника-
ми современных кривошипных листоштамповочных прессов.

Однако массовое и крупносерийное производство горячих поковок 

отличалось от современного принципиально иным составом оборудо-
вания. Его основу составляли паровоздушные молоты и горизонталь-
но-ковочные машины (ГКМ) с вертикальным разъемом матриц, по- 
явившиеся примерно в то же время. Эти машины дополняли друг дру-
га, а не заменяли. ГКМ специализировались на изделиях, получаемых 
горячей высадкой конца длинного стержня в закрытых штампах с разъ-
емной матрицей без помощи выталкивателей и средств автоматизации. 
Всю остальную, то есть наиболее распространенную номенклатуру, 
брали на себя паровоздушные штамповочные молоты двойного дей-
ствия, предназначенные для штамповки в открытых штампах как осе-
симметричных поковок, так и поковок с вытянутой осью. По затратам 
на изготовление и ремонт указанные молоты гораздо дешевле КГШП.

Мировую промышленность не удовлетворяли два качества моло-

тов: плохая эргономика и требования высокой квалификации штам-
повщиков (операторов-молотобойцев). Плохая эргономика связана 
с вибрацией самих молотов, зданий и грунта, а также с шумом, пре-
вышающим санитарные нормы, то есть с недопустимой акустической 
вибрацией воздушной среды. Кроме непосредственного вреда здоро-
вью, вибрация ухудшает эргономику опосредованно, не давая возмож-
ности применить вспомогательное оборудование и тем самым препят-
ствуя автоматизации штамповки на молотах.

Необходимость использовать высококвалифицированных штам-

повщиков на молотах требовало обучения новых кадров.

Теоретически преимущества КГШП, для работы на которых нужен 

неквалифицированный труд и которые штампуют изделие за один ход 
ползуна, были очевидны, но на практике освоение горячей штамповки 
на вертикальных закрытых кривошипных прессах затянулось до 40-х 
годов XX века. Причины были следующие.

Во-первых, из-за фиксированного крайнего рабочего положения 

ползуна (КРП) кривошипный пресс, в отличие от молота, не спосо-
бен перераспределять металл вдоль оси заготовок поковок с вытяну-
той осью в соответствии с эпюрой сечений, за исключением простей-
ших случаев, когда локальный пережим заготовки можно получить 
за один ход ползуна. Пришлось создать специальные машины — ко-

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

вочные вальцы, превратившиеся в дальнейшем из вспомогательных 
машин в самостоятельное оборудование, способное изготавливать без 
прессов поковки определенной номенклатуры. Во-вторых, пламенный 
нагрев заготовок пришлось заменить индукционным. Пламенный на-
грев дешевле индукционного, но хуже автоматизируется и главное — 
образует обильную окалину. Молоты, обладая начальной скоростью 
соударения с поковкой около 7 м/с, сбивают окалину, а КГШП из-за 
скорости соударения около 0,4 м/с заштамповывают ее, что резко удо-
рожает, а в большинстве случаев исключает механическую обработку 
поковок, полученных на КГШП при пламенном нагреве. В-третьих, 
пришлось изменить подход к проектированию систем включения пу-
тем переноса муфты и тормоза на главный вал. Это резко уменьшало 
габариты машин, упрощало управление ими, обеспечивало приемле-
мую долговечность фрикционных элементов и конструкции в целом, 
так как прессы были гораздо тихоходнее существующих.

После войны в Советском Союзе начался индустриальный выпуск 

кузнечно-прессовых машин, и уже в 70-е годы были достигнуты ре-
кордные показатели не только для отечественной, но и для мировой 
практики: ежегодное производство до 68 тыс. единиц, эксплуатиро-
вавшийся парк свыше 1 млн единиц. Была организована автономно 
управляемая подотрасль с серией специализированных заводов, раз-
мещенных по всей территории страны, с отраслевыми институтами.

Параллельно с выпуском развивалось исследование кривошипных 

машин. В 1945 году Центральным бюро кузнечно-прессового машино-
строения была разработана единая методики расчета всех типов глав-
ных валов, применяемых в кривошипных машинах.

В 1949 году во втором номере периодического издания «Вестник ма-

шиностроения» выходит работа «К расчету фрикционных муфт в тя-
желом машиностроении», в которой предложен путь повышения ча-
стоты ходов кривошипных машин при работе в режиме единичного 
хода, что исключительно важно для всех тяжелых и ряда легких машин.

Кривошипные машины чрезвычайно разнообразны, существен-

но отличаются друг от друга по технологическому назначению, конструкции, 
величине параметров технической характеристики. Начав 
индустриальное производство кривошипных машин практически 
с 50-х годов XX века (первый этап освоения машин), Советский Союз 
уже к 70-м годам не только превзошел другие страны по количеству 
их выпуска, но и стал одной из немногих, а может быть и единствен-

1. Краткая история кривошипных машин обработки металлов давлением [15] 

ной страной, производящей практически всю номенклатуру кривошипных 
машин. Этому успеху способствовало системное обобщение 
мирового опыта, осуществлявшееся как производственными коллективами, 
так и представителями науки А. Н. Банкетовым, Э. Ф. Богдановым, 
В. И. Власовым, Л. Б. Гейлером, В. С. Елетиным, Л. И. Живовым, 
С. Л. Злотниковым, Л. Л. Игнатовым, П. Н. Ланским, В. П. Механиком, 
В. Л. Мельником, Г. Л. Навроцким, С. С. Несвитом, О. И. Нюнь-
ко, А. Г. Овчинниковым, В. Г. Плюгачевым, Г. Н. Ровинским, В. И. Си-
лановым, В. К. Стоколовым, И. Д. Трофимовым, В. Н. Тыняновым, 
И. В. Харизоменовым и многими другими.

Таким образом, к концу 60-х годов XX века оканчивается второй 

этап охватываемого периода. Его суть — создание отечественной под- 
отрасли по выпуску КПМ, производственной, информационной, научно-
исследовательской, проектной инфраструктуры, системы подготовки 
инженерных и научных кадров, баз данных, научно обоснованных 
методик проектирования и, как результат, выход на лидирующие позиции 
в мире по количеству производимых и эксплуатируемых машин.

Третий этап (конец 60-х — 80-е годы) отличается тем, что если ранее 
отечественные кривошипные машины создавались путем прямого 
копирования или комбинаторики лучших зарубежных решений, 
то теперь появляются опережающие мировой уровень конструкции.

К 70–80-м годам XX века мировой парк кривошипных машин существенно 
изменился по сравнению с довоенным парком. Эти изменения 
шли в различных направлениях. В листовой штамповке резко (
в ряде случаев многократно) увеличилась частота непрерывных 
ходов подавляющего большинства прессов, рассчитанных на массовое 
и крупносерийное производство. Возросла специализация листо- 
штамповочных прессов. В частности, появились прессы для чистовой 
вырубки, вытяжные прессы с замедленным ходом ползуна на рабочем 
участке хода и ускоренным холостым ходом, высокоскоростные 
вырубные автоматы с верхним приводом и другие. Возросли требова-
ния как к основным, так и к вспомогательным устройствам. В тяже-
лых и сверхтяжелых прессах появилась автоматизация процесса штам-
повки и установки штампов.

Благодаря развитию металлургического цикла и появлению срав-

нительно дешевых горячекатаных листов практически любой площа-
ди и толщины, а также развитию процессов горячей резки и сварки 
стали, литые станины средних и тяжелых прессов были вытеснены 

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

сварными, что кардинально изменило внешний вид прессов. Появи-
лись многосекционные прессы, средние и тяжелые прессы с нижним 
приводом. Прессы стали оснащаться надежными устройствами защи-
ты конструкции и персонала, контрольными и информационными 
устройствами, в которых в нарастающих количествах начала внедрять-
ся электроника. Началась широкая поставка потребителю автоматиче-
ских линий и комплексов как в универсальном исполнении, так и под 
конкретные изделия или группы изделий. Там, где это целесообраз-
но, стало применяться числовое программное управление. Специали-
зация привела, во-первых, к тому, что резко возросли в абсолютном 
исчислении начальные затраты, которые стали окупаться только при 
интенсивной эксплуатации машин и большом объеме выпуска про-
дукции; во-вторых, к тому, что в ряде случаев прессы стали эксплуа-
тироваться только со специальным инструментом и специальной тех-
нологией штамповки.

В холодной объемной штамповке двух- и трехударные автоматы 

стали вытесняться многопозиционными. В крупносерийном и массо-
вом производстве горячих поковок молоты практически вытеснились 
КГШП, а ГКМ начали вытесняться горячештамповочными автомата-
ми. Кроме универсальных прессов, появились специализированные 
КГШП: многопозиционные, двойного действия, для прямого выдав-
ливания. Верхний уровень усилия КГШП вырос с 63 до 100 МН с со-
ответствующим увеличением массы поковок.

2. Классификация и структура кривошипных машин 

2. Классификация и структура 

кривошипных машин 

2.1. Классификация кривошипных машин 

К

ривошипные кузнечно-штамповочные машины входят в груп-
пу механических прессов. Основным механизмом этих машин 

является кривошипно-шатунный механизм.

Классифицировать кривошипные машины можно по ряду признаков: 
по кинематическим, технологическим, конструктивным особенностям, 
по степени автоматизации, по числу исполнительных механизмов, 
по степени совмещения производственных операций и т. д.

Основной обычно является классификация по технологическому 

признаку, то есть по назначению пресса того или иного типа в производстве. 
На рис. 1 представлена схема-классификация кривошипных 
машин по технологическому признаку [1, 6, 7].

Различают две большие группы кривошипных прессов, которые существенно 
отличаются друг от друга. Одна из этих групп предназначена 
для объемной штамповки, другая — для листовой штамповки.

Особенности технологических процессов объемной штамповки таковы, 
что требуют сравнительно малого рабочего хода ползуна; сопротивление 
деформации велико при сравнительно малых габаритных 
размерах штампуемой детали и штампов; при горячей штамповке 
необходимо обеспечить быстроходность пресса во избежание остывания 
поковки; стремление получить высокую точность поковок заставляет 
делать прессы весьма жесткими.

Для листовой штамповки нужны крупногабаритные прессы с большим 
ходом, но сопротивление деформации при этом меньше, чем при 
объемной штамповке, поэтому прессы для листовой штамповки менее 
мощные.

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

 

Рис. 1. Классификация кривошипных машин по технологическому назначению [2]