Объемная штамповка на автоматах

 
 
 
 
Ю.А. Лавриненко, С.А. Евсюков, В.Ю. Лавриненко 
 
 
 
 
ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА  
НА АВТОМАТАХ 
 
 
Допущено Учебно-методическим объединением вузов  
по университетскому политехническому образованию  
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных  
заведений, обучающихся по специальности «Проектирование  
технологических машин и комплексов» и направлению  
«Машиностроение» 

Москва 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2014 

УДК 621.7 
ББК 34.623.я73 
       Л13  

Рецензенты:  

зав. кафедрой «Системы пластического деформирования» 
ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», доктор технических наук,  
профессор Е.Н. Сосенушкин;  
зав. кафедрой «Механика пластического формоизменения»  
ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»,  
доктор технических наук, профессор С.С. Яковлев 

Лавриненко Ю. А.  
Л13 
Объемная штамповка на автоматах : учеб. пособие /  
Ю.А. Лавриненко, С.А. Евсюков, В.Ю. Лавриненко. – М. : 
Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. – 259, [5] с. : ил.  
 
ISBN 978-5-7038-3786-3 
 
На основе обобщения отечественного и мирового опыта приведен обзор прогрессивных технологических процессов холодной 
объемной штамповки на автоматах. Представлены основные этапы 
технологического процесса: выплавка стали и изготовление проволоки, входной контроль металла (проволоки), термическая обработка и подготовка поверхности проволоки, объемная штамповка 
деталей на автоматах, термическое упрочнение, нанесение покрытий на детали и др. Приведены примеры технологических переходов получения штамповкой конкретных деталей и чертежи рабочих 
частей штампов, а также даны рекомендации по их расчету. 
Содержание пособия соответствует курсу лекций, читаемому в 
МГТУ им. Н.Э. Баумана обучающимся по специальности «Машины 
и технологии обработки давлением».  
Для студентов технических вузов; может быть полезно преподавателям, аспирантам, научным и инженерно-техническим работникам, занимающимся разработкой технологии холодной объемной 
штамповки. 

УДК 621.7 
                                                                                                    ББК 34.623.я73 

  Лавриненко Ю. А., Евсюков С.А.,  
     Лавриненко В.Ю., 2014 
 
 Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-3786-3 
  МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014 

  
Оглавление  
3 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение  .....................................................................................................  5 
 
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ШТАМПОВКИ НА АВТОМАТАХ  ...  7 

1.1. Детали, штампуемые на автоматах  ................................................  7 
1.2. Материалы для ХОШ  ......................................................................  18 
 
2. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА  ....  43 
2.1. Общие сведения  ...............................................................................  43 
2.2. Металлургический этап  ...................................................................  44 
2.3. Входной контроль исходного металла  ...........................................  46 
2.4. Термическая обработка исходного металла  ..................................  50 
2.5. Подготовка поверхности исходного металла  ................................  54 
2.6. Объемная штамповка и накатывание резьбы на автоматах  .........  63 
2.7. Термическая обработка деталей  .....................................................  69 
2.8. Нанесение защитных покрытий  .....................................................  70 
2.9. Контроль, сортировка и упаковка крепежных деталей  ................  79 
 
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  
               ПЕРЕХОДОВ  .............................................................................  84 
3.1. Основные операции ХОШ на автоматах  .......................................  84 
3.2. Технологические схемы штамповки стержневых деталей  ..........  90 
3.3. Проектирование технологических переходов ХОШ деталей  
       типа болт  ...........................................................................................  98 
3.4. Проектирование инструмента для ХОШ деталей типа болт  ....... 110 
3.5. Технологические схемы штамповки деталей типа гайка  ............. 117 
3.6. Проектирование технологических переходов ХОШ деталей  
       типа гаек  ........................................................................................... 121 
3.7. Расчет сил деформирования  ........................................................... 129 
3.8. Проектирование инструмента для ХОШ деталей типа  
       гайка  .................................................................................................. 133 
3.9. Материалы основных деталей штампов  ........................................ 139 

Оглавление 

4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ  
              ХОЛОДНОЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ  ......................... 155 
4.1. Специализированные программные комплексы  ........................... 155 
4.2. Моделирование в программном комплексе QForm  ...................... 156 
4.3. Моделирование в программе eesy-2-form  ...................................... 167 
 
5. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ХОЛОДНОВЫ- 
              САДОЧНЫХ АВТОМАТОВ  .................................................... 174 
5.1. Укрупненная классификация холодновысадочных автоматов  ........ 174 
5.2. Механизмы подачи и отрезки  ......................................................... 178 
5.3. Механизмы переноса  ....................................................................... 180 
5.4. Механизмы крепления и замены инструмента  ............................. 182 
 
6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СМАЗКИ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ  
               ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ  ................................................. 187 
6.1. Основные сведения и классификация ТС  ...................................... 187 
6.2. Физико-химические и функциональные свойства ТС  .................. 188 
6.3. Выбор ТС. Примеры применения ТС на производстве  ................ 192 
6.4. Эксплуатация смазочных систем. Способы очистки ТС .............. 197 
 
Заключение  ................................................................................................. 201 
Литература  .................................................................................................. 202 
Приложения   ................................................................................................. 203 
 

  
Введение  
5 

 

ВВЕДЕНИЕ 

Развитие техники обуславливает появление новых технических 
устройств и способов их производства. Совершенствование уже 
существующих производств, повышение качества продукции и 
производительности труда является актуальной задачей. 
Перспективным направлением развития технологии производства деталей является использование технологий холодной объемной штамповки (ХОШ). Это позволяет сократить затраты металла, 
труда и энергии в области повышения прочностных характеристик 
получаемых деталей, что ведет к дальнейшей экономии металла. 
Преимущества ХОШ: 
1) возможность получения заготовок, по размерам, точности и 
шероховатости поверхности приближающихся к готовым деталям, 
что позволяет в ряде случаев полностью исключить последующую 
обработку резанием;  
2) увеличение коэффициента использования материала по сравнению с литьем и горячей штамповкой до 50 %, по сравнению  
с производством деталей сложной формы обработкой резанием –  
в 2–3 раза. При ХОШ коэффициент использования материала достигает 0,9…0,95. При этом расход энергии уменьшается в 1,8–2,2 раза; 
3) низкая шероховатость (1,25...0,63 мкм и менее) и высокое 
качество поверхности штампованных деталей; 
4) возможность полной автоматизации производственных процессов сборки машин вследствие высокой повторяемости размеров, шероховатости поверхности, механических свойств деталей, 
полученных ХОШ. Значительное снижение трудоемкости и расхода металла достигается при производстве сложнопрофильных фасонных изделий. При штамповке таких деталей на многопозиционных автоматах-комбайнах производительность, по сравнению с 
резанием, увеличивается в 50–100 раз. Более высокие показатели 

Введение 

всех видов прочности получаемых изделий достигаются благодаря 
деформационному упрочнению и отсутствию надрезов волокна, 
возникающих при обработке резанием. Переход на ХОШ позволяет заменять низколегированные и среднеуглеродистые стали низкоуглеродистыми, а также не применять упрочняющую термическую обработку болтов класса прочности до 6.8 включительно, а 
гаек до 9-го класса прочности включительно. 
Наиболее перспективным является проведение ХОШ на многопозиционных холодновысадочных автоматах. Производительность штамповки на таких автоматах в зависимости от размеров 
деталей достигает в некоторых случаях 400 шт./мин. Холодной 
высадкой на автоматах можно изготавливать детали из калиброванной проволоки диаметром до 50 мм. Наиболее распространена 
холодная высадка деталей диаметром 3…24 мм. Наибольшая длина штампуемых деталей на стандартных холодновысадочных автоматах составляет 200…300 мм, а при штамповке на длинноходовых автоматах может достигать 400 мм.  
До недавнего времени холодновысадочные автоматы применяли 
преимущественно для производства крепежных деталей. Количество 
болтов, гаек, шпилек, винтов, шайб и подобных деталей в современных машинах достигает 40 % общего количества деталей. Потребность в крепежных изделиях, например при сборке только отечественных моделей автомобилей, составляет около 60 тыс. т в год. Поэтому столь массовое производство в настоящее время сосредоточено 
на специализированных заводах по производству крепежа.  
Однако растущие объемы производства машин, в том числе и 
автомобилей, определяют растущую потребность и в других, высококачественных сложнопрофильных деталях, изготавливаемых 
методами ХОШ. В связи с этим современные заводы по производству крепежа постепенно расширяют свой ассортимент и начинают выпуск разнообразных деталей методами ХОШ. 
Существующие в настоящее время книги и учебные пособия 
посвящены преимущественно ХОШ на прессах. В данном учебном пособии на основе обобщения отечественного и мирового 
опыта приведен обзор новых прогрессивных процессов ХОШ на 
автоматах.

  
1.1. Детали, штампуемые на автоматах 
7 

 

 

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ  
ШТАМПОВКИ НА АВТОМАТАХ 

1.1. Детали, штампуемые на автоматах 

Крепежные детали – одни из самых многочисленных компонентов машин, значительно влияющие на надежность и качество. 
Их число в современных машинах по разным оценкам составляет 
30…40 % общего количества деталей. Достаточно сказать, что в 
одном автомобиле производства ОАО «АВТОВАЗ» применяется 
в среднем 3 000 шт. крепежных деталей более 600 наименований, 
в автомобилях ОАО «ГАЗ» – до 5 600 шт. крепежных деталей 
около 380 наименований, ОАО «УАЗ» – до 3 100 шт. крепежных 
деталей более 200 наименований. Крепежные детали можно 
классифицировать по нескольким признакам, некоторые из признаков являются определяющими при разработке технологических переходов. По назначению крепежные детали подразделяют 
на болты, винты, шпильки, гайки, заклепки, шайбы и т. д.  
Болт – крепежная резьбовая деталь в виде цилиндрического 
стержня с головкой, часть которого снабжена резьбой. Как в русском языке, так и в английском и, возможно, в других языках, 
мнения специалистов о точном определении болта до сих пор расходятся. Существует мнение, что отличие болта от винта состоит в 
том, что в болтовом соединении на болт навинчивается гайка, а 
винт вворачивается непосредственно в деталь. Болты используют 
как тяжело нагруженные детали в соединениях, испытывающих 
нагрузки самого различного характера: статические, циклические, 
динамические. 

1. Область применения штамповки на автоматах 

Форма гаек чаще всего шестигранная, приспособленная для захвата ключом. Гайки навинчивают на резьбу болтов, и они воспринимают усилия затяжки болтов.  
Заклепки служат для получения неразъемных соединений и 
представляют собою стержень с головкой с одной стороны. Головка с другой стороны образуется в процессе расклепывания 
стержня заклепки специальным инструментом при сборке конструкции.  
Наиболее значимыми признаками деталей являются форма, 
размеры и механические свойства. 
По форме головок крепежные детали весьма разнообразны 
(табл. 1.1). Самой распространенной формой головки болта является 
шестигранная. Используют также звездообразные, цилиндрические 
с внутренним шестигранником, полукруглые, потайные, закладные 
головки и т. д. Существуют болты с шестигранными головками с 
нормальным размером «под ключ» S по ГОСТ 7798–70 и с 
уменьшенным. Болты с уменьшенным размером «под ключ» по 
ГОСТ 7796–70 имеют соответственно меньшую опорную поверхность и поэтому могут применяться в соединениях, к которым предъявляют пониженные требования по прочности на смятие контактной поверхности под головкой. Болты с увеличенным 
диаметром головки (более двух диаметров резьбы) используют 
преимущественно для крепления деревянных конструкций, так 
как большая опорная поверхность под головкой уменьшает вероятность смятия древесины. Болты с диаметром головки менее 
двух диаметров резьбы применяют в основном для соединения 
конструкций из металла. 
Различают болты с резьбой до головки и имеющие гладкий 
стержень. При этом диаметр гладкого стержня чаще совпадает с 
наружным диаметром резьбы, но может быть как больше, так и 
меньше. Длина стержня болтов колеблется в широком диапазоне 
от 1 до 20 диаметров. 
Болты и винты отличаются не только формами головок, но и 
условиями работы в узлах машин и сооружениях. Болты подвергают затяжке с помощью ключей, создавая большой крутящий момент на сопрягаемой гайке. Для винтов это затруднительно, так как 
обычно они имеют головки со шлицами под отвертки, которыми 
нельзя создать большой крутящий момент. Винты, как правило, 

  
1.1. Детали, штампуемые на автоматах 
9 

имеют цилиндрическую, потайную или полупотайную форму головок. Шлиц на каждой из перечисленных форм головок может быть 
прямым, крестообразным, квадратным и др. Для увеличения крутящего момента изготавливают специальные углубления – звездообразные и двенадцатигранные. Широко распространены винты с цилиндрической головкой с внутренним шестигранником. 
Достаточно полное представление об основных конструктивных элементах деталей типа стержня с головкой дано в табл. 1.1.  
Основные виды и формы наиболее распространенных стандартных гаек приведены в табл. 1.2.  
Комбинируя признаки, указанные в разных строках табл. 1.1 и 
1.2, можно сконструировать почти все многообразие крепежных 
деталей. 
По механическим свойствам в соответствии с ГОСТ Р ИСО 898–
1–2011 стальные болты, винты и шпильки изготавливают по 10 
классам прочности (табл. 1.3), гайки – по 9 классам в соответствии 
с ГОСТ Р 52628–2006. 
Класс прочности для болтов обозначают двумя числами. Первое 
число, умноженное на 100, указывает минимальное значение временного сопротивления (МПа), а произведение первого и второго 
чисел, увеличенное в 10 раз, – предел текучести. Например, болты 
класса прочности 6.8 имеют временное сопротивление 600 МПа,  
а предел текучести составляет 6·8·10  480 МПа. 
Болты классов прочности 8.8, 9.8, 10.9 и 12.9 называют высокопрочными. В основном применяют только три класса прочности. 
Класс прочности 9.8 в России используется редко, а в странах Западной Европы почти не используется. 
Классы прочности гаек с номинальной высотой m ≥ 0,8d (эффективная длина резьбы не менее 0,6d) обозначают цифрой, указывающей наибольший класс прочности болтов, с которыми они 
могут сопрягаться в соединении (табл. 1.4, 1.5).  
Фактическая несущая способность гайки определяется не только 
твердостью ее материала и эффективной длиной резьбы, но и прочностью на растяжение болта, с которым сопрягается гайка. 
Разрушение резьбового соединения при чрезмерной затяжке может произойти либо вследствие разрыва стержня болта, либо из-за 
срыва резьбы гайки и (или) болта. Разрыв стержня болта происходит 
внезапно и легко может быть обнаружен. Срыв резьбы происходит 
постепенно, его труднее обнаружить, в связи с чем имеется опасность 

 

 
 
 1.1. Детали, штампуемые на автоматах 11 

Таблица 1.1 

Морфологическая классификация стержневых деталей с головкой (болты, винты) 

Признак 
классификации 
Исполнение 1 
Исполнение 2 
Исполнение 3 
Исполнение 4 

Форма головки 

1.1. Шестигранная 

 

1.2. Цилиндрическая 

 

1.3. Шестигранная с 
фланцем 

 

1.4. Звездообразная  
с фланцем 

 

1.5. 12-гранная с фланцем 

 

1.6. Шестигранная  
с буртом  
1.7. Плоская  
скругленная 

 

1.8. Полукруглая 

 

1.9. Полупотайная 

 

1.10. Квадратная 

 

1.11. Т-образная