I

D

D

ДЛЯ ВУЗОВ

AT Суслов

ТЕХНОЛОГИЯ

МАШИНОСТРОЕНИЯ

МАШИНОСТРОЕНИЕ

ДЛЯ ВУЗОВ

D

D

А.Г. Суслов

ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ

2-е издание, переработанное и дополненное

Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» и направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологи­ческое обеспечение машиностроительных производств»

ш

МОСКВА

«МАШИНОСТРОЕНИЕ»

2007

УДК 621 ББК34.5 С 89

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. А.М. Дольский; кафедра «Технология машиностроения» Тульского государственного университета

Суслов А.Г. С 89 Технология машиностроения: Учебник для студентов м специальностей вузов. - 2-е нзд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2007. 430 с. ISBN 978-5-217-03371-3

Изложены основы и специальная часть технологии машиностроения. Основное внимание уделено обеспечению и повышению качества изделий машиностроения, снижению технологиче­ской себестоимости их изготовления, методологии разработки технологических процессов, тех­нологии изготовления и сборки типовых деталей и соединений, оформлению технологической документации.

Второе издание (1 -е изд. 2004 г.) исправлено и дополнено главой по технологии восстанов­ления деталей машин.

Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» и направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».

УДК 621 ББК34.5

ISBN 978-5-217-03371-3 © ОАО «Издательство «Машиностроение», 2007

Перепечатка, все виды копирования и воспроизведения материалов, опубликованных в данной книге, допускаются только с разрешения издательства и со ссылкой на источник информации.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Одной из основных задач машиностроения является обеспечение конкурентоспо­собности выпускаемых изделий, которая определяется их качеством и ценой. Эти основ­ные показатели конкурентоспособности машин в значительной мере зависят от техноло­гии их изготовления, разработчиком которой является инженер-технолог. Поэтому зна­ния, полученные в вузе студентами, являются базой для профессионального решения этой задачи.

Студент, изучивший курс «Технология машиностроения», должен уметь грамотно разрабатывать оптимальные технологические процессы с заполнением всей требуемой технологической документации на различные изделия машиностроения для всех произ­водств - от единичного до массового. Оптимальность заключается в качественном изго­товлении изделия с наименьшей технологической себестоимостью. Для этого студент должен обладать системой понятийных знаний для выполнения всех сопутствующих расчетов по технологическому обеспечению качества и производительности изделий машиностроения.

В данном учебнике особое внимание уделено вопросам технологического повыше­ния качества изделий машиностроения и функционально-стоимостному анализу техно­логических процессов.

Первая часть учебника посвящена основам технологии машиностроения. В ней приведены основные понятия и определения, рассмотрены вопросы формирования по­грешности обработки и качества поверхностного слоя, принципы базирования загото­вок, расчет припусков, производительность, нормирование, технологическая себестои­мость и функционально-стоимостной анализ, основные положения и методология разра­ботки технологических процессов изготовления изделий машиностроения.

Эта часть предназначена для студентов всех специальностей, связанных с техноло­гией машиностроения, в частности 151001 - Технология машиностроения, 151002 - Ме­таллообрабатывающие станки и комплексы, 151003 - Инструментальные системы ма­шиностроительных производств и 210200 - Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении).

Во второй специальной части учебника рассмотрены вопросы получения заготовок и технологии изготовления типовых деталей и сборки узлов, технологического повыше­ния долговечности изделий машиностроения, совершенствование существующих и соз­дание новых технологических методов обработки деталей и технологий, заполнения технологической документации, единая система технологической подготовки и реконст­рукции производства. Глава по технологической подготовке производства во втором издании расширена, базируясь на соответствующих стандартах.

Кроме того, второе издание дополнено 12-й главой «Технология восстановления деталей машин». Это объясняется все большей тенденцией экономии сырьевых ресур­сов. По данным прогноза на ближайшие 20 лет Российского представительства Между­народного союза машиностроителей - 60 % деталей машин будут не переплавляться, а подвергаться восстановлению.

Вторая часть предназначена для студентов двух специальностей: 151001 - Техноло­гия машиностроения, 151002 - Металлообрабатывающие станки и комплексы.

Машиностроение определяет технический прогресс любого государства и оказыва­ет решающее влияние на жизненный уровень людей.

Технология (в переводе с греческого techne- искусство, мастерство, умение; logos - слово, учение) - это наука о способах воздействия на сырье, материалы и полуфабрика­ты соответствующими орудиями производства, разрабатывающая приемы и способы на основе достижений науки и техники. Предметом технологии машиностроения является учение об изготовлении машин заданного качества в установленном количестве при наименьших затратах материалов, минимальной себестоимости и высокой производительности труда.

Отрасль, занимающаяся изучением закономерностей, действующих в процессе изготовления машин, и их прогнозированием, с целью использования этих законо­мерностей для обеспечения требуемого качества машин и наименьшей их себе­стоимости, называется технологией машиностроения. ^1:1 ■^:'¹‘’-^н ■ "

Исторический путь развития и совершенствования технологии машиностроения - тема самостоятельного исследования. Можно только кратко перечислять отдельные эта­пы, даты и имена людей, способствовавших развитию технологии машиностроения и ее становлению как учебной дисциплины.

В прошлом технология машиностроения получила наибольшее развитие в оружей­ных мастерских и заводах. Кому не известна знаменитая Царь-пушка, отлитая и изготов­ленная мастером Андреем Чоховым в 1587 г., сохранившаяся до наших дней. В 1615 г. в России была изготовлена первая пушка с нарезным стволом. В 1632 г. около Тулы были построены заводы для производства литых пушек, стволы которых выполняли сверле­нием и растачиванием.

В эпоху Петра I значительный вклад в технологию машиностроения был внесен

А.К. Нартовым (1680 - 1756 гг.), разработавшим ряд технологических процессов изго­товления артиллерийского и стрелкового оружия, постройки кораблей и создавшего для этого оригинальные станки и инструменты, принципиальные схемы которых использу­ются и в наше время. Нартовым создан первый в мире токарный станок с механическим суппортом.

Работники Тульского оружейного завода: М.В. Сидоров, Я.Н, Батищев и П.Д. Заха- ва усовершенствовали технологию оружейного производства и создали значительное количество необходимых станков и инструментов. На Тульском оружейном заводе еще в 1761 г. впервые в мире было разработано и внедрено изготоаление и измерение при по­мощи калибров взаимозаменяемых деталей.

В 1765 г. И.И. Ползунов и его сподвижники построили первую в мире паровую ма­шину для привода металлообрабатывающих станков. В последующее время технология машиностроения развивалась не только на оружейных, но и на вновь возникающих за­водах, занимающихся изготовлением паровозов, вагонов, станков и других изделий.

Впервые накопленный опыт был описан профессором Московского университета И.В. Двигубским, выпустившим в 1807 г. книгу «Начальные основы технологии или краткое описание работ, на заводах и фабриках производимых». Дальнейшее обобщение опыта и развития технологии машиностроения нашло отражение в капитальном труде проф. И.И. Тиме «Основы машиностроения, организация машиностроительных фабрик в технологическом и экономическом отношении и производство работ», вышедшей в 1885 г, в трех томах.

Труд проф. А.П. Гавриленко «Технология металлов», обобщивщий опыт развития технологии металлообработки, долгие годы был основным курсом, по которому учились несколько поколений русских инженеров.

В передовых развитых странах под технологией машиностроения понимается тех­ника производства машин. Аналогичное понятие технологии машиностроения остава­лось и в нашей стране до 30-х годов XX века. Предмет технологии машиностроения включал оборудование, инструмент, приспособление, процессы получения заготовок, их обработки, сборки, транспортировки и испытаний, проектирование и планирование уча­стков, цехов и заводов, взаимосвязь всех служб, организацию и управление, экономику, т.е. весь процесс производства. Главными проектантами предприятий в эти годы были технологи: Б.Е. Федоров, О.Б. Романов, Д.В. Чарнко. :м

Однако в 30-е годы XX века предмет «Технология машиностроения» начал освобо­ждаться от сопутствующих дисциплин и разделяться на отраслевые технологии: автомо­билестроения, тракторостроения, ствнкостроения и т.п. Появились учебники: В.М. Ко­вана «Технология автотракторостроения», Б.С. Балакшина «Технология станкострое­ния» и др.

В вузах стали готовить отраслевых технологов, а на предприятиях - создавать тех­нологические отделы по видам изделий. Так, на одном из промышленных предприятий долгие годы существовали отделы главного технолога по вагоностроению, локомотиво- строению, дизеле строе и ию и т.д. В 60-е годы технология машиностроения начала еще больше сужаться. Под технологией машиностроения стали понимать только процессы механической обработки и сборки машин. Научные работники досконально изучали ка­ждый метод механической обработки, совершенствовали и оптимизировали эти методы обработки, разрабатывали новые и комбинированные методы обработки. Это привело к дроблению специальностей.

В 70-е годы XX века поднялся вопрос о специализациях технологов по отдельным методам обработки и т,д. Однако в 80-е годы все активнее стали выступать сторонники технологии в широком ее первоначальном трактовании как техники производства. В 1989 г. состоялся первый съезд технологов страны, который практически поддержал это направление развития технологии машиностроения.

Первый учебник по технологии машиностроения в пяти книгах вышел в 1932 - 1935 гг. (А.П. Соколовский). Он включвл разделы: допуски и посадки, методы и опера­ции обработки типовых деталей (цилиндров, валов, рам, станин, маховиков, подшипни­ков, поршней, шатунов и фасонных поверхностей), применяемые приспособления, инст­рументы и станки. В 1938 г. появился учебник под названием «Основы технологии ма­шиностроения» (А.П. Соколовский), Однако в нем, в основном, рассматривались аспек­ты технологии обработки типовых деталей, т.е. вопросы, нашедшие отражение в пред­шествующем учебнике. Аналогичным был и учебник В.М. Кована «Технология маши­ностроения» (1944 г.).

Развитие технологии машиностроения как науки привело к тому, что в 60-е годы произошло полное разделение курса «Технология машиностроения» на две дисциплины:

1. «Основы технологии машиностроения», в которой рассматриваются основные понятия и определения в технологии машиностроения, погрешности обработки и сбор­ки, качество поверхностей деталей, теория базирования, размерный анализ, расчет при­пусков, нормирование, технологическое обеспечение качества изделий и производи­тельность, основные принципы разработки технологических процессов, технологическая себестоимость;

2. «Технология машиностроения», в которой рассматриваются технологические процессы изготовления типовых деталей и сборки узлов, типовые и групповые техпро­цессы, правила заполнения единой системы технологической документации (ЕСТД),

Во второй половине XX века был выпущен ряд учебников: в 1959 г. учебник

В.М. Кована «Основы технологии машиностроения», в 1965 г. аналогичный учебник авторского коллектива МВТУ им. Н.Э. Баумана с В.М. Кованом и др. под ред. B.C. Кор­сакова; в 1985 г. учебник А.А. Маталина «Технология машиностроения», в котором бы­ли объединены основы и специальная часть технологии; в 1986 г. учебник СТАНКИНа «Технология машиностроения» (специальная часть), авторы: А.А. Гусев, Е.Р. Ковальчук, И.М. Колесов, Н,Г_ Латышев, В.А. Тимирязев, Д.В. Чарнко.

Некоторые учебники выдержали несколько изданий: в 1965 и 1973 гг. учебник Б.Л. Беспалова, Л.А. Глейзера, И.М. Колесова, Н.Г. Латышева, С.Н. Соловьева, Д.В. Чарнко «Технология машиностроения» (специальная часть); в 1959, 1966 и 1969 гг. учебник Б.С. Балакшина «Основы технологии машиностроения»; в 1997 и 1999 гг. учеб­ник И.М. Колесова «Основы технологии машиностроения»; в 1998 и 2000 гг. двухтом­ный учебник авторского коллектива МГТУ им. Н.Э. Баумана «Технология машино­строения»: т. 1 «Основы технологии машиностроения» под ред. А.М. Дальского и т. 2 «Производство машин» под ред. Т.Н. Мельникова.

В 2002 г. вышла научная монография авторов А.Г. Суслова, А.М. Дальского «На­учные основы технологии машиностроения», которая является базовой книгой при под­готовке к сдаче кандидатского экзамена по технологии машиностроения. Она предна­значена для магистров, аспирантов и соискателей, обучающихся и выполняющих дис­сертационные работы по технологии машиностроения, В монографии изложены теоре­тические и экспериментальные методы, автоматизированные системы исследований в технологии машиностроения, научные основы совершенствования и создания новых технологических методов обработки деталей машин и наукоемкие технологии.

Часть I основы технологии машиностроения

Глава 1 основные понятия и определения

Знания, полученные студентами при изучении этой главы, являются базовыми для дальнейшего изучения технологии машиностроения. После ее изучения студенты долж­ны четко знать и понимать основные стандартизованные понятия и определения, ис­пользуемые в технологии машиностроения.

' ^: ! 1,1, Изделие и его элементы

Изделием называется продукт конечной стадии любого машиностроительного про­изводства. Изделием может быть машина, узел (сборочная единица), заготовка няи де­таль, в зависимости от того, что является объектом данного производства.

Машина - это механизм или сочетание механизмов, осуществляющих целенаправ­ленные движения для преобразования энергии или выполнения работы. Практически все машины в настоящее время являются мехатронными системами. Механическая часть этих систем яаляется объектом производства машиностроительных предприятий, элек­тронная — предприятий электронной промышленности.

Заготовкой в машиностроительном производстве является изделие, используемое для изготовления детали.

Деталь - это изделие, характерным признаком которого является отсутствие в нем разъемных или неразъемных соединений (например: вал, шестерня, корпус, державка резца и т.д.),

V каждой детали, предназначенной для сборки, есть сопрягающиеся и несопря- гающиеся поверхности. Сопрягающиеся поверхности при сборке соприкасаются с по­верхностями других деталей, образуя сопряжения.

Сопрягающиеся поверхности, служащие для присоединения к данной детали дру­гих деталей, называются вспомогательными базами (например, направляющие стани­ны, на которые устанавливают переднюю бабку; опорная плоскость державки под ре­жущую пластинку и т.д.).

Поверхности, выполняющие некоторые рабочие функции, называются функцио­нальными (исполнительными или рабочими) (например, боковая поверхность зуба зуб­чатого колеса, направляющие станков).

Ватные детали - это летали, выполняющие в узле роль соединительного звена, обеспечивающего при сборке соответствующее относительное положение других дета­лей (например: станина станка, рама автомобиля, державка резца и т.д.).

Сборочная единица (узел) - это часть изделия, которую собирают отдельно, и в дальнейшем она участвует в процессе сборки как одно целое (например, задняя бабка токарного станка). ;. -■ -г/.- -

Сборочные единицы (узлы), непосредственно входящие в изделие в процессе об­щей сборки, называют сборочными единицами 1-го порядка (например, передняя бабка токарного станка). " гуд . _ ■ ■■ ■

Рис. 1.1. Технологическая схема изделия

Сборочные единицы, входящие в сборочную единицу 1-го порядка, называются сбо­рочными единицами 2-го порядка и т.д. (например, шпиндельный узел передней бабки).

Отдельные детали могут входить в сборочные единицы любого порядка или непо­средственно в собираемое изделие (например, болты).

Таким образом, схему изделия можно представить в виде рис. 1.1.

Сборочные единицы могут быть конструкторскими, технологическими и конструк­торско-технологическими.

Конструкторская сборочная единица - это единица, спроектированная лишь по функциональному принципу без учета технологии сборки (например, механизм привода суппорта).

Технологическая сборочная единица (узел) - это сборочная единица, которая мо­жет собираться отдельно от других частей изделия (например, консоль фрезерного стан­ка).

Конструкторско-технологическая сборочная единица (агрегат) - это единица, которая отвечает условию ее функционального назначения в изделии и условию самостоятельной независимой сборки (насос, коробка передач, агрегатная головка).

Наилучшим вариантом конструкции любой машины, состоящей из конструкторско- технологических сборочных единиц и нормализованных деталей, является ее агрегати­рование или модульное построение. Машина, спроектированная по агрегатному (мо­дульному) принципу, будет конкурентоспособной, так как обладает лучшими технико­экономическими показателями, как при изготовлении, так и в эксплуатации и ремонте.

Пример модульной конструкции авиационного двигателя представлен на рис. 1.2.

Каждая сборочная единица включает в себя определенные виды соединения дета­лей. По возможности относительного перемещения составных частей соединения под­разделяются на подвижные и неподвижные (рис. 1.3).

По сохранению целостности при сборке соединения подразделяются на разъемные и неразъемные. Соединение считается разъемным, если при его разборке сохраняется целостность его составных частей, и неразъемным, если при разборке его составные час­ти повреждаются и их целостность нарушается.

ИЗДЕЛИЕ И ЕГО ЭЛЕМЕНТЫ

9

Рис. 1.2. Модульная конструкция авиационного двигателя:

1 - вентилятор; 2 — компрессор среднего давления; 3 — переходный модуль;

4 - турбина привода компрессора среднего давления; 5 — турбина привода вентилятора; б - компрессор и турбина высокого давления; 7 —коробка приводов

ХЛРЛКПРИС7Ш (ВОРОЧНЫХ сашеШ

При этом соединения могут быть; неподвижными разъемными (резьбовые, пазовые, конические); неподвижными неразъемными (соединения запрессовкой, развальцовкой, клепкой); подвижными разъемными (подшипники скольжения, плунжеры-втулки, зубья зубчатых колес, каретки-станины); подвижными неразъемными (подшипники качения, запорные клапаны).

Количество разъемных соединений в современных машинах и механизмах соствв- ляет 65 - 85 % от всех соединений.

Неразъемные соединения в процессе эксплуатации и ремонта нередко подвергают­ся разборке, вызывающей большие затруднения и часто приводящей к порче сопряжен­ных поверхностей (одной или обеих деталей соединения), а также дополнительной при­гонке, доработке или замене.

По форме сопрягаемых поверхностей соединения подразделяются на цилиндриче­ские (до 35 -40 % всех соединений), плоские (15-20 %), комбинированные (15-25 %), конические (6-7 %), сферические (2-3 %), винтовые и профильные.

По методу образования соединения подразделяются на резьбовые, клиновые, штифтовые, шпоночные, шлицевые, сварные, паяные, клепаные, клееные, фланцевые, прессовые, развальцованные (соединения, полученные с применением совместного из­гибания их кромок), комбинированные и др.