Современное кузнечно-прессовое оборудование: обзор и технические характеристики

Обработка металлов давлением (ОМД) — один из древнейших и, одновременно, наиболее прогрессивных методов формоизменения заготовок, лежащий в основе современного машиностроения. Исторически зародившись в ремесле кузнеца, с веками этот процесс трансформировался из ручного труда в высокотехнологичное, автоматизированное производство. Сегодня кузнечно-прессовые заводы и цеха являются ключевым звеном в создании критически важных компонентов для автомобильной, аэрокосмической, энергетической, нефтегазовой и многих других отраслей промышленности. В данном материале мы проведем глубокий анализ структуры таких производств, рассмотрим этапы технологического процесса, изучим классификацию оборудования и проведем обзор как отечественных, так и передовых зарубежных решений.

1. Структура и классификация кузнечно-прессовых производств

Современное заготовительное производство, специализирующееся на обработке металлов давлением, может быть организовано в различных форматах, выбор которых диктуется масштабом, номенклатурой продукции и отраслевой принадлежностью. Когда предприятие объединяет в себе технологически однородные процессы, такие как ковка, прессование и производство рессор, его принято называть кузнечно-прессовым заводом (КПЗ).

Однако для оптимизации производственных цепочек и логистики часто создаются заводы со смешанной специализацией. Такие предприятия могут быть:

• Кузнечно-литейными: объединяют получение поковок и отливок, что позволяет производить сложные комбинированные детали.
• Кузнечно-сварочными: позволяют создавать крупногабаритные и сложные конструкции путем соединения кованых и штампованных элементов.
• Кузнечно-механическими: включают в себя полный цикл от получения заготовки до её финишной механической обработки.
• Комплексными: интегрируют три и более вида заготовительных производств, представляя собой мощные промышленные хабы.

Особое место в этой структуре занимает кузнечный завод (центрокуз). Это высокоспециализированное, автономное предприятие, ориентированное на массовый выпуск поковок для снабжения широкого круга потребителей — от отдельных машиностроительных заводов до целых отраслей. Мощность такого централизованного производства, как правило, значительно превышает потребности даже самого крупного завода-потребителя, что позволяет достичь высокой экономической эффективности за счет масштаба.

1.1. Технологическая и отраслевая специализация

С точки зрения применяемых технологий, кузнечные заводы можно классифицировать на несколько ключевых типов:

• Заводы штампованных поковок: могут быть узкоспециализированными (например, только мелкие поковки) или универсальными, производящими продукцию в широком диапазоне масс.
• Заводы кованых поковок: специализируются на производстве изделий свободной ковкой из слитков или сортового проката, часто для тяжелого машиностроения.
• Заводы смешанного типа: производят как штампованные, так и кованые поковки, обладая гибкостью для выполнения разноплановых заказов.

Высокий уровень специализации может достигаться не только на уровне завода в целом, но и на уровне отдельных цехов. Крупный центрокуз может включать цех штамповочных молотов для крупногабаритных деталей, цех горячештамповочных кривошипных прессов для поковок средних размеров, и цех автоматизированных линий для массового производства мелких изделий (например, крепежа или элементов подшипников). Такой подход, являясь универсальным на макроуровне, обеспечивает максимальную эффективность каждого отдельного производственного участка.

По номенклатуре выпускаемой продукции заводы делятся на отраслевые (например, поставляющие компоненты исключительно для автомобильной промышленности) и межотраслевые. Последние снабжают продукцией несколько отраслей, формируясь либо по территориальному принципу для нужд экономического района, либо по номенклатурному (например, завод, специализирующийся исключительно на тяжелых кованых валах для разных секторов промышленности).

2. Подготовительные операции и технологический процесс

Качество конечной поковки напрямую зависит от тщательности подготовки исходного материала. Этот этап включает в себя несколько критически важных операций, предваряющих основные процессы ковки и штамповки.

2.1. Контроль и зачистка поверхностных дефектов

Исходный металл (слитки, сортовой прокат) может иметь поверхностные дефекты (трещины, закаты, плены), которые при последующей деформации могут привести к браку. Для их удаления применяют различные методы зачистки, регламентируемые отраслевыми стандартами и, например,  ГОСТ 4041-2017 «Прокат толстолистовой горячекатаный для холодной штамповки из нелегированной конструкционной качественной стали. Технические условия»

• Пневматическая зачистка: выполняется с помощью пневматических молотков. Это надежный, но трудоемкий метод.
• Абразивная зачистка: используется на зачистных станках с абразивными кругами. Метод обеспечивает высокое качество поверхности, но является более дорогостоящим.
• Огневая зачистка: заключается в сжигании поверхностного слоя металла в струе кислорода. Это высокопроизводительный и экономически эффективный метод, особенно для углеродистых сталей.
• Механическая обработка: удаление дефектного слоя на фрезерных или токарных станках, применяется для особо ответственных заготовок.

Выбор метода зависит от марки стали, характера дефектов и экономических соображений. Например, стоимость огневой зачистки может быть на 30-40% ниже, чем зачистки пневмоинструментом.

2.2. Разрезка металла на мерные заготовки

После зачистки металл разрезают на заготовки требуемой массы и длины. Точность этой операции напрямую влияет на расход металла и точность будущей поковки. Основные методы:

• Резка на пресс-ножницах: самый производительный метод для сортового проката, но с большими допусками.
• Резка в штампах на прессах: обеспечивает высокую точность и качество торца, но требует специальной оснастки.
• Резка пилами (дисковыми, ленточными): позволяет получать очень точные заготовки с минимальной зоной термического влияния.
• Газопламенная и плазменная резка: применяется для толстого проката и слитков.

Точность разрезки является критическим параметром. Ниже приведены типовые допуски, которые могут служить ориентиром при проектировании технологических процессов.

Таблица 1. Допуски на длину заготовок (размеры, мм)

2.3. Точность поковок и стандартизация

Свободной ковкой получают поковки массой до 250 тонн, которые характеризуются значительными припусками (слой металла для последующей мехобработки) и напусками (технологические уклоны для извлечения из инструмента). Требования к точности, припускам и допускам на стальные поковки в России и странах СНГ стандартизированы ГОСТ 7505-89 «Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски». Этот стандарт является основополагающим для конструкторов и технологов.

Например, допуски на поковки, получаемые на молотах, варьируются от ⁺¹/_-2 мм до ±10 мм, в то время как для прессовых поковок они шире — от ±3 мм до ±30 мм из-за больших размеров и усилий. Применение подкладных штампов позволяет значительно повысить точность и получать детали сложной формы массой до 150 кг практически без напусков, с припусками от 3 мм и допусками до ^+1,5/_-1 мм.

2.4. Оптимальная мощность и логистика

Эффективность кузнечно-прессового завода определяется его оптимальной мощностью. Это такой годовой объем выпуска, при котором достигаются наилучшие технико-экономические показатели, и дальнейшее его увеличение не приводит к существенному улучшению. Ключевые факторы, влияющие на этот параметр, — это серийность производства и средняя масса поковок.

Таблица 2. Оптимальные мощности кузнечных заводов по производству штампованных поковок

Важнейшим ограничивающим фактором является логистика. Практика показывает, что оптимальный радиус перевозок готовых поковок составляет до 1000 км. Превышение этого расстояния снижает рентабельность из-за роста транспортных расходов, что особенно критично для тяжелых и крупногабаритных изделий. В эпоху концепции «Just-in-Time» географическая близость к потребителю становится весомым конкурентным преимуществом.

Таблица 3. Иерархия производственных подразделений кузнечного производства

Таблица 4. Рекомендуемые мощности кузнечно-прессовых цехов в зависимости от типа оборудования

* — при работе в три смены.
** — максимальная масса слитка, кг.

3. Оборудование цехов свободной ковки: классификация и стандарты

Выбор оборудования для цеха свободной ковки — это стратегическое решение, которое определяет номенклатуру, качество и себестоимость продукции. Свободная ковка — это процесс пластической деформации нагретой заготовки универсальным инструментом (плоскими или фасонными бойками), при котором течение металла не ограничивается стенками штампа со всех сторон. Этот метод идеален для единичного и мелкосерийного производства, а также для изготовления очень крупных поковок.

Таблица 5. Базовое ковочно-штамповочное оборудование и действующие стандарты

3.1. Классификация поковок по группам сложности

Сложность поковки — это комплексный параметр, определяющий количество технологических операций, тип необходимого оборудования и квалификацию персонала. Для унификации этого понятия была разработана классификация, разделяющая поковки на группы.

Рис. 1. Группы сложности кованых поковок

• Группа I: Наиболее простые изделия постоянного сечения, получаемые протяжкой. Примеры: гладкие валы, бруски, плиты.
• Группа II: Поковки, получаемые осадкой или протяжкой с образованием переменного сечения. Примеры: плоские диски, валы с 1-2 ступенями.
• Группа III: Более сложные детали, требующие операций прошивки, гибки или всесторонней проковки. Примеры: кольцевые заготовки, штамповые кубики, простые рычаги.
• Группа IV: Детали с несколькими разнонаправленными элементами. Примеры: многоступенчатые валы, гнутые скобы сложной формы, пластины с ребрами.
• Группа V: Поковки со значительным перепадом сечений. Примеры: валы с фланцами большого диаметра, сложные шатуны и тяги.
• Группы VI—IX: Наиболее сложные поковки, часто асимметричные, требующие специального инструмента, сложных многопереходных процессов и высокой квалификации. Примеры: коленчатые валы, фасонные кольца, грузовые крюки.

Поковки, получаемые на прессах, также классифицируются по сложности, но обычно на пять групп, которые коррелируют с молотовыми: I и II группы прессовых поковок соответствуют I и II молотовым, III прессовая — III-IV молотовым, IV прессовая — V-VI молотовым, а V прессовая — наиболее сложным молотовым поковкам VII-IX групп.

3.2. Основные типы оборудования для свободной ковки

Для изготовления поковок малого и среднего веса из сортового проката широко применяют ковочные пневматические молоты и паровоздушные молоты двойного действия. Пневматические молоты (Таблица 6) отличаются простотой конструкции и автономностью, так как компрессор встроен в станину. Паровоздушные молоты (Таблица 7) более мощные и производительные за счет использования энергии пара или сжатого воздуха для ускорения падения бабы.

Для средних и, в особенности, крупных поковок из слитков незаменимы ковочные гидравлические прессы. Их главное преимущество — возможность приложения максимального усилия на протяжении всего хода ползуна, что обеспечивает глубокую проработку структуры металла. Они делятся на одностоечные (Таблица 8), используемые для протяжки и гибки, и более мощные четырехколонные (Таблица 9) для ковки массивных слитков.

Таблица 6. Молоты ковочные пневматические: основные характеристики

Таблица 7. Молоты ковочные двойного действия*

* Для всех молотов расстояние от зеркала нижнего бойка до уровня пола 750 мм; давление воздуха перед впуском 0,5…0,7 МПа.

Таблица 8. Гидравлические ковочные одностоечные прессы

* Данные ориентировочные.

Таблица 9. Гидравлические ковочные четырехколонные прессы

4. Обзор современного импортного оборудования для горячей штамповки

На глобальном рынке кузнечно-прессового оборудования наблюдается высокий спрос на продукцию ведущих мировых производителей, таких как Schuler, SMS Group, Lasco, а также компаний, представленных в таблицах ниже. Их решения отличаются высокой степенью автоматизации, энергоэффективностью, точностью и надежностью, что позволяет российским предприятиям повышать свою конкурентоспособность. Рассмотрим ключевые типы оборудования.

При массовом и крупносерийном производстве поковок наиболее эффективным решением является применение многопозиционных автоматов. Эти комплексы позволяют выполнять полный цикл штамповки (отрезка, осадка, формовка, прошивка, калибровка) за один проход заготовки через несколько рабочих позиций. Их использование оправдано при загрузке не менее 50% от номинальной мощности.

Зарубежные производители предлагают автоматы вертикального исполнения двух основных типов: работающие с мерными заготовками (для деталей сложной формы) и работающие с прутком (преимущественно для кольцевых поковок). Для таких специфических задач, как изготовление клапанов двигателей, используются специализированные двухпозиционные прессы.

Важной вспомогательной операцией является обрезка облоя. В случаях, когда помимо обрезки необходимо выполнять правку или пробивку отверстий, оптимальным выбором становятся двухкривошипные обрезные прессы, позволяющие совмещать несколько операций.

Таблица 10. Техническая характеристика гидровинтовых прессов HSPR фирмы «Газенклевер» (Германия)

Таблица 11. Техническая характеристика горячештамповочных кривошипных прессов фирмы «Коматцу» (Япония)

Таблица 12. Основные размерные параметры кривошипных прессов японской фирмы «Коматцу»

Размеры, мм	При усилии пресса, МН
	9,8	12,3	15,7	19,6	24,5	29,4	39,2	49,0
а	1500	1550	1700	1950	2060	2250	2650	3050
б	2100	2250	2500	2650	2800	3200	3300	3650
в	940	1010	1170	1280	1380	1490	1650	1850
г	250		280	315	355		400
д	650	700	780	900		1000	1100	1200
е	~1100	~1200	~1300	~1600	~1750	~1900	~2100	~2200
ж—з	735	805	895	980	1060	1200	1365	1515
и—к	1000	1100	1200	1320	1430	1650	1900	2100
л	1150	1280	1100	1300	1450	1600		1750
м	1650	1800	2100	2200	2300	2700	3050	3350
н	4900	5200	6000	6700	7450	8400	9450	10 050
о	1100	1150	1350	1500	1740	2000	2200	2450
п	1200	1300	1500	1850	2140	2500	2650	2750

Таблица 13. Техническая характеристика вертикальных многопозиционных автоматов для горячей объемной штамповки фирмы «Эймуко» (Германия)

Таблица 14. Горизонтально-ковочные машины с горизонтальным расположением ручьев штампа типа «Мальтифордж»

Таблица 15. Горизонтальные однопозиционные автоматы фирмы «Эймуко» (Германия)

Таблица 16. Техническая характеристика многопозиционных автоматов фирмы «Хатебур» (Швейцария)

Таблица 17. Техническая характеристика горизонтальных четырехпозиционных автоматов фирмы «Пельтцер» (Германия)

Таблица 18. Двухкривошипные обрезные прессы фирмы «Эймуко» (Германия)

5. Сравнительный анализ технологий ковки и штамповки

Для правильного выбора технологии и оборудования необходимо четко понимать преимущества и недостатки каждого метода. В таблице ниже приведено сравнение ключевых типов кузнечно-прессового оборудования.

Таблица 19. Сравнение основных технологий обработки металлов давлением

Интересные факты о ковке и прессовании

• Гиганты прессостроения: Самые мощные в мире гидравлические прессы развивают усилие до 75 000 тонн-силы (около 735 МН). Один из таких гигантов находится в Самаре (Россия) и используется для штамповки уникальных деталей для авиационной и космической техники. Аналогичные по мощности прессы существуют в США и Франции.
• От меча до лопатки турбины: Технология многослойной ковки, которая использовалась для создания легендарной дамасской стали, нашла свое отражение в современных композитных материалах и методах изготовления лопаток газотурбинных двигателей, где слои разных сплавов обеспечивают уникальное сочетание жаропрочности и вязкости.
• Изотермическая штамповка: Для обработки титановых и жаропрочных сплавов, применяемых в авиации, используется изотермическая штамповка. Процесс ведется в вакууме или инертной среде, причем и заготовка, и штамп нагреты до одинаково высокой температуры (900-1000 °C). Это позволяет деформировать металл с очень низкими скоростями, получая детали сложнейшей формы с точностью до долей миллиметра.

Заключение и перспективы развития

Кузнечно-прессовое производство остается фундаментом современного машиностроения, обеспечивая создание прочных и надежных заготовок для самых ответственных узлов и механизмов. Мы рассмотрели его сложную структуру, от макроуровня централизованных заводов до специфики отдельных цехов и участков. Были проанализированы ключевые технологические этапы, нормативная база, а также широкий спектр отечественного и импортного оборудования.

Будущее отрасли неразрывно связано с цифровизацией и автоматизацией. Ключевыми трендами становятся:

• Индустрия 4.0: Внедрение систем мониторинга оборудования, роботизированных комплексов и цифровых двойников технологических процессов.
• Компьютерное моделирование: Широкое использование CAE-систем (DEFORM, QForm, Simufact) для проектирования технологии «с первого раза», что сокращает затраты на наладку и минимизирует брак.
• Near-Net-Shape Forging: Развитие технологий получения поковок с минимальными припусками, что снижает расход дорогостоящего металла и объемы последующей мехобработки.
• Новые материалы: Освоение технологий штамповки высокопрочных сталей, титановых и алюминиевых сплавов, а также жаропрочных сплавов для аэрокосмической отрасли.
• Энергосбережение: Применение индукционного нагрева, рекуперации тепла и энергоэффективного оборудования для снижения углеродного следа производства.

Интеграция этих направлений позволит кузнечно-прессовым предприятиям отвечать на вызовы времени, выпуская продукцию мирового уровня с высокой эффективностью и качеством.

• Об авторе
• Недавние публикации

Александр Лавриненко

Ведущий инженер-технолог и эксперт по производственной оптимизации в Современные технологии производства

Александр Лавриненко — инженер-технолог с более чем 25-летним опытом в машиностроении, энергетике, строительстве и автоматизации производства. Получил степень магистра в области металлургии в МГТУ, специализируясь на современных методах обработки металлов и аддитивных технологиях.
Регулярно публикую материалы о передовых методах обработки и сварки материалов, а также освещаю новинки в сфере производства,материаловедения, строительства и др.

Александр Лавриненко недавно публиковал (посмотреть все)

• Технологическое обеспечение точности: Базирование, размерные цепи и методы монтажа - 09.10.2025
• Метрологическое обеспечение точности производственных процессов: цели и структура - 09.10.2025
• Материалы для технологических трубопроводов: сталь, пластик, металлополимеры - 07.10.2025