Расчет припусков и проектирование заготовок

 
 
А. С. Ямников, Е. Ю. Кузнецов, М. Н. Бобков 
 
 
 
 
РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ 
И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГОТОВОК 
 
 
 
Под редакцией А. С. Ямникова 
 
2-е издание 
 
 
 
 
 
 
 
Допущено УМО АМ в качестве учебника для студентов высших 
учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки 
«Конструкторско-технологическое обеспечение 
машиностроительных производств» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024

УДК 621.7 
ББК  34.5 
Я55 
 
 
 
Р е ц е н з е н т :  
д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой 
инструментальных и метрологических систем 
Тульского государственного университета О. И. Борискин 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ямников, А. С. 
Я55   
 Расчет припусков и проектирование заготовок : учебник / 
А. С. Ямников, Е. Ю. Кузнецов, М. Н. Бобков ; под ред. А. С. Ямникова. - 2-е изд. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 
328 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-2012-9 
 
Описаны методы выбора исходной заготовки и получения заготовок деталей. Изложены основные этапы технологического процесса получения отливки. Даны общие понятия и определения припусков. Рассмотрены методы расчета и назначения общих и операционных припусков. Дана характеристика различных погрешностей установок. Приведены положения стандартов для назначения припусков и проектирования литых и кованых заготовок. 
Для студентов машиностроительных специальностей. Может быть 
полезно технологам и конструкторам промышленных предприятий. 
 
УДК 621.7 
ББК 34.5 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-2012-9 
” Ямников А. С., Кузнецов Е. Ю., Бобков М. Н., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 

ОГЛАВЛЕНИЕ
ГЛАВА 1. ВЫБОР ИСХОДНОЙ ЗАГОТОВКИ ...................................................... 6 
1.1. Определение вида исходной заготовки ......................................................... 6 
1.2. Выбор метода изготовления исходной заготовки 
......................................... 7 
1.3. Технико-экономическое обоснование метода получения заготовки 
........ 14 
1.4. Определение конфигурации и допусков исходной заготовки 
................... 16 
1.5. Требования к графическому изображению исходной заготовки .............. 16 
ГЛАВА 2. ЛИТЫЕ ЗАГОТОВКИ 
............................................................................ 19 
2.1. Основные этапы технологического процесса  получения отливки .......... 20 
2.2. Методы литья 
.................................................................................................. 21 
2.2.1. Литье в песчано-глинистые формы. 
...................................................... 21 
2.2.2. Специальные методы литья ................................................................... 24 
2.2.1.1. Литье по выплавляемым моделям 
.................................................... 25 
2.2.1.2.Литье в оболочковые формы. ............................................................ 26 
2.2.1.3. Литье в металлические формы (кокили) ......................................... 27 
2.2.1.4. Литье под давлением ......................................................................... 29 
2.2.1.5. Центробежное литье .......................................................................... 30 
2.3. Составление графического документа (ГД) на отливку ............................ 31 
2.4. Основные правила графического выполнения элементов литейной  
формы при проектировании отливок .................................................................. 33 
ГЛАВА 3. ЗАГОТОВКИ, ПОЛУЧЕННЫЕ ПЛАСТИЧЕСКИМ 
ДЕФОРМИРОВАНИЕМ МАТЕРИАЛА 
................................................................. 40 
3.1. Заготовки из проката 
...................................................................................... 41 
3.2. Волочение ....................................................................................................... 44 
3.3. Прессование .................................................................................................... 44 
3.4. Ковка 
................................................................................................................ 46 
3.5. Штамповка ...................................................................................................... 47 
3.5.1. Штампы .................................................................................................... 47 
3.5.2. Штамповка на молотах ........................................................................... 50 
3.5.3. Штамповка на кривошипных прессах .................................................. 51 
3.5.4. Штамповка на горизонтально-ковочных машинах ............................. 51 
3.5.5. Ротационно-ковочное обжатие .............................................................. 53 
3.5.6. Штамповка на ковочных вальцах 
.......................................................... 55 
3.6. Листовая штамповка ...................................................................................... 56 
3.6.1. Разделительные операции листовой штамповки ................................. 56 
3.6.2. Формоизменяющие операции листовой штамповки 
........................... 59 
3.6.3. Прогрессивные способы холодной листовой штамповки. ................. 61 
3.7. Разработка технологической документации на поковку ........................... 62 
3 

ГЛАВА 4. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ЗУБЬЕВ НЕЗАКАЛЕННЫХ КОЛЕС ...... 64 
4.1. Точная штамповка заготовок зубчатых колес 
............................................. 64 
4.2. Накатка зубьев ................................................................................................ 68 
ГЛАВА 5. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ............................................................. 72 
5.1. Общие понятия и определения ..................................................................... 72 
5.2. Схемы снятия операционного припуска 
...................................................... 77 
5.3. Схемы снятия общего припуска ................................................................... 82 
5.4. Определение численной величины операционного припуска .................. 84 
5.4.1. Составляющие операционного припуска ............................................. 84 
5.4.2. Суммирование составляющих операционного припуска ................. 119 
5.4.3. Порядок определения операционных припусков, операционных 
размеров и размера заготовки ........................................................................ 122 
5.5. Примеры расчета припусков 
....................................................................... 124 
5.5.1. Определение припусков на механическую обработку  
для заготовки из проката ................................................................................ 124 
5.5.1.1. Определение припусков на обработку торцов вала  
при заданной шероховатости обработки .................................................. 124 
5.5.1.2. Определение припуска на обработку поверхности вала 
............ 126 
5.5.2. Определение припусков на механическую обработку  
для штампованной заготовки 
......................................................................... 129 
5.5.2.1. Определение припусков на обработку торцовых  
поверхностей зубчатого двухвенцового колеса 
....................................... 129 
5.5.2.2. Расчет припусков на обработку наружной цилиндрической 
поверхности зубчатого колеса ................................................................... 134 
5.5.3. Определение припусков на механическую обработку  
литой заготовки ............................................................................................... 137 
5.5.3.1. Определение припуска на фрезерование плоскости  
основания заготовки корпусной детали 
.................................................... 140 
5.5.3.2. Определение припусков на обработку основных отверстий 
..... 142 
ГЛАВА 6. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ ............ 147 
6.1. Шероховатость поверхности и точность размеров заготовок  
и деталей при различных видах обработки ...................................................... 147 
6.2. Заготовки из проката 
.................................................................................... 153 
6.2.1. Сталь полосовая .................................................................................... 153 
6.2.2. Трубы стальные ..................................................................................... 153 
6.2.3. Периодический прокат ......................................................................... 154 
6.2.4. Сталь, калиброванная (холоднотянутая) (по ГОСТ 7417-75) .......... 154 
6.2.5. Сталь горячекатаная 
.............................................................................. 155 
6.2.6. Механическая обработка проката ....................................................... 156 
6.3. Штампованные заготовки ........................................................................... 162 
6.3.1. Поковки из черных металлов и цветных сплавов 
.............................. 162 
6.3.2. Механическая обработка поковок ....................................................... 166 
4 

6.4. Литые заготовки ........................................................................................... 169 
6.4.1. Отливки из чугуна, стали  и цветных сплавов ................................... 169 
6.4.2. Механическая обработка отливок ....................................................... 169 
6.5. Обработка отверстий ................................................................................... 172 
ГЛАВА 7. ПОГРЕШНОСТИ УСТАНОВКИ 
........................................................ 176 
7.1. Погрешность базирования 
........................................................................... 176 
7.2. Погрешность закрепления 
........................................................................... 198 
7.3. Погрешность положения установочных элементов приспособления .... 205 
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ГОСТ Р 53464-2009.  Отливки из металлов и сплавов ...... 211 
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ГОСТ 3.1125-88 (СТ СЭВ 4406-83) Правила графического 
выполнения элементов литейных форм и отливок 
.............................................. 255 
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ГОСТ 7505-89.  Поковки стальные штампованные ........... 274 
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ГОСТ 3.1126-88  (СТ СЭВ 4070-83).  Правила выполнения 
графических документов на поковки .................................................................... 320 
 
ЛИТЕРАТУРА ......................................................................................................... 324 
 
5 
 

 
ГЛАВА 1. ВЫБОР ИСХОДНОЙ ЗАГОТОВКИ 
Выбор исходной заготовки и метода ее изготовления необходимо проводить в следующей последовательности: 
1) определение вида исходной заготовки; 
2) выбор метода изготовления исходной заготовки; 
3) технико-экономическая обоснование метода получения заготовки; 
4) определение конфигурации и допусков исходной заготовки. 
1.1. Определение вида исходной заготовки 
Основными факторами, влияющими на выбор вида исходной заготовки, 
являются: 
а) технологические свойства материала детали (литейные свойства, пластичность, свариваемость и т. п.); 
б) конструктивные формы и размеры детали; 
в) тип производства; 
г) производственные возможности заготовительных цехов (наличие оборудования, оснастки); 
д) требования безопасности жизнедеятельности и экологии. 
Основными видами заготовок, применяемых в машиностроительной 
практике, являются: 
а) получаемые литьем (отливки); 
б) получаемые обработкой давлением (кованые и штампованные заготовки, гнутые профили); 
в) получаемые резкой проката; 
г) получаемые методами порошковой и гранульной металлургии (порошковые изделия); 
д) получаемые комбинированными методами (комбинированные и сварные заготовки); 
е) получаемые специализированными методами из композиционных материалов (композитные заготовки и полуфабрикаты). 
Отливки следует применять, если рабочим чертежом детали предусмотрено ее изготовление из чугуна, литейных марок сталей, цветных литейных сплавов и других марок материала, характеризующихся хорошими литейными свойствами. 
Заготовки, получаемые обработкой давлением, применяют в тех случаях, 
когда материалом детали является конструкционная сталь, пластичные марки 
алюминиевых сплавов, титановые сплавы и другие деформируемые материалы. 
Дополнительными факторами, определяющими выбор заготовок такого вида, 
являются также сложность конфигурации детали и тип производства. В частно6 

сти, их не следует использовать для заготовок простой формы, и в условиях единичного производства. В таких случаях заготовку следует получать резкой сортового проката. 
Детали, получаемые методами порошковой металлургии из железа, меди, 
титана, графита и других элементов, их смесей и порошков различных сплавов, 
эффективно заменяют детали из компактных цветных и черных сплавов. Способы порошковой металлургии позволяют получать продукцию в виде полностью готовых деталей, а также в виде заготовок, требующих незначительной 
механической обработки. В качестве ограничений при выборе заготовок такого 
вида являются: сравнительная простота форм деталей, небольшие размеры  
и масса прессуемых деталей, экономические ограничения. Наиболее характерными порошковыми деталями являются втулки, шайбы, кольца, шестерни, 
вкладыши, храповики, рычаги, кулачки и другие детали простой формы при небольшой их массе. Изготовление порошковых деталей экономически оправдывается при объеме выпуска: для деталей простых форм - 100 000 шт., средней 
сложности - 25 000 шт., и сложной формы - 5 000 шт. 
1.2. Выбор метода изготовления исходной заготовки 
Выбор метода изготовления исходной заготовки определяется следующими факторами: 
1) типом производства (в массовом производстве наиболее выгодны способы, которые обеспечивают наибольшее приближение формы и размеров заготовки к форме и размерам детали: точная штамповка, литье 
под давлением и т. п.); 
2) конструктивными формами, размерами и массой детали (чем больше 
деталь, тем дороже обходится изготовление металлических форм, моделей, штампов и т. п.); 
3) требуемой точностью выполнения заготовки и качеством ее поверхности (шероховатость поверхности, остаточные напряжения и т. п.; 
данный фактор действует в тех случаях, когда требуется обеспечить 
требуемое качество поверхностей детали, не подвергаемых механической обработке). 
При выборе метода изготовления исходной заготовки следует руководствоваться технологическими характеристиками существующих методов. 
Отливки получают двумя принципиально различными методами: 
а) в разовые формы, когда форма используется один раз и после получения отливки разрушается (литье в песчаные формы, по выплавляемым 
моделям, в оболочковые формы и т. п.); 
б) в постоянные формы, когда форма используется многократно (литье  
в кокиль, под давлением, центробежное, вакуумное). 
Литье в песчаные формы обладает многими ценными качествами: универсальностью, простотой изготовления, дешевизной, податливостью, газопроницаемостью и др., которые недостижимы при использовании постоянных форм. 
7 

Однако условия труда литейщиков при использовании разовых песчаных форм 
остаются крайне тяжелыми, а трудоемкость изготовления отливок в 2-50 раз 
выше, чем при получении литья в постоянные формы. 
Литье в металлические формы получило широкое применение, так как 
при этом достигается повышенная точность размеров, снижается шероховатость поверхности, улучшается качество отливок, устраняется необходимость 
приготовления формовочной, а часто и стержневой смесей, появляется возможность многоразового применения форм. Однако высокая стоимость металлических форм и возможность образования отбела в отливках из черных 
сплавов является недостатком этого способа литья. 
Центробежный способ литья, применяемый в основном для получения отливок типа тел вращения, характеризуется большой производительностью и качеством отливок, высоким коэффициентом использования металла, малыми 
припусками на обработку резанием. При этом способе увеличивается плотность 
металла отливки, представляется возможным отливать детали из металлов  
и неметаллических материалов с низкой жидкотекучестью, отпадает необходимость в формовочных и стержневых смесях, резко снижается себестоимость заготовок. Недостатками способа являются невозможность получения отверстий 
точного размера, возможность образования отбела в чугунных отливках, трудность получения качественных отливок из сплавов, склонных к ликвации. 
Литье под давлением, характеризующееся повышенной точностью и качеством поверхности отливок, применяется в массовом и серийном производстве заготовок из цветных сплавов. Толщина стенок заготовки не должна превышать  
6 мм, в противном случае возможно увеличение пористости материала заготовки. 
Литье в оболочковые формы позволяет получать заготовки, имеющие конфигурацию и размеры, соответствующие готовой детали, поэтому этим методом изготавливают детали из жаростойких и труднообрабатываемых материалов. Способ высокопроизводительный, легко автоматизируется, но сравнительно дорог. 
Литье по выплавляемым моделям применяется при получении заготовок 
для мелких деталей сложной конфигурации, преимущественно из стали.  
При этом объем механической обработки резко снижается. 
При электрошлаковом литье механические свойства материала отливки  
не уступают соответствующим свойствам деформируемых сплавов, структура характеризуется большой плотностью, стабильностью и изотропностью свойств. 
Метод применяется для изготовления деталей ответственного назначения - сосудов, работающих под давлением, цилиндров, коленчатых валов и др. Недостатком 
способа является высокая стоимость отливок, особенно при производстве отливок 
небольшой массы. 
Характеристики некоторых методов получения отливок приведены в таблице 1.1. 
 
 
 
 
8 

Таблица 1.1 
Характеристики методов получения отливок 
Материал 
Производство 
Метод  
получения 
Масса  
заготовок, т 
Точность  
выполнения,  
квалитет 
Шероховатость 
Rz,мкм 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
Разовые формы 
Литье в песчано-глинистые формы 
единичное  
и мелкосерийное 
Машинная формовка 
До 10 
16-17 
20-5 
серийное 
Ручная формовка  
по деревянным  
моделям 
До 100 
17 
80-20 
чугун, сталь,  
специальные 
сплавы 
Машинная формовка  
по металлическим 
моделям 
3-5 
14-16 
20-5 
Крупносерийное
 и массовое 
Литье  
по выплавляемым 
моделям 
До 0,15 
11-12 
10-2,5 
трудно- 
обрабатываемые 
сплавы 
серийное 
До 0,15 
13-14 
10-2,5 
чугун, сталь, 
цветные сплавы 
серийное  
и массовое 
Литье в оболочковые 
формы:  
(песчано-смоляные, 
химически  
твердеющие) 
Многократные формы 
Центробежное литье 
0,01-1 
12-14 
40-10 
чугун, сталь, 
цветные сплавы 
крупносерийное 
и массовое 
Литье под давлением 
До 0,1 
8-12 
5,0-0,63
цветные сплавы 
крупносерийное 
и массовое 
Литье в кокиль 
12-15 
20-2,5 
чугун, сталь, 
цветные сплавы 
серийное  
и массовое 
7 (чугун) 
4 (сталь)  
0,5 (цветные 
сплавы) 
Примечание. В таблице приведена ориентировочная точность отливок, точные значения  
допусков определяются по ГОСТ Р53646-2009 
 
Из всего многообразия заготовок, получаемых обработкой давлением, чаще 
всего в машиностроении используются кованые и штампованные заготовки. 
Ковка - обработка металлов давлением путем местного многократного приложения деформирующих сил с помощью универсального кузнечного инструмента. 
Ковкой получают разнообразные по форме и размерам машиностроительные заготовки массой до 300 т. Заготовка, полученная ковкой, называется поковкой. 
Штамповка - обработка металлов давлением при помощи специального инструмента - штампа, рабочая полость (ручей) которого определяет конфигурацию  
и размеры получаемой заготовки. Заготовка, полученная штамповкой, называется штампованной поковкой или штампованной заготовкой. 
9 

Ковка применяется в единичном и мелкосерийном производстве для получения поковок различных форм и размеров из черных и реже цветных металлов 
и сплавов. Поковки обычно получают на ковочных молотах и гидравлических 
ковочных прессах. Такие заготовки имеют большие припуски на последующую 
механическую обработку резанием. В мелкосерийном производстве при изготовлении заготовок применяют подкладные штампы, позволяющие уменьшить 
припуски и приблизить форму заготовки к форме детали. 
Объемная штамповка является современным высокопроизводительным  
и относительно дешевым процессом изготовления заготовок, широко распространенным в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности. Процесс штамповки заключается в принудительном перераспределении материала заготовки без нарушения его сплошности. В качестве первичной 
заготовки для штамповки применяют слитки массой до 300 т, сортовой (круглый, квадратный), профильный и листовой прокат. Заготовку помещают в полость штампа, называемую ручьем. Затем под действием рабочих частей штамповочного оборудования, на котором установлен штамп, материал заготовки, 
деформируясь, заполняет ручей, а заготовка принимает требуемую форму. 
Объемной штамповкой получают поковки разнообразной формы из различных 
материалов массой от нескольких граммов до одной тонны. 
Различают два основных вида штампов в зависимости от вида ручьев - открытые (облойные) и закрытые (безоблойные). У открытых штампов зазор 
между верхней и нижней частями штампа является переменным и уменьшающимся в процессе деформирования заготовки. В плоскости смыкания частей 
(разъема) образуется облой. У закрытых ручьев деформирование заготовки 
происходит в замкнутом ручье, исключая образование облоя в плоскости разъема штампа. По виду крепления штампы делятся на подкладные (без крепления) и фиксируемые (закрепленные). Открытые и закрытые штампы могут быть 
одно- или многоручьевыми. 
Подкладные штампы просты по устройству, относительно дешевы. Они состоят из верхней матрицы, нижней матрицы и вспомогательных элементов, необходимых для транспортировки штампов. Такие штампы применяются для изготовления крупных и единичных поковок на молотах. 
Открытые штампы более сложны по конструкции, применяются для серийного и массового изготовления поковок на молотах и прессах. Кроме матриц они 
имеют выталкиватели, направляющие колонки и другие части. Одна или обе 
матрицы имеют облойную канавку, называемую накопителем (магазином). 
Закрытые штампы применяются для изготовления точных заготовок  
на прессах, молотах, горизонтально-ковочных и др. машинах. Сущность процесса штамповки в закрытых штампах состоит в том, что заготовка деформируется, 
находясь в полости одной части штампа (матрицы), в которую входит как  
в направляющую другая его часть (пуансон). Полученная поковка удаляется  
из ручья выталкивателем. При штамповке в закрытых штампах колебания объема заготовок должны быть незначительными, так как при штамповке облой  
не предусматривается. Штамповка в закрытых штампах более рациональна, так 
10