Кузнечно-штамповочное производство

КУЗНЕЧНО
ШТАМПОВОЧНОЕ
ПРОИЗВОДСТВО

 
Москва 
Красноярск

 
ИНФРА-М 
СФУ

2021

УЧЕБНИК

Рекомендовано

Национальным исследовательским технологическим 

университетом «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») в качестве учебника

для студентов высших образовательных учебных заведений,

реализующих программы ВПО, ДПО, профессиональной переподготовки

и повышения квалификации по дисциплине «Технология кузнечно
штамповочного производства», направления подготовки 

22.03.02 «Металлургия» укрупненной группы специальностей 

22.00.00 «Металлургия, машиностроение и металлообработка»

Регистрационный номер 2088 от 24.10.12 (МГУП)

Второе  издание

И.Л. КОНСТАНТИНОВ
С.Б. СИДЕЛЬНИКОВ

УДК 338(075.8)
ББК 34.623я73
 
K64

Константинов И.Л.
Кузнечно-штамповочное производство : учебник / И.Л. Константинов, С.Б. Сидельников. – 2-е изд. — Москва : ИНФРА-М; 
Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2021. — 464 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/ 1411.

ISBN 978-5-16-009455-7 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-100582-8 (ИНФРА-М, online)
ISBN 978-5-7638-2791-0 (СФУ)

В учебнике изложены основы кузнечно-штамповочного производства. Рассмотрены материалы и инструмент для кузнечно-штамповочного производства, а также основные принципы и операции технологических процессов ковки и штамповки. К каждой главе приведены 
контрольные вопросы и задания для самопроверки.
Предназначен для студентов направления подготовки бакалавров 
«Металлургия» укрупненной группы «Металлургия, машиностроение 
и материалообработка».

УДК 338(075.8)
ББК 34.623я73

Ре ц е н з е нт
кафедра технологии и оборудования трубного производства
НИТУ «МИСиС»

K64

© Сибирский 
 
федеральный
 
университет, 2014

ISBN 978-5-16-009455-7 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-100582-8 (ИНФРА-М, online)
ISBN 978-5-7638-2791-0 (СФУ)

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

3 

 

 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………… 
5
Глава 1. ВИДЫ  ЗАГОТОВОК  И  СПОСОБЫ   
               ИХ  ПОДГОТОВКИ ДЛЯ  КОВКИ  И  ШТАМПОВКИ… 
7
1.1. Материалы для ковки и горячей объемной штамповки…………. 
7
1.1.1. Виды заготовок и используемые сплавы…………………… 
7
1.1.2. Способы разделки металла на заготовки…………………... 
10
1.1.3. Отходы при разделке………………………………………… 
16
1.1.4. Выбор температуры и способа нагрева заготовок  
          под ковку и объемную штамповку…………………………. 
17
1.1.5. Влияние ковки и штамповки на структуру  
          и механические свойства металлов………………………… 
24
1.2. Материалы для холодной объемной штамповки………………… 
27
1.2.1. Виды заготовок и применяемые металлы и сплавы………. 
27
1.2.2. Разделение исходного материала на заготовки……………. 
30
1.2.3. Предварительная и промежуточная термообработка……... 
33
1.2.4.Подготовка поверхности заготовок…………………………. 
35
1.3. Материалы для листовой штамповки……………………………... 
37
1.3.1. Виды заготовок и используемые сплавы…………………… 
37
1.3.2. Сортамент исходных заготовок…………………………….. 
41
1.3.3. Оценка технологичности материалов для листовой 
          штамповки…………………………………………………… 
43
Глава 2. КОВКА…………………..…………………………………… 
47
2.1. Сущность процесса ковки…………………………………………. 
47
2.2. Классификация поковок и предварительные операции ковки….. 
49
2.3. Основные операции ковки…………………………………………. 
56
2.3.1. Осадка………………………………………………………… 
56
2.3.2. Протяжка……………………………………………………... 
65
2.3.3. Разгонка………………………………………………………. 
76
2.3.4. Прошивка…………………………………………………….. 
78
2.3.5. Передача, гибка……………………………………………… 
83
2.4. Вспомогательные операции ковки………………………………… 
86
2.5. Отделочные операции ковки………………………………………. 
89
2.6. Основы разработки технологического процесса ковки………….. 
91
2.7. Расположение оборудования в производственных 
       отделениях ковки…………………………………………………… 
107
2.8. Инструмент для машинной ковки…………………………………. 
109
2.8.1. Основной технологический инструмент…………………… 
109

4 

2.8.2. Вспомогательный инструмент………………………………. 
114
2.8.3. Поддерживающий  инструмент и приспособления  
          для машинной ковки…………………………………………. 
116
2.8.4. Контрольно-измерительный инструмент  
          кузнечного производства..…………………………………... 
123
2.9. Фасонная и секционная ковка……………………………………... 
125
2.10. Завершающие операции ковки…………………………………… 
133
2.11. Требования к качеству и основные  методы контроля   
         качества поковок………………………………………………….. 
136
Глава 3. ГОРЯЧАЯ  ОБЪЕМНАЯ  ШТАМПОВКА……………….. 
144
3.1. Сущность и классификация видов горячей объемной штамповки 
144
3.2. Штамповка на молотах……………………………………………... 
148
3.3. Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах..…. 
207
3.4. Штамповка на гидравлических прессах…………………………... 
239
3.5. Штамповка на винтовых прессах………………………………….. 
252
3.6. Штамповка на горизонтально-ковочных машинах………………. 
256
3.7. Профилирование заготовок на ковочных вальцах……………….. 
279
3.8. Отделочные операции……………………………………………… 
292
3.9. Изготовление и эксплуатация штампов………………………….. 
311
3.10. Виды брака и контроль качества штампованных поковок……... 
320
Глава 4. ХОЛОДНАЯ  ОБЪЕМНАЯ  ШТАМПОВКА…………..... 
335
4.1. Понятие о холодной объемной штамповке………………………. 
335
4.2. Виды деталей, получаемых холодной объемной штамповкой….. 
336
4.3. Разделительные операции холодной объемной штамповки…….. 
337
4.4. Формоизменяющие операции холодной объемной штамповки 
339
4.5. Основы разработки технологии холодной объемной штамповки 
351
4.6. Штампы для холодной объемной штамповки……………………. 
361
Глава 5. ЛИСТОВАЯ  ШТАМПОВКА……………………………… 
373
5.1. Понятие о листовой штамповке…………………………………… 
373
5.2. Операции листовой штамповки…………………………………… 
374
5.2.1. Разделительные операции листовой штамповки………….. 
374
5.2.2. Формоизменяющие операции листовой штамповки……… 
390
5.2.3. Прессовочные и штампосборочные операции  
          листовой штамповки………………………………………… 
431
5.3. Штампы для листовой штамповки………………………………… 
433
5.3.1. Классификация штампов……………………………………. 
433
5.3.2. Материалы для изготовления штампов  
          листовой штамповки………………………………………… 
449
5.4. Виды брака при листовой штамповке…………………………….. 
451
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………. 
455
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК………………………………. 
457
ПРЕДМЕТНЫЙ  УКАЗАТЕЛЬ……………………………………… 
459
 

5 

 
 

 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Кузнечно-штамповочное производство – это группа видов обработки 
металлов давлением (ОМД), к которым относят ковку, горячую и холодную объемную штамповку и листовую штамповку.  
В современной металлообрабатывающей промышленности кузнечно-штамповочное производство (КШП) является одним из основных способов изготовления заготовок и деталей. Ковкой и горячей объемной 
штамповкой получают заготовки и детали от десятков граммов до сотен 
тонн, размерами от миллиметров до десятков метров. Ими перерабатывают 
7÷8 % выплавляемой в России стали. Изделия, полученные ковкой или 
штамповкой, отличаются высокой прочностью и ударной вязкостью, поэтому ответственные детали машин делают коваными или штампованными. 
Объемная штамповка отличается высокой производительностью, и ее применяют в массовом и крупносерийном производстве. Однако, учитывая 
постоянный выпуск уникальных машин с крупными высоконагруженными 
деталями, которые изготовляют в единичных экземплярах или мелкими 
сериями, сохраняется актуальность ковки. При этом наблюдается тенденция, согласно которой, по сравнению с объемной штамповкой, количество 
поковок, получаемых ковкой, снижается, но ожидается, что общая масса 
поковок, получаемых ковкой, будет расти. Ковку и горячую объемную 
штамповку используют в кузнечных и кузнечно-штамповочных цехах машиностроительных заводов, а также на металлургических предприятиях. 
Холодная штамповка, в зависимости от вида исходного материала          
и типа изделия, может быть листовой или объемной. Листовую штамповку 
применяют для изготовления таких изделий из листового материала, как 
детали автомобилей (крыша, крылья, двери и т. д.), самолетов, приборов, 
бытовых изделий (бидоны, кастрюли, канистры и т. п.) и т. д. Холодной 
объемной штамповкой получают изделия из объемных заготовок в основном из прутков. К ним относятся, например, крепежные детали (болты, 
гайки, гвозди, заклепки), шарики, ролики, детали автомобилей, тракторов, 
самолетов и других машин. 
Каждый из перечисленных видов ОМД имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при разработке технологических процессов 
получения изделий. 
В развитие кузнечно-штамповочного производства большой вклад 
внесли такие ученые, как И. М. Павлов, М. В. Сторожев, Е. И. Семенов,   
Я. М. Охрименко, В. А. Тюрин, О. М. Смирнов, В. П. Романовский, Г. А. Навроцкий, Л. А. Шофман, Е. А. Попов, А. Н. Малов, М. Е. Зубцов, А. Д. Томле

6 

нов, Ю. А. Аверкиев, Е. И. Исаченков, Л. И. Рудман, А. Г. Овчинников,         
О. А. Ганаго, Л. И. Живов, А. Д. Матвеев, В. А. Лебедев, В. Т. Мещерин и др. 
Целью изучения дисциплины «Кузнечно-штамповочное производство» (КШП) является знакомство с основами технологических процессов 
получения деталей и полуфабрикатов из цветных и черных металлов          
и сплавов с помощью операций ковки, горячей и холодной объемной 
штамповки, а также листовой штамповки.  
Изучение дисциплины «Кузнечно-штамповочное производство»      
позволит узнать: 
● понятия, термины и сущность операций КШП; 
● основные принципы составления технологических процессов КШП; 
● основное оборудование и инструмент, применяемый для процессов 
КШП. 
Приобрести умения по:  
● выбору и расчету необходимого оборудования; 
● оценке технических решений для достижения высокого качества 
продукции;  
● расчету основных параметров техпроцессов КШП. 
Получить навыки по: 
● выбору и режиму обработки материала исходя из условий его эксплуатации и комплекса предъявляемых требований; 
● пользованию нормативно-технологической документацией. 
Таким образом, изучение дисциплины «Кузнечно-штамповочное 
производство» в совокупности с другими дисциплинами учебного плана 
подготовки бакалавров по направлению 150400 «Металлургия» направлено на достижение стратегической цели по формированию ответственных, 
самостоятельных и готовых к самосовершенствованию выпускников,        
способных быть не только квалифицированными исполнителями мероприятий по осуществлению технологических процессов КШП, но и являться 
активными участниками разработки и внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий в данной области. Достижение этой цели в соответствии с Федеральным Государственным образовательным стандартом высшего 
профессионального образования связано с формированием у студентов 
общекультурных и профессиональных компетенций, а изучение материалов данного учебника позволит освоить дисциплину «Кузнечноштамповочное производство» и сформировать профессиональные компетенции при многоуровневой подготовке студентов по направлению          
«Металлургия». 
 
 
 
 
 

7 

 
Г л а в а  1 

 
ВИДЫ ЗАГОТОВОК  
И СПОСОБЫ ИХ ПОДГОТОВКИ  
ДЛЯ КОВКИ И ШТАМПОВКИ 
 
 
1.1. Материалы для ковки  
и горячей объемной штамповки 
 
1.1.1. Виды заготовок и используемые сплавы 

Для ковки и горячей объемной штамповки применяют деформируемые металлы и сплавы, которые характеризуются относительно высокой 
пластичностью. При этом основным материалом для этих видов ОМД является сталь. Каждый вид стали имеет свои особенности, определяющие 
режимы их горячей деформации. Низко- и среднеуглеродистые стали,        
а также низко- и среднелегированные стали характеризуются высоким запасом пластичности в широком интервале температур при осадке со степенью деформации до 80 %, поэтому их относят к высокопластичным металлическим материалам. Стали высокоуглеродистые и высоколегированные 
допускают деформацию при осадке до 60 % и называются материалами 
средней пластичности. Пластичность сталей зависит не только от содержания углерода и легирующих элементов, но и от металлургической природы 
металла, определяемой его макроструктурой, степенью химической неоднородности, количеством и формой неметаллических включений и окисных пленок, а также газонасыщенностью. 
Кроме сталей для ковки и горячей объемной штамповки применяют 
алюминиевые, магниевые, медные, титановые сплавы, а также жаропрочные сплавы. 
Алюминиевые сплавы имеют малый удельный вес и высокие прочностные свойства. Многие алюминиевые сплавы хорошо подвергаются 
ковке и штамповке при температурах 400÷480 С. К ним относятся дуралюмины марок Д1, Д16, сплавы АК (алюминиевые ковкие) марок АК4, 
АК6, АК9, а также пластичные алюминиевые сплавы типа АД31, АД35 и др. 
Областью применения алюминиевых сплавов являются детали ответственного назначения для авиа- и судостроения, автомобилестроения, сельскохозяйственного машиностроения и строительства. 
Магниевые сплавы – конструкционные материалы, хотя не обладают 
высокой прочностью, но имеют удельный вес меньше, чем у алюминиевых 
сплавов. Среди этих сплавов хорошо поддаются ковке при температурах 

8 

350÷440 °С сплавы МА1, МА2, МА3, МА8, МА14 и др. Областью применения этих сплавов является ракето- и самолетостроение, автомобилестроение, электротехническая промышленность. 
Титановые сплавы при небольшом удельном весе (почти в два раза 
ниже, чем у железа) обладают прочностью в несколько раз выше, чем         
у алюминиевых сплавов, и даже превышают по этому показателю некоторые легированные стали. Из сплавов титана (ВТ3-1, ВТ6, ВТ14 и др.) изготавливают поковки для ракет, самолетов (турбинные лопатки), кислотоупорные детали. 
Сплавами на основе меди, используемыми для ковки и объемной 
штамповки, являются латуни и бронзы. Хорошей технологичностью при 
горячей обработке отличаются двойные латуни марок Л63, Л68, Л80 и др. 
Для ковки и горячей штамповки применяются также оловянистые, алюминиевые, марганцовистые и алюминиево-железистые бронзы, такие как 
БрАЖ9-4, БрАЖ10-4-4. Безоловянистые бронзы отличаются антифрикционными, антикоррозионными свойствами и находят применение при работе в соленой воде, масле, паре. 
Обычно заготовками для ковки и объемной штамповки цветных металлов и сплавов служат прессованные или катаные прутки и слитки. 
Стальные заготовки для ковки и объемной штамповки представляют 
собой слитки, сортовой прокат и заготовки квадратного сечения (блюмы), 
получаемые из слитков прокаткой на блюминге или из жидкого металла на 
машинах непрерывного литья. 
Слиток служит заготовкой для крупных кованых поковок, масса которых измеряется в тоннах. Для объемной штамповки обычно применяют 
сортовой прокат, а слитки используются редко. 
При отливке слиткам придают форму усеченной пирамиды с поперечным сечением круглой, квадратной или многоугольной формы (рис. 1). 
 

 
Рис. 1. Форма стального слитка 
 
Широкий конец слитка для ковки (прибыльная часть) расположен 
вверху. Нижняя часть слитка называется донной или поддоном. Металл, 
который при ковке используют для изготовления поковок, располагается 
между донной и прибыльной частью и называется корпусом (телом) слитка. 
Масса прибыльной и донной частей слитков, отделяемых при ковке, равна, 

9 

соответственно, 18÷20 % и 3÷5 %. Описанные слитки имеют по сечению и 
длине неоднородное строение, содержат дефекты литейного происхождения (усадочная пористость, трещины, газовые пузыри, неметаллические 
включения и т.д.). Кроме того, для слитков характерна дендритная ликвация (химическая неоднородность).  
Для средних по массе кованых поковок, а также для крупных штампованных поковок используют блюмы, представляющие собой полупродукт металлургического производства в виде стальной заготовки, сечение 
которой можно вписать в квадрат со стороной от 140 до 450 мм (рис. 2, а). 
Блюмы получают разливкой на машинах непрерывного литья заготовок 
(МНЛЗ) или путем прокатки из слитка на обжимном прокатном стане 
(блюминге). Длина блюма может составлять от 1 до 6 м. 
 

 

 

 

а 
б 
в 

Рис. 2. Сечение блюма (а) и сортового проката (б, в) 
 
Для большинства штампованных поковок, а также мелких кованых 
поковок в качестве заготовок применяют сортовой прокат с круглым или 
квадратным поперечным сечением (рис. 2, б, в). 
Кроме того, для объемной штамповки используется профильный и 
периодический прокат, а также полосовая заготовка. 
Завод-поставщик оформляет партию отправляемого металла специальным документом – сертификатом, в котором указаны: марка, номер 
плавки, химический состав и механические свойства металла; размеры заготовок и масса партии; клеймо приемщика ОТК. Поступивший на завод 
металл контролируют с целью выявления внешних дефектов, проверки 
марки стали (пробой на искру), а в случае необходимости проводят определение химического состава, например, спектральным анализом.  
Устранение дефектов исходного металла является важной операцией, так как качество поковок, а следовательно, и надежность детали напрямую связаны с качеством исходной заготовки. Например, имеющаяся на 
поверхности заготовки трещина при последующей обработке может быть 
заштампована в поковку, а изготовленная из такой поковки деталь при 
эксплуатации легко разрушится.  

10 

Дефекты проката могут переходить из слитка, проходящего обработку на прокатном стане, а также возникать непосредственно при прокатке.  
К основным дефектам поверхности проката относятся плены, волосовины, 
трещины, закаты, подрезы, риски и расслоения. Обнаруженные дефекты 
удаляют вырубкой пневматическим зубилом или другими методами. После 
этого обработанные места должны иметь плавные переходы, чтобы при 
последующей штамповке не образовалось новых дефектов – раковин, трещин, зажимов.  
В цехах, использующих обжатые, прокатанные заготовки и сортовой 
прокат большого сечения, крупные поверхностные дефекты удаляют вырубкой пневматическими зубилами или пламенной зачисткой, а мелкие 
дефекты – стачиванием шлифовальными кругами. При большом количестве дефектов производят сплошную зачистку всей поверхности металла на 
обдирочных, строгальных или фрезерных станках. 
Кроме того, если прокат изогнут, то его правят на кривошипных или 
гидравлических прессах. 
 
1.1.2. Способы разделки металла на заготовки 

Способы разделки на заготовки слитков и проката различаются. 
Слитки разделывают в процессе самой ковки, удаляя донную и прибыльную части специальным инструментом – топором. Слитки для ковки из 
инструментальной и высоколегированной сталей обычно режут с помощью пил. 
Для разделки катаного металла применяют такие способы, как резка 
на пресс-ножницах и кривошипных прессах, резка пилами и абразивами, 
ломка на хладноломах, газовая резка и другие виды. 
Резка на пресс-ножницах и в штампах на кривошипных прессах является основным способом разделки исходного металла на заготовки          
в кузнечных цехах с крупно- и среднесерийным характером производства. 
Пресс-ножницы представляют собой эксцентриковые машины различной 
конструкции, с помощью которых режут прутки диаметром от 15 до 150 мм. 
Схема резки прутка на пресс-ножницах представлена на рис. 3. 
В конструкции пресс-ножниц подвижный 3 и неподвижный 5 ножи 
пресс-ножниц закреплены, соответственно, в гнездах ползуна и станины 
пресса. Длину заготовки, отрезаемой от штанги, которая подается к ножам 
по рольгангу, регулируют упором 4, а затем фиксируют прижимом 2.          
Между ножами устанавливают зазор ∆, величина которого, в зависимости 
от вида разрезаемого материала, составляет 2÷4 % от диаметра или толщины заготовки. Ножи изготовляют из инструментальных сталей 5ХГТ, 
5ХГМ, 4ХС, 8X3, У10, закаливают и отпускают (твердость после термообработки НВ 444÷514). 

11 

Резку прутков производят в холодном состоянии или с подогревом. 
Так, стальные прутки из низкоуглеродистой или низколегированной стали 
разделывают в холодном состоянии. Среднеуглеродистые и легированные 
стали из-за их пониженной пластичности режут с подогревом перед резкой 
до температуры 450÷550 °С. Это позволяет избежать появления трещин на 
торцевой поверхности заготовок. Высокоуглеродистые и легированные 
стали для снижения усилия резки и уменьшения трещинообразования перед резкой нагревают до температуры 450÷700 °С. Процесс резки характеризуется большой производительностью. Например, при холодной резке 
прутка производительность колеблется от 200 до 1 000 штук в час. Применение нагрева перед резкой снижает ее производительность приблизительно на 30 %. 
 

 
Рис. 3. Схема резки прутка на пресс-ножницах: 1 – заготовка;  
2  –  прижим;  3 – подвижный  нож;  4  – регулируемый упор;  
5 – неподвижный нож; 6 – рольганг 
 
Усилие резки Рр, необходимое для резки ножами, соответствующими 
профилю проката, определяют по формуле: 

 
 
 
р зσвр , 
 
 
 
 
(1) 

где i – коэффициент, равный для стали 0,6÷0,9; з  – коэффициент затупления режущих кромок ножей, возрастающий по мере их износа от 1 до 
1,7; σв – временное сопротивление разрыву разрезаемого металла при температуре резки, МПа; р  – площадь сечения разрезаемого металла. 
Резку на пилах заготовок для ковки и штамповки обычно применяют 
в том случае, когда первой операцией является осадка в торец, поверхность которого должна быть ровной и перпендикулярной оси заготовки. 
Этому виду разделки на заготовки подвергают в основном цветные металлы и их сплавы, которые нельзя резать на пресс-ножницах из-за возникновения большого смятия и трещин на поверхностях раздела. Резка на пилах 

3
3

2 
1

6

5
5

4

Δ

12 

применяется также для разделки прутков из высокоуглеродистой или легированной стали, а также для крупных профилей проката из конструкционной стали. Пилы бывают дисковые и ленточные. Резку на пилах проводят в холодном состоянии, используя для охлаждения эмульсию. Качество 
разделки на пилах, по сравнению с другими видами резки, является самым 
высоким, за исключением электроискровой резки. Основным недостатком 
резки на пилах является отход металла на пропил, толщина которого составляет от 3 до 8 мм, что соответствует толщине диска. 
Ломку на хладноломах применяют для разделки крупных профилей 
диаметром или толщиной 70÷250 мм из углеродистой и легированной стали. 
В качестве оборудования для ломки применяют кривошипные или гидравлические прессы, на которые устанавливают штампы-хладноломы (рис. 4). 
 

 
 
Рис. 4. Схема ломки на хладноломах: 1 – рольганг; 2 – заготовка;  
3 – сухари; 4 – упор; 5 – нож (ломатель) 
 
Перед ломкой с одной стороны разделываемой заготовки с помощью 
газового резака выполняют надрез шириной 5÷8 мм и глубиной 10÷15 мм. 
Затем надрезанная заготовка 2 подается по рольгангу 1 на стол пресса до 
упора 4. Надрез располагают с противоположной стороны над неподвижным ножом (ломателем) 5. При нажатии на штангу сухарями 3 в зоне надреза возникает концентрация напряжений, приводящая сначала к образованию трещины, а затем и к разрушению с отделением одной части штанги 
от другой. Торцевая поверхность заготовки при ломке получается достаточно ровной, иногда с наклоном. Однако обычно на торце заготовки остается ступенька от надреза, усложняющая установку заготовки в штампе в 
случае штамповки осадкой в торец. По виду излома производят контроль 

4

3

2 

1 

5