Проектирование заготовок в машиностроении. Практикум

ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
ЗАГОТОВОК
В МАШИНОСТРОЕНИИ

2019

 
Минск 
Москва
 
«Новое знание» 
«ИНФРАМ»

С.С. КЛИМЕНКОВ

Допущено 
Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебного пособия для студентов 
учреждений высшего образования 
по машиностроительным специальностям

ПРАКТИКУМ

Рекомендовано в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлениям подготовки 15.03.01 «Машиностроение»,
15.03.02 «Технологические машины и оборудование»,
15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» 
(квалификация (степень) «бакалавр»)

УДК 621.7/.9(076.58)
ББК 34.42я73
 
К49

Клименков, С.С.
Проектирование заготовок в машиностроении. Практикум : 
учеб. пособие / С.С. Клименков. — Минск : Новое знание ; М. : 
ИНФРА-М, 2019. — 269 с. : ил. — (Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-985-475-585-4 (Новое знание).
ISBN 978-5-16-009042-9 (ИНФРА-М).

Содержит необходимые сведения о видах и материалах заготовок. 
Рассмотрены вопросы проектирования заготовок, изготавливаемых 
холодной и горячей штамповкой, прокаткой, литьем, сваркой или 
комбинацией этих способов. Практические задания с  примерами их 
выполнения позволяют студентам сформировать практические навыки проектирования.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по машиностроительным специальностям. 

УДК 621.7/.9(076.58)
ББК 34.42я73 

К49

 
© Клименков С.С., 2011
 
© Клименков С.С., 2013, 
с изменениями
 
© ООО «Новое знание», 2013

ISBN 978-985-475-585-4 (Новое знание)
ISBN 978-5-16-009042-9 (ИНФРА-М)

Р е ц е н з е н т ы:
кафедра «Технология машиностроения» Брестского государственного технического университета (зав. кафедрой — кандидат технических наук, доцент О.А. Медведев);
профессор кафедры «Технология машиностроения» Белорусско-российского университета, доктор технических наук, профессор А.П. Минаков

Оглавление

Предисловие.............................................................................................................. 7

Глава 1. Виды и материалы заготовок........................................................... 8
1.1. Общие сведения............................................................................................... 8
1.2. Виды и характеристики заготовок..........................................................10

1.2.1. Листовые штамповки.......................................................................10
1.2.2. Объемные штамповки......................................................................12
1.2.3. Поковки.................................................................................................14
1.2.4. Порошковые прессовки...................................................................19
1.2.5. Отливки.................................................................................................20
1.2.6. Комбинированные заготовки........................................................27

1.3. Материалы заготовок...................................................................................27

1.3.1. Стали для холодной листовой штамповки..............................27
1.3.2. Стали для холодной объемной штамповки.............................28
1.3.3. Материалы для горячей объемной штамповки......................29
1.3.4. Порошковые материалы..................................................................36
1.3.5. Материалы для отливок..................................................................37

Глава 2. Проектирование заготовок, изготовляемых 
холодной штамповкой.........................................................................................46
Задание 1. Плоские листоштампованные заготовки................................46

Технологические рекомендации к плоским заготовкам,
изготовляемым на специальных штампах в условии
серийного и массового производства...................................................47
Простановка размеров...............................................................................52
Технологические требования, предъявляемые
к конфигурации плоских заготовок, штампуемых
на универсально‑переналаживаемых штампах в условиях
единичного и мелкосерийного производства....................................53
Варианты к заданию 1...............................................................................58

Задание 2. Изогнутые листоштампованные заготовки...........................61

Технологичность изогнутых деталей....................................................61
Расчет длины развертки заготовки.......................................................64
Особенности простановки размеров изогнутых заготовок..........66
Варианты к заданию 2...............................................................................68

Оглавление
4

Задание 3. Вытягиваемые листоштампованные заготовки....................70

Рекомендации и требования, предъявляемые
к конфигурации вытягиваемых заготовок.........................................70
Разработка чертежа вытягиваемой заготовки..................................73
Простановка размеров...............................................................................75
Варианты к заданию 3...............................................................................76

Задание 4. Заготовки, получаемые вытяжкой с преднамеренным
утонением стенок...................................................................................................78

Расчет заготовок...........................................................................................78
Количество переходов и размеры полуфабрикатов.......................79
Варианты к заданию 4...............................................................................83

Задание 5. Листоштампованные заготовки сложной формы................84

Технологические особенности формообразующих операций.....84
Варианты к заданию 5...............................................................................88

Задание 6. Проектирование заготовок, получаемых холодной
объемной штамповкой.........................................................................................90

Общие сведения о холодной объемной штамповке........................90
Точность размеров заготовок..................................................................98
Варианты к заданию 6.............................................................................102

Задание 7. Проектирование заготовок, изготовляемых методами
порошковой металлургии.................................................................................105

Общие сведения о порошковой металлургии.................................105
Конструкторско‑технологические особенности
горячедеформированных заготовок....................................................113
Конструкторско‑технологические особенности
порошковых заготовок, изготовляемых горячим
динамическим прессованием (ГДП)..................................................114
Варианты к заданию 7.............................................................................118

Глава 3. Проектирование поковок...............................................................121
3.1. Общие сведения о конструктивных и технологических
параметрах заготовок, изготовляемых методами горячей
объемной штамповки.........................................................................................121
3.2. Назначение припусков и допусков на механическую
обработку................................................................................................................127
3.3. Правила выполнения чертежей поковок............................................132

Оглавление
5

Задание 8. Проектирование поковок, штампуемых на молотах........133

Конструкторско‑технологические особенности поковок,
штампуемых на молотах.........................................................................133
Полости и наметки отверстий..............................................................135
Варианты к заданию 8.............................................................................141

Задание 9. Проектирование поковок, штампуемых на
высокоскоростных молотах.............................................................................144

Конструкторско‑технологические особенности поковок...........145
Варианты к заданию 9.............................................................................150

Задание 10. Проектирование поковок, штампуемых
на кривошипных горячештамповочных прессах.....................................152

Конструкторско‑технологические особенности штамповки
на КГШП......................................................................................................152
Назначение уклонов.................................................................................153
Варианты к заданию 10...........................................................................158

Задание 11. Проектирование поковок, штампуемых на
горизонтально‑ковочных машинах...............................................................160

Технологические и конструкторские особенности поковок......161
Варианты к заданию 11...........................................................................169

Задание 12. Проектирование заготовок, изготовляемых
поперечно‑клиновой прокаткой........................................................................... 172

Конструкторско‑технологические особенности заготовок........172
Разработка чертежа прокатываемой заготовки..............................174
Определение размеров заготовки........................................................178
Варианты к заданию 12...........................................................................181

Задание 13. Разработка чертежей кованых поковок..............................183

Конструкторско‑технологические особенности поковок,
изготовляемых свободной ковкой.......................................................183
Назначение припусков и отклонений................................................192
Варианты к заданию 13...........................................................................200

Глава 4. Проектирование литых и сварных заготовок.......................202
4.1. Конструктивные параметры отливок...................................................202

4.1.1. Общие сведения об отливках......................................................202
4.1.2. Назначение допусков и отклонений отливок.......................203
4.1.3. Назначение припусков на обработку.......................................222
4.1.4. Выполнение чертежа отливки.....................................................227

Оглавление
6

4.2. Характеристики отливок и применяемых способов литья..........228
4.3. Технологичность заготовок, изготовляемых литьем
в песчаные формы...............................................................................................231
4.4. Технологические особенности заготовок, получаемых
литьем в оболочковые формы........................................................................239
4.5. Технологические особенности отливок, получаемых
литьем по выплавляемым моделям..............................................................241
4.6. Технологические особенности заготовок, получаемых
литьем в кокиль...................................................................................................244
4.7. Технологические особенности заготовок, получаемых
литьем под давлением........................................................................................247
Задание 14. Проектирование отливок..........................................................257

Последовательность выполнения задания.......................................258
Варианты к заданию 14...........................................................................258

Задание 15. Проектирование сварных и комбинированных
заготовок.................................................................................................................262

Общие сведения.........................................................................................262
Варианты к заданию 15...........................................................................264

Список источников.............................................................................................267

Предисловие

Машиностроение начинается с производства заготовок. В итоге

именно тип заготовок, способ производства, исходные материалы
заготовок определяют качество, надежность, стоимость машины.
В этом плане курс «Проектирование и производство заготовок»
является ключевым в профессиональной подготовке студентов машиностроительного профиля.

В настоящее время указанный курс недостаточно обеспечен

учебной литературой. Ситуация осложняется еще и тем, что не существует строго выверенной методики проектирования заготовок.
Вопросы такого проектирования сконцентрированы преимущественно в специальной литературе по порошковой металлургии,
литейному производству, обработке металлов давлением.

Цель данного учебного пособия — обеспечить студентов достаточной информацией, рекомендациями, необходимыми для
проектирования заготовок. В первой главе практикума рассмотрены виды заготовок, свойства материалов, области их применения.
Вторая, третья и четвертая главы посвящены проектированию
штамповок, поковок, прессовок и отливок.

Пособие предназначено для организации практических занятий,

курсового и дипломного проектирования. Практикум предполагает совместное использование учебника «Проектирование и производство заготовок в машиностроении» (автор С.С. Клименков)
и рекомендуемой литературы.

Автор выражает признательность рецензентам: доктору технических наук, профессору А.В. Минакову и кандидату технических
наук, доценту О.М. Медведеву, чьи замечания и предложения оказались весьма ценными и своевременными.

Автор

Глава

1

Виды и материалы заготоВок

1.1. общие сведения

Проектирование машин осуществляется в строгой очередности, постадийно:

ˆ эскизное проектирование,
ˆ техническое проектирование;
ˆ разработка рабочей документации;
ˆ изготовление и испытание опытных образцов.
На стадии эскизного проектирования для основных наиболее

трудоемких деталей определяются род материала и вид заготовки,
производятся предварительные технико‑экономические расчеты.

На стадии технического проектирования устанавливаются виды

заготовок и марки материалов основных деталей.

На стадии разработки рабочей документации отрабатываются

рациональные формы и размеры деталей, определяются виды заготовок, уточняются допуски и устанавливается требуемое качество поверхности деталей.

Одним из важнейших принципов, применяемых при проектировании, является принцип технологичности конструкции. Он
обусловливает такие качества конструкции, которые обеспечивают возможность изготовления машины в конкретных производственных условиях с наименьшими затратами времени, труда, материалов при использовании экономически оправданных методов
производства.

Стремясь обеспечить максимальную технологичность деталей,

учитывая при этом предъявляемые к конструкции требования, зависящие от служебного назначения машины, масштабов и серий

1.1. Общие сведения
9

ности производства, конструктор уже на ранней стадии проектирования сталкивается с достаточно сложной проблемой выбора
материала и вида заготовки. Правильное решение этой проблемы
важно, так как удельный вес затрат на материал в стоимости машины может изменяться в достаточно большом диапазоне: от 20–
25 % при единичном и мелкосерийном производстве до 65–70 %
при массовом производстве (рис. 1.1).

По традиционной методологии проектирования машин исходными данными для выбора материалов деталей являются:

ˆ назначение, условия эксплуатации машины, основные технические параметры и заданный ресурс эксплуатации;

ˆ результаты расчета параметров рабочего процесса и основных прочностных расчетов;

ˆ данные об ожидаемом распределении напряжений в основных наиболее нагруженных элементах конструкции с учетом принятых коэффициентов запаса.

При отработке конструкции на технологичность конструктор

совместно с технологом должны предусмотреть наиболее целесообразный вид заготовки и способ ее получения.

Рис. 1.1. Изменение доли затрат на исходные материалы в себестоимости машины при разных типах ее производства:

Е — единичное; МС — мелкосерийное; С — среднесерийное; КС — крупносерийное; М — массовое (черным показаны возможные диапазоны изменения

доли затрат)

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

E, MC

C

KC

M

Доля в себестоимости, %

Глава 1. виды и материалы заготовок
10

1.2. Виды и характеристики заготовок

Листовые или объемные штамповки — это заготовки, получаемые методами холодной обработки металлов давлением.

Поковки штампованные — это заготовки, получаемые методами горячей штамповки.

Поковки прокатанные — это заготовки, полученные методами

горячей прокатки.

Поковки кованые — это заготовки, полученные ковкой на молотах и прессах.

Порошковые прессовки — это заготовки, полученные методами порошковой металлургии.

Литые заготовки (отливки) — это заготовки, получаемые

методами литья.

Сварные и комбинированные заготовки — заготовки штампосварные, сварно‑литые, сварно‑кованые, сварно‑ковано‑литые.

1.2.1. листовые штамповки

Листовые штамповки могут иметь достаточно сложную плоскую или объемную форму. Изготовление таких заготовок другими
способами обработки невозможно или затруднительно. При минимальном весе и расходе материала заготовки отличаются прочностью и жесткостью.

Коэффициент использования материала достигает 0,8–0,95.

Изготовленные чистовой вырубкой заготовки имеют такую точность размеров и качество поверхности, что последующая механическая обработка зачастую не требуется. Основные показатели
качества листовых штамповок приведены в табл. 1.1.

Отличительной особенностью пластического деформирования

при холодной штамповке является упрочнение металла и возникновение остаточных напряжений в деформированном материале.
Это приводит к существенному изменению свойств деформированного материала по сравнению с исходным. В результате холодной пластической деформации возрастают прочностные характеристики (пределы упругости, текучести, прочности) и снижаются
характеристики пластичности (относительное удлинение, ударная