Технология конструкционных материалов в приборостроении

Москва
ИНФРА-М
2018

УЧЕБНИК

Р.М. ГОЦЕРИДЗЕ

ТЕХНОЛОГИЯ 
КОНСТРУКЦИОННЫХ 
МАТЕРИАЛОВ 
В ПРИБОРОСТРОЕНИИ

Рекомендовано в качестве учебника 
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлениям подготовки 12.03.01 «Приборостроение»,
12.03.02 «Оптотехника» (квалификация (степень) «бакалавр»)

УДК 681.2(075.8)
ББК 34.9я73
 
Г57

Гоцеридзе Р.М.
Технология конструкционных материалов в приборостроении : учебник / Р.М. Гоцеридзе. — М. : ИНФРА-М, 
2018. — 423 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-5-16-005048-5

Рассмотрены современные и перспективные технологические способы получения заготовок и деталей приборов из металлов и неметаллических материалов литьем, обработкой давлением, сваркой, пайкой, 
резанием, электрофизическими, электростатическими и другими методами формообразования. Описаны выбор режимов формообразования, типы оборудования, их технологические возможности, типы 
инструментов, их конструкции и геометрия.
Для студентов приборостроительных специальностей политехнических вузов, может быть полезен работникам приборостроительных 
предприятий.

УДК 681.2(075.8)
ББК 34.9я73

Г57

ISBN 978-5-16-005048-5

Р е ц е н з е н т ы:
В.И. Молодницкий, проф. Российского государственного 
технологического университета им. К.Э. Циолковского «МАТИ»; 
Е.В. Преображенская, доц. Московского государственного 
университета приборостроения и информатики

© Гоцеридзе Р.М., 2013

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ПРЕДИСЛОВИЕ

Студенты приборостроительных специальностей высших поли
технических вузов должны иметь технологическую подготовку, которая позволяла бы владеть комплексом знаний в следующих областях: физико-химические основы процессов формообразования; 
формообразование методами литья, пластической деформации, резания; электрофизические и электрохимические методы обработки; 
процессы сварки, резки, пайки и склеивания изделий из черных 
и цветных металлов, из металлических, порошковых и полимерных 
композиционных материалов и др.; выбор режимов формообразования; выбор технологического оборудования, оснастки, их типов 
и конструкций; компьютерное проектирование технологических процессов и управление производством. Эти материалы и составили 
основное содержание учебника. 

Для более легкого восприятия терминов, применяемых в техно
логии, даются основные понятия, характеризующие объекты производства, производственный и технологический процессы, типы производства.

При рассмотрении каждого метода формообразования приво
дятся технологические требования к конструкциям получаемых изделий.

Сведения, приведенные в учебнике, учитывают последние дости
жения технологической науки, соответствуют стандартам, отечественным (ГОСТ) и международным (ИСО, СЕН), позволяют студенту 
приобрести знания, навыки и умения, необходимые для осуществления производственно-технологической, конструкторской и управленческой деятельности.

Каждая глава заканчивается вопросами для самопроверки.
В технике стандартизовано практически все: аппаратура, измери
тельные приборы, черные и цветные металлы, блоки штампов, станки и прессы, припои и флюсы и т.п., поэтому в учебнике нет ссылок 
на номера ГОСТов. Их можно найти в указателях «Национальные 
стандарты» 2012 г.

Автор выражает большую и искреннюю благодарность профес
сорам, докторам техн. наук А.Е. Древалю, Г.Р. Сагателяну, Е.И. Семенову, В.М. Суменову и В.Г. Ковалеву, доцентам, кандидатам 
техн. наук О.М. Дееву и Н.П. Малевскому, инженерам Д.Ю. Самохину и В.И. Петрову за высококвалифицированные консультации, 
а за техническую подготовку рукописи — Л.П. Мазаевой (рисунки), 
С.А. Серебряковой (текст) и моей жене профессору, доктору техн. 
наук А.С. Гоцеридзе.

1. 
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, 
ОТНОСЯЩИЕСЯ К РАЗРАБОТКЕ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1.1. 
ОБЪЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА

Изделие — это любой предмет или набор предметов производ
ства, подлежащих изготовлению на предприятии, количество которых может исчисляться в штуках или экземплярах.

В зависимости от назначения различают изделия основного произ
водства (предназначенные для поставки) и изделия вспомогательного 
производства (предназначенные только для собственных нужд предприятия, изготовлявшего их).

К покупным относят изделия, не изготовляемые на данном пред
приятии, а получаемые им в готовом виде.

Виды изделий: а) детали; б) сборочные единицы; в) комплексы; 

г) комплекты. В зависимости от наличия или отсутствия составных 
частей в изделиях их подразделяют на неспецифицированные (детали) — не имеющие составных частей, и специфицированные (сборочные единицы, комплексы, комплекты) — состоящие из двух и более 
составных частей.

Деталь — изделие, изготовленное из однородного по наимено
ванию и марке материала, без применения сборочных операций, 
например: валик из одного куска металла; литой корпус; пластина 
из биметаллического листа; печатная плата.

Сборочная единица — изделие, составные части которого полежат 

соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными 
операциями (свинчиванием, клепкой, сваркой, пайкой, склеиванием и т.п.), например: автомобиль, станок, микромодуль, редуктор, 
сварной корпус.

Комплекс — два и более специфицированных изделия, не сое
диненные на предприятии-изготовителе сборочными операциями, 
но предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций, например: поточная линия станков, автоматическая телефонная станция; бурильная установка; изделие, состоящее из ракеты, пусковой установки и средств управления; корабль.

Комплект — два и более изделия, не соединенные на предприя
тии-изготовителе сборочными операциями и представляющие набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера, например: комплект запасных частей, комплект инструмента и принадлежностей, комплект измерительной 
аппаратуры, комплект упаковочной тары и др. 

Полуфабрикат — изделие предприятия-поставщика, подлежащее 

дополнительной обработке или сборке.

Заготовка — предмет производства, из которого изменением фор
мы, размеров, шероховатости поверхности и свойств материала изготовляют деталь или неразъемную сборочную единицу.

1.2. 
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССЫ, 
ИХ ЭЛЕМЕНТЫ

Производственный процесс представляет собой совокупность 

действий, в результате которых исходные материалы и полуфабрикаты превращаются в готовую продукцию, соответствующую своему 
назначению. В производственный процесс входят не только процессы, непосредственно связанные с изменением формы и свойств обрабатываемых заготовок, но и все необходимые вспомогательные процессы (подготовка производства, контроль, цеховой и внутризаводской 
транспорт и др.).

Календарное время периодически повторяющегося производ
ственного процесса, называется производственным циклом. Время, 
потребное для изготовления одного изделия, называется трудоемкостью.

Остальное время производственного цикла расходуется на про
леживание заготовок: на операциях в партии, между операциями, 
в контроле и на промежуточных складах.

Норма времени — регламентированное время выполнения техно
логической операции в определенных организационно-технических 
условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей 
квалификации.

Норма выработки — регламентированное количество изделий, 

которое должно быть обработано или изготовлено в заданную единицу времени в определенных организационно-технических условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.

Штучное время — отношение календарного времени технологи
ческой операции к числу изделий, одновременно изготовляемых на 
одном рабочем месте.

Технологический процесс — часть производственного процесса, 

содержащая действия по изменению и последующему определению 
состояния предмета производства.

Технологический процесс изготовления прибора в общем случае 

включает в себя различные технологические процессы: изготовление
исходных заготовок, термическая обработка, механическая обработка
заготовок, нанесение покрытия, окраска, узловая и общая сборка приборов, регулировка и испытания.

Технологический процесс расчленяется на технологические опе
рации, а операции — на установы, технологические и вспомогательные переходы, рабочие и вспомогательные ходы, позиции.

Технологической операцией называется законченная часть техноло
гического процесса, выполняемая на одном рабочем месте одним 
рабочим или группой рабочих.

Установ — часть технологической операции, выполняемая при 

неизменном закреплении обрабатываемых заготовок или собираемой сборочной единицы.

Технологический переход — законченная часть технологической 

операции, характеризуемая постоянством применяемого инструмента и поверхностей, образуемых обработкой или соединяемых при 
сборке.

Вспомогательный переход — законченная часть технологической 

операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, 
которые не сопровождаются изменением формы, размеров и шероховатости поверхностей, но необходимы для выполнения технологического перехода (установка заготовки, смена инструмента 
и т.п.).

Рабочий ход — законченная часть технологического перехода, со
стоящая из однократного перемещения инструмента относительно 
заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, шероховатости поверхности или свойств заготовки. 

Вспомогательный ход — законченная часть технологического пе
рехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, не сопровождаемого изменением формы, 
размеров, шероховатости поверхности или свойств заготовки, но 
необходимого для выполнения рабочего хода. 

Позиция — фиксированное положение, занимаемое неизменно 

закрепленной обрабатываемой заготовкой или собираемой сборочной единицей совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования для выполнения определенной части операции.

Поясним, что такое приспособление и что такое инструмент.
Приспособление — технологическая оснастка, предназначенная 

для установки или направления заготовки или инструмента для выполнения технологической операции, например: тиски, кондуктор, 
патрон, оправка и т.п.

Инструмент — технологическая оснастка, предназначенная для 

воздействия на заготовку с целью изменения ее состояния.

Приемом называется часть операции, непосредственно связан
ная с подготовкой станка к выполнению отдельных переходов (подвод инструмента, пуск и останов станка, включение подачи и т.д.). 
Приемы учитываются при нормировании операции.

Рассмотренная структура технологического процесса, включа
ющая операции, установы, переходы и ходы, называется четырехступенчатой. Она характерна для обработки деталей на металлорежущих станках.

Сборочные и частично электротехнические процессы характе
ризуются более простой двухступенчатой структурой, включающей 
только два элемента: операции и переходы.

Средства технологического оснащения — совокупность орудий 

производства, необходимых для осуществления технологического 
процесса.

Рабочее место — часть производственной площади цеха, на ко
торой размещены один или несколько исполнителей работы и обслуживаемая ими единица технологического оборудования или часть 
конвейера, а также оснастка и (на ограниченное время) предметы 
производства.

Рабочие места оснащаются:
а) технологическим оборудованием — средствами технологиче
ского оснащения, в которых для выполнения определенной части 
технологического процесса размещаются материалы или заготовки, 
средства воздействия на них, а также технологическая оснастка, и, 
при необходимости, источники энергии. К технологическому оборудованию относятся литейные машины, прессы, станки, печи, 
гальванические ванны, разметочные плиты, испытательные стенды 
и т.д.;

б) технологической оснасткой — средствами технологического 

оснащения, дополняющими технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса. К технологической оснастке относятся режущий инструмент, штампы, 
приспособления, калибры, пресс-формы, модели, литейные формы, 
стержневые ящики и т.п.;

в) вспомогательными средствами, включающими тару, инвентарь 

(совокупность всех материальных ценностей, принадлежащих предприятию), устройства, обеспечивающие безопасность работы.

Подготовка технологического оборудования и оснастки к выпол
нению определенной технологической операции называется наладкой. К наладке относятся установка приспособления, переключение 
скорости или подачи, настройка заданной температуры и т.д.

Подналадка — дополнительная регулировка технологического 

оборудования и (или) оснастки в процессе работы для восстановления достигнутых при наладке значений параметров.

Цикл технологической операции — интервал календарного време
ни от начала до конца периодически повторявшейся технологической операции независимо от числа одновременно изготовляемых 
изделий.

Такт выпуска — интервал времени, через который периодически 

производится выпуск изделий определенного наименования, типоразмера и исполнения.

Ритм выпуска — количество изделий определенного наимено
вания, типоразмера и исполнения, выпускаемых в единицу времени.

1.3. 
ТИПЫ ПРОИЗВОДСТВА

Различают три основных типа производства: единичное, се
рийное и массовое.

Единичным называется такое производство, при котором из
готовление одного или нескольких изделий либо не повторяется 
совсем, либо повторяется через неопределенные промежутки 
вре мени.

Продукцией единичного производства являются изделия, не име
ющие широкого применения и изготовляемые обычно по отдельным 
заказам.

Оснастка цехов и заводов единичного производства должна быть 

приспособлена к изготовлению разнообразной продукции и поэтому 
состоит из универсальных типов или, будучи специальной, изготовляется упрощенной. 

Квалификация рабочих единичного производства должна быть 

высокой, что обусловлено разнообразным характером выполняемых 
работ. 

Серийным называется такое производство, при котором изделия 

изготовляются партиями или сериями, регулярно повторяющимися 
через определенные промежутки времени. В зависимости от объема 
выпуска различают:
• мелкосерийное производство, приближающееся к единичному (раз
нообразная номенклатура и незначительные объемы выпуска), 
в котором применяются в основном универсальная оснастка 
и частично специальные приспособления, специальные режущие 
и измерительные инструменты,

• среднесерийное производство (более узкая номенклатура и более 

значительные объемы выпуска), в котором применяются универсальная, нормальная и реже специализированная и специальная 
оснастка;

• крупносерийное производство (ограниченная номенклатура и боль
шой объем выпуска изделий), для которого характерно применение нормальной, специализированной, а в ряде случаев и специальной оснастки. 
Массовым называется такое производство, при котором в тече
ние длительного периода времени изготовление изделий ведется 

путем выполнения на рабочих местах одних и тех же постоянно 
повторяющихся операций. 

Вся оснастка технологического процесса имеет узкоспециализи
рованный характер, что является экономически оправданным в случае постоянства технологического процесса. При массовом производстве наиболее благоприятны условия для механизации и автоматизации. 

Существует две основные разновидности массового производства: 

поточное производство и производство непрерывным потоком. 

Поточным методом производства называется такая организация 

производства, при которой рабочие места располагаются в соответствии с порядком выполнения операций, причем количество и производительность этих рабочих мест рассчитаны таким образом, что 
переход заготовок с одной операции на другую осуществляется без 
задержек и пролеживания.

Поточное производство характеризуется разной трудоемкостью 

операций; поэтому здесь станки загружены по времени неодинаково, 
и малозагруженные станки работают периодически.

При производстве непрерывным потоком время выполнения (пе
риод) каждой операции с учетом времени транспортировки равно 
или кратно такту выпуска. В результате согласованности этих периодов заготовки передаются от одного станка к другому непрерывно.

Такт выпуска в минутах определяется формулой

τ
η
= T
N
,

где 
T — определенный промежуток рабочего времени, мин; N — число 
объектов производства данного рода, изготовляемых за этот промежуток времени; h — коэффициент использования оборудования по 
времени. 

Тип производства количественно характеризуется коэффициентом 

закрепления операций 

Kз.о = N / n,

где 
N — число всех различных технологических операций, выполненных 
или подлежащих выполнению в течение месяца; n — число рабочих 
мест.

Для массового производства Kз.о равен 1, т.е. на каждом рабочем 

месте закрепляется выполнение одной постоянно повторяющейся 
операции. Для крупносерийного производства Kз.о равен от 1 до 10 
включительно, для среднесерийного — свыше 10 до 20 включительно, 
для мелкосерийного — свыше 20 до 40 включительно, для единичного 
производства — свыше 40.

1.4. 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ 

Технологический процесс фиксируется в соответствующих до
кументах (картах технологического процесса, маршрутных картах, 
операционных картах и др.).

Степень детализации при проектировании технологического про
цесса и форма документации зависят от типа производства.

В единичном производстве при проектировании технологических 

процессов в большинстве случаев ограничиваются составлением 
маршрутных карт. В них дается последовательность операций, изложенных в повелительном наклонении, с указанием их целевого 
назначения (например, обточить под шлифование), но без указания 
переходов и режимов обработки; кроме того, для каждой операции 
приводятся цех, оборудование и норма времени.

В мелко- и среднесерийном производстве применяют обычно карты 

технологического процесса, предусматривающие разработку технологического процесса по переходам.

В условиях крупносерийного и массового производства применяют 

операционные карты, каждая из которых составляется на одну операцию и содержит значительно более подробные указания, чем технологическая. В этих картах содержание операций излагается с указанием переходов и режимов обработки и выполняются операционные 
чертежи, где заготовка изображается в том виде и лишь с теми размерами, которые должны быть получены в результате выполнения 
данной операции.

1.5. 
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ

Требование технологичности конструкции означает, что из
делие должно быть сконструировано так, чтобы его можно было 
быстро освоить в производстве и изготовлять наиболее рациональными способами. Это требование нужно учитывать на всех этапах — от стадии проектирования изделия до выпуска рабочих чертежей.

Технологичной можно считать такую конструкцию изделия, кото
рая, будучи эффективной и надежной в эксплуатации, является 
вместе с тем наименее трудоемкой и металлоемкой в изготовлении.

Общая трудоемкость изделия складывается из трудоемкости из
готовления отдельных его деталей и трудоемкости сборки. Поэтому 
технологичность конструкции изделия можно рассматривать также 
как сумму технологичностей его сборочных единиц и деталей. Однако улучшение технологичности всего изделия может привести к ухудшению его конструкции. Это следует иметь в виду при поиске оптимального решения.