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 дав
лением. 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 хо
зяйства 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. Кузнечно-штамповочной технологии присущи экономия металла, высокая 
производительность, улучшение механических свойств изделий, высокая однородность производимых деталей и т. п. Преимущества технологических процессов обработки металлов давлением обусловили 
широкое распространение кузнечно-штамповочных машин в металлообработке. По кинематическому признаку рабочего хода все многообразие 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 оборудования кривошипные кузнечно-штамповочные машины в настоящее время составляют около 60 %. В цехах холодной штамповки кривошипные прессы являются основными машинами. Большую роль 
играют эти машины в заготовительных отделениях цехов, в цехах массового ширпотреба и метизов. Увеличивается и доля кривошипных машин 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 использования кривошипных машин в нашей стране начиная с 1935 года 

(первый этап развития) [15]. До Великой Отечественной войны страна успела создать металлургическую и энергетическую базу, оборонные отрасли, несколько автомобильных и тракторных заводов, ряд заводов по производству универсальных металлорежущих станков и два 
гиганта сверхтяжелого машиностроения. Основные отечественные 
потребители кривошипных машин — созданные в это время автомобильные, 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 кривошипных машин в нашей стране и оказала влияние на соответствующие 
направления зарубежом. С этого момента начинается развитие кривошипных машин в СССР.

Дальнейшее развитие отечественной теории и практики создания 

кривошипных машин было прервано войной, повлиявшей на развитие других направлений обработки металлов давлением (ОМД), например, создание роторных и роторно-конвейерных машин, ротационно-обжимных машин и т. д.

Во время Второй мировой войны появляются универсальные криво
шипные горячештамповочные прессы (КГШП). К тому времени массовое и крупносерийное листоштамповочное производство было укомплектовано 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 предшественниками современных кривошипных листоштамповочных прессов.

Однако массовое и крупносерийное производство горячих поковок 

отличалось от современного принципиально иным составом оборудования. Его основу составляли паровоздушные молоты и горизонтально-ковочные машины (ГКМ) с вертикальным разъемом матриц, по- 
явившиеся примерно в то же время. Эти машины дополняли друг друга, а не заменяли. ГКМ специализировались на изделиях, получаемых 
горячей высадкой конца длинного стержня в закрытых штампах с разъемной матрицей без помощи выталкивателей и средств автоматизации. 
Всю остальную, то есть наиболее распространенную номенклатуру, 
брали на себя паровоздушные штамповочные молоты двойного действия, предназначенные для штамповки в открытых штампах как осесимметричных 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 штамповщиков (операторов-молотобойцев). Плохая эргономика связана 
с вибрацией самих молотов, зданий и грунта, а также с шумом, превышающим санитарные нормы, то есть с недопустимой акустической 
вибрацией воздушной среды. Кроме непосредственного вреда здоровью, вибрация ухудшает эргономику опосредованно, не давая возможности применить вспомогательное оборудование и тем самым препятствуя 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 способен перераспределять металл вдоль оси заготовок поковок с вытянутой осью в соответствии с эпюрой сечений, за исключением простейших 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 нагрев 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 удорожает, а в большинстве случаев исключает механическую обработку 
поковок, полученных на КГШП при пламенном нагреве. В-третьих, 
пришлось изменить подход к проектированию систем включения путем переноса муфты и тормоза на главный вал. Это резко уменьшало 
габариты машин, упрощало управление ими, обеспечивало приемлемую 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 рекордные показатели не только для отечественной, но и для мировой 
практики: ежегодное производство до 68 тыс. единиц, эксплуатировавшийся парк свыше 1 млн единиц. Была организована автономно 
управляемая подотрасль с серией специализированных заводов, размещенных по всей территории страны, с отраслевыми институтами.

Параллельно с выпуском развивалось исследование кривошипных 

машин. В 1945 году Центральным бюро кузнечно-прессового машиностроения была разработана единая методики расчета всех типов главных валов, применяемых в кривошипных машинах.

В 1949 году во втором номере периодического издания «Вестник ма
шиностроения» выходит работа «К расчету фрикционных муфт в тяжелом машиностроении», в которой предложен путь повышения частоты 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. Нюнько, А. Г. Овчинниковым, В. Г. Плюгачевым, Г. Н. Ровинским, В. И. Силановым, 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 ра
нее 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 су
щественно 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 требования как к основным, так и к вспомогательным устройствам. В тяжелых и сверхтяжелых прессах появилась автоматизация процесса штамповки и установки штампов.

Благодаря развитию металлургического цикла и появлению срав
нительно дешевых горячекатаных листов практически любой площади 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. Появились многосекционные прессы, средние и тяжелые прессы с нижним 
приводом. Прессы стали оснащаться надежными устройствами защиты конструкции и персонала, контрольными и информационными 
устройствами, в которых в нарастающих количествах начала внедряться электроника. Началась широкая поставка потребителю автоматических линий и комплексов как в универсальном исполнении, так и под 
конкретные изделия или группы изделий. Там, где это целесообразно, стало применяться числовое программное управление. Специализация 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 продукции; во-вторых, к тому, что в ряде случаев прессы стали эксплуатироваться только со специальным инструментом и специальной технологией штамповки.

В холодной объемной штамповке двух- и трехударные автоматы 

стали вытесняться многопозиционными. В крупносерийном и массовом производстве горячих поковок молоты практически вытеснились 
КГШП, а ГКМ начали вытесняться горячештамповочными автоматами. Кроме универсальных прессов, появились специализированные 
КГШП: многопозиционные, двойного действия, для прямого выдавливания. Верхний уровень усилия КГШП вырос с 63 до 100 МН с соответствующим 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 группу механических прессов. Основным механизмом этих машин 

является кривошипно-шатунный механизм.

Классифицировать кривошипные машины можно по ряду призна
ков: 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 су
щественно отличаются друг от друга. Одна из этих групп предназначена для объемной штамповки, другая — для листовой штамповки.

Особенности технологических процессов объемной штамповки та
ковы, 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 боль
шим 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]