Технология машиностроения : технология производства деталей и узлов горных машин

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

№ 3128

Кафедра горного оборудования, транспорта и машиностроения

Н.В. Сурина

Технология машиностроения

Технология производства деталей 
и узлов горных машин

Учебное пособие

Рекомендовано методической комиссией 
НИТУ «МИСиС» по направлению подготовки 15.03.05 
«Конструкторско-технологическое обеспечение 
машиностроительных производств»

Москва  2017

УДК 622.6

C90

Р е ц е н з е н т

лауреат Ленинской премии, д-р техн. наук, 

проф. В.А. Тимирязев (ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН»)

Сурина Н.В.

С90
Технология машиностроения : технология производства де
талей и узлов горных машин : учеб. пособие / Н.В. Сурина. –
М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2017. – 159 с.

ISBN 978-5-906846-91-4

В учебном пособии рассмотрены основные принципы изготовления дета
лей и узлов горных машин, таких как корпуса, зубчатые колеса, валы, крышки, втулки, детали гидравлики. Рассмотрено технологическое оборудование, 
применяемое при изготовлении деталей, виды технологической оснастки и 
инструмента. Приведены примеры технологических процессов изготовления 
зубчатых колес, валов, крышек, втулок, цилиндров и штоков. Представлена 
технология сборки редукторов горных машин с примером сборки редуктора 
исполнительного органа очистного комбайна, а также технология сборки 
гидростойки механизированной крепи.

Предназначено для самостоятельной работы, курсового и дипломного 

проектирования студентов, обучающихся по направлению
подготовки

05.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», профиль «Технология производства и ремонта горных 
машин», специальностям 21.05.04 «Горное дело», специализация «Горные 
машины и оборудование», 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические 
средства», специализация «Технологические средства природообустройства 
и защиты в чрезвычайных ситуациях».

УДК 622.6

ISBN 978-5-906846-91-4
 Н.В. Сурина, 2017
 НИТУ «МИСиС», 2017

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие..............................................................................................5 
1. Изготовление корпусных деталей.......................................................6 

1.1. Технологические требования, предъявляемые к корпусным 
деталям ..................................................................................................6 
1.2. Материалы для изготовления корпусов ......................................7 
1.3. Заготовки для корпусных деталей ...............................................8 
1.4. Особенности технологии обработки корпусов...........................9 
1.5. Контроль изготовления корпусов ..............................................14 

2. Изготовление деталей зубчатых передач .........................................16 

2.1. Технические требования к деталям зубчатых передач. 
Конструкции зубчатых колес ............................................................16 
11.2. Материалы для изготовления зубчатых колес и методы 
термообработки ..................................................................................21 
2.3. Способы получения заготовок зубчатых колес ........................26 
2.4. Технология обработки зубчатых колес .....................................27 
2.5. Контроль изготовления зубчатых колес....................................49 
2.6. Типовые технологические маршруты обработки зубчатых 
колес.....................................................................................................52 

3. Изготовление валов и осей ................................................................65 

3.1. Технические требования к валам и осям. Конструкции 
валов.....................................................................................................65 
3.2. Материалы для изготовления валов и методы 
термообработки ..................................................................................66 
3.3. Заготовки для валов.....................................................................69 
3.4. Технология обработки валов ......................................................70 
3.5. Технология изготовления валов и вал-шестерен 
с центральным отверстием ................................................................91 
3.6. Контроль валов ............................................................................95 

4. Изготовление крышек и втулок.........................................................97 

4.1. Технические требования, материалы, способы получения 
заготовок..............................................................................................97 
4.2. Технология обработки крышек и втулок.................................100 
4.3. Контроль крышек и втулок.......................................................105 

5. Сборка редукторов ...........................................................................106 

5.1. Технология сборки редукторов ................................................106 
5.2. Пример сборки редуктора исполнительного органа 
очистного комбайна .........................................................................108 

6. Изготовление элементов гидравлики горных машин ...................113 

6.1 Технические требования, предъявляемые к цилиндрам, 
штокам, плунжерам..........................................................................113 
6.2. Технологические процессы изготовления цилиндров, 
штоков, плунжеров...........................................................................116 
6.3. Контроль цилиндров, плунжеров и штоков 
при изготовлении..............................................................................152 
6.4. Сборка гидростойки механизированной крепи ......................153 

Библиографический список.................................................................157 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Наиболее обобщенной характеристикой совершенства горной 

машины является уровень ее качества как совокупность свойств,
обусловливающих способность выполнять заданные функции в 
определенных условиях в соответствии с основным назначением.

Качество машины закладывается на стадии ее проектирования, а 

обеспечивается на стадии ее производства. В процессе изготовления 
можно технологическими методами влиять на ресурс и надежность 
машины и, следовательно, на уровень ее качества.

В пособии рассмотрены основные технологические принципы из
готовления элементов горных машин: корпусов, зубчатых колес, валов, крышек и втулок, деталей гидравлики. Описано то новое, что 
появилось в области технологии изготовления за последние годы. 
Представлены материалы и процессы термообработки, этапы обработки типовых деталей, а также отдельные современные наиболее 
часто применяемые приспособления для базирования деталей на различных станках.

1. ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ

1.1. Технологические требования, предъявляемые 

к корпусным деталям

Корпуса являются базирующими элементами, т.е. основаниями 

для размещения различных деталей и сборочных единиц, точность 
относительного положения которых должна быть обеспечена как в 
статическом состоянии, так и в процессе работы под нагрузкой.

Технические условия на изготовление корпусов определяются их 

основным назначением – обеспечивать заданное положение деталей 
и узлов механизма и их взаимодействие. Основные технические требования, предъявляемые к обработке корпусов, следующие:

– отклонения геометрической формы отверстий – некруглость, 

конусообразность, изогнутость в пределах 0,2…0,5 допуска на диаметр отверстия; 

– диаметральные размеры основных отверстий, поверхности, ко
торых служат опорами для валов, соответствуют 7–9-ому квалитетам 
точности;

– соосность отверстий, расположенных на одной оси в двух или 

нескольких стенках корпуса, должна быть в пределах 0,04…0,01 мм; 

– непараллельность осей основных отверстий 0,02...0,07 мм на 

100 мм длины;

– неперпендикулярность торцевых поверхностей осям отверстий

0,02…0,05 мм на 100 мм радиуса;

– точность
расстояний
между
осями
основных
отверстий 

0,01…0,15 мм;

– точность расстояний от осей основных отверстий до базирую
щей поверхности 0, 02…0,5 мм;

– предельные угловые отклонения оси одного отверстия относи
тельно оси другого отверстия 0,005/200…0,1/200 мм длины;

– отклонение 
от 
прямолинейности 
плоских 
поверхностей 

0,2…0,05 мм на 100 мм длины;

– точность расстояния между двумя параллельными плоскостями 

0,02…0,5 мм;

– шероховатость опорных плоскостей Ra = 5…20 мкм, базирую
щих поверхностей Ra = 2,5…1,25 мкм, отверстий Ra = 2,5…1,25 мкм.

На рис. 1.1 изображен корпус редуктора исполнительного органа 

комбайна К500, изготовленного из стали марки 12ДН2ФЛ.

Рис. 1.1. Корпус редуктора исполнительного органа комбайна

1.2. Материалы для изготовления корпусов

Корпуса горных машин испытывают воздействие значительных 

нагрузок различного характера, поэтому для обеспечения необходимой прочности их изготовляют из стального литья.

До настоящего времени для изготовления литых корпусов редук
торов использовали стали марок 45Л и 35ФЛ (35ФАЛ), которые после нормализации, как это предусмотрено конструкторской документацией, имеют предел текучести т = 350…400 МПа, что в 2,0–
2,5 раза ниже необходимого уровня предела текучести для корпусов 
редукторов вновь создаваемых машин, испытывающих весь спектр 
статических, динамических, циклических и ударных нагрузок. В связи с этим в настоящее время рекомендуется для изготовления отливок корпусов редукторов горно-шахтного оборудования (ГШО) применять марки стали с повышенным пределом текучести типа 
12ДН2ФЛ, 12ДХН1МФЛ, 15Х2Г2НМЛ.

Химический состав этих сталей и основные механические свой
ства после термообработки – нормализации и отпуска – представлены в табл. 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1

Химический состав корпусных сталей, %

Марка стали
С
Si
Mn
Cr
Mo
Ni
V
S, P
Cu

12ДН2ФЛ,
ГОСТ 977–88

0,08–
0,16

0,2–
0,4

0,40–
0,90

0,3
_
1,8–
2,2

0,08–
0,15

0,03
1,20

12ДХН1МФЛ,
ГОСТ 977–88

0,10–
0,18

0,2–
0,4

0,30–
0,55

1,2–
1,7

0,2–
0,3

1,4–
1,8

0,08–
0,15

0,03
0,40–
0,65

15Х2Г2НМЛ,
ТУ 3-2628–92

0,12–
0,18

0,2–
0,4

1,50–
2,4

1,5–
2,0

0,2–
0,4

0,5–
0,8

_
0,03
0,40

Таблица 1.2

Механические свойства корпусных сталей

Марка стали
Рекомендуемый

режим термообработки

Механические свойства

в, МПа
т, МПа
, %
, %
КCU,

МДж/м2

не менее

12ДН2ФЛ, 
ГОСТ 977–88

Нормализация
с t = 940–960 °С
650
550
12
20
0,3

12ДХН1МФЛ, 
ГОСТ 977–88

Нормализация с 
t = 940–960 °С

отпуск

при t = 550  10 °С
800
650
12
16
0,3

15Х2Г2НМЛ, 
ТУ 3-2628–92

Двойная нормализация 

с t = 960 °С и 940 °С

отпуск

при t = 540  10 °С
930
800
12
36
0.3

1.3. Заготовки для корпусных деталей 

Заготовки для корпусов редукторов получают литьем в песчаные 

формы либо комбинированным методом – сваркой и литьем (сварно

литые заготовки). Привариваются обычно небольшие элементы на 
основной литой корпус.

1.4. Особенности технологии обработки корпусов

Маршрут обработки неразъемных корпусов состоит из следую
щих этапов:

– разметка заготовок;
– обработка базовых поверхностей (наружной плоскости и базо
вых отверстий);

– обработка основных отверстий;
– обработка крепежных и других мелких отверстий.
Проектируя технологический маршрут обработки заготовок для 

корпусных деталей, особое внимание следует обращать на выбор 
черновой базы, а также соблюдать правило единства и постоянства 
баз. Необходимо стремиться к тому, чтобы обработка всех основных 
отверстий корпуса проводилась с одной установки.

Изготовление корпусных деталей горных машин начинают с раз
метки заготовок, которую выполняют в следующей последовательности. Сначала наносят основные центровые риски. Затем от центровых рисок наносят все остальные горизонтальные и вертикальные 
риски, определяющие контуры детали, проводят окружности отверстий.

Если у корпусной детали имеются стенки, толщину которых 

необходимо выдержать, то разметку начинают с учетом этого условия. У заготовок корпусных деталей, имеющих наружные и внутренние необработанные поверхности, при разметке за исходные принимают наружные поверхности. Ввиду сложности корпусных деталей в 
процессе обработки приходится разметку производить несколько раз. 
Поэтому при повторной разметке, как только у заготовки появилась 
начисто обработанная поверхность, дальнейшую разметку ведут от 
этой поверхности. При разметке наносят все осевые линии, проверяют наличие припуска на обрабатываемых поверхностях.

Разметку заготовок корпусных деталей проводят на специальных 

разметочных плитах. Для повышения точности и сокращения времени на разметочные операции возможно применение специальных 
координатно-разметочных машин, состоящих из разметочной плиты 
и связанной с ней трехкоординатной измерительной системы с электроконтактным щупом.

После разметки заготовку устанавливают на станке, выверяют и за
крепляют. Выверка заготовок корпусных деталей может производиться по разметочным рискам, по плоскости, по индикатору с державкой 
и оправкой, с помощью индикаторного центроискателя с шаблономлинейкой и т.д. Вид обработки заготовки определяют типом обрабатываемой поверхности. Наружные плоскости строгают на продольнострогальных станках типа 7228 (наибольший размер заготовок 
22403150 мм), фрезеруют на вертикально-фрезерных станках типа 
6А59 (наибольший размер заготовки 10002500 мм) и продольнофрезерных станках типа 6Г608 (6302500 мм), 6Г610 (10003150 мм),
у заготовок небольших размеров, типа крышка редуктора, наружные 
поверхности могут обтачиваться.

Обработка основных отверстий производится на горизонтально
расточных 
станках 
типа 
2Е656Р 
(20002500 мм) 
и 
2650Ф1 

(22402500 мм), координатно-расточных станках типа 2Е470А 
(14002240 мм), карусельных станках или агрегатных многошпиндельных станках. Сверление отверстий под болты, винты и шпильки 
производится 
на 
вертикально-сверлильных 
и 
горизонтально
сверлильных станках, по разметке или с использованием кондукторов накладного или коробчатого типа. 

Перспективным является использование для обработки корпус
ных деталей станков с ЧПУ, многоцелевых станков и обрабатывающих центров, оснащенных многоинструментальными магазинами с 
широким набором режущих инструментов, позволяющих выполнять 
с одной установки различные технологические переходы по обработке плоских и фасонных поверхностей, главных и крепежных отверстий, пазов и выточек. Эти станки отличаются высокой скоростью 
резания, точностью позиционирования, современными средствами 
активного контроля производства.

При механической обработке корпусов основными являются опе
рации обработки плоских поверхностей и отверстий. Сначала обрабатываются базирующие поверхности корпуса и крепежные отверстия, которые могут быть использованы при последующей установке. Затем обрабатываются плоские поверхности. После их обработки 
проводят контроль полученных размеров и последующую слесарную 
обработку. На последней операции удаляют заусенцы и притупляют 
острые кромки. Далее заготовка передается на расточную операцию.

Операция растачивания основных отверстий корпуса очень ответ
ственная, так как от ее выполнения зависит взаимная параллельность 

и перпендикулярность валов редуктора. Обработка основных отверстий делится на черновую, чистовую и отделочную. При черновой 
обработке стараются удалить основной слой снимаемого материала, 
не потеряв ось отверстия за счет упругих деформаций системы «станок – приспособление – инструмент – деталь» СПИД; при черновой 
обработке допускается некоторая погрешность формы отверстия. 
Поэтому для черновой обработки применяют высокопроизводительный режущий инструмент высокой жесткости. При чистовой обработке важно обеспечить точность и прямолинейность положения оси 
отверстия, требуемую шероховатость обработанной поверхности. На 
чистовых режимах применяют режущий инструмент большой стойкости и достаточно точное оборудование высокой жесткости. Чистовым растачиванием достигается точность диаметральных размеров, 
соответствующая 7–9-му квалитетам. Иногда вводят получистовую 
обработку – промежуточную между черновой и чистовой. Отделочную обработку применяют для получения отверстий высокой точности и чистоты.

Растачивание отверстий можно производить с помощью коротких

или удлиненных расточных оправок на один или два резца (рис. 1.2, а, 
б). Короткие концевые оправки применяют при растачивании отверстий, диаметр которых больше диаметра шпинделя станка; удлиненные концевые оправки применяют при обработке отверстий, диаметр 
которых меньше диаметра шпинделя станка. Длина удлиненных концевых оправок может доходить до 1000 мм. Кроме концевых оправок 
для расточки отверстий применяют бортштанги (рис. 1.2, в), длина 
которых может доходить до 4000 мм. Коническим хвостовиком бортштангу закрепляют в шпинделе станка, а цилиндрическую часть – во 
втулке люнета задней стойки. По всей длине бортштанги имеются отверстия для установки и закрепления резцов. Растачивание отверстий 
можно производить с помощью расточных головок и патронов. На 
рис. 1.2, г приведены концевые двухрезцовые расточные головки для 
диаметра отверстия 85…300 мм; на рис. 1.2, б, в приведены разъемные 
расточные блоки. Разъемные расточные блоки применяют для обработки отверстий диаметром 145…400 мм в корпусных деталях. Отверстия диаметром 400…850 мм можно растачивать двухрезцовыми расточными головками. Диаметр растачивания регулируется сменными
колодками, которые крепятся винтами к корпусу блока. В качестве 
рабочего инструмента используют расточные патроны, в которых за 
счет дополнительных насадок диаметр расточки можно увеличить с 80 
до 200 мм.

Рис. 1.2. Инструмент, применяемый для растачивания отверстий:

а – расточная оправка для отверстий среднего диаметра;

б – разъемный расточный блок; в – бортштанга; г – концевая

двухрезцовая расточная головка; д – разъемный расточной блок

При растачивании нескольких отверстий, лежащих на одной оси, 

используют направляющие втулки, которые повышают жесткость 
оправки и препятствуют ее уводу.

Установку резцов на оправках и бортштангах проводят с помо
щью шаблонов, специальных штангенциркулей или индикаторных 
приборов.

В серийном производстве при обработке основных отверстий на 

горизонтально-расточных станках для обеспечения межосевого расстояния и параллельности осей отверстий инструмент направляют по 
кондуктору. Повышение производительности достигается применением многошпиндельных расточных головок, обрабатывающих одновременно несколько отверстий с параллельными осями. Головка