Технологические процессы изготовления узлов и деталей транспортных машин

 
 
 
 
 
А. М. Будюкин, А. А. Мигров, В. Г. Кондратенко 
 
 
 
 
 
 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 
ИЗГОТОВЛЕНИЯ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ 
ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН 
 
 
 
Учебник 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия»  
2024 
1 
 

 
 
УДК 621.01 
БКК 34.41 
Б90 
 
 
 
Рецензенты: 
д. т. н., профессор ФГБОУ ВО ПГУПС 
В. В. Грачев; 
к. т. н., доцент, директор по ИТ ООО «ЮНИКОСМЕТИК»  
Л. Б. Немцов 
 
 
 
 
 
 
 
Будюкин, А. М.  
Б90  
Технологические процессы изготовления узлов и деталей транспортных машин : учебник / А. М. Будюкин, А. А. Мигров, В. Г. Кондратенко. - 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 356 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-2074-7  
 
Подробно рассмотрены основы технологии машиностроения. Освещены вопросы 
технологии изготовления типовых узлов и деталей транспортных машин. Даны основополагающие понятия теории дисциплины «Технология машиностроения», связанные 
с точностью механически обрабатываемой детали. 
Предназначен в качестве основного источника литературы для изучения дисциплин «Технология машиностроения», «Технология конструкционных материалов», 
«Материаловедение и технология конструкционных материалов», «Материаловедение. 
Технология конструкционных материалов» для обучающихся направлений 23.04.02 
«Ремонт и эксплуатация наземных транспортно-технологических комплексов и систем», 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»,  
а также специальностей 23.05.01 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные 
средства и оборудование», 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог». Может быть 
использовано для подготовки студентов аналогичных специальностей и других вузов 
железнодорожного транспорта. 
 
УДК 621.01 
БКК 34.41 
 
 
ISBN 978-5-9729-2074-7 
” Будюкин А. М., Мигров А. А., Кондратенко В. Г., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 
 

 
 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Основой научно-технического прогресса является машиностроение, производящее орудия труда. От того, какие производятся машины, зависят производительные силы общества и уровень производительности труда. 
Машиностроение - ключевая отрасль общественного производства. Одной 
из основных задач современного машиностроения является обеспечение конкурентоспособности выпускаемых изделий, которая определяется качеством и стоимостью. Одним из условий изготовления высококачественных изделий является применяемая технология. Разработка и использование прогрессивных технологических процессов во многом зависит от профессионализма их создателей. 
Поэтому изучение основ технологии машиностроения является составным звеном подготовки образованных специалистов. 
Технология машиностроения - это наука, которая рассматривает закономерности процессов изготовления деталей машин. Она изучает общие теоретические вопросы производства машин. В технологии машиностроения рассматриваются понятия изделия, производственного и технического процессов, изучаются вопросы точности обработки и качества поверхности и поверхностного 
слоя деталей, излагаются основы проектирования технологических процессов  
и приводится технология типовых деталей и сборки машин. 
Безотказность и долговечность деталей транспортных машин во многом 
закладывается на стадии их изготовления и существенно зависит от свойств материала детали, технологического процесса изготовления, а также от соблюдения технологической дисциплины на предприятии-изготовителе.  
Предлагаемый учебник состоит из двух частей. В первой части излагаются 
основы технологии машиностроения, а во второй части - технологии изготовления и сборки типовых узлов транспортных машин и механизмов. 
Основы технологии машиностроения подробно рассмотрены в первой части настоящего учебника. Разработка технологического процесса изготовления 
любой детали начинается с изучения назначения и конструктивных особенностей детали. Затем анализируются условия работы детали, ее отдельных поверхностей и конструктивных элементов. Определяются технические требования  
к детали, а также требования к технологичности ее изготовления. На основе оптимального варианта разрабатывается вся необходимая технологическая документация, предусмотренная государственными стандартами ЕСТПП. Основными элементами механических передач транспортных машин являются: валы, 
оси, зубчатые колеса, рычаги, вилки, а также различные корпусные детали. Поэтому, вторая часть посвящена рассмотрению вопросов, касающихся технологии 
изготовления этих типовых деталей машин: технологическим способам и методам, применяемым материалам, требованиям к изготовлению, используемому 
технологическому оборудованию и инструментам. 
3 
 

 
 
Технология машиностроения, как прикладная наука, сформировалась сравнительно недавно. В своем постепенном становлении она опиралась на практические знания, связанные с производством машин, на изобретения и технические 
решения, используемые на заводах и фабриках.  
Так, уже в XVIII в. наблюдался заметный прогресс в развитии технологии 
производства орудий, станков и инструмента. Особенно выделялись своими технологическими новинками мастера Тульского оружейного завода, такие как  
Я. Батищев, М. Сидоров, И. Осипов. 
Появление научного подхода к технологии обработки деталей следует отнести к первому десятилетию XIX в., когда академик В.И. Севергин сформулировал основные положения о технологии производственных процессов (1804),  
а затем в трудах профессоров И.А. Двигубского (1807), И.А. Тиме (1883) и  
А.П. Гавриленко (1908) были изложены основные научные положения и принципы формирования технологических процессов. 
Импульс к развитию технологии машиностроения был дан в период индустриализации страны. Прогресс в промышленности сопровождался разработкой 
теоретических основ технологии машиностроения на базе экспериментальных 
исследований. Благодаря этому технология машиностроения сформировалась 
как научная дисциплина, развитию которой способствовали труды профессоров 
Н.А. Бородачева, А.Б. Яхина, А.И. Каширина, М.Е. Егорова, А.А. Маталина, 
С.П. Митрофанова, В.С. Корсакова и других ученых, а также коллективов 
научно-исследовательских и проектно-технологических институтов и передовых 
машиностроительных заводов.  
Технология машиностроения прошла путь от простой систематизации производственного опыта механической обработки деталей и сборки машин до создания научно обоснованных положений, разработанных с использованием аппарата фундаментальных наук: математики, металлофизики, электроники и др. 
Дальнейшее развитие технологии машиностроения связано с автоматизацией производственных процессов, созданием обрабатывающих систем с электронным управлением. 
В развитии современного машиностроения можно выделить четыре этапа: 
 создание и освоение станков и машин с ЧПУ. При использовании таких 
станков доля участия людей в производстве продукции снижается в два 
раза; 
 появление многостаночных комплексов под общим управлением ЭВМ. 
В этом случае участие людей в производстве продукции сокращается 
в три раза; 
 применение гибких автоматизированных производств (ГАП). Использование ГАП снижает долю участия человека в создании продукции 
примерно в шесть раз; 
 создание и применение заводов-автоматов на базе ГАП. Такие заводы 
обеспечивают производство машин практически без участия человека. 
Важнейшим современным направлением технологии машиностроения является создание методов обработки, позволяющих обеспечивать необходимые 
4 
 

 
 
эксплуатационные свойства деталей машин, повышающих их надежность и долговечность. 
Технология машиностроения органично связана с такими дисциплинами, 
как теория резания, металлорежущие станки и инструменты, взаимозаменяемость и технические измерения, материаловедение. Рассмотрение технологических вопросов без их использования практически невозможно. 
Технология машиностроения лежит в основе создания эффективных технологических процессов и творческого подхода к организации производства. 
В основу учебника положены результаты научной и учебной работы по 
направлению «Технология машиностроения» и «Технология конструкционных 
материалов» сотрудников кафедры «Технология металлов» ПГУПС профессоров С.В. Алехина, И.А. Иванова, А.Ф. Богданова, а также авторов этого учебника. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 

 
 
 
ЧАСТЬ I 
 ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ 
 
 
Глава 1 
ВВЕДЕНИЕ В КУРС ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ 
 
 
1.1. Технология производства изделий:  
основные требования и технические средства 
 
Производство изделий в машиностроении осуществляется с целью удовлетворения потребностей и заказов других отраслей промышленности и транспорта. При этом выпускаемые машины должны удовлетворять заданным требованиям, соответствующим качеству. Под качеством продукции понимают совокупность свойств, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенным потребностям в соответствии с ее назначением. Качество характеризуют 
комплексом показателей, к основным из которых относят технический уровень, 
определяющий степень совершенства машины, технологичность конструкций, 
характеризуемая удобством изготовления, обслуживания и ремонта, а также эксплуатационные показатели, важнейшим из которых является надежность. 
Надежность - это свойство машины выполнять свои функции, сохраняя 
эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемой наработки. Надежность - комплексное свойство, которое характеризуется безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью своих показателей. 
В связи с этим технологические процессы должны обеспечивать выпуск 
изделий, удовлетворяющих заданным требованиям. К таким требованиям относят, прежде всего, требования к качеству, количеству и стоимости выпускаемой 
продукции. 
Как известно, технология может быть реализована различными техническими средствами. Перед специалистом-технологом в процессе разработки технологии стоит непростая задача: выбрать такие технические средства для выполнения технологического процесса, которые бы обеспечивали выпуск продукции, 
удовлетворяющей изложенной триаде требований. На схеме (рис. 1.1) показана 
взаимосвязь технических средств реализации технологии с выходными требованиями выпускаемой продукции. 
Качество обрабатываемых изделий должно удовлетворять требованиям заданной точности размеров, формы и расположения поверхностей, а также заданному состоянию поверхности и поверхностного слоя - шероховатости поверхности, структуры, твердости и остаточных напряжений поверхностного слоя.  
6 
 

 
При этом выпуск продукции должен осуществляться с заданной производственной программой и производительностью при минимальных затратах. 
 
 
Рис. 1.1. Структурная схема взаимосвязи основных требований  
к выпуску изделий и технических средств реализации технологии 
 
Современные технические средства реализации технологии имеют широкий диапазон применения. В зависимости от типа производства в техноло- 
гическом процессе могут быть использованы универсальные станки общего 
назначения, станки с ЧПУ, робототехнические комплексы (РТК), гибкие производственные системы (ГПС), а также различные приспособления и режущий инструмент. 
7 
 

 
 
Знание основ технологии машиностроения и творческий подход дают возможность современному инженеру принимать обоснованные решения по выбору 
технологических процессов для различных производственных условий. 
 
1.2. Виды изделий 
 
Изделие - это предмет производства, подлежащий изготовлению как конечный продукт основного производства предприятия. 
Изделия в зависимости от назначения разделяют на изделия основного и 
вспомогательного производства. К первым относят изделия, предназначенные 
для поставки (продажи), а ко вторым - изделия, предназначенные для собственных нужд предприятия. 
В зависимости от конечной стадии данного производства изделиями могут 
быть не только машины, но и элементы машин в сборе, и отдельные детали. 
Например, для станкостроительного завода изделием является станок, для моторостроительного завода - двигатель, а для завода поршней - поршень. Виды изделий: деталь, сборочная единица, комплекс, комплект. 
Деталь - изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций. 
Сборочная единица - изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии изготовителе путем сборочных операций 
(свинчиванием, сваркой и др.). 
Комплекс - это две или более сборочных единицы, несоединенные на предприятии изготовителе, но связанные между собой общими эксплуатационными 
функциями. Например, поточная линия, бурильная установка и др. 
Комплект - набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение 
вспомогательного характера. Например, комплект запчастей, комплект инструмента и т. д. 
 
1.3. Производственный процесс и типы производства 
 
Производственный процесс - это совокупность взаимосвязанных действий 
людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления 
или ремонта продукции. 
К таким действиям относят: 
௅ конструкторскую и технологическую подготовку производства; 
௅ изготовление продукции; 
௅ изготовление приспособлений и инструмента (технологической 
оснастки); 
௅ обеспечение энергией; 
௅ транспортирование и хранение продукции; 
௅ контроль качества продукции; 
௅ управление производством. 
8 
 

 
 
Под типом производства понимают организационно-технологическое состояние производственного процесса. 
Тип производства характеризуют: 
௅ широтой номенклатуры, 
௅ регулярностью, 
௅ стабильностью и объемом выпуска. 
Различают три типа производства - массовое, серийное и единичное. 
Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим 
объемом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых в течение продолжительного времени. 
К особенностям массового производства относят применение поточных и 
автоматических линий, транспортно-конвейерных средств, высокопроизводительного оборудования, специальных приспособлений. 
Выпуск продукции подчиняется такту (время между выпуском двух смежных изделий). Такт IJ определяется по формуле: 
 
߬ൌ
଺଴ ήʣʓ
ே
ǡ 
(1.1) 
где   ʣʓ - действительный фонд времени в планируемом периоде, ч, 
N - программа выпуска, шт. 
 
Действительный фонд определяют: 
ʣʓ ൌʣʜ  ή ߟǡ 
где   ʣʜ - номинальный годовой фонд времени (при двухсменной работе - 4140 ч), 
ߟ - коэффициент, учитывающий простой оборудования в ремонте (ߟൌ 
ൌͲǡͻͺ ൊͲǡͻ͸). 
 
При массовом производстве не требуются высококвалифицированные рабочие, но требуются грамотные специалисты-наладчики. 
Используется следующая форма поточного производства: 
1. Непрерывно-поточная. 
В этом случае работают движущийся конвейер, операции по времени 
равны или кратны такту. 
Пример - сборка автомобилей; 
2. Прерывно-поточная (прямоточная). 
Предмет труда в этом случае перемещается прерывисто (дискретно), нет 
«жесткой» синхронизации операций по времени цикла, возможны межоперационные простои в магазинах-накопителях. 
Пример - автоматические линии без жестких связей, ГПС. 
Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых повторяющимися партиями (сериями) при заданном объеме выпуска. 
Партия - это группа заготовок одного наименования и типоразмера, запускаемых одномоментно в производство. 
9 
 

 
 
К особенностям серийного производства относят необходимость переналадки станков с операции на операцию при изменении номенклатуры, широкое 
использование станков с ЧПУ, универсальных станков и приспособлений, наличие межоперационного складирования заготовок, более длительный цикл изготовления продукции, чем при массовом производстве. 
Серийное производство является основным наиболее распространенным 
типом современного производства машиностроения и предприятиями этого типа 
выпускается в настоящее время 75-80  всей продукции. 
Серийное производство разделяют на: мелкосерийное, среднесерийное и 
крупносерийное. 
Единичное производство характеризуется широкой номенклатурой и малым объемом выпуска. 
К особенностям этого производства относят применение в основном универсального типового оборудования, размещаемого на участках по видам обработки (токарные, фрезерные, сверлильные и т. д.), наиболее длительный цикл 
производства, требуется высокая квалификация станочников. 
Тип производства определяют с помощью коэффициента закрепления операций K, определяемого по выражению: 
ܭൌܱ
ܲ ǡ 
где О - число операций, выполняемых в определенный период времени (например, в месяц); 
Р - количество рабочих мест (станков). 
Коэффициент закрепления операций для различных типов производства 
имеет следующие значения: 
К ! 40 - единичное производство; 
20 < К < 40 - мелкосерийное; 
10 < К < 20 - среднесерийное; 
1 < К < 10 - крупносерийное; 
К = 1 - массовое. 
 
1.4. Технологический процесс и его структура 
 
Технологический процесс - это часть производственного процесса, 
направленная на изменение состояния предмета производства. В машиностроении различают технологические процессы механической, термической обработки деталей, сборки, контроля и окраски изделий. 
Технологический процесс механической обработки направлен на изменение формы, размеров, точности и качества обрабатываемой детали. 
Технологический процесс термической обработки направлен на изменение 
структуры и свойств материала. 
Технологический процесс сборки определяет порядок сборки и контроля 
качества изделия. 
10