Процессы формообразования и инструменты

А.А. ЧЕРЕПАХИН
В.В. КЛЕПИКОВ

УЧЕБНИК

Москва
КУРС
ИНФРА-М
2022

ПРОЦЕССЫ 
ФОРМООБРАЗОВАНИЯ 
И ИНСТРУМЕНТЫ 

Рекомендовано 
в качестве учебника для студентов среднего 
профессионального образования, обучающихся 
по специальности 2.15.02.08 «Технология машиностроения»

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

УДК 669.018.29.004.14(075.8)
ББК К63-111я73
 
Ч46

Черепахин А.А., Клепиков В.В.
Процессы формообразования и инструменты : учебник / А.А. Черепахин, В.В. Клепиков. — Москва : КУРС: ИНФРА-М, 2022. —
224 с. — (Среднее профессиональное образование).

ISBN 978-5-906818-43-0 (КУРС)
ISBN 978-5-16-011878-9 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-104358-5 (ИНФРА-М, online)
Учебник написан в соответствии с требованием федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по специальности 2.15.02.08 «Технология машиностроения» преподавания дисциплины «Процессы формообразования и инструменты». 
В учебнике рассмотрена методология формообразования поверхностей. 
Рассмотрены основные методы, оборудование, оснастка и инструменты, 
применяемые при формообразовании поверхностей лезвийной и абразивной обработкой. Рассмотрены основные аддитивные технологии, используемые при формировании изделий.
Процессы формообразования поверхностей изложены с позиции решения задачи синтеза оптимального способа обработки по триаде критериев 
«себестоимость — качество — производительность».
Для студентов машиностроительных сузов технологических специальностей.
УДК 669.018.29.004.14(075.8)
ББК К63-111я73

Р е ц е н з е н т:
Филиппов Ю.К. — д-р техн. наук, профессор Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ)

Ч46

© Черепахин А.А., 
Клепиков В.В., 2017
© КУРС, 2017

ISBN 978-5-906818-43-0 (КУРС)
ISBN 978-5-16-011878-9 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-104358-5 (ИНФРА-М, online)

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

Оригинал-макет подготовлен в Издательстве «КУРС»

Подписано в печать 10.07.2018. Формат 6090/16. Бумага офсетная. 
Гарнитура Newton. Печать цифровая. Усл. печ. л. 14.0.
ПТ20

ТК 364000-544739-100718

ООО Издательство «КУРС»
127273, Москва, ул. Олонецкая, д. 17А, офис 104.
Тел.: (495) 203-57-83. E-mail: kursizdat@gmail.com http://www.kursizdat.ru

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29 
E-mail: books@infra-m.ru  http://www.infra-m.ru

ВВЕДЕНИЕ

Основная задача современного машиностроительного комплекса — 
создание высококачественных, конкурентоспособных изделий с соблюдением триады показателей «при заданных точности и производительности обеспечить минимальную себестоимость».
Любая деталь машины ограничена рядом поверхностей, различных 
по назначению, форме, размерам, точности, шероховатости и по другим показателям. Эти поверхности деталей расположены одна относительно другой с заданной точностью, исходя из служебного назначения деталей в машине. Поэтому при изготовлении детали для 
каждой ее поверхности должны быть выбраны соответствующие 
методы обработки и установлена последовательность обработки этих 
поверхностей с учетом их связи.
Конечное качество изделия закладывается на стадии получения 
заготовки, но обеспечивается на стадии механической обработки, 
чаще всего обработки резанием. Но обеспечение оптимального сочетания показателей триады «себестоимость —  точность —  производительность» возможно только за счет системного подхода при проектировании как самого изделия, так и процессов формообразования 
на всех стадиях производства. Другими словами, как конструктору, 
так и технологам необходимо учитывать возможности и технологические требования всех этапов формообразования, их влияние на конечные потребительские свойства изделия.

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 
ПРОИЗВОДСТВЕННОГО 
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

1.1. Структура производственного процесса

Производственный процесс —  совокупность всех действий людей 
и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления или ремонта выпускаемых изделий.
В зависимости от назначения различают производственные процессы основные, вспомогательные и обслуживающие (рис. 1.1).

Производственный процесс

Основной
процесс
Вспомогательный
процесс
Обслуживающие
процессы

Стадии
процесса
Изготовление инструмента,
оснастки

Ремонт оборудования,
инструментов и оснастки

Выработка всех видов
энергии

Подготовка
технологических жидкостей
...

Транспортировка

Складирование

Сбор и обработка
информации
...

Заготовительная
Резка полуфабриката
Изготовление отливок
Производство поковок
...

Обрабатывающая
Механическая обработка
Термическая обработка
Обработка концентрированной
энергией
Комбинированная обработка

Сборочно-испытательная

Рис. 1.1. Структура производственного процесса

В ходе основных производственных процессов происходят изменения геометрических форм, размеров и физико-химических свойств 
продукции.
Основные производственные процессы разбиваются на три фазы 
(стадии): заготовительная, обрабатывающая и сборочно-испытательная.
К заготовительной стадии относятся: процессы контроля и подготовки к обработке полуфабриката и исходных материалов; получение заготовок (отливок или поковок). Обрабатывающая стадия 
включает в себя процессы превращения заготовок в готовые изделия 
(детали): механическая, термическая и иная обработка. Сборочноиспытательная стадия включает в себя сборку и испытания изделия.
Вспомогательные производственные процессы обеспечивают бесперебойное протекание основных процессов (изготовление и ремонт 
инструментов и оснастки; ремонт оборудования; обеспечение производства электроэнергией, теплом, паром, водой, сжатым воздухом 
и т. д.).
Обслуживающие производственные процессы не создают продукцию, они связаны с обслуживанием как основных, так и вспомогательных процессов (хранение, транспортировка, технический контроль и т. д.).
Основой производственного процесса является технологический 
процесс.

1.2. Структура технологического процесса

Формообразование поверхностей детали начинается на заготовительной стадии и заканчивается на стадии механической обработки. 
При этом требуемая точность поверхностей и их взаимного положения закладывается на заготовительной стадии и достигается на чистовых (финишных) этапах механической обработки.
Технологический процесс —  часть производственного процесса, 
содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) 
определению состояния предмета труда (к предметам труда относятся детали, заготовки).
Структурно технологический процесс состоит из последовательно 
выполняемых технологических операций (рис. 1.2).
Технологическая операция —  законченная часть технологического 
процесса, выполняемая на одном рабочем месте и охватывающая все 
действия оборудования и рабочих над одним или несколькими совместно обрабатываемыми или собираемыми объектами производства.

Технологическая операция —  это основной элемент технологического процесса. Она охватывает все действия оборудования и рабочего. Например, станочная операция механической обработки включает все действия рабочего, управляющего станком, автоматические 
движения узлов станка, осуществляемые в процессе обработки поверхностей заготовки до момента снятия ее со станка и перехода 
к обработке другой заготовки. При этом возможно: одновременная 
обработка нескольких заготовок (установочная партия); одновременная или последовательная обработка нескольких поверхностей заготовки одним или несколькими инструментами.
Содержание операции может изменяться в широких пределах: 
от работы, выполняемой на отдельном станке (или на сборочном 
стенде) в обычном производстве, до работы, выполняемой на автоматической линии, представляющей собой комплекс технологического 
оборудования, связанного единой транспортной системой и имеющей 
единую систему управления, в автоматизированном производстве.
Технологический переход —  законченная часть технологической 
операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке.
Вспомогательный переход —  это законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предметов 
труда, но необходимы для выполнения технологического перехода 
(например, установка заготовки, смена инструмента и т. п.). Переход 
можно выполнять за один или несколько рабочих ходов.
Рабочий ход —  это законченная часть технологического перехода, 
состоящая из однократного перемещения инструмента относительно 

Технологический процесс

Технологические операции
1-я 2-я
...
n-я

Установы
Позиции

Технологические переходы

Рабочий ход
Вспомогательный ход

Рис. 1.2. Структурная схема технологического процесса

заготовки, сопровождаемая изменением формы, размеров, качества 
поверхности и свойств заготовки.
Позиция —  это фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной обрабатываемой заготовкой или собираемой 
сборочной единицей или деталью совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования для 
выполнения определенной части операции.
Установ —  часть технологической операции, выполняемая при 
неизменном закреплении обрабатываемой заготовки или сборочной 
единицы.

1.3. Изделие и деталь

В машиностроении изделием (рис. 1.3) называется предмет производства, подлежащий изготовлению. В качестве изделия выступает 
машина, устройство, механизм, инструмент и их составные части: 
сборочная единица, деталь. Количество изделий может исчисляться 
штуками или экземплярами.
К изделиям относятся завершенные и незавершенные предметы 
производства, в том числе и заготовки.
В зависимости от наличия составных частей различают специфицированные и неспецифицированные изделия (рис. 1.3).

Изделие

Специфицированные изделия

Неспецифицированные изделия

Сборочные
единицы

Сборочные
единицы
Сборочные
единицы

Комплексы
Комплекты

Комплекты

Комплекты

Детали
Детали

Детали

Детали

Заготовки

Рис. 1.3. Состав изделия

Неспецифицированные изделия не имеют составных частей (деталь, заготовка).
Специфицированные изделия состоят из двух и более частей (сборочные единицы, комплекты, комплексы).
Сборочная единица (рис. 1.4) —  это изделие, составные части которого подлежат соединению на предприятии обособленно от других 
элементов изделия.

Сборочная единица в зависимости от конструкции может состоять либо из отдельных деталей, либо включать сборочные единицы 
более высоких порядков и детали. Различают сборочные единицы 
первого, второго 2 и более высоких порядков. Сборочная единица 
первого порядка (рис. 1.5) входит непосредственно в изделие. Она 
состоит либо из отдельных деталей, либо из одной или нескольких 
сборочных единиц второго порядка 1 и деталей 3, 4.
Сборочная единица второго порядка расчленяется на детали или 
сборочные единицы третьего порядка и детали и т. д. Сборочная единица наивысшего порядка расчленяется только на детали. Рассмо
1
2
3

8

7

6
5
4

Рис. 1.4. Сборочные единицы изделия «Автомобиль»:
1 —  кузов; 2 —  двигатель; 3 —  блок задних фонарей; 4 —  сидения; 5 —  коробка 
отбора мощности; 6 —  коробка скоростей; 7 —  аккумулятор; 8 —  блок фар

тренное деление изделия на составные части производится по технологическому признаку.

1.4. Деталь как объект производства

Деталь —  неспецифицированное изделие, изготавливаемое из однородного по наименованию и марке материала без применения 
сборочных операций. Характерный признак детали —  отсутствие 
в ней разъемных и неразъемных соединений1.
Деталь представляет собой комплекс взаимосвязанных поверхностей, выполняющих различные функции при эксплуатации машины. 
Каждая поверхность имеет свою геометрическую форму. Геометрическая форма каждой поверхности деталей машин определяется их 
конструктивно-эксплуатационным назначением и может быть самой 
разнообразной (чаще всего используются: цилиндрические, плоские, 
комбинированные, конические, сферические, винтовые и профильные поверхности). 
У каждой детали, участвующей в сборке, имеются сопрягающиеся 
и не сопрягающиеся поверхности. Первые при сборке соприкасаются с поверхностями других деталей, образуя соответствующие сопряжения.

1 
К деталям также относятся изделия: изготовленные из биметалла или композиционного материала; подвергнутые покрытиями (защитным или декоративным), независимо от вида, толщины и назначения, или изготовленные 
с применением сварки, пайки, склейки и т. п. (например, трубка, сваренная 
из одного куска материала).

1

2

3

2

3

4

Рис. 1.5. Сборочная единица первого порядка «Ковш»:
1 —  сборочная единица 2 порядка «Металлоконструкция ковша»; 3, 4 —  детали 
«Шплинт и палец»

Все поверхности могут иметь различное функциональное назначение.
Различают следующие виды поверхности детали: рабочие базовые, вспомогательные и свободные (рис. 1.6).

Рабочие поверхности 2 —  принимают непосредственное участие 
в работе изделия. Они обладают самыми высокими качественными 
и прочностными характеристиками поверхностного слоя (чаще всего 
они термически обрабатываются, подвергаются чистовой и финишной обработке).
Базовые поверхности 3 —  определяют положение изделия относительно других изделий в механизме. К ним предъявляют высокие 
требования к размерной точности, микрогеометрии и точности расположения с рабочими поверхностями (они также подвергаются 
термообработке и чистовой обработке).
С помощью вспомогательных поверхностей 4 определяется положение других изделий, присоединяемых к рассматриваемому изделию. Требования к этим поверхностям ниже, чем к рабочим и базовым. Чаще всего они подвергаются чистовой обработке, иногда — 
термообработке.
Свободные поверхности 1 —  все остальные поверхности, обычно 
не сопрягаемые с поверхностями других изделий в процессе работы 
механизма. Они создают конструктивную форму, обеспечивают 
жесткость и не требуют высокой точности. Обычно они не обрабатываются.
Формирование геометрической формы поверхностей начинается 
на заготовительной стадии. Однако окончательные точностные, фи
11
1
1
1

2
2
2
3
3

3
4

3

1
44
1

1

3

Рис. 1.6. Виды поверхностей на изделии:
1 —  свободные; 2 —  рабочие; 3 —  базовые; 4 —  вспомогательные