大口徑機(jī)槍彈彈殼多工位連續(xù)成型研究

沈勇 汪正勝

摘要：本文以某大口徑機(jī)槍彈彈殼的多工位連續(xù)成型為研究，以多工位連續(xù)擠壓加工為代表，對(duì)多工位連續(xù)擠壓技術(shù)在大口徑機(jī)槍彈彈殼制造上的應(yīng)用加以介紹，對(duì)工藝方案的確定，關(guān)鍵技術(shù)的解決情況，產(chǎn)品性能和經(jīng)濟(jì)效益等方面做了系統(tǒng)的介紹，并指出了多工位連續(xù)擠壓技術(shù)將成為大口徑機(jī)槍彈彈殼制造的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：多工位連續(xù)擠壓；大口徑機(jī)槍彈；彈殼制造

1前言

多工位連續(xù)冷擠壓技術(shù)已經(jīng)問世多年，是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。彈殼擠壓加工工藝，在國(guó)外許多國(guó)家已開展相關(guān)研究并取得了一定成果，如德國(guó)、俄羅斯等都實(shí)現(xiàn)了采用反擠壓工藝制造23mm、30mm等小口徑炮彈彈體的技術(shù)。目前我國(guó)部分單位也相繼開展了相關(guān)研究，但在大口徑機(jī)槍彈彈殼的多工位連續(xù)擠壓加工方面國(guó)內(nèi)還未見相關(guān)報(bào)道。生產(chǎn)某大口徑機(jī)槍彈彈殼，過去采用的是單機(jī)沖壓引伸的加工方法，加工工藝多，中間需進(jìn)行多次熱處理，使用設(shè)備多，存在加工效率低、加工成本高、環(huán)境污染大、產(chǎn)品質(zhì)量不易保證等多項(xiàng)缺點(diǎn)。

通過開展多工位連續(xù)擠壓加工技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)彈殼多工位連續(xù)擠壓加工，在一臺(tái)多工位設(shè)備上完成了原工藝需多道工序才能完成的加工量。與原工藝相比，采用多工位連續(xù)擠壓加工工藝，縮短了加工周期，降低了加工成本，減少生產(chǎn)設(shè)備，節(jié)約了能耗。彈殼經(jīng)過連續(xù)的冷變形，彈殼底部、體部金屬纖維組織在受到強(qiáng)烈的擠壓變形后變長(zhǎng)，內(nèi)部組織更加致密，明顯改善金屬材料本身內(nèi)部組織缺陷，產(chǎn)生冷作硬化效果，彈殼強(qiáng)度大、剛性好，不會(huì)產(chǎn)生裂紋、開裂現(xiàn)象，潛在缺陷少，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量；經(jīng)過批量生產(chǎn)，滿足產(chǎn)品戰(zhàn)技指標(biāo)的要求。

2工藝方案的確定

2.1多工位后制品形狀和尺寸的確定

結(jié)合原材料機(jī)械性能、后道工序加工不改變、彈殼綜合性能要求等多種因素，多工位連續(xù)加工后的制品形狀尺寸應(yīng)確定在二引前，為充分發(fā)揮多工位連續(xù)加工優(yōu)勢(shì)，將多工位后制品尺寸狀態(tài)確定在原工藝的一引后尺寸狀態(tài)。

2.2成形方案可行性分析

多工位擠壓成形工步為：下料→一次整形→二次整形→反擠壓→擴(kuò)口→正擠壓→引伸（分別為下料工位→一工位→二工位→三工位→四工位→五工位→六工位）。

經(jīng)過初步分析擠壓變形工藝，結(jié)合所確定的多工位制品形狀和尺寸，三工位加工是彈殼多工位擠壓成形最關(guān)鍵工步，下面對(duì)三工位進(jìn)行的斷面加工率進(jìn)行驗(yàn)算，具體如下：

通過擠壓力計(jì)算，則需要選用2286.35 kN以上的設(shè)備，選用的PF33B6SLPKO型多工位冷鐓機(jī)鐓鍛力為3600kN，滿足工藝要求。

2.4模具及模具材料

根據(jù)冷擠壓模具的設(shè)計(jì)方法及原理，結(jié)合多工位設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，完成了凸、凹模的設(shè)計(jì)加工。凹模材料選用鎢鋼系列材料，凸模材料采用日本高速鋼SKH55、SKH59，工作部位有TiN涂層。

2.5工藝流程

經(jīng)歷了初步方案的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)，改進(jìn)方案的設(shè)計(jì)與調(diào)整和批量考核工作后，完成了20000件多工位制品的批量考核，經(jīng)后續(xù)加工至成品的制品，檢驗(yàn)其相關(guān)性能指標(biāo)滿足產(chǎn)品圖和技術(shù)條件的要求。因此，可以認(rèn)定改進(jìn)后的工藝方案設(shè)計(jì)合理、可行，能夠?qū)崿F(xiàn)彈殼的多工位擠壓的連續(xù)加工，確定了最終工藝方案。

多工位擠壓加工工藝與原單機(jī)加工工藝對(duì)比，在二次引長(zhǎng)工序前的變化情況如下：

1）現(xiàn)有單機(jī)加工工藝流程

下料→鐓餅→退火→磷化→擠盂→退火→磷化→一次引長(zhǎng)→退火→磷化→二次引長(zhǎng)……

2）多工位擠壓加工工藝流程

多工位擠壓——除油——退火→磷化→二次引長(zhǎng)……（與原單機(jī)加工工藝相同）。

3關(guān)鍵技術(shù)的解決

在進(jìn)行彈殼多工位連續(xù)擠壓加工研制過程中，要綜合各方面的因素來進(jìn)行試驗(yàn)和調(diào)整，以達(dá)到最佳效果。研制中主要解決了以下幾個(gè)方面的問題：

a）內(nèi)腔形狀不符合要求；

b）壁厚差；

c）線痕；

d）沖棒不脫料；

e）三工位沖棒使用壽命低。

具體情況如下：

3.1解決內(nèi)腔形狀不符合要求問題

3.1.1原因分析

三工位沖頭直徑小于六工位沖錐度位置尺寸，在六工位加工時(shí)沖棒加工不到制品內(nèi)腔底部，并且還產(chǎn)生閉氣問題。

3.1.2解決措施

在三工位和六工位之間增加擴(kuò)徑變形，即在四工位上增加擴(kuò)徑工步，四工位沖棒形狀設(shè)計(jì)成錐度，以利于六工位沖棒加工。經(jīng)過試驗(yàn)，很好地解決了工件內(nèi)腔閉氣問題，工件內(nèi)腔形狀符合要求。

3.2解決壁厚差問題

試制時(shí)工件壁厚差較大，壁厚差在0.4mm，經(jīng)調(diào)車無法解決。生產(chǎn)過程中影響制品壁厚差的因素較多，如：沖模具形狀質(zhì)量、工件質(zhì)量、設(shè)備精度、加工定位方式等。為了解決壁厚差問題，從工件基準(zhǔn)孔定位上進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和改進(jìn)。二工位沖棒端部直徑和角度與三工位沖棒形狀相互配合，改進(jìn)后經(jīng)批量生產(chǎn)壁厚差≤0.20mm。

3.3解決線痕問題

在試制過程中六工位模加工約2000發(fā)制品表面開始出現(xiàn)較深線痕，經(jīng)過原因分析認(rèn)為：a） 引伸模鎢鋼硬度低；b） 引伸模加工部位表面粗糙度高。措施如下：

引伸模鎢鋼材料選用YG8；

引伸模表面增加TiN涂層。

改進(jìn)后引伸?？杉庸?0萬發(fā)以上。

3.4解決沖棒不脫料問題

三工位沖棒不脫料不僅會(huì)將工件帶出模口將設(shè)備上的夾鉗撞壞，而且再次擠壓時(shí)三工位沖棒帶料擠壓極易導(dǎo)致沖模的損壞，因此沖棒不脫料是制約多工位連續(xù)加工的關(guān)鍵問題。解決沖棒不脫料從兩方面進(jìn)行：

減少?zèng)_棒端部工作帶高度，將工作帶高度由原來的1.5mm改為0.8mm；

三工位凹模增加脫料設(shè)計(jì)，在凹模模底弧形處設(shè)計(jì)3°的錐度。

通過以上措施，解決了三工位沖棒不脫料問題。

3.5解決三工位沖棒使用壽命低問題

在批量生產(chǎn)過程中，三工位沖棒每加工至3000發(fā)～5000發(fā)，沖棒夾持部位發(fā)生斷裂。沖棒夾持部位在軸向內(nèi)壓力（ p ）的作用下產(chǎn)生向外擴(kuò)大變形，當(dāng)作用在沖棒的最大切向拉應(yīng)力（σtmax）超過材料抗拉強(qiáng)度時(shí)，沖棒就要產(chǎn)生裂紋造成橫向開裂；當(dāng)作用在沖棒的最大等效應(yīng)力（σvmax）超過材料許用應(yīng)力時(shí)，就開始產(chǎn)生破壞。根據(jù)p與σtmax ， p與σvmax關(guān)系可知，增大沖棒直徑可顯著提高沖棒強(qiáng)度。為了節(jié)省模具材料，增加預(yù)應(yīng)力圈是比較好的解決辦法。具體措施如下：在沖棒直徑不變的情況下，將沖棒夾套內(nèi)徑擴(kuò)大，即在沖棒和夾套之間增加一個(gè)預(yù)應(yīng)力套。經(jīng)過批量生產(chǎn)，增加預(yù)應(yīng)力套后三工位沖棒使用壽命有了明顯提高。

4性能檢驗(yàn)和試驗(yàn)

為驗(yàn)證項(xiàng)目研制成果與項(xiàng)目合同要求的符合性，對(duì)多工位批量試制品進(jìn)行壁厚差及底厚檢驗(yàn)，對(duì)完成后續(xù)加工的多工位彈殼進(jìn)行硬度檢測(cè)、彈殼強(qiáng)度及射擊性能試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果如下：

4.1壁厚差及底厚

在多工位批量考核制品中抽驗(yàn)200件，壁厚差≤0.15mm的196件，占98%，0.15mm～0.20mm的6件，占2%，無大于0.25mm的，滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。連續(xù)加工500～1000發(fā)后檢測(cè)底厚，抽驗(yàn)100發(fā)，底厚公差在0.10mm以內(nèi)。

4.2硬度及金相

4.2.1硬度

多工位加工的彈殼和單機(jī)加工的彈殼各抽取5發(fā)進(jìn)行硬度檢測(cè)對(duì)比，多工位彈殼各點(diǎn)的硬度值與單機(jī)生產(chǎn)的彈殼相差較小，符合產(chǎn)品圖的要求。

4.2.2金相

多工位彈殼金相組織與單機(jī)產(chǎn)品一致，均為球狀珠光體。

4.3彈殼射擊性能

進(jìn)行了強(qiáng)度試驗(yàn)，高溫、低溫、常溫共100發(fā)，試驗(yàn)結(jié)果滿足技術(shù)條件的要求。

5成本對(duì)比分析

多工位加工完成后，制品形狀和尺寸與原單機(jī)加工的一引制品相同，因此，單機(jī)工藝的工序成本費(fèi)用可計(jì)算至一引后工序前即一引退火工序。經(jīng)計(jì)算，采用多工位加工工藝比原單機(jī)加工工藝節(jié)省的成本約1000元/萬發(fā)。

6結(jié)束語

大口徑機(jī)槍彈彈殼多工位連續(xù)擠壓技術(shù)，開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)大口徑槍彈彈殼制造多工位擠壓加工的先河，研制過程解決了一系列關(guān)鍵技術(shù)問題；所研制的工藝技術(shù)方案正確、合理、可行，實(shí)現(xiàn)了多工位連續(xù)加工；生產(chǎn)出的制品質(zhì)量穩(wěn)定，滿足產(chǎn)品的各項(xiàng)要求；有效提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，滿足了經(jīng)濟(jì)性和批量生產(chǎn)要求，必將成為今后大口徑機(jī)槍彈彈殼制造的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

（作者單位：駐牡丹江地區(qū)軍事代表室。）