Особенности обработки деталей из сталей

М. В. Соколов 
ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СТАЛЕЙ 
Учебное пособие 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 

Утверждено учёным советом ФГБОУ ВО 
«Тамбовский государственных технический 
университет» в качестве учебного пособия 
 
УДК 621.7 
ББК 34.5 
С59 
 
 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой материалов и технологии 
ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет» 
Мордасов Денис Михайлович; 
зам. начальника производства АО «Тамбовский завод “РЕВТРУД”» 
Долотов Виктор Иванович 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Соколов, М. В. 
С59   
Особенности обработки деталей из сталей : учебное пособие / М. В. Соколов. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 144 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1675-7 
 
Рассмотрены основные этапы по проведению расчетов режимов резания, показана 
их основная роль в обработке материалов. Проведен подбор режущего инструмента с 
учетом основных конструктивных особенностей обрабатываемого материала. Разработана система повышения стойкости режущего инструмента при обработке материала 
на токарно-револьверном станке автомате Индекс С29, которая представлена в виде решения комплекса задач, связанных с исследованием явлений, происходящих при резании и изменении основных факторов, которые существенно влияют на стойкость режущего инструмента. Разработана и обоснована методика выбора рациональных режимов 
резания. Раскрыт процесс обработки деталей из сталей на токарных станках ЧПУ. Описан способ и методика улучшения качества готового изделия. 
Для студентов и магистрантов по направлениям бакалавриата 15.03.05, 15.03.01 и 
магистратуры 15.04.05, 15.04.01 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», профиль «Технология машиностроения» и «Машиностроение», профиль «Цифровое машиностроение», соответственно. 
 
УДК 621.7 
ББК 34.5 
 
 
ISBN 978-5-9729-1675-7 
© Соколов М. В., 2024 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
ВВЕДЕНИЕ  ................................................................................................................. 6 
1. СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ  
ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ДЕТАЛЕЙ  ......................................................................... 8 
1.1. Понятие качества детали ..................................................................................... 8 
1.2. Пути и способы повышения качества деталей 
................................................ 11 
1.2.1. Рекомендации по достижению высокого качества деталей при 
точении от производителя режущего инструмента SANDVIK  
........................... 15 
1.2.2. Повышение качества токарной обработки с помощью СОЖ  
.................... 17 
1.3. Особенности обработки резанием стальных заготовок  ................................ 19 
1.4. Основные перспективные методы повышения стойкости режущего 
инструмента  .............................................................................................................. 25 
1.4.1. Применение нанопокрытий для повышения стойкости 
режущего инструмента и основные методы их нанесения  
.................................. 25 
1.4.2. Магнитно-импульсная обработка  
................................................................. 27 
1.4.3. Плазменно-импульсная обработка  ............................................................... 32 
1.4.4. Лазерная обработка  ........................................................................................ 34 
1.4.5. Ионная имплантация  
...................................................................................... 39 
1.4.6. Поверхностная закалка токами высокой частоты (ТВЧ)  ........................... 41 
1.4.7. Применение конденсации с ионной бомбардировкой (КИБ) 
..................... 43 
1.5. Основные характеристики СОЖ ...................................................................... 44 
 
3

1.6. Снижение затрат на режущий инструмент как фактор повышения 
эффективности отрасли «Машиностроение»  ........................................................ 48 
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ 
ЗАГОТОВОК НА СТАДИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ 
............... 52 
2.1. План исследования  
............................................................................................ 52 
2.2. Выбор метода получения заготовки  
................................................................ 52 
2.3. Проверка химического состава заготовки ....................................................... 53 
2.4. Входной контроль заготовки  
............................................................................ 59 
2.5. Проработка технологического процесса  
......................................................... 61 
2.6. Разработка управляющей программы  ............................................................. 67 
2.7. Повышение квалификации наладчиков станков с ЧПУ  
................................ 80 
2.8. Методика проведения экспериментальных исследований  
для разработки системы повышения стойкости режущего инструмента  
на токарно-револьверном станке Индекс С 29 
....................................................... 82 
2.8.1. Описание и технические характеристики токарно-револьверного 
станка Индекс С 29 
.................................................................................................... 82 
2.8.2. Физико-химические свойства обрабатываемых материалов  
на токарно-револьверном станке Индекс С 29 
....................................................... 88 
2.8.3. Порядок проведения экспериментальных исследований. 
План и методика проведения экспериментальных исследований ....................... 89 
2.8.4. Методы диагностики выявления износа  
...................................................... 93 
4

3. МЕТОДИКА ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ ПРИ ТОКАРНОЙ  
ОБРАБОТКЕ НА СТАДИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ  
ПРОИЗВОДСТВА ................................................................................................... 100 
3.1. Назначение, устройство и принцип работы форсунки  
................................ 100 
3.2. Особенности использования системы Siemens NX  ..................................... 103 
3.3. Методы и способы повышения качества изделий  ....................................... 107 
3.4. Описание экспериментов для исследования износа инструмента  
............. 113 
3.4.1. Математическая модель процесса точения ................................................ 121 
3.4.2. Основные этапы составления математической модели ............................ 123 
3.4.3. Полученные результаты и выводы .............................................................. 125 
3.5. Практическое применение результатов экспериментальных 
исследований по разработке системы стойкости режущего инструмента 
........ 130 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ  ...................................................................................................... 131 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ  
............................................. 134 
 
 
5

ВВЕДЕНИЕ 
Машиностроение является одной из важнейших отраслей промышленности. Развитие машиностроительной промышленности невозможно без использования автоматизации, применения цифрового моделирования, оснащения высокопроизводительным и высокоточным оборудованием. Повышение качества 
продукции и эффективности машиностроительного производства может быть 
осуществлено внедрением современных станков и инновационных технологий. 
В настоящее время широкое распространение получают станки с числовым программным управлением, которые позволяют производить весь комплекс обработки на одном станке. Они отличается высокой точностью, производительностью и снижением участия человека в процессе работы. 
Целью работы является изучение методов повышения качества деталей из 
стальных заготовок для токарной обработки на стадии технологической подготовки производства и выявление путей улучшения качества продукции. 
Тема является актуальной, так как качество машиностроительной продукции имеет многоаспектный характер, являясь, во-первых, свойством, позволяющим удовлетворять на определенном научно-техническом уровне потребности перерабатывающих отраслей, во-вторых, результатом научно-техничес- 
кого прогресса. Кроме того, в условиях рынка качество – это основной элемент 
конкурентоспособности продукции и предприятия в целом. 
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие 
задачи: проведен обзор основных показателей, влияющих на качество детали; 
рассмотрены основные пути и способы повышения качества деталей: рассмотрены особенности обработки резанием разных марок сталей; рассмотрены основные характеристики СОЖ и ее роль в обработке; проведен выбор оптимального метода получения заготовки; проведен входной контроль заготовок. Проработан технологический процесс изготовления детали, выбран станок и описаны основные преимущества использования контактно измерительного датчика Renishaw. Написана управляющая программа. Рассмотрены особенности ис6

пользования системы Siemens NX. Описаны методы и способы повышения качества деталей при токарной обработке. 
Задача увеличения стойкости режущего инструмента становится наиболее важной, так как её решение способствует снижению затрат на металлорежущий инструмент, сокращению времени простоев станков и повышению производительности при металлообработке. Снижение затрат на режущий инструмент, при металлообработке, является одним из главных факторов конкурентоспособного развития предприятий в машиностроении. Одним из вариантов решения данной задачи является применение различных методов повышения 
стойкости режущего инструмента. 
Актуальность исследований в этом направлении заключается в дальнейшем развитии знаний в области воздействия на основные факторы износа металлорежущего инструмента и его своевременной диагностики. 
В области увеличения стойкости режущего инструмента разработано и 
рассмотрено большое количество методов поверхностного упрочнения, направленных на повышение твердости и износостойкости материала поверхности инструмента. Большая часть из них, это методы обработки, которые в настоящее 
время распространены недостаточно широко и требуют дальнейшего рассмотрения. 
Предложены способы повышения качества машиностроительной продукции на стадии технологической подготовки производства посредством комплексного применения всех современных способов упрощения и оптимизации 
технологического процесса изготовления точных деталей сложной конфигурации. 
 

 
7

1. СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ  
ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ДЕТАЛЕЙ 

1.1. 
 Понятие качества детали 
В отличие от качества изделий качество отдельной детали квалифицируют по степени её соответствия чертежу, техническим требованиям и условиям 
на её приемку. При этом в самом общем случае указывают следующие показатели качества: 
– точность изготовления; 
– рельеф поверхностей (микрогеометрию); 
– физико-химическое и физико-механическое состояние материала; 
– действительное состояние поверхностных слоев всех функциональных 
(в первую очередь) и прочих поверхностей. 
Рассмотрим каждый показатель качества деталей подробнее. 
Под точностью изготовления понимают степень приближения действительных (фактических) параметров детали к их теоретическим (расчётным) 
значениям. Точность изготовления детали по геометрическим параметрам оценивают величиной расхождения её действительных размеров, форм и взаимного расположения поверхностей с их заданными значениями, указанными на рабочем чертеже и в технических требованиях или установленными эталоном 
(эталонной деталью). Отступление геометрических параметров реальных деталей от проектных (теоретически необходимых) значений называют погрешностями. Погрешности могут возникать на всех стадиях изготовления, хранения и 
эксплуатации деталей в результате структурных превращений материала, его 
старения, износа и других причин. 
Достичь абсолютной точности в производстве не удаётся, поэтому в целях ограничения предельных значений погрешностей конструкторы устанавливают соответствующие допуски:  
– на размеры – выбранным квалитетам точности; 
8

– на отклонения форм и расположение поверхностей – соответствующие 
требуемым степеням точности. 
К макрогеометрическим отклонениям в машиностроении относят, в 
первую очередь, все погрешности форм: некруглость, нецилиндричность, выпуклость, вогнутость, непрямолинейность и прочие, в также погрешности в 
расположении поверхностей. 
Реальным поверхностям деталей машин, кроме рассмотренных макрогеометрических отклонений, всегда присуще наличие на них так называемых микрогеометрических отклонений теоретического профиля. 
Микрогеометрия определяет рельеф поверхностей детали в целом и на отдельных участках. Основными показателями рельефа поверхности служат шероховатость и волнистость. Шероховатость поверхностей согласно ГОСТ 2789-73 
характеризуется высотой профиля Ri (Ra, Rz, Rmax), шагом неровностей Si и 
другими параметрами. 
Волнистостью называют совокупность периодически повторяющихся неровностей поверхности, которые образуются главным образом из-за вибраций 
или относительных колебательных движений в системе станок – приспособление – инструмент – деталь (СПИД). Измеряют её в сечениях, перпендикулярных к поверхности. Согласно рекомендациям по стандартизации PC 3951-73 
волнистость характеризуют величиной среднего шага Sw и высотой волнистости Wi (Wz или Wmax). Считают, что у волнистости величина среднего шага и 
высота волнистости (волн) значительно больше аналогичных показателей шероховатости, а их отношение находится в пределах 40…1000. 
Рельеф поверхностей часто оказывает решающее влияние на долговечность, износостойкость и несущую способность поверхностей деталей машин. 
В ответственных случаях наряду с нормированием шероховатости ограничивают допусками волнистость поверхностей, а также указывают требуемые типы 
направления неровностей. В других случаях волнистость рассматривают как 
часть отклонения формы поверхностей, а рельеф поверхности в целом – как 
элемент геометрической точности детали. 
9

Физико-химические свойства материала, например состав сплава, т. е. количество и процентное содержание входящих в него компонентов и их взаимосвязь в кристаллической решётке, жидкотекучесть, красноломкость и прочие, 
зависят от наименования материала и отвечают техническим требованиям, 
установленным государственным стандартом на соответствующую марку используемого материала. 
Физико-механическое состояние: прочность, твердость, упругость или 
хрупкость и другие характеристики во многом зависят от вида термообработки, 
применяемого к данной марке материала, и определяются главным образом 
назначением и условиями роботы детали. Например, корпусы редукторов, отлитые из серого чугуна или алюминия, термообработке, как правило, не подвергают; оси, валы, зубчатые колёса из конструкционных сталей 45 или 40Х 
обязательно термообрабатывают, добиваясь нужного физико-механического 
состояния сплава. 
Особое значение для длительной и надёжной работы детали в изделии 
имеет состояние её поверхностей. Механические свойства поверхностного слоя 
любой детали чаще всего отличаются от свойств основного материала. В результате выполнения различных заготовительных технологических процессов, 
таких как литьё, горячая и холодная штамповка, ковка, волочение и других, на 
поверхностях заготовок могут оставаться следы формовочной земли, отбел, 
перлитная корка, окалина, обезуглероженные зоны и др. После механической 
обработки на поверхностях детали наблюдается слой изменённой структуры, с 
повышенной или пониженной твёрдостью, остаются растягивающие или сжимающие напряжения, возникают наклёп (уплотнённый слой) и прижоги, существенно изменяющие свойства металла. 
Возможные изменения свойств металла в поверхностных слоях поразному сказываются на работоспособности детали: одни приводят к повышению долговечности и циклической прочности, увеличивают износостойкость; 
другие снижают придел усталости и несущую способность, способствуют увеличению потерь на трение и т. д. 
10