Технология листовой штамповки

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

В. Г. Бурдуковский

ТЕХНОЛОГИЯ 
ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Учебное пособие

 

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся
по направлению подготовки
22.03.02 — Металлургия

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2019

УДК 621.98.04(075.8)
ББК 34.623.3я73
          Б91

Рецензенты:
генеральный директор ООО «Совместное предприятие «Мишима — Маш-
пром»» канд. техн. наук А. А. Вопнерук;
завотделом обработки металлов давлением ОАО «Уральский институт металлов» 
канд. техн. наук Г. П. Перунов

Научный редактор доц., канд. техн. наук Д. Л. Шварц

На обложке использовано изображение с сайта http://www.htmetalstampings.
com

 
Бурдуковский, В. Г.
Б91    Технология листовой штамповки : учебное пособие / В. Г. Бурдуковский. — 
Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2019. — 224 с.

ISBN 978-5-7996-2569-6

В пособии приведена технология холодной штамповки применительно к изготовлению 
деталей из листовой заготовки, дана классификация и технология 
процессов листовой штамповки. Изложены методы расчета основных параме-
тров технологических процессов. Рассмотрены факторы, оказывающие влияние 
на точность и качество изготовления деталей. Пособие предназначено для бака-
лавров, обучающихся по направлению 22.03.02 — Металлургия, модуль «Техноло-
гия кузнечно-штамповочного производства»; для слушателей ФПК, а также для 
программ дополнительной подготовки специалистов.

Библиогр.: 13 назв. Табл. 28. Рис. 63.
УДК 621.98.04(075.8)
ББК 34.623.3я73

ISBN 978-5-7996-2569-6 
© Уральский федеральный
 
     университет, 2019

Оглавление

Введение ...............................................................................................5

1. Краткая история развития листовой штамповки ............................7

2. Общие положения и классификация процессов листовой 
     штамповки ........................................................................................9

3. Краткая характеристика оборудования для листовой 
     штамповки ......................................................................................12

4. Материалы для деталей, получаемых листовой штамповкой .......20

4.1. Стальной листовой прокат ......................................................20
4.2. Листовой прокат из цветных и тугоплавких металлов 
        и сплавов ..................................................................................30
4.3. Неметаллические материалы ..................................................34

5. Разделительные операции листовой штамповки ..........................36
5.1. Разрезание листов на полосы и карты ....................................36
5.2. Раскрой листового материала .................................................38
5.2.1. Типы раскроя .................................................................38
5.2.2. Показатели эффективности раскроя ............................41
5.2.3. Выбор вида раскроя .......................................................42
5.2.4. Разрезка и отрезка листового проката ..........................46
5.3. Вырубка и пробивка ................................................................59
5.3.1. Технологичность деталей ..............................................59
5.3.2. Сущность процессов вырубки и пробивки. 
           Очаг деформации ...........................................................63
5.3.3. Оптимальный зазор .......................................................66
5.3.4. Энергосиловые характеристики процесса 
            вырубки и пробивки .....................................................69
5.3.5. Способы уменьшения деформирующего усилия .........75
5.3.6. Точность и качество поверхности среза при 
           вырубке и пробивке .......................................................77
5.3.7. Основные виды брака при вырубке и пробивке ...........81
5.3.8. Чистовая вырубка и пробивка .......................................84
5.3.9. Зачистка в штампах .......................................................89

Оглавление

6. Формообразующие операции листовой штамповки .....................96
6.1. Классификация формоизменяющих операций .....................96
6.2. Штампуемость .........................................................................97
6.3. Гибка ...................................................................................... 103
6.3.1. Сущность процессов гибки. Напряженно-
            деформированное состояние при гибке ..................... 103
6.3.2. Упругие дефрормации при гибке. Пружинение 
            при свободной гибке ................................................... 115
6.3.3. Деформирующее усилие при свободной гибке .......... 120
6.3.4. Геометрические и кинематические параметры 
            формообразующих элементов штампа при 
            свободной гибке .......................................................... 122
6.3.5. Гибка в штампах .......................................................... 123

6.4. Вытяжка ................................................................................. 157

6.4.1. Напряженно-деформированное состояние 
            металла при вытяжке ................................................... 161
6.4.2. Технологические расчеты ............................................ 170
6.4.3. Вытяжка осесимметричных нецилиндрических 
            деталей ......................................................................... 185
6.4.4. Инструмент и зазоры ................................................... 204
6.4.5. Вытяжка с утонением .................................................. 205

6.5. Отбортовка ............................................................................. 208
6.6. Формовка ............................................................................... 211

7. Разработка технологии изготовления детали методом 
     листовой штамповки .................................................................... 220

Библиографический список ............................................................ 222

Введение

Т

ехнология листовой штамповки — это научное описание совокупности 
методов, процессов и материалов, используемых 
для получения изделий из листовой заготовки методами обработки 
давлением. Технология как наука изучает сущность производственных 
процессов, взаимосвязь этих процессов и закономерности 
их развития. Задачей изучения технологии листовой штамповки 
является получение знаний, позволяющих вести расчеты технологических 
операций и процессов, проектировать соответствующий инструмент, 
управлять процессами изготовления изделий из листовой 
заготовки для получения качественных изделий, используя оптимальные 
технологические процессы, разрабатывать новые прогрессивные 
методы и процессы.
Термин «штамповка» означает изготовление изделий обработкой 
давлением с применением специального инструмента штампа. Штамповка — 
изменение формы и размеров тела путем пластической деформации 
материала в штампе. Существует два основных вида штамповки: 
объемная и листовая. Листовая штамповка является одной из основных 
разновидностей обработки металлов давлением.
Сущность способа заключается в процессе пластического формоизменения, 
где в качестве заготовки используются полученные прокаткой 
лист, полоса или лента, свернутая в рулон. Листовой штамповкой 
изготовляются самые разнообразные плоские и пространственные 
детали массой от долей грамма и размерами, исчисляемыми долями 
миллиметра, и детали в десятки килограммов и несколько метров. Листовая 
штамповка широко используется в производстве летательных 
аппаратов, космической техники, судов, автомобилей, сельскохозяйственной 
техники, приборов, посуды и других деталей, где изготавливается 
большое количество тонкостенных деталей, которые выполнены 
из листового металла.
Для деталей, полученных листовой штамповкой, характерно то, 
что толщина их стенок незначительно отличается от толщины исход-

Введение

ной заготовки. Детали, полученные листовой штамповкой, обладают 
высокой прочностью и жесткостью при минимальной массе и отличаются 
соразмерностью. Удельная прочность, характерная для заготовок 
из проката, после листовой штамповки не понижается, а напротив, 
в результате применения к ним формоизменяющих операций 
и вследствие сопутствующего им упрочнения материала, повышается.
Листовая штамповка позволяет получать сложные по форме тонкостенные 
детали и массивные прочные детали, которые не могут быть 
получены иным способом. Листовая штамповка в сочетании со сваркой 
позволяет производить узлы практически неограниченных размеров. 
Детали, полученные листовой штамповкой, характеризуются высокой 
точностью изготовления и имеют высокое качество поверхности. 
Точность деталей оценивается 3–4-м классом, а чистота поверхности 
деталей — 6–8-м. Разнообразие методов штамповки, применение различных 
по конструкции штампов и использование соответствующих 
материалов для их изготовления обеспечивают рентабельное произ-
водство одних и тех же деталей при любом объеме выпуска.
Листовая штамповка — высокопроизводительный процесс, напри-
мер, на прессах с усилием 1 МН, при работе с ручной подачей заго-
товок из ленты, часовая производительность составляет 600–800 де-
талей, а с механизированной подачей — 3000–4000 и более. Таким 
образом, стабильная точность штампуемых деталей, низкие издерж-
ки производства, сравнительно низкая стоимость инструмента, высо-
кое качество поверхности изделий, сравнительная простота механиза-
ции и автоматизации процессов и перечисленные выше особенности 
листовой штамповки делают ее незаменимой при производстве мно-
гочисленных изделий из листа.

1. Краткая история развития  
листовой штамповки

Л

истовая штамповка возникла много столетий назад как спо-
соб изготовления одинаковых по форме и размерам деталей 
домашней утвари, украшений и оружия.
Археологическими раскопками установлено, что кузнечная обра-
ботка в сочетании с термической обработкой была известна предкам 
славян, живших на территории Древней Руси еще в I тыс. до н. э. Да-
вильные работы как элемент холодной листовой штамповки на при-
способлениях типа гончарных кругов использовались в Грузии с се-
редины II тыс. до н. э. Зарождение холодной обработки давлением 
можно отнести к бронзовому веку, когда придание нужной формы 
(заострение) бронзовых наконечников стрел и копий осуществлялось 
нанесением ударов молотком по литой заготовке.
Начало штамповки в России как ремесла относится к IX–X вв. Уже 
тогда в Киеве, Чернигове и других местах южной России такие изде-
лия, как кольчуги, шлемы, мечи, клинки и другие предметы вооруже-
ния из железа и стали изготовлялись методом штамповки. К тому же 
периоду относятся штамповка и чеканка цветных и благородных ме-
таллов в холодном и горячем виде для самых разнообразных целей. 
Особым искусством русских мастеров являлось изготовление посуды 
из тонких листов металла.
Листовая штамповка как производственный процесс зародилась 
на Тульских оружейных заводах в связи с необходимостью создания 
в массовом порядке различных видов вооружения для армии.
Технологическое и производственное совершенствование листо-
вая штамповка получила с использованием кузнечно-штамповочных 
машин во второй половине XIX в. с развитием новых видов вооруже-
ний, судостроения, появлением автомобильного и железнодорожного 
транспорта и авиации. Это делало необходимым массовое производ-
ство разнообразных однотипных деталей, таких как гильз для снаря-
дов, патронов, корпусных деталей, посуды и других изделий. Уже тогда 

1. Краткая история развития листовой штамповки 

листовая штамповка обеспечивала значительное увеличение произ-
водительности, улучшение эксплуатационных показателей деталей.
В начале XX в. листовая штамповка сыграла исключительную роль 
в автомобилестроении (особенно в изготовлении) кузовов; в 30-е гг. — 
в авиастроении, судостроении и производстве бытовых машин; 
в 50-е гг. — в ракетостроении.
Основное развитие листовая штамповка в нашей стране получила 
в период пятилеток, во время и после Великой Отечественной войны. 
За годы пятилеток и в послевоенный период построены крупнейшие 
штамповочно-прессовые цехи листовой штамповки на первокласс-
ных тракторных заводах-гигантах — Волгоградском, Харьковском, Че-
лябинском, на автозаводах — Московском, Горьковском, Минском, 
Ярославском, Липецком, вагоностроительных заводах — Уралвагон-
заводе и др. Эти цехи были укомплектованы современным по тому 
времени оборудованием, технологической оснасткой, средствами ме-
ханизации и автоматизации. К этому времени были подготовлены ква-
лифицированные кадры рабочих, инженерно-технических и научных 
работников по листовой штамповке, организованы центральные и от-
раслевые научно-исследовательские институты и свыше 40 профили-
рующих кафедр вузов, которые занимались исследованием и разработ-
кой новых прогрессивных технологических процессов.
Значительный вклад в развитие теории и технологии листовой штам-
повки внесли С. И. Губкин, Л. А. Шофман, А. Д. Томленов, Е. А. По-
пов, А. Д. Матвеев, Е. И. Исаченков, А. Н. Малов, А. Ю. Аверки-
ев, В. П. Романовский, Е. Н. Мошнин, В. Т. Мещерин, М. Н. Лысов, 
С. П. Яковлев, М. Н. Горбунов и многие другие отечественные ученые 
и инженеры, а также зарубежные ученые Г. Закс, Э. Зибель, Х. Свифт, 
Э. Томсен, Ш. Кобаяши, В. Джонсон и др.
В настоящее время практически все заводы и предприятия, связан-
ные с металлообработкой, используют в той или иной степени листо-
вую штамповку. Широкое применение листовой штамповки обусловило 
создание специализированных машин-автоматов для штамповки. Тех-
нология и теория листовой штамповки продолжают развиваться и со-
вершенствоваться. В последнее время возникли новые технологические 
процессы листовой штамповки: изотермическая и гидромеханическая 
штамповка, электроимпульсная штамповка, штамповка взрывом, штам-
повка магнитным полем и другие прогрессивные процессы получения из-
делий из листовой заготовки методами обработки металлов давлением.

2. Общие положения и классификация  
процессов листовой штамповки

П

ри листовой штамповке исходная форма материала пласти-
чески изменяется. При этом обеспечиваются требуемые ге-
ометрическая точность формы, состояние и качество по-
верхности.
Формоизменение в большинстве случаев осуществляется с помо-
щью основных инструментов — пуансона и матрицы и вспомогатель-
ных — прижима, съемника, выталкивателя и т. д.
Пуансон вдавливается в деформируемый материал, обтягивается, 
обтекается или охватывается им. Матрица вбирает в себя, охватывает 
изменяющий форму материал и пуансон.
Поверхность матрицы, по отношению к которой строится и измеряется 
проем, называется зеркалом матрицы. Зеркало матрицы может 
быть плоскими и искривленным.
Контуром проема матрицы называется линия пересечения поверхности 
полости с базовой поверхностью. Полость матрицы может быть 
глухой (с дном) или сквозной в виде отверстия. Если полость сквозная, 
матрица имеет форму осесимметричного или неосесимметрич-
ного кольца.
Пуансон и матрицу изготовляют, как правило, из более твердого 
и прочного материала, чем обрабатываемый материал. Вместе с тем 
один инструмент — пуансон или матрица — может быть из твердого 
материала, а другой — из эластичного, легко поддающегося формоизменению.

Инструмент называется жестким, если он изготовлен из более твердого 
материала, чем обрабатываемая заготовка.
Исходный материал, предназначенный для последующей обработки 
в виде тела определенной формы, называется заготовкой.
Различные фазы процесса изготовления детали, при которых происходит 
изменение формы заготовки, называются операциями.

2. Общие положения и классификация процессов листовой штамповки 

Изготовление детали может быть произведено в результате про-
ведения одной операции а в ряде случаев в результате выполнения 
нескольких операций. Такой процесс изготовления деталей называ-
ют многооперационным.
В зависимости от толщины листа (заготовки) s листовая штампов-
ка условно делится на следующие группы:
· тонколистовую штамповку (s < 4 мм);
· нормальную (s = 4…15 мм);
· толстолистовую (s > 15…20 мм).
Толстолистовая штамповка, как правило, производится с нагре-
вом заготовки. С нагревом заготовки перед штамповкой производится 
также листовая штамповка ряда сплавов, которые обладают понижен-
ной деформируемостью, таких, например, как некоторые титановые 
сплавы.
Все процессы листовой штамповки могут быть разбиты на следую-
щие основные группы операций:
· разделительные;
· формоизменяющие;
· прессовочные;
· комбинированные;
· штампосборочные.
При разделительных операциях материал заготовки доводится 
до разрушения, а при формоизменяющих операциях изменяется фор-
ма и размеры заготовок, при этом деформирование заготовки не долж-
но сопровождаться разрушением.
Кроме так называемых классических способов штамповки, в ко-
торых штамповочные операции производятся жестким, как правило, 
твердым металлическим инструментом, существуют способы листо-
вой штамповки с помощью различных сред и полей. Такими спосо-
бами являются:
· электрогидравлическая штамповка, которая основана на исполь-
зовании ударной волны, получаемой в результате электрическо-
го разряда в жидкости;
· штамповка взрывом — основана на использовании энергии 
взрывной волны, передаваемой на деформируемую заготовку 
через воздух или жидкость;
· магнитно-импульсная штамповка — с использованием сил элек-
тромеханического взаимодействия между вихревыми токами, 

2. Общие положения и классификация процессов листовой штамповки 

наведенными в стенке обрабатываемой заготовки при пересече-
нии их силовыми линиями магнитного поля и самим импульс-
ным полем, в результате чего возникают импульсные механиче-
ские силы, деформирующие заготовку.
Эти способы листовой штамповки возникли в связи с интенсивным 
развитием судостроения, авиационной и ракетной техники, энергети-
ческого и химического машиностроения, что тесно связано с обработ-
кой труднодеформируемых высокопрочных и жаропрочных металлов 
и сплавов, а также с постоянно увеличивающимися размерами вновь 
проектируемых деталей машин и ракет.

3. Краткая характеристика оборудования 
для листовой штамповки

О

борудование для листовой штамповки можно условно разде-
лить на две группы: основное и вспомогательное (рис. 3.1). 
Основным называется оборудование, на котором изготов-
ляются детали (изделия). Вспомогательное оборудование служит для 
подготовки листового материала к штамповке, перемещения его че-
рез рабочую зону и переработки отходов [1, 2].

Вспомогательное

 
 
 
 
 
 
 
 

Оборудование для листовой штамповки

Основное

Механические

кривошипные      прессы 

Гидравлические 

прессы

Молоты 

Автоматы

Автоматические 

линии

Ножницы

Зигмашины

Правильные 

машины

Разматывающие

и наматывающие 

устройства

Машины для 

переработки отходов

Машины 

импульсного действия

Рис. 3.1. Классификация оборудования для листовой штамповки

Кривошипные прессы — наиболее распространенный вид машин 
для листовой штамповки, в которых кривошипно-шатунный меха-
низм приводит в возвратно-поступательное движение ползун с верх-
ней половиной штампа. Термин «кривошипный» определяет обоб-
щенную конструкцию главного вала, которая может быть выполнена 
в виде эксцентрикового, коленчатого или кривошипного вала. Ос-