Проектирование заготовок в машиностроении

 
 
 
 
 
 
С. Ю. Стародубов, С. Н. Кучма 
 
 
 
 
 
 
 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГОТОВОК 
В МАШИНОСТРОЕНИИ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 

УДК 621.7 
ББК 34.51 
С77 
 
 
Рецензенты: 
кандидат технических наук, доцент кафедры обработки металла давлением  
и металловедения (ОМД и М) Федерального государственного бюджетного  
образовательного учреждения высшего образования «Донбасский  
государственный технический университет» Коробко Тамара Борисовна; 
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии  
машиностроения и инженерного консалтинга Федерального государственного 
бюджетного образовательного учреждения высшего образования  
«Луганский государственный университет имени Владимира Даля»  
Витренко Владимир Алексеевич 
 
 
 
 
Стародубов, С. Ю. 
С77   
Проектирование заготовок в машиностроении : учебное пособие / 
С. Ю. Стародубов, С. Н. Кучма. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 
2024. – 228 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1630-6 
 
Приведена последовательность выбора и обоснования способа получения заготовки. Изложена методика проектирования и определения технико-экономических 
показателей наиболее распространённых в машиностроении заготовок деталей машин: из сортового проката, кованых и штампованных поковок, литых заготовок. Приведены примеры проектирования заготовок и необходимые для проектирования справочные данные. 
Для студентов машиностроительных специальностей, в частности, направлений 
подготовки 15.03.05 и 15.04.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», изучающих дисциплины «Проектирование и производство заготовок», «Технологические методы производства заготовок», выполняющих курсовой проект по технологии машиностроения, выпускную квалификационную 
работу или магистерскую работу прикладной технологической направленности. Может быть полезно инженерам-технологам машиностроительных предприятий. 
 
УДК 621.7 
ББК 34.51 
 
 
ISBN 978-5-9729-1630-6 
” Стародубов С. Ю., Кучма С. Н., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 

СОДЕРЖАНИЕ 
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5 
1. ВЫБОР ЗАГОТОВОК 
............................................................................................. 6 
1.1. Способы изготовления заготовок ................................................................... 6 
1.2. Факторы, влияющие на выбор заготовки ...................................................... 8 
1.3. Выбор способа получения заготовки ........................................................... 14 
1.4. Технико-экономические показатели заготовки .......................................... 19 
Контрольные вопросы к разделу 1 ................................................................ 21 
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГОТОВКИ ИЗ СОРТОВОГО ПРОКАТА ................ 22 
2.1. Области применения проката ....................................................................... 22 
2.2. Исходные данные к проектированию заготовки из проката ..................... 25 
2.3. Определение типоразмера сортового проката ............................................ 27 
2.4. Технико-экономические показатели заготовки из проката ....................... 29 
2.5. Задание для самостоятельной работы 
.......................................................... 30 
Контрольные вопросы к разделу 2 ................................................................ 34 
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОВАНЫХ ПОКОВОК ................................................. 35 
3.1. Характеристика процесса ковки ................................................................... 35 
3.2. Обеспечение технологичности конструкции поковки ............................... 37 
3.3. Назначение припусков и допусков 
............................................................... 39 
3.4. Оформление чертежа кованой поковки ....................................................... 44 
3.5. Пример проектирования кованой поковки 
.................................................. 45 
3.6. Технико-экономические показатели кованой поковки .............................. 49 
3.7. Задание для самостоятельной работы 
.......................................................... 52 
Контрольные вопросы к разделу 3 ................................................................ 55 
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШТАМПОВАННЫХ ПОКОВОК ................................. 56 
4.1. Технологические возможности объёмной штамповки............................... 56 
4.2. Характеристики штампованных поковок .................................................... 60 
4.3. Конструирование штампованной поковки .................................................. 65 
4.4. Назначение припусков и допусков 
............................................................... 70 
4.5. Оформление чертежа штампованной поковки 
............................................ 77 
4.6. Технико-экономические показатели штампованной поковки 
................... 78 
4.7. Задание для самостоятельной работы 
.......................................................... 81 
Контрольные вопросы к разделу 4 ................................................................ 86 
5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ................................................... 87 
5.1. Общая характеристика литья ........................................................................ 87 
5.2. Технологичность литых заготовок ............................................................... 89 
5.3. Определение положения отливки в форме 
.................................................. 98 
5.4. Характеристика точности отливок ............................................................. 101 
5.5. Назначение допусков ................................................................................... 103 
5.6. Назначение припусков 
................................................................................. 106 
5.7. Формовочные уклоны 
.................................................................................. 109 
5.8. Оформление чертежа отливки .................................................................... 111 
 
3

5.9. Простановка размеров отливки .................................................................. 114 
5.10. Технические требования 
............................................................................ 116 
5.11. Технико-экономические показатели литья 
.............................................. 118 
5.12. Задание для самостоятельной работы 
...................................................... 121 
Контрольные вопросы к разделу 5 .............................................................. 134 
6. ПРИМЕРЫ ВЫБОРА ЗАГОТОВОК ................................................................. 136 
6.1. Выбор заготовки, обрабатываемой давлением ......................................... 136 
6.2. Выбор литой заготовки 
................................................................................ 145 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 
.................................................................... 159 
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Справочные данные для проектирования 
заготовки из проката 
.............................................................. 167 
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Справочные данные для проектирования 
кованой поковки, получаемой ковкой на молотах 
............. 174 
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Справочные данные для проектирования 
штампованной поковки ......................................................... 191 
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Справочные данные для проектирования  
литых заготовок ..................................................................... 196 
 
 
 
 
4

ВВЕДЕНИЕ 
Производство машин, приборов, аппаратов и других изделий машиностроения включает следующие стадии производственного процесса: 
1. Получение заготовок. 
2. Обработка заготовок, изготовление деталей. 
3. Сборка отдельных сборочных единиц и общая сборка изделия. 
4. Контроль, регулировка и испытание изделий. 
5. Комплектование и упаковка готовых изделий. 
Следовательно, изготовление заготовок – это первый этап машиностроительного производства, определяющий расход материалов, производительность 
труда, себестоимость производства практически на всех последующих этапах 
производственного цикла. Кроме того, средняя трудоёмкость заготовительных 
работ в машиностроении составляет 40…45 % общей трудоёмкости производства машин. Поэтому при разработке технологии изготовления машины очень 
важно правильно выбрать вид заготовки, назначить наиболее рациональный 
способ её производства. Большое внимание этому вопросу следует уделять  
в учебном процессе подготовки будущих технологов-машиностроителей,  
в частности, в курсовом и дипломном проектировании по технологии машиностроения. 
В технической литературе имеется большое количество работ, посвящённых технологическим процессам заготовительного производства. В то же время 
вопросы рационального, экономически обоснованного выбора оптимального 
для заданных условий способа получения заготовки освещены недостаточно. 
Во многих случаях информация является устаревшей, не соответствующей как 
современному экономическому положению, так и требованиям действующих 
стандартов. 
Авторами данного учебного пособия сделана попытка разработать методику 
выбора оптимального способа получения заготовки и технико-экономического 
обоснования выбранного способа. В книге систематизированы методики проектирования наиболее распространённых заготовок; приведены краткие сведения 
о технологических возможностях способов их получения, акцентировано внимание на обеспечении технологичности конструкции заготовки, рассмотрен вопрос определения технико-экономических показателей заготовок. Приведенные 
примеры проектирования заготовок должны помочь читателю при решении 
практических задач выбора и обоснования способа получения заготовки. 
Пособие предназначено, прежде всего, студентам, изучающим дисциплины «Проектирование и производство заготовок», «Заготовки деталей машин», 
выполняют курсовые и дипломные проекты по технологии машиностроения, но 
может быть также полезно инженерам-технологам машиностроительных предприятий. 
 
 
5

1. ВЫБОР ЗАГОТОВОК 
1.1. Способы изготовления заготовок 
Согласно ГОСТ 3.1109-82, заготовка – это предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь. 
В большинстве случаев производительность заготовительных процессов на 
порядок выше, чем производительность процессов механической обработки. 
Поэтому одной из главных задач заготовительного производства является максимальное приближение формы и размеров заготовки к размерам и форме готовой детали. Это позволяет перенести большую часть процесса формообразования детали на стадию заготовительного производства. 
Заготовки простой конфигурации (с напусками) дешевле, поскольку не 
требуют при изготовлении сложного и дорогостоящего технологического 
оснащения. Однако такие заготовки требуют последующей трудоёмкой механической обработки и повышенного расхода материала. С усложнением конфигурации заготовки (то есть с приближением её формы к форме детали) и повышением её точности усложняется и удорожается технологическое оснащение 
заготовительного цеха, соответственно, увеличивается себестоимость заготовки. Но в то же время снижается трудоёмкость и себестоимость последующей 
механической обработки. Очевидно, что для каждой детали, изготавливаемой  
в конкретных производственных условиях, существует способ получения заготовки, обеспечивающий необходимую производительность и минимальные затраты на производство. Такой способ называется оптимальным.  
Современный уровень развития технологии машиностроения предоставляет широкие возможности для рационального выбора метода и способа получения исходной заготовки. На данном этапе развития машиностроения наибольшее распространение получили пять методов получения заготовок: 
1) литьё; 
2) обработка давлением; 
3) отделение (отрезание, вырезание) от сортового проката (прутки, листы 
и т. д.); 
4) порошковая металлургия; 
5) комбинированные методы (штампосварные и литосварные заготовки),  
в которых сварка служит для соединения отдельных частей заготовки, предварительно изготовленных литьём, штамповкой или отрезкой от проката. 
Реализация большинства вышеперечисленных методов возможна многими 
способами. В таблице 1.1 приведены наиболее распространённые способы получения заготовок. 
Разнообразие методов и способов получения заготовок приводит к тому, 
что выбор способа её получения представляет собой сложную техникоэкономическую задачу. Как правило, существует несколько способов получения заготовки, позволяющих обеспечивать технические и экономические требования, предъявляемые к детали. При выборе конкретного способа изготовле 
6

ния заготовки из нескольких возможных принимают во внимание следующие 
факторы: 
1) конструкционный материал; 
2) конструктивная форма детали; 
3) масса детали; 
4) серийность производства; 
5) точность и качество поверхностей детали. 
Таблица 1.1 – Некоторые технологические показатели  
способов получения заготовок 
Код 
Способ получения заготовки 
Точность, 
квалитет 
Шероховатость, 
Ra, мкм 
1 
Литьё 
11 Литьё в песчано-глинистые формы: 
 
 
111 
– ручная формовка по деревянным моделям 
17 
80…20 
112 
– ручная формовка по металлическим моделям 
16…17 
20…5 
113 
– машинная формовка по металлическим моделям 
14…16 
20…5 
12 Литьё в оболочковые формы 
13…14 
10…2,5 
13 Кокильное литьё 
12…15 
20…2,5 
14 Центробежное литьё 
12…14 
40…10 
15 Литьё под давлением 
11…12 
10…2,5 
16 Литьё по выплавляемым (выжигаемым) моделям 
11…12 
10…2,5 
2 
Обработка давлением 
21 Ковка 
16…17 
80…10 
22 Штамповка на молотах 
15…17 
80…10 
23 Штамповка на КГШП 
13…17 
40…5 
24 Штамповка на ГКМ 
13…17 
40…5 
25 Штамповка выдавливанием на гидравлических 
прессах 
13…17 
40…5 
26 Горячая штамповка и калибровка 
11…15 
8…2,5 
3 
Отделение от сортового проката 
31 Пруток (круг, квадрат, шестигранник, труба) 
311 
– горячекатаный 
12…14 
25…12,5 
312 
– калиброванный, холоднотянутый 
9…12 
12,5…3,2 
32 Лист 
* 
* 
33 Специальный прокат 
** 
** 
Примечания:  
* – точность размеров и качество поверхности торцов зависит от выбранного способа 
отрезки заготовки; 
** – точность размеров и качество поверхности определяются стандартами. 
 
 
7

1.2. Факторы, влияющие на выбор заготовки 
1.2.1. Материал деталей. Технологические свойства материала деталей 
являются основным фактором, определяющим метод получения заготовки. Все 
конструкционные материалы по технологическим свойствам можно разделить 
на две категории: 
1. Литейные материалы. Этим материалам присуща высокая жидкотекучесть. Они способны хорошо заполнять форму и чётко воспроизводить контур 
заготовки. 
2. Деформируемые материалы. Они имеют хорошую пластичность и могут 
обрабатываться давлением в горячем или холодном состоянии. 
В каждом конкретном материале указанные свойства проявляются в большей или меньшей степени. Поэтому наиболее применяемые материалы объединены в одиннадцать подгрупп. Код материала (КМ) определяют по таблице 1.2, 
исходя из данных чертежа детали. 
 
Таблица 1.2 – Классификация конструкционных материалов 
Код 
материала 
(КМ) 
Материал 
Примеры марок материала 
1 
Литейные материалы 
11 
Чугуны [1, 2, 3] 
СЧ10; ВЧ35; АЧС-1; АЧК-1 
12 
Стали и сплавы для отливок [4] 
15Л; 20Л; 20ГЛ; 15Х13Л 
Цветные литейные сплавы: 
– бронзы оловянные [5] 
БрО10Ф1; БрО5И5С5 
13 
– бронзы безоловянные [6] 
БрС30; БрА10Ж4Н4Л 
– латуни [7] 
ЛЦ16К4; ЛЦ10Мц3Ж 
– алюминиевые сплавы [8] 
АЛ2; АЛ3; АЛ6 
14 
Тугоплавкие сплавы 
ВТ1Л; ВТ5Л; ВТ6Л; ВТ3-1Л 
2 
Материалы для обработки давлением 
21 
Сталь: 
211 
– углеродистая обычного качества [9] 
Ст0; Ст1кп; Ст1пс; Ст2кп 
212 
– углеродистая качественная [10] 
сталь 10; сталь 45; сталь 30 
213 
– легированные [11] 
20Х; 30Г; 18ХГТ; 30ХГСА 
22 
Цветные сплавы: 
221 
– алюминий и сплавы алюминия  
деформируемые [12] 
Д1; Д16; ВД17; АК4; АК8; 
Б95; АМц; АМг3; АМг5 
222 
– бронзы безоловянные деформируемые [13] 
БрА5; БрАМц9-2; БрБ2; 
БрАЖМц10-3-1,5; БрМц5 
223 
– латуни деформируемые [14] 
Л96; Л80; ЛС74-3; ЛС59-1 
224 
– титановые сплавы [15] 
ОТ4-1; ВТ5; ВТ14; ВТ3-1 
1.2.2. Серийность производства. Способы производства заготовок отличаются, в частности, величиной капитальных и текущих затрат. Окупаемость 
затрат возможна только начиная с определённой серийности производства. Для 
учёта указанного фактора при выборе заготовки вводится пять групп серийно 
8

сти. Код группы серийности (КС) устанавливают по таблице 1.3, исходя из годовой программы выпуска и массы заготовки. 
1.2.3. Конструктивные формы деталей общего машиностроения разделены на одиннадцать подгрупп. Соответствующий код (КФ) выбирают на основе сравнения реальной детали с описанием типовых деталей, приведенным в 
таблице 1.4. 
1 
2 
3 
4 
5 
Таблица 1.3 – Серийность производства заготовок 
Масса 
детали, кг 
Код группы серийности (КС) при заданной программе выпуска 
до 20 
< 300 
300…3 000 
3 001…35 000 35 001…200 000 
> 200 000 
20–100 
< 150 
150…2 000 
2 001…15 000 15 001…100 000 
> 100 000 
101–500 
< 75 
75…1 000 
1 001…6 000 
6 001…40 000 
> 40 000 
501–1 000 
< 50 
50…600 
601…3 000 
3 001…20 000 
> 20 000 
1 001–5 000 
< 20 
20…100 
101…300 
301…4 000 
> 4 000 
5 001–10 000 
< 10 
10…50 
51…150 
151…1 000 
> 1 000 
свыше 10 000 
< 5 
5…25 
26…75 
76…100 
> 100 
 
Таблица 1.4 – Конструктивные формы деталей 
Код 
формы 
(КФ) 
Основные конструктивные признаки деталей 
Примеры 
1 
Симметричные детали с 
D
L
5
1,
!
 
11 
Детали круглого, квадратного, шестигранного  
сечения, гладкие или с одним уступом 
Оси, пальцы, болты, державки 
резцов (рис. 1.1, а) 
Шпиндели, карданные валы, 
фланцевые валы (рис. 1.1, б) 
12 
Валы с прямолинейной осью круглого сечения  
с одним уступом или фланцем, с центральным  
отверстием или без него 
13 
Валы коробок скоростей  
и подач, валы редукторов,  
валы-шестерни (рис. 1.1, в) 
Валы с прямолинейной осью и ступенчатой  
наружной поверхностью, образованные  
цилиндрическими, коническими или фасонными 
ступенями 
14 
Валы с расположением отдельных ступеней  
в двух или более плоскостях 
Коленчатые валы, кулачковые 
валы (рис. 1.1, г) 
2 
Симметричные детали с 
D
L
5
1,
d
 
21 
Стаканы, блоки зубчатых  
колёс, шкивы ременных  
передач, втулки, полумуфты 
(рис. 1.1, д) 
Детали, круглые в плане или близкие к этой форме, 
имеющие гладкую или зубчатую наружную  
поверхность со ступицами, фланцами или без них  
с центральным отверстием или без него  
с соотношением 
D
L
D
5
,
1
8
,
0
d
d
 
22 
То же с 
D
L
8
,
0

 
Зубчатые колёса, диски, 
крышки, буксы, звёздочки 
(рис. 1.1, е) 
3 
Призматические детали 
31 
Плиты, цапфы, фланцы, 
кронштейны, штоки, крышки 
(рис. 1.1, ж) 
Детали простой конфигурации, очерченные гладкими 
или ступенчатыми, плоскими, цилиндрическими  
и комбинированными поверхностями с наличием 
буртов, рёбер, бобышек, фланцев и отверстий 
 
9

Окончание таблицы 1.4 
Код 
формы 
(КФ) 
Основные конструктивные признаки деталей 
Примеры 
32 
Корпуса редукторов, коробок 
скоростей, подач (рис. 1.1, з) 
Коробчатые разъёмные корпуса с установочной  
поверхностью, параллельной или перпендикулярной 
относительно плоскости разъёма, имеющие одну  
или более базовых поверхностей, а также рёбра, 
углубления, выступы 
33 
Станины металлорежущих 
станков, электродвигателей 
(рис. 1.1, к) 
Детали закрытой и частично открытой коробчатой  
и цилиндрической формы. Наружные поверхности – 
криволинейные и плоские с кронштейнами,  
фланцами, патрубками и т. д. Внутренние части 
имеют сложную конфигурацию со значительными 
выступами и углублениями 
4 
Детали сложной пространственной формы 
41 
Детали с удлинённой изогнутой осью и детали  
с пересекающимися главными осями 
Рычаги, бугели, крюки  
(рис. 1.1, л) 
42 
Пластины, панели приборов, 
резервуары, оболочки  
(рис. 1.1, м) 
Тонкостенные детали, в том числе и пустотелые,  
с плоской цилиндрической, конической  
или комбинированной формами наружной  
поверхности 
1.2.4. Масса детали. Каждый способ производства заготовок требует соответствующего оборудования, имеющего ограничения по размерам технологической зоны, габаритным размерам заготовки, максимальному усилию рабочего 
органа и т. д. Обобщающим фактором указанных ограничений является масса 
заготовки. Код массы заготовки (КВ) устанавливают по таблице 1.5. 
Таблица 1.5 – Группы масс заготовок 
Код массы 
заготовки (КВ) 
Масса заготовки, кг 
Код массы 
заготовки (КВ) 
Масса заготовки, кг 
1 
до 20 
5 
501–1 000 
2 
20–100 
6 
1 001–5 000 
3 
101–250 
7 
5 001–10 000 
4 
251–500 
8 
свыше 10 000 
1.2.5. Точность и качество поверхностей заготовки. Каждый способ изготовления заготовок обеспечивает определённую экономическую точность 
размеров и соответствующее качество поверхности. Данные о средней экономической точности наиболее распространённых способов получения заготовок 
приведены в таблице 1.1. Из таблицы 1.1 следует, что низкий технический уровень применяемых способов получения заготовок не даёт возможность обеспечить точность и качество наиболее ответственных поверхностей деталей машин 
в пределах, требуемых чертежом детали. Для обеспечения заданной точности и 
качества поверхности детали подвергают обработке путём снятия с их поверхностей слоя металла (припуска). В общем случае в конструкции детали могут 
быть обрабатываемые и необрабатываемые поверхности. 
 
10