某子母彈彈體毛坯加工工藝改進(jìn)

李中麟，夏克祥，姜春茂，劉有江，朱曉英，趙裕民，王波，王威威，單利劍

(北方華安工業(yè)集團(tuán)公司，黑龍江 齊齊哈爾 161046)

目前國內(nèi)彈體毛坯生產(chǎn)仍普遍沿用前蘇聯(lián)的傳統(tǒng)工藝方式，即方鋼下料→感應(yīng)加熱→熱沖孔→熱拉伸→收口前粗車→熱收口。該工藝方式存在材料利用率低、能源浪費(fèi)嚴(yán)重、工裝模具消耗大、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。該彈是由一個(gè)母彈和多枚子彈組成，是消滅敵方坦克群體的有效破甲殺傷武器。該產(chǎn)品零件的尺寸精度要求較高，彈體在指定的高度必需開倉，否則將導(dǎo)致全彈報(bào)廢。

1 零件

該產(chǎn)品彈體是無彈底薄壁的長錐筒形結(jié)構(gòu)，如圖1所示。為順利完成新產(chǎn)品的試制任務(wù)，并且以優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和產(chǎn)品質(zhì)量開創(chuàng)國內(nèi)外市場(chǎng)，某廠成立了試制生產(chǎn)工作組，并編制了符合設(shè)計(jì)要求、生產(chǎn)要求和標(biāo)準(zhǔn)化要求的沖壓、機(jī)加、熱處理、焊接、表面處理、裝藥和裝配工藝，建立了以該彈為代表的中大口徑彈丸柔性生產(chǎn)線，其中某些技術(shù)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。對(duì)提高我軍的戰(zhàn)斗力，加速國防現(xiàn)代化進(jìn)程有重大意義。

圖1 彈體零件Fig.1 The projectile part

2 方鋼拉伸工藝分析

方鋼拉伸的主要工藝流程為:下料→鋼坯加熱→除氧化皮→壓型→沖孔→拉伸→打中心孔→齊口→車外圓→鉆孔→平底→鏜孔→倒角→熱處理→半精車→精車。

采用以上工藝流程加工彈體毛坯，毛坯壁厚差較大，材料利用率很低，僅為38.92%，工藝過程復(fù)雜，浪費(fèi)工時(shí)，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，工作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，良品率不高，處理品較多。

3 解決問題的技術(shù)途徑

實(shí)現(xiàn)毛坯精化是大彈體改造的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，既是為提高經(jīng)濟(jì)效益，也是衡量熱沖壓技術(shù)水平的重要標(biāo)志。它具體包括以下幾方面主要內(nèi)容:低的壁厚差;最高的材料利用率;合理的制造工藝和先進(jìn)的加工設(shè)備;低廢品率[1]。在生產(chǎn)實(shí)踐中存在如下幾點(diǎn)問題。

1)工廠現(xiàn)有設(shè)備(水壓機(jī))的精度很難保證小的壁厚差。

2)除壁厚差的原因外，該產(chǎn)品主要是由于無彈底，而方鋼熱拉伸工藝性要求必需得有工藝底，造成原材料的浪費(fèi)。另外，雖然該彈體內(nèi)孔為直孔，但在模具上設(shè)計(jì)了拔模斜度也是造成原材料浪費(fèi)的原因之一(如圖2所示)。

圖2 熱拉伸毛坯Fig.2 Hot drawing blank

3)工藝落后。傳統(tǒng)的方鋼熱拉伸工藝需將鋼坯加熱到1200℃左右進(jìn)行，并同時(shí)啟動(dòng)2臺(tái)水壓機(jī)，總功率達(dá)到了2700多kW，能源消耗很大，單發(fā)彈體僅沖壓部分的成本就達(dá)到了50多元。

4)在料溫為1200℃左右的環(huán)境下工作，再加上潤滑材料在高溫下產(chǎn)生的氣體對(duì)空氣的污染，不但勞動(dòng)強(qiáng)度增大，而且增加了對(duì)人體的危害。

4 鋼管收口工藝實(shí)踐

針對(duì)以上分析確定了用鋼管代替方鋼的工藝改進(jìn)思路。將定點(diǎn)采購的厚壁鋼管驗(yàn)收合格后直接進(jìn)行機(jī)械加工，其工藝雖然簡(jiǎn)單，但由于管壁較厚，大部分材料變成了鐵削，沒有得到有效利用，加之鋼管的價(jià)格比方鋼高許多，綜合成本較高。為徹底解決材料利用率很低的問題，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用將原材料鋼管壁厚減薄經(jīng)粗車后局部溫?zé)崾湛诔尚蔚姆桨浮?/p>

4.1 材料規(guī)格選擇

合理地選擇原材料規(guī)格，是實(shí)現(xiàn)毛坯精化的關(guān)鍵所在。由產(chǎn)品零件特點(diǎn)和金屬塑性變形特點(diǎn)，結(jié)合選用材料時(shí)應(yīng)盡量標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的要求，根據(jù)GB/T 8162—1999《結(jié)構(gòu)用無縫鋼管》和 GB/T 17395—1998《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》的要求選擇了φ159 mm×18 mm壁厚的標(biāo)準(zhǔn)鋼管，經(jīng)過與廠家協(xié)商提出倍尺要求，預(yù)計(jì)材料利用率可達(dá)50%以上。

4.2 工藝流程

根據(jù)彈體的形狀，金屬的余量分布是外圓大于內(nèi)孔，而且外圓比內(nèi)孔更易加工，因此確定以內(nèi)孔定位來加工外圓。主要工藝過程為:下料→車外圓→倒角→鏜孔→感應(yīng)加熱(口部)→收口→熱處理→半精車→精車。

4.3 優(yōu)化模具設(shè)計(jì)

為了提高收口毛坯質(zhì)量，優(yōu)化模具設(shè)計(jì)，收口模具采用芯模定位和模具口部導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，使收口質(zhì)量大大提高，廢品率為0[2－5]。具體采用了如下措施。

1)收口模具采用芯模結(jié)構(gòu)，不但起到了定位作用，而且同時(shí)起到成形毛坯內(nèi)孔的作用。芯模限制了金屬的自由流動(dòng)，使毛坯得到了精化(如圖3所示)。底部退料機(jī)構(gòu)采用了復(fù)合頂出機(jī)構(gòu)，使毛坯退料自由，操作方便。

圖3 收口毛坯Fig.3 Necking blank

2)選用的感應(yīng)加熱系統(tǒng)為:上料自動(dòng)線ZS01、加熱器WF1175、光電高溫計(jì)WDL-31。其特點(diǎn)是功率大，加熱速度快，溫測(cè)準(zhǔn)確，彈體可在爐內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)并與爐體同軸，保證了加熱質(zhì)量[6－7]。通過對(duì)線圈疏密度及溫度梯度的調(diào)整，使每一段的加熱溫度適應(yīng)于相應(yīng)的彈體毛坯的壁厚，使之加熱均勻，在收口過程中金屬流動(dòng)一致，減少筋(肋)的產(chǎn)生。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，確定了工藝參數(shù)。

3)采用雙向潤滑，即加熱時(shí)在彈體變形部分涂抹一層某廠自行研制的水基潤滑劑，第2次潤滑是在收口模和芯模涂抹油基潤滑劑(52#汽缸油與石墨配制)。效果良好[8－10]，解決了縮口毛坯料短的問題。

4)收口設(shè)備采用5000 kN框架立式水壓機(jī)。設(shè)備剛性好、精度高，便于控制收口質(zhì)量。在原有基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，增加一個(gè)工作小缸，用于退料，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.4 小批量驗(yàn)證

經(jīng)過小批量試制生產(chǎn)500發(fā)，考核鋼管收口代替方鋼熱沖拔的工藝達(dá)到了預(yù)期的效果。具體結(jié)果如下所述。

1)毛坯的壁厚差≤2.5 mm(原材料的壁厚差);

2)材料利用率為55.6%;

3)良品率由94.5%提高到98.6%;

4)減少加工工序7道;

5)各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足產(chǎn)品要求，塑性高于方鋼拉伸的毛坯。

5 結(jié)果分析

采用鋼管收口代替方鋼拉伸后，良品率由94.5%提高到98.6%，降低了材料消耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。具體見表1。

表1 工藝改進(jìn)前后對(duì)比統(tǒng)計(jì)Table1 Statistic comparison before and after process improvement

通過對(duì)比不難看出，鋼管收口工藝的各項(xiàng)指標(biāo)均高于方鋼熱拉伸工藝。雖然鋼管的價(jià)格比方鋼坯高，但從綜合成本和效益對(duì)比，鋼管收口工藝經(jīng)濟(jì)可行。

6 結(jié)語

該彈體毛坯采用鋼管收口后，材料利用率較高，大大提高了零件良品率，尤其在收口工序，降低了廢品損失。鋼管材料強(qiáng)度的降低，塑性的提高，且熱處理后性能的一致性好于方鋼沖拔毛坯，從而便于機(jī)械加工，減少了刀具消耗。工藝方式簡(jiǎn)單，減少了壓型、沖孔、拉伸、打中心孔、車外圓等主要工序，采用芯模定位、成形和復(fù)合頂出機(jī)構(gòu)的模具技術(shù)，說明該技術(shù)可行。

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