Основы проектирования технологии прессования легких сплавов

М.В. Жаров

Основы проектирования технологии прессования 

лёгких сплавов

Учебно-методическое пособие

Москва

Инфра-М

2015

М.В. Жаров

Основы проектирования технологии прессования 

лёгких сплавов

Учебно-методическое пособие

Москва

Инфра-М; Znanium.com

2015

Жаров, М.В.

Основы проектирования технологии прессования лёгких сплавов: 

Учебно-методическое пособие / М.В. Жаров. – М.: Инфра-М; Znanium.com, 
2015. – 74 с.

ISBN 978-5-16-104226-7 (online)

В данном учебном пособии рассматриваются основы проектирования 
технологических процессов изготовления готовых изделий и полуфабрикатов 
из металлов и сплавов посредством процесса прессования. Подробно 
рассматриваются основные технологические расчеты, необходимые для 
разработки технологических процессов прессования. Подробно излагается 
методология 
разработки 
технологических 
процессов. 
Приводятся 

практические рекомендации по проектированию схемы технологического 
процесса, конструированию прессовой  оснастки, выбору материалов для 
изготовления деталей прессовой оснастки. В пособии рассматривается 
пример разработки технологии производства прессованного профиля 
сплошного поперечного сечения.

Учебное 
пособие 
предназначено 
для 
студентов 
технологических 

специальностей технических ВУЗов и  инженеров, работающих в области 
обработки металлов давлением.

ISBN 978-5-16-104226-7 (online)
© М.В. Жаров, 2015

Основы  проектирования  технологии  прессования легких сплавов

3

ВВЕДЕНИЕ

Одним из эффективных направлений повышения производитель
ности труда и снижения трудоѐмкости технологических процессов в 

различных отраслях машиностроения является уменьшение объѐма ме
ханической обработки. Для реализации этого необходимо освоение про
изводства заготовок с размерами, максимально приближающимися к 

размерам готовых деталей. К таким заготовкам относятся фасонные 

профили из алюминиевых сплавов.

Наиболее прогрессивным процессом производства профилей явля
ется прессование. Это объясняется тем, что прессованием могут быть 

получены заготовки достаточно точных размеров, практически любой 

формы и с поверхностью высокого качества. Профили, прессованные из 

алюминиевых сплавов, особенно из высокопрочных, имеют более высо
кие прочностные характеристики, чем полученные другими методами 

(например литьем или прокаткой). Кроме того, при прессовании значи
тельно ниже стоимость инструмента и проще его смена, а значит, не 

имеет существенного значения объѐм заказа, который является основ
ным лимитирующим показателем при сортовой прокатке и штамповке 

[1,2].

Прессование изделий весьма сложной формы позволяет значи
тельно уменьшить объѐм механической обработки и безвозвратные по
тери металла, а также повысить эксплуатационные характеристики дета
лей, особенно с резкими переходами, так как при их механической обра
ботке перерезается волокно металла, что приводит к ослаблению дета
лей.

Промышленный сортамент прессованных профилей из алюминие
вых сплавов весьма разнообразен и в настоящее время включает в себя 

огромное количество типоразмеров. Однако, несмотря на столь широкий 

Жаров М.В.

4

сортамент, профили могут быть подразделены на четыре группы: 1) 

профили сплошного сечения;  2)  профили  переменного  сечения; 3) 

пустотелые (полые) профили; 4) панели.

В настоящей работе будет рассмотрена технология производства 

прессованием сплошного профиля постоянного сечения. Сущность про
цесса прессования заключается в следующем. Слиток или заготовку, на
гретую до температуры  горячей обработки, помещают в контейнер 

пресса. Контейнер с одной стороны закрыт матрицей, которая от смеще
ния удерживается матрицедержателем, с другой стороны 
прессшай
бой, через которую давление прессштемпеля передается на слиток. При 

рабочем ходе прессштемпеля, скрепленного с главным плунжером прес
са, начинается истечение металла слитка через матрицу, рабочее отвер
стие (очко) которой выполнено в соответствии с конфигурацией прес
суемого изделия [1].

Основными потребителями полых профилей из легких сплавов яв
ляются авиационная промышленность, судостроение, холодильная тех
ника, электротехническая промышленность, радиолокация. В последние 

годы сортамент полых профилей из алюминиевых сплавов значительно 

увеличился благодаря их использованию в строительстве для изготовле
ния отделочных и конструкционных строительных деталей (детали 

оконных витражей, перегородок, подвесных потолков, рам, внутренних 

карнизов, встроенной мебели и др.) [2].  Алюминиевые сплавы являются 

декоративными, легкими, эластичными и помимо этого еще прочными и 

стабильными. Изделия из алюминиевых сплавов не требуют ухода, они 

имеют привлекательный внешний вид. Несмотря на небольшой вес, 

имеют высокую прочность. Легкость обработки алюминиевых сплавов 

дает возможность производить конструкции высокой точности и необ
ходимого размера. Кроме этого алюминиевые конструкции имеют высо
кую коррозионную стойкость.

Основы  проектирования  технологии  прессования легких сплавов

5

Отдельно необходимо отметить факт широкого использования 

прессованных алюминиевых профилей и алюминиевых панелей в авиа
ционной промышленности. Применение этих изделий, в первую очередь 

из высокопрочных алюминиевых сплавов. обусловлено в первую оче
редь малым удельным весом конструкционных элементов при относи
тельно высокой прочности и надежности последних.

1. ЗАДАНИЕ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Разработать технологический процесс изготовления профиля ПК 478 

представленного на рис.1. Материал профиля 
алюминиевый сплав 

Д16. Сдаточная длина одного профиля 4 метра (4000 мм).  Провести ос
новные технологические расчеты. Подобрать технологическое  оборудо
вание.

Рис.1.   Поперечное сечение профиля ПК 478 [3].

Жаров М.В.

6

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ 

К ГОТОВОМУ ИЗДЕЛИЮ

В связи  с тем, что в задание не были указаны никакие дополнитель
ные сведения о изделии, зададимся определенными параметрами, необ
ходимыми для дальнейших расчетов. Полагаем, что профиль ПК 478 от
носиться к типу профилей постоянного сечения нормальной точности 

([3], стр.442). Тогда, необходимо определить допуски на номинальные 

размеры готового профиля.  Проблема заключается в том, что достаточ
но трудно получать изделия с точными номинальными размерами попе
речного сечения профиля, представленными на рис.1. Поэтому, назна
чают допуски на номинальные размеры, которые по своей сути пред
ставляют собой предельно допустимые отклонения от номинального 

размера в большую или меньшую сторону, которые в дальнейшем не 

сказываются на эксплуатационных характеристиках изделия и устоят 

потребителя изготавливаемых профилей. В соответствии с рекоменда
циями, изложенными в [3] (стр. 442, таблица 1) назначаем допуски на 

размеры поперечного сечения профиля ПК 478, которые представлены в 

таблице 1.

Профили должны быть обрезаны под прямым углом, Косина реза по 

отношению к продольной оси на должна превышать 30. Скручивание 

профиля вокруг продольной оси допускается не более 20 на 1 погонный 

метр длины любого участка профиля [3]. Волнистость (местное отстава
ние полок профиля от плоскости) допускается для профилей нормальной 

точности не более 0,5 мм, причем наличие таких волнистых мест допус
кается в количестве не более одного на 2 погонных метра длины профи
ля или одного на весь профиль длиной менее 2 метров. На тонкостенных 

профилях допускается легкая плавная изогнутость, устраняемая легким 

нажатием руки. 

Основы  проектирования  технологии  прессования легких сплавов

7

Таблица 1

Предельно допустимы отклонения на номинальные размеры

поперечного сечения профиля ПК 478.

№
Тип номин. размера
Номинальный размер, мм (рис.1)
Допуск на размер, мм.

1
Линейный
102,00
1,00

2
Линейный
42,00
0,60

3
Линейный
16,00
0,45

4
Линейный
12,00
0,35

5
Линейный
88,50
0,85

6
Линейный
8,00
0,35

7
Радиус закругления
10,00
1,00

8
Угловой 
126 0 56 
2 0

9
Линейный
4000
+20,00

Для профилей с толщиной полки от 4 мм до 10 мм допускается плав
ная изогнутость с  со стрелой прогиба не более 4 мм на 1 погонный метр 

длины профиля, а при толщине полки более 10 мм стрела прогиба долж
на быть не более 2 мм на 1 погонный метр длины профиля [3].

Общий допустимый прогиб, саблевидность и скручивание профиля 

определяются путем умножения допуска, установленного на 1 погонный 

метр длины профиля, на всю длину профиля в метрах при этом общий 

допустимый прогиб по всей длине профиля не должен превышать 30 мм. 

Химический состав сплава Д16 должен удовлетворять требованиям 

ГОСТ 4784-74 [3].

При определении коэффициента вытяжки при прессовании необхо
димо знать площадь поперечного сечения профиля. В принципе, этот 

показатель можно определить разбив поперечное сечение профиля на 

элементарные геометрические фигуры (прямоугольники, квадраты, кру
ги и т.д.) и определив площадь каждой из фигур, а затем суммировать их 

площадь. Однако, площадь поперечного сечения профиля уже посчитана 

Жаров М.В.

8

в [3] и составляет  21,4 см2, а теоретический вес одного погонного метра 

профиля составляет 6,009 кг/м [3]. Вопрос о количестве сдаточных длин 

профилей в одном прессованном изделии, получаемом из одного слитка, 

а также о  виде прессования (однониточном или двухниточном) будет 

решен далее, после определения основных технологических параметров 

процесса, в частности  диаметра слитков, диаметра контейнера пресса и 

усилия прессования.

2.  СВЕДЕНИЯ О МАТЕРИАЛЕ ИЗДЕЛИЯ

Материал  прессованного профиля - алюминиевый сплав Д16. 

Сплав Д16 является наиболее распространенным из группы дюралюми
ниев, большинство из которых относиться к сплавам четырехкомпо
нентной системы Al-Cu-Mg-Mn [2]. Химический состав сплава Д16 

представлен в таблице 2. 

Таблица 2

Химический состав в %  (ГОСТ 4784-74 и  ГОСТ 90048-77) [4].

Al
Сu
Mg
Mn

Fe
Si
Zn
Ti
Ni

Прочие 
Примеси

Каждая

Сум
ма

Не более

Осно

-ва

3,8 
4,9

1,2 
1,8

0,3 
0,9

0,5
0,5
0,3
0,1
0,1
0,05
0,1

Сплав Д16 интенсивно упрочняется термической обработкой, при 

этом основными упрочняющими фазами являются фаза S (Al2CuMg) и 

CuAl2. Сплав хорошо деформируется в горячем и холодном состоянии. 

Горячая температура возможна в широком интервале температур( от 350 

до 4500 С). Деформации при комнатной температуре сплав может под

Основы  проектирования  технологии  прессования легких сплавов

9

вергаться как в отожженном, так и в закаленном состоянии [2]. Механи
ческие свойства профилей из сплава Д16 представлены в таблице 3 [4].  

Механические свойства полуфабрикатов после закалки и естественного 

старения в значительной степени зависят от условий предварительной 

обработки. Так, у профилей, прессованных из литого слитка, сохраняет
ся некристаллизованная структура и прочностные характеристики после 

термообработки имеют максимальные значения (460-500 МПа). У про
филей, прессованных из предварительно деформированной заготовки, 

прочностные характеристики после термообработки значительно ниже 

(400-430 МПа). Существенное влияние на механические свойства прес
сованных профилей оказывает также величина коэффициента вытяжки 

при прессовании.

Таблица 3

Механические свойства (не менее) профилей из сплава Д16 в различных

состояниях поставки (ОСТ 90113-74) [4].

№
Толщина полки профиля, 

мм

Состояние
Предел 

прочности 

в, МПа

Предел теку
чести 
0,2, 

МПа

Относи
тельное 

удлинение, 

5,%

1
Все размеры
Отожженное
до 250 
--10

2
10 - 20
Закаленное и ест. 
состаренное
440 
340
10

3
10 - 20
Закаленное и исскуст. 
состарен
ное

460 
400
5

Максимальные значения прочностных характеристик получаются 

при коэффициенте вытяжки, равном 9-12. Поэтому крупногабаритные 

профили имеют, как правило, более высокие значения предела прочно
сти и предела текучести, чем профили мелких сечений, прессуемых с 

высокими коэффициентами вытяжки (25-35 и более) ([2], стр. 31). Раз
личие механических свойств также наблюдается при производстве про