Технологические процессы машиностроительного производства

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО 
ПРОИЗВОДСТВА

А.А. ЧЕРЕПАХИН
В.А. КУЗНЕЦОВ
И.И. КОЛТУНОВ

2-е издание, переработанное и дополненное

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва                                        2024

ИНФРА-М

УДК 621(075.8)
ББК 34.5я73
 
Ч46
А в т о р ы:
Черепахин А.А., кандидат технических наук, доцент, доцент Московского политехнического университета (предисловие, гл. 1, 5–13, 15);
Кузнецов В.А., доктор технических наук, профессор, профессор Московского государственного технологического университета «СТАНКИН» (гл. 2, 
3, 14);
Колтунов И.И., доктор технических наук, профессор, профессор Московского политехнического университета (гл. 4)
Р е ц е н з е н т :
Калашников А.С., доктор технических наук, профессор, профессор Московского политехнического университета

ISBN 978-5-00091-704-6 (print, ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-015349-0 (print, ИНФРА-М)
ISBN 978-5-16-107803-7 (online, ИНФРА-М)

© Черепахин А.А., Кузнецов В.А., 
Колтунов И.И., 2010
© Черепахин А.А., Кузнецов В.А., 
Колтунов И.И., 2023, с изменениями

Черепахин А.А.
Ч46  
Технологические процессы машиностроительного производства : 
учебное пособие / А.А. Черепахин, В.А. Кузнецов, И.И. Колтунов. — 
2-е изд., перераб. и доп. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2024. — 
559 с. — (Высшее образование). — DOI 10.12737/1026334.
ISBN 978-5-00091-704-6 (print, ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-015349-0 (print, ИНФРА-М)
ISBN 978-5-16-107803-7 (online, ИНФРА-М)
В учебном пособии подробно рассмотрена структура современного машиностроительного комплекса России, изложены аспекты технологической подготовки производства и ресурсосберегающих технологий, классификация, маркировка и свойства основных конструкционных материалов, 
дана методика системного анализа технологических процессов, методов 
и способов обработки, описаны традиционные и современные технологические переделы изготовления деталей машин.
При рассмотрении каждого способа и метода переработки главный упор 
был сделан на описание основных схем переработки, технологических особенностей и возможностей способа. Описаны технологические требования, 
предъявляемые способом к заготовкам. Даны практические рекомендации 
по выбору способа и режима обработки.
Соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования последнего поколения преподавания общепрофессио нальной дисциплины «Технологические процессы машиностроительного производства» для направлений подготовки 
15.00.00 «Машиностроение» и 22.00.00 «Технология металлов».
Предназначено для студентов машиностроительных вузов технологических специальностей.
УДК 621(075.8)
ББК 34.5я73

Предисловие

Современное машиностроение — комплексная отрасль промышленности, производящая различные машины, орудия, приборы, 
а также предметы потребления и продукцию оборонного назначения.
Российский машиностроительный комплекс можно разделить 
на следующие группы отраслей: тяжелое машиностроение, общее 
машиностроение, среднее машиностроение, точное машиностроение, производство металлических изделий и заготовок, ремонт 
машин и оборудования.
Общее машиностроение представлено такими отраслями, как 
транспортное машиностроение (железнодорожное, судостроение, 
авиационное, ракетно-космическая промышленность), сельскохозяйственное машиностроение, производство технологического оборудования для различных отраслей промышленности.
В состав среднего машиностроения входят автомобиле-, тракторо-, станкостроение, инструментальная промышленность, производство технологического оборудования для легкой и пищевой 
промышленности.
Ведущие отрасли точного машиностроения — приборостроение, 
радиотехническое и электронное машиностроение, электротехническая промышленность.
Машиностроительный комплекс объединяется одной задачей: 
обеспечить народное хозяйство изделиями, удовлетворяющими 
потребителя (как в масштабе страны, так и в масштабе отдельного 
человека) по качественным и стоимостным показателям. Выполнение этой задачи невозможно без точного понимания технологии 
изготовления изделий.
Технология — наука о том, за счет каких действий и средств 
можно получить готовое изделие с параметрами качества, обеспечивающими требуемые эксплуатационные свойства изделия.
Современная технология находится в поле жесткого критерия 
«при заданных качестве и производительности обеспечить минимальную себестоимость изделия». Этот критерий требует рассмотрения различных этапов производства изделия как единую технологическую структуру со взаимным влиянием различных этапов 
друг на друга. Например, параметры качества заготовки влияют 
на качество конечной детали или изделия, технологические возможности различных элемен тов технологической цепочки (техно

логических операций) влияют на точностные параметры и конфигурацию как заготовки, так и изделия в целом.
В результате изучения курса «Технологические процессы машиностроительного производства» обучающийся должен приобрести 
следующие компетенции, которые позволят ему:
 
• обеспечивать технологичность изделий и процессов их изготовления;
 
• контролировать соблюдение технологической дисциплины 
при изготовлении изделий;
 
• выбирать основные и вспомогательные материалы и способы 
реализации основных технологических процессов и применять 
прогрессивные методы эксплуатации технологического оборудования при изготовлении изделий машиностроения.
В результате студент должен:
знать
 
• основные методы и способы изготовления деталей машин, 
их технологические возможности, требования, предъявляемые 
к конструкции детали и заготовке;
 
• виды, маркировку, основные физико-механические и технологические свойства конструкционных и инструментальных материалов;
уметь
 
• выбирать метод и способ изготовления конкретной детали;
 
• корректировать чертеж детали и заготовки с точки зрения 
их технологичности;
владеть
 
• методологией выбора и разработки способа изготовления конкретной детали;
 
• методикой системного анализа технологических процессов.
Учебное пособие состоит из 15 глав.
В первой главе подробно рассмотрена структура машиностроительного производства. Даны такие понятия, как «изделие», 
«технические параметры качества изделия», «производственная 
система», «производственный и технологический процессы». Приведена структура технологического процесса.
Во второй описан системный анализ технологического процесса 
и методов изготовления деталей.
Третья глава посвящена проектированию ресурсосберегающих 
технологий. Даны основные критерии ресурсосбережения, приведены методика и примеры построения ресурсосберегающих технологий.

В четвертой и пятой главах рассмотрены свойства, классификация, маркировка и области применения традиционных и современных конструкционных материалов.
В шестой главе изложены основы металлургического производства черных и цветных металлов.
Последующие главы (с седьмой по 15) описывают основные переделы производства изделия: литейное производство, обработка 
металлов давлением, термическая и химико-термическая обработка 
сплавов, обработка металлов резанием, основные технологические 
процессы сборки. При рассмотрении каждого передела даны теоретические основы соответствующего метода переработки конструкционных материалов, а также основные способы переработки. Основные способы переработки рассмотрены по единой схеме:
 
• теоретические основы способа;
 
• основные схемы реализации способа;
 
• применяемое технологическое оборудование, оснастка, инструмент и расходные материалы;
 
• технологические режимы и показатели способа;
 
• технологические требования, предъявляемые к заготовке.

Глава 1. 

СТРУКТУРА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО 
ПРОИЗВОДСТВА

1.1. ПОНЯТИЕ ИЗДЕЛИЯ (МАШИНЫ) 
И ЕГО СЛУЖЕБНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ

В машиностроении изделием называется предмет производства, 
подлежащий изготовлению (рис. 1.1). В качестве изделия выступают машина, устройство, механизм, инструмент и их составные 
части: сборочная единица, деталь.

2

1

8

9

10

11
12
13
14
15
16

17

18

19

20

3
4
5
6

7

Рис. 1.1. Изделие «экскаватор ЭО 2621-В3»:
1 — трактор МТЗ; 2 — гидроразводка; 3 — аккумуляторы; 4 — установка сидения; 
5 — щиток управления; 6 — правый и левый гидроцилиндры рукоятки; 
7 — гидроцилиндр ковша; 8 — ковш; 9 — стрела; 10 — гидроцилиндр отвала; 
11 — башмак опорный; 12 — колонка; 13 — привод насоса; 14 — масляный бак; 
15 — отвал; 16 — гидроцилиндр опорных башмаков; 17 — рама; 
18 — гидроцилиндр стрелы; 19 — рукоять; 20 — управление

Сборочная единица (см. рис. 1.1, 1.2) — изделие, составные 
части которого подлежат соединению на предприятии обособленно 
от других элемен тов изделия.

Сборочная единица в зависимости от конструкции может состоять либо из отдельных деталей, либо включать сборочные единицы более высоких порядков и детали. Различают сборочные 
единицы первого, второго и более высоких порядков. Сборочная 
единица первого порядка (см. рис. 1.2) входит непосредственно 
в изделие. Она состоит либо из отдельных деталей, либо из одной 
или нескольких сборочных единиц второго порядка 1 и деталей 2, 
3, 4. Сборочная единица второго порядка расчленяется на детали 
или сборочные единицы третьего порядка и детали и т.д. Сборочная 
единица наивысшего порядка расчленяется только на детали. Рассмотренное деление изделия на составные части производится 
по технологическому признаку.

3

3

4

2

2

1

Рис. 1.2. Сборочная единица первого порядка «Ковш»:
1 — сборочная единица второго порядка «Металлоконструкция ковша»; 
2, 3, 4 — детали: шплинт, палец и зуб

Деталь — изделие, изготавливаемое из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. 
Характерный признак детали — отсутствие в ней разъемных и неразъемных соединений (см. рис. 1.2, 3 и 4). Деталь представляет 
собой комплекс взаимосвязанных поверхностей, выполняющих 
различные функции при эксплуатации машины.
Служебное назначение — задача, для решения которой создается изделие. Формулировка служебного назначения изделия 
включает описание процесса, для которого создается изделие, 
и условия, в которых оно будет работать.

Например, при формулировании назначения станка следует указать описание процесса обработки (метод обработки, инструмент, 
обрабатываемый материал, режимы обработки, требуемое качество поверхности, производительность обработки и др.), а также 
условия, в которых будет работать станок. Так, например, станки, 
работающие в обычной или агрессивной среде, должны быть разного исполнения. Если в качестве изделия выступает автомобиль, 
то в формулировке его служебного назначения должны найти отражение характер перевозимого груза, его масса, объем, расстояние 
и скорость перевозки, состояние дорог, климатические условия, 
требования к внешнему виду и др. Все перечисленное влияет 
на конструкцию автомобиля (например, если автомобиль предназначен для перевозки людей, то его кузов будет отличаться от кузова самосвала).
В формулировке служебного назначения изделия должны найти 
отражение качественные и количественные характеристики процесса, в котором будет участвовать изделие, а также условия протекания процесса.
Опыт машиностроения показывает, что каждая ошибка, допущенная при выявлении и уточнении служебного назначения изделия, приводит не только к созданию недостаточно качественной 
машины, но и вызывает лишние затраты труда на ее изготовление 
и эксплуатацию, а также увеличение сроков ее освоения. Нередко 
недостаточно глубокое изучение и выявление служебного назначения машины порождают излишне жесткие, экономически неоправданные требования к эксплуатационным показателям машины.

1.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ 
И ПАРАМЕТРЫ КАЧЕСТВА МАШИНЫ

Качество продукции — совокупность свойств продукции, определяющих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.
Качество изделия — различные конструктивные и технологические свойства, обусловливающие трудоемкость производства 
изделия и эффективность его эксплуатации, а также потребность 
изделия к техническому обслуживанию, ремонту, хранению и транспортированию.
Для объективной оценки качества любой продукции ее свойства 
необходимо охарактеризовать количественно. Такая характеристика 
называется показателем качества продукции — количественная 
характеристика одного или нескольких свойств продукции, состав

ляющих ее качество, рассматриваемое применительно к определенным условиям ее создания, эксплуатации или потребления.
Все показатели качества в целом называют технико-экономическими, поскольку они характеризуют как технические особенности 
продукции, так и экономическую эффективность применения 
и производства.
Все технико-экономические показатели можно разделить 
на семь групп:
 
• группа 1 — показатели, характеризующие назначение, область 
применения, производительность, транспортабельность, конструктивные и другие специфические особенности изделия;
 
• группа 2 — показатели надежности, определяемые четырьмя 
свойствами: безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью;
 
• группа 3 — показатели технологичности, характеризуемые 
степенью соответствия машины и ее элемен тов оптимальным 
условиям современного производства, рацио нальностью использования конструктивных решений, конструкционных материалов, приспособленностью продукции к применению прогрессивных технологических методов производства, а также 
технологических процессов, что приводит к увеличению производительности при изготовлении, ремонте и обслуживании;
 
• группа 4 — показатели эргономичности, позволяющие оценить 
степень приспособленности машины к взаимодействию с человеком-оператором с точки зрения создания оптимальных 
условий для эффективного управления машиной, соблюдения 
необходимых норм гигиены и техники безопасности для оператора;
 
• группа 5 — эстетические показатели, характеризующие внешний 
вид продукции, ее соответствие современному стилю, гармоничность сочетания отдельных элемен тов машины между собой, 
а также всей машины с окружающей средой, соответствие форм 
машины ее назначению, колористическое оформление, а также 
качество и совершенство отделки внешних поверхностей 
и других элемен тов изделия;
 
• группа 6 — параметры стандартизации и унификации, характеризующие степень использования или применения в данном 
изделии стандартизованных и унифицированных деталей, узлов 
и других составных элемен тов;
 
• группа 7 — патентно-правовые показатели, включающие два показателя: патентоспособность и патентную чистоту. Патенто

способным считается изделие, если оно содержит технические 
решения, которые могут быть признаны изобретением. Патентно-чистым считается изделие, если оно не содержит технических решений, подпадающих под действие патентов и других 
докумен тов, зарегистрированных в данной стране.
В машиностроении особое место в системе оценки качества продукции (машины или механизма) занимают параметры качества деталей, из которых они собираются. Все параметры качества машиностроительных деталей можно разделить на следующие группы:
 
• химический состав материала детали;
 
• физико-механические свойства материала детали;
 
• макрогеометрия детали и точность размеров, формы и взаимного расположения ее поверхностей;
 
• микрогеометрия поверхностей детали;
 
• физико-механические свойства поверхностного слоя.
Достижение заданных параметров качества деталей является 
основной задачей технологических процессов в машиностроении.

1.3. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА 
ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЯ

Жизненный цикл изделия — время, в течение которого знания 
превращаются в продукт, включая время на разработку новой продукции, ее освоение на предприятии и время стабильного выпуска, 
вплоть до снятия с производства.
В жизненном цикле изделия можно выделить два периода: 
время, в течение которого осуществляется разработка новой продукции, и время, в течение которого новая продукция осваивается, 
производится и реализуется.
В первый период жизненного цикла включаются научно-исследовательская работа (НИР), опытно-конструкторская работа 
(ОКР), конструкторская и технологическая подготовка производства, организационная подготовка производства, отработка 
новой конструкции или новой технологии в опытном производстве.
Во второй период жизненного цикла входят освоение изделия 
в промышленном производстве, стадия производства и реализации 
изделия, стадия эксплуатации изделия, стадия утилизации после 
окончания срока полезного использования.
Жизненный цикл изделия начинается со стадии НИР. В процессе выполнения НИР возникают и проходят всестороннюю проверку новые идеи, которые иногда реализуются в виде открытий