Технология конструкционных материалов

ТЕХНОЛОГИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ 
МАТЕРИАЛОВ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
3-е издание, исправленное и дополненное
Под общей редакцией профессора В.Л. Тимофеева
Допущено
Учебно-методическим объединением вузов по образованию
в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ)
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлениям подготовки
15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств»,
15.03.05 «Конструкторско-технологическое
обеспечение машиностроительных производств»
(квалификация (степень) «бакалавр»)
Москва
ИНФРА
М
2022

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11
УДК 621.7(075.8)
ББК 34.5я73
 
Т38
Рецензенты:
Н.А. Корякин, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент 
Академии технологических наук РФ, Ижевский государственный технический 
университет;
В.А. Дронзиков, кандидат технических наук, доцент, Ижевская государственная сельскохозяйственная академия
Т38
Технология конструкционных материалов : учебное пособие / 
В.П. Глухов, В.Л. Тимофеев, В.Б. Фёдоров, А.А. Светлов ; под 
общ. ред. проф. В.Л. Тимофеева. – 3-е изд., испр. и доп. — Москва : 
ИНФРА-М, 2022. — 272 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).
ISBN 978-5-16-004749-2 (print)
ISBN 978-5-16-105107-8 (online)
В учебном пособии изложены основные сведения о технологии 
получения и обработке металлов и их сплавов и неметаллических 
материалов. Кратко рассмотрены основная научно-техническая терминология, некоторые свойства металлов, сплавов и металлургические 
процессы их получения, а также применяемые в машиностроении 
неметаллические и композиционные материалы.
Более подробно описаны литейное производство, обработка давлением, сварка, обработка резанием.
Соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования последнего поколения.
Учебное пособие предназначено для обучающихся в высших технических образовательных учреждениях.
УДК 621.7(075.8)
ББК 34.5я73
© Глухов В.П., Тимофеев В.Л.,
 
Фёдоров В.Б., Светлов А.А., 2011
ISBN 978-5-16-004749-2 (print)
ISBN 978-5-16-105107-8 (online)
Подписано в печать 03.08.2016. 
Формат 6090/16. Бумага офсетная. Г
арнитура Newton. 
Печать цифровая. Усл. печ. л. 17,0. ППТ50. 
ТК 147850-702796-251210
ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29
E-mail: books@infra-m.ru        http://www.infra-m.ru
Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

Оглавление 
 
Введение 
..................................................................................................................... 6 
Список сокращений 
................................................................................................... 8 
Глава 1. Основные понятия и определения, цель и задачи дисциплины 
«Технология конструкционных материалов» ......................................................... 9 
1.1. Машиностроительное изделие и его элементы 
........................................ 11 
1.2. Производственный и технологический процессы  в машиностроении ............................................................................................................. 13 
1.3. Машиностроительные конструкционные материалы 
.............................. 15 
1.4. Учебная дисциплина «Технология конструкционных 
материалов»........................................................................................................ 17 
Глава 2. Основы производства черных и цветных  металлов 
............................. 19 
2.1. Материалы для производства металлов и сплавов .................................. 20 
2.2. Производство чугуна 
.................................................................................. 21 
2.3. Производство стали .................................................................................... 24 
2.4. Разливка стали ............................................................................................ 27 
2.5. Кристаллизация стального слитка в изложнице  и качество 
получаемого металла 
......................................................................................... 29 
2.6. Способы повышения качества стали ........................................................ 32 
2.7. Производство цветных металлов............................................................... 36 
Глава 3. Основы обработки металлов давлением ................................................ 41 
3.1. Общие сведения .......................................................................................... 41 
3.1.1. Сущность и значение обработки металлов давлением ................... 41 
3.1.2. Влияние обработки давлением на структуру и свойства 
металла 
.......................................................................................................... 42 
3.1.3. Влияние различных факторов на процесс пластической 
деформации металла 
.................................................................................... 45 
3.1.4. Нагрев металла перед обработкой давлением и способы 
нагрева металла 
............................................................................................ 46 
3.2. Производство машиностроительных профилей 
....................................... 49 
3.2.1. Прокатка ............................................................................................. 49 
3.2.2. Прессование........................................................................................ 58 
3.2.3. Волочение ........................................................................................... 61 
3.3. Производство машиностроительных заготовок 
....................................... 64 
3.3.1. Ковка ................................................................................................... 64 
3.3.2. Объемная штамповка 
......................................................................... 70 
3.3.3. Листовая штамповка 
.......................................................................... 82 
3.4. Литейные и деформируемые металлические сплавы .............................. 87 
3.4.1. Маркировка литейных сплавов 
......................................................... 87 
3.4.2. Маркировка деформируемых сплавов ............................................. 89 
 
 
3

 
Глава 4. Основы литейного производства 
............................................................ 92 
4.1. Общие сведения .......................................................................................... 92 
4.1.1. Сущность и значение литейного производства ............................... 92 
4.1.2. Литниковая система и дефекты отливок 
.......................................... 96 
4.1.3. Приготовление металлических сплавов в литейных цехах ............ 98 
4.2. Технологические основы литья в песчаные формы 
............................... 100 
4.2.1. Основные понятия и определения. Краткое описание 
процесса изготовления отливки 
................................................................ 100 
4.2.2. Основы разработки технологического процесса 
изготовления отливки 
................................................................................ 107 
4.2.3. Модельные комплекты для ручной и машинной формовки ........ 110 
4.2.4. Формовочные и стержневые смеси ................................................ 113 
4.2.5. Технология изготовления песчаной формы. Ручная 
формовка в двух опоках по неразъемной модели ................................... 116 
4.2.6. Машинная формовка ....................................................................... 120 
4.2.7. Заливка, охлаждение, выбивка форм и стержней, обрубка 
и очистка отливок ...................................................................................... 121 
4.2.8. Контроль качества отливок ............................................................. 122 
4.3. Специальные способы литья 
.................................................................... 123 
4.3.1. Литье по выплавляемым моделям .................................................. 124 
4.3.2. Литье в оболочковые формы 
........................................................... 128 
4.3.3. Литье в кокиль 
.................................................................................. 130 
4.3.4. Литье под давлением ....................................................................... 134 
4.3.5. Центробежное литье ........................................................................ 138 
Глава 5. Другие способы получения заготовок  деталей машин 
...................... 141 
5.1. Сварочные процессы ................................................................................ 141 
5.1.1. Сварка плавлением .......................................................................... 144 
5.1.2. Термомеханическая сварка ............................................................. 152 
5.1.3. Механическая сварка ....................................................................... 155 
5.2. Порошковая металлургия 
......................................................................... 156 
5.3. Некоторые прочие способы обработки материалов .............................. 161 
5.3.1. Пайка ................................................................................................. 161 
5.3.2. Газокислородная резка .................................................................... 162 
5.3.3. Получение металлического материала из газовой фазы 
............... 163 
5.3.4. Наноматериалы и нанотехнология ................................................. 164 
Глава 6. Основы процессов формообразования деталей из заготовок 
способом размерной обработки 
............................................................................ 166 
6.1. Основные понятия и определения.  Краткое описание процесса 
резания .............................................................................................................. 169 
6.1.1. Сущность и схемы способов обработки резанием ........................ 169 
 
 
4

6.1.2. Режим резания, геометрические параметры срезаемого слоя, 
шероховатость поверхности ..................................................................... 174 
6.1.3. Инструментальные материалы ....................................................... 176 
6.1.4. Металлорежущие станки и их автоматизация 
............................... 178 
6.2. Обработка заготовок деталей машин  на металлорежущих 
станках 
.............................................................................................................. 182 
6.2.1. Обработка заготовок на токарных станках 
.................................... 182 
6.2.2. Обработка заготовок на фрезерных станках 
.................................. 186 
6.2.3. Обработка заготовок на сверлильных станках .............................. 189 
6.2.4. Обработка заготовок на шлифовальных станках .......................... 191 
6.2.5. Маршрутная технология изготовления детали машины .............. 194 
6.3. О физико-химических способах размерной обработки  заготовок 
деталей машин ................................................................................................. 196 
6.3.1. Электроэрозионные способы .......................................................... 197 
6.3.2. Электрохимические способы .......................................................... 198 
6.3.3. Ультразвуковой и лучевой способы 
............................................... 200 
Глава 7. Основы производства деталей машин  из композиционных 
и неметаллических материалов ............................................................................ 202 
7.1. Композиционные материалы ................................................................... 202 
7.2. Полимерные материалы ........................................................................... 204 
7.3. Силикатные материалы (керамика, стекла и др.) 
................................... 210 
7.4. Древесные материалы и изделия из них ................................................. 213 
7.5. Материалы и химикаты для нанесения покрытий на детали 
машин ............................................................................................................... 214 
7.6. Безопасность жизнедеятельности на металлургических  
и машиностроительных предприятиях .......................................................... 216 
Заключение ............................................................................................................ 221 
Контрольные вопросы 
........................................................................................... 226 
Задания для закрепления пройденного материала ............................................. 234 
Разработка чертежа поковки и схемы штампа по чертежу детали 
.............. 234 
Разработка технологии изготовления детали листовой штамповкой ......... 243 
Разработка технологии изготовления детали резанием из прутковой 
заготовки ................................................................................................................ 248 
Приложение 1. Развитие обработки материалов человеком в Старом 
Свете (историческая справка) 
............................................................................... 252 
Приложение 2. Именной указатель 
...................................................................... 256 
Приложение 3. Список иллюстраций .................................................................. 257 
Словарь научно-технических терминов .............................................................. 260 
Алфавитно-предметный указатель 
....................................................................... 267 
Библиографический список .................................................................................. 272 

Введение 
 
Учебное пособие написано в соответствии с современными программами по курсу «Технология конструкционных материалов» и продолжает 
традиции известных учебников, созданных под общей редакцией А. М. 
Дальского в 1977 и 1985 гг. коллективом преподавателей МВТУ им. Н. Э. 
Баумана. 
Пособие содержит сведения, являющиеся фундаментом основного курса 
«Технология конструкционных материалов». При его написании учтен 
опыт преподавания данной дисциплины в течение пятидесяти лет на кафедре «Технология металлов и металловедение» Ижевского государственного 
технического университета. 
Курс «Технология конструкционных материалов» совместно с другими 
общетехническими дисциплинами направлен на обеспечение общеинженерной подготовки студентов. Вместе с тем он способствует более глубокому усвоению профилирующих дисциплин, формирующих специальные 
знания будущих инженеров. 
Цель создания данного учебного пособия – дать студентам в компактном виде (за счет минимально необходимого объема научно-технической 
терминологии и упрощенных классификаций технологических процессов) 
знания о современных производствах получения и основах фундаментальных способов обработки машиностроительных конструкционных материалов: литья, обработки давлением, сварки и обработки резанием. Его назначение состоит в том, чтобы облегчить работу студентов по активному воспроизведению и повторению изучаемого материала с целью прочного его 
усвоения.  
Пособие предназначено для студентов высших и средних образовательных учреждений. Оно может быть полезно также работникам металлургических и машиностроительных предприятий для повышения их 
квалификации. 
В создании учебного пособия принимали участие следующие авторы: 
В. П. Глухов, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология 
металлов и металловедение» ИжГТУ (гл. 3, 7, п. 5.2, 6.2.5); В. Л. Тимофеев, доктор технических наук, профессор кафедры «Технология металлов и металловедение» ИжГТУ (введение, гл. 1, 2, 4, 5, п. 3.4,  6.1.1, 
заключение, приложения); В. Б. Федоров, кандидат технических наук, 
доцент, зав. кафедрой «Технология металлов и металловедение» ИжГТУ 
(гл. 6); А. А. Светлов, старший преподаватель кафедры «Технология ма 
 
6

шиностроения, металлорежущие станки и инструменты» Сарапульского 
политехнического института (филиала) ИжГТУ (гл. 7). 

Список сокращений 
 
ТКМ – технология конструкционных материалов 
ОМД – обработка металлов давлением 
КГШП – кривошипный горячештамповочный пресс 
ГКМ – горизонтально-ковочная машина 
МНЛЗ – машины непрерывного литья заготовок 
ЭШП – электрошлаковый переплав 
ВДП – вакуумно-дуговой переплав 
ЖСС – жидкие самотвердеющие смеси 
ЛПД – литье под давлением 
ЛВМ – литье по выплавляемым моделям 
ПУ – программное управление 
ЧПУ – числовое программное управление 
ГПС – гибкие производственные системы 
СОТС – смазывающе-охлаждающие технологические среды 
СПИД – «станок – приспособление – инструмент – деталь». 
 
 
 
8

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ,  
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ «ТЕХНОЛОГИЯ  
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ» 
½
Философское понятие объективного мира включает: 
x природу; 
x общество; 
x человека. 
Человек как высокоорганизованное существо имеет сферу духовной жизни, которая называется культурой. На протяжении своей 
истории люди выработали несколько способов познания и освоения 
окружающего мира. Основными из этих способов являются: 
x религия, 
°
°
¾
°
°
¿
культура 
x философия, 
x искусство, 
x наука. 
Наука (часть культуры) есть сфера человеческой деятельности, 
задача которой – выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности. В зависимости от рода изучаемой действительности науки подразделяют: 
x на естественные (естествознание) и математические – система 
наук о природе; 
x социальные (человекознание) – система наук о человеке и обществе; 
x технические (техникознание) – система наук, наиболее тесно 
связанных с реализацией теоретического знания. 
Технические науки, как и другие, разбиты на научные и учебные 
дисциплины. Одной из учебных дисциплин в технической области 
является «Технология конструкционных материалов». Развитие любой техники или отрасли промышленности всегда тесно связано 
с машиностроением. 
Машиностроение – ведущая отрасль промышленного производства, 
в которой создаются основные орудия труда для народного хозяйства 
и многие предметы потребления. Орудие труда в виде технического 
устройства называется машиной. Процесс создания машины – от фор 
 
9

мулировки ее служебного назначения и до получения в готовом виде – 
подразделяют на два этапа: 
1) проектирование; 
2) изготовление. 
Первый этап завершается разработкой конструкции машины 
и представлением ее в чертежах, второй – технологической подготовкой и реализацией конструкции с помощью производственного процесса. 
Обработка материалов – действие, направленное на изменение 
свойств предмета труда при выполнении технологического процесса. 
Конструкционные материалы – вещества, предметы, используемые при изготовлении машиностроительных изделий. Конструкционные материалы делятся: 
x на металлические; 
x неметаллические; 
x композиционные. 
Слово технология в переводе с греческого языка означает «наука, 
систематизирующая совокупность приемов и способов обработки 
сырья, материалов, полуфабрикатов соответствующими орудиями 
производства в целях получения готовой продукции». 
Технологическое оборудование – машины и агрегаты (средства 
технологического оснащения), в которых для выполнения определенной части технологического процесса размещаются материалы 
или заготовки, средства воздействия на них, а также технологическая 
оснастка. Примерами технологического оборудования являются литейные машины, прессы, станки, производственные печи, гальванические ванны, испытательные стенды и т. д. 
Технологическая оснастка – средства технологического оснащения, дополняющие технологическое оборудование для выполнения 
определенной части технологического процесса. Примерами технологической оснастки являются: режущий инструмент, калибры, 
штампы, различные приспособления, литейные формы, пресс-формы 
и т. д. 
Технологическая операция – законченная часть технологического 
процесса, выполняемая на одном рабочем месте. 
Сборочные процессы в машиностроении. Надежность и долговечность машины в значительной степени зависят от качества ее 
 
 
10