Практические работы в лаборатории обработки давлением

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 

 

Практические работы  
в лаборатории обработки 
давлением 
 
 
Под редакцией А.Л. Воронцова 
 
Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов 
 по университетскому политехническому образованию 
 в качестве учебного пособия для студентов высших учебных 
заведений, обучающихся по направлению подготовки 
«Машиностроение» 
 

 

 

Москва
2014 

УДК 621.7 (075.8) 
ББК 34.62 
П69 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/40/book108.html 

Факультет «Машиностроительные технологии» 

Кафедра «Технологии обработки материалов» 

Авторы: 
Н.А. Балахонцева, А.В. Бодарева, А.Л. Воронцов, В.А. Кальченко, 
С.М. Карпов, И.В. Кочешков, И.Г. Кременский, Э.Л. Мельников,  
В.К. Стратьев, В.П. Ступников, А.Ф. Третьяков, Ю.Х. Хациев 
 
Рецензенты: д-р техн. наук, профессор А. Ю. Албагачиев,  
 д-р техн. наук, профессор С.А. Евсюков, 
 д-р техн. наук, профессор Е.Н. Сосенушкин 
 
 
П69 
Практические работы в лаборатории обработки 
давлением : учеб. пособие / Н. А. Балахонцева, А. В. Бодаре-
ва, А. Л. Воронцов и др. ; под ред. А. Л. Воронцова. — М. : 
Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. — 59, [5] с. : ил. 

 
 
ISBN 978-5-7038-3884-6
 Приведены современные термины и понятия из обла-
сти обработки давлением. Изложена физическая сущность 
наиболее распространенных современных операций обра-
ботки давлением, рассмотрены их технологические воз-
можности, даны зависимости для расчета основных тех-
нологических параметров. Представлены схемы операций 
обработки металлов давлением. Рассмотрены задачи и 
указан порядок их выполнения. Приведены контрольные 
вопросы и требования по оформлению отчета. 
 Для студентов первого и второго курсов, обучающих-
ся в МГТУ им. Н.Э. Баумана по программе бакалавров и 
специалистов. 
 

 
 
УДК 621.7 (075.8) 
 ББК 34.62 

                                                                    МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014 
                                                            Оформление. Издательство МГТУ 
им. Н.Э. Баумана, 2014 
 ISBN 978-5-7038-3884-6

ИНСТРУКЦИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ 
ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТ В ЛАБОРАТОРИИ 
ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ 

Для предупреждения несчастных случаев при выполнении ра-
бот в лаборатории необходимо соблюдать правила техники без-
опасности. 
1. Прежде чем приступить к работе, внимательно ознакомь-
тесь с рабочим местом, прочитайте задание и получите инструк-
таж преподавателя по приемам безопасной работы. 
2. Не включайте оборудование и приборы без специального 
указания учебного мастера или преподавателя. 
3. Не допускайте попадания рук и других частей тела в рабо-
чее пространство включенного оборудования. 
4. Помните, что предназначенная для остановки оборудования 
кнопка «Стоп» — красного цвета. 
5. Категорически запрещается производить на оборудовании 
действия, не предусмотренные порядком выполнения работы. 
6. Будьте внимательны при сборке и разборке штампов и их 
транспортировке, чтобы не повредить руки и не уронить штамп на 
ноги. 
7. Во время выполнения работ не ходите по лаборатории без 
надобности, так как этим Вы отвлекаете внимание ваших товари-
щей и оставляете без надзора свое оборудование. 
8. Не загружайте рабочее место материалами, не относящими-
ся к выполняемой работе. 
 
9. По окончании работы приведите в порядок свое рабочее место. 
После ознакомления с правилами техники безопасности рас-
пишитесь в журнале, что Вы обязуетесь их соблюдать. 

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 

Деформация — изменение размеров или формы тела или его 
части в результате приложения силы.  
Жесткость — свойство материала сопротивляться деформированию. 
Если, например, стальной и алюминиевый образцы одинаковых 
размеров нагрузить одинаковыми силами, то деформация 
стального образца будет в 3 раза меньше, чем алюминиевого. Это 
означает, что сталь втрое жестче алюминия. 
Концентрация напряжений — значительное увеличение механических 
напряжений, возникающих в местах резкого изменения 
формы тела — концентраторах напряжений (отверстий, 
надрезов, выточек, пазов, углов, уступов, дефектов поверхности).  
Напряжение — сила, отнесенная к площади, на которую эта 
сила действует. Если приложить к столу силу с помощью ладони 
руки, то повреждение стола эта сила не вызовет, поскольку будет 
приложена на значительной площади. Но если взять в руку шило 
и приложить ту же силу, то стол будет либо заметно поврежден, 
либо проткнут насквозь, поскольку на малой площади острия 
напряжение станет очень большим. Этот пример показывает, что 
наибольшую роль в разрушении играет именно напряжение, а не 
сила. Известное в физике понятие «давление» представляет собой 
сжимающее напряжение, является частным случаем, поскольку 
само напряжение в отличие от давления может быть не только 
сжимающим, но и растягивающим или сдвигающим (касательным). 
Например, подводная лодка может быть раздавлена сжимающими 
напряжениями, цепь разорвана растягивающими напряжениями, 
бумага разрезана сдвигающими напряжениями. 
Пластичность — свойство материала получать остаточные 
деформации, не разрушаясь. 

Пластическая (или остаточная) деформация — деформация, 
остающаяся после снятия нагрузки. Примером такой деформации 
является сохранение после снятия нагрузки изменений размеров и 
формы пластилином, название которого происходит от словосочетания «
пластичный материал». 
Прочность — способность материала сопротивляться разрушению.  

Разрушение — процесс отделения частей тела одной от другой 
в результате развития трещины. Поскольку для большинства технических 
изделий трещины недопустимы, то обычно под разрушением 
понимают не только полное разделение тела на части, но 
и начало образования трещины.  
Упругая деформация — деформация, исчезающая после сня-
тия нагрузки. Примером такой деформации является восстановление 
после снятия нагрузки размеров и формы первоначально сжатой 
металлической пружины или согнутого резинового ластика. 
Хрупкость — свойство материала разрушаться без образования 
заметных остаточных деформаций. Это свойство является 
противоположным свойству пластичности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Обработка давлением — это совокупность технологических 
процессов получения изделия путем силового воздействия инструмента 
на заготовку, приводящего к ее пластическому деформированию. 
В качестве оборудования, подводящего энергию, необходимую 
для обработки заготовки давлением, используют 
прессы, молоты, прокатные и волочильные станы, специализированные 
машины. 
С помощью обработки давлением можно изготовлять изделия 
не только из металлических заготовок, но и из пластмасс или других 
неметаллических материалов, а также из композиционных или 
порошковых материалов. Однако наибольшее количество изделий 
с помощью данного вида обработки получают именно из металлов, 
в связи с чем применяют и несколько суженное название метода — 
обработка металлов давлением. 
Высокая производительность процессов обработки давлением, 
намного превышающая любой другой метод формообразования, 
малое количество отходов, низкая себестоимость продукции и ее 
высокое качество привели к широкому распространению этих 
прогрессивных процессов металлообработки. Очень важным является 
и то, что в результате пластической деформации можно 
изменить не только форму и размеры заготовки, но и ее физико-
механические свойства, в связи с чем обработкой давлением получают 
особо надежные изделия с оптимальными эксплуатационными 
характеристиками при их минимальной массе. Обработка 
давлением резко повышает прочность и износостойкость материала, 
и поэтому наиболее ответственные детали машин изготовляют 
с помощью этого вида формоизменяющей обработки. По 
назначению процессы обработки металлов давлением подразделяют 
на два вида:  

1) процессы получения заготовок определенного поперечного 
сечения по длине (прутков, труб, проволоки, плит, листов, лент), 
применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок 
для последующего изготовления из них деталей обработкой 
резанием или другими процессами обработки; основными разно-
видностями этого вида процессов являются прокатка, прессование 
и волочение;  
2) процессы получения готовых деталей или полуфабрикатов, 
имеющих близкую к готовым деталям форму и размеры и требу-
ющих обработки резанием лишь для получения окончательных 
размеров и заданного качества поверхности. К основным разно-
видностям этого вида процессов относятся ковка, а также объем-
ная и листовая штамповка. 
Для производства огромного количества разнообразных изде-
лий используют различные технологические операции обработки 
давлением, важнейшие из которых и будут изучаться при выпол-
нении лабораторных работ.  
Одним из основных законов пластической деформации, лежа-
щих в основе технологических расчетов процессов обработки ме-
таллов давлением, является условие несжимаемости, называемое 
также условием постоянства объема: в результате пластической 
деформации объем тела не изменяется или, другими словами, 
объем тела после пластической деформации равен его объему до 
деформации. Условие постоянства объема должно соблюдаться 
при проведении всех лабораторных работ. 
Выполняя лабораторную работу, необходимо тщательно изу-
чить особенности используемых в ней операций, инструментов и 
оборудования. 
В отчете должны быть отражены название и цель работы, от-
носящиеся к ней основные понятия, схемы проведения операций и 
формулы для определения их количественных характеристик, ре-
зультаты предварительных расчетов и результаты выполнения 
лабораторных исследований, а также вытекающие из них выводы. 
 
 
 
 

Работа № 1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 
ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ 
ДАВЛЕНИЕМ НА ПРИМЕРЕ ОСАДКИ 

Цель работы — изучение основных понятий обработки дав-
лением и практическое определение технологической деформи-
руемости и пластичности при осадке заготовок из разных мате-
риалов. 

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 

Способность материала при обработке давлением приобретать 
требуемую форму без разрушения и с наименьшим сопротивлени-
ем характеризуется формоизменяемостью, иногда называемой 
ковкостью применительно к процессам ковки или штампуемо-
стью применительно к объемной и листовой штамповке. 
Научные исследования показывают, что формоизменяемость 
зависит, во-первых, от химического состава и внутреннего строе-
ния материала, а во-вторых, от термомеханических условий его 
обработки давлением, под которыми понимают температуру, ско-
рость и силовые особенности деформирования (растягивающее 
или, наоборот, сжимающее действие деформирующей нагрузки, 
наличие или отсутствие сил контактного трения, особенности 
формы инструмента, способствующие возникновению определен-
ных сил, например выступы, которые создают силы, препятству-
ющие перемещению деформируемого материала в нужном 
направлении).  
Важнейшим свойством, характеризующим формоизменяемость 
материала, является технологическая деформируемость — спо-
собность материала в термомеханических процессах обработки дав-

лением пластически деформироваться без значительного сопро-
тивления. Если, например, из двух разных материалов в одних и 
тех же термомеханических условиях получают одинаковые по 
форме и размерам изделия, то лучшей деформируемостью будет 
обладать тот материал, для обработки давлением которого потре-
буется меньшая сила. 
Другим важнейшим свойством, характеризующим формоиз-
меняемость материала, является технологическая пластич- 
ность — способность материала в определенных термомеханиче-
ских условиях обработки давлением пластически деформировать-
ся без разрушения. Таким образом, технологическая пластичность 
характеризует возможность придать обрабатываемой давлением 
заготовке размеры и форму получаемого изделия без образования 
в нем трещин. 
 
Эти два разных по своей сущности свойства не позволяют од-
нозначно оценить формоизменяемость материала: один материал 
может обладать лучшей деформируемостью, но при этом худшей 
пластичностью, чем другой, и наоборот. 
Лучшая формоизменяемость определяется с учетом особенно-
стей получаемого изделия. Например, представим, что получае-
мый обработкой давлением элемент крыла самолета по условиям 
эксплуатации допустимо выполнить как из дюралюминия, так и 
из титана. Однако дюралюминий обладает лучшей деформируе-
мостью, но худшей пластичностью, чем титан. Если требуемая 
для получения элемента крыла деформация меньше, чем дефор-
мация, при которой происходит разрушение дюралюминия, то 
можно считать, что в этом случае дюралюминий обладает лучшей 
формоизменяемостью, чем титан. Но если требуемая для получения 
элемента крыла деформация превышает деформацию разрушения 
дюралюминия, это приведет к необходимости получать 
деформацию, требуемую для производства изделия, не за один, а 
по меньшей мере за два этапа, между которыми потребуется выполнять 
термическую обработку, восстанавливающую пластичность. 
Все это приведет к дополнительным финансовым расходам 
и потере производительности процесса производства крыльев. 
Поэтому в данном случае следует считать обладающим лучшей 
формоизменяемостью не дюралюминий, а титан. 
Практика показывает, что при пластической деформации металла, 
имеющего сравнительно невысокую, например комнатную, 

температуру, происходит упрочнение (наклеп) — повышение 
сопротивления материала дальнейшей пластической деформации. 
С учетом этого стальные цепи и тросы, например, часто подвергают 
предварительной вытяжке до определенной пластической 
деформации силами, которые превосходят рабочие силы, возникающие 
при дальнейшей эксплуатации, что позволяет в дальнейшем 
избежать остаточных удлинений. Таким образом, упрочненный 
материал обладает бόльшей способностью оставаться в пределах 
упругости и противостоять пластическим деформациям. Но 
при этом пластичность упрочненного материала становится 
меньше, чем неупрочненного, т. е. в результате упрочнения возрастает 
хрупкость материала. 
Повышение температуры заготовки увеличивает подвижность 
атомов. При достижении определенной температуры чаще всего 
образуются равноосные зерна вместо вытянутых в направлении 
течения металла. Это явление называется рекристаллизацией 
обработки, в результате чего наклеп практически полностью снимается 
и механические свойства металла заготовки приближаются 
к исходным. 
В зависимости от соотношения температурно-скоростных 
условий деформирования и температуры рекристаллизации металла 
заготовки различают холодную и горячую деформации. 
Холодной деформацией называют такую, которую проводят 
при температуре ниже температуры рекристаллизации. Поэтому 
она сопровождается явлением наклепа.  
Горячая деформация — это деформация, которую осуществ-
ляют выше температуры рекристаллизации. Она сопровождается 
процессами наклепа и рекристаллизации при доминировании 
процесса рекристаллизации. По окончании процесса горячей де-
формации в заготовке упрочнение отсутствует. 
Горячую деформацию в зависимости от химического состава 
сплава и скорости деформации обычно проводят при температу-
рах 


рек
пл
0,7...0,75
,
T
Т

где Трек — температура рекристаллиза-
ции, K; Тпл — температура плавления, K; для технически чистых 
металлов рек
пл
0,4
.
T
Т

 
При горячей деформации сила, необходимая для обеспечения 
нужного формоизменения, снижается по сравнению с силой, тре-
буемой при холодной деформации, примерно в 10 раз, а пластич-