某薄壁殼體收帶工藝改進

趙廣軍，李春文，張立巖，李榮智，高云斌，李云龍，姜秀鳳，程玲舒，鄭旭東

(1.北方華安工業(yè)集團有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161046;2.西南技術工程研究所，重慶 400039)

某產(chǎn)品通過推板將彈體內(nèi)膛子彈推出，對敵目標進行毀傷，具備殺傷、破甲、隨進殺傷縱火等功能，結構較為復雜，精度要求較高。為提高子彈殺傷威力，必須提高子彈裝藥量，要求母彈內(nèi)膛盡可能大，因此彈體壁厚較薄，給加工制造帶來一定難度，特別是在彈體收帶時，易使彈體產(chǎn)生變形。

某產(chǎn)品彈體壁厚較薄、無彈底，為薄壁筒形結構，彈帶材料為H96黃銅，彈帶形狀為環(huán)形，使用5000 kN徑向收帶機進行收帶，收帶前彈體內(nèi)膛放入專用收帶芯子，使用專用夾爪進行收帶。由于彈壁較薄，收帶后部分彈體內(nèi)膛產(chǎn)生變形，影響產(chǎn)品質(zhì)量，收帶廢品率較高，使生產(chǎn)成本增加。

經(jīng)過收帶現(xiàn)場排查、技術分析討論，確定收帶變形產(chǎn)生的原因主要有以下幾點。

1)彈體壁厚較薄，單邊最小壁厚為7.8 mm，彈帶所需收帶擠壓力較高。

2)收帶芯子與彈體內(nèi)膛配合間隙選擇不恰當。

3)工藝不合理，一次收帶變形量太大。

1 基本情況

據(jù)H96黃銅抗拉強度、擠壓截面形狀及變形量等參數(shù)計算收帶所需擠壓力F:

式中:F為擠壓力，kN;p為單位擠壓力，MPa;A為收帶夾爪與環(huán)帶接觸面在垂直擠壓力平面上的投影面積，mm2;c為安全系數(shù)，一般取 c≥1.3。

式中:Z為環(huán)帶形狀變形系數(shù);N為擠壓方式及變形程度修正系數(shù);σb為擠壓前H96黃銅的強度極限，擠壓前σb=250 MPa。

通過計算收帶總擠壓力 F 為4850 kN[1－2]。

收帶機由PLC邏輯控制器、液壓站、電磁液壓閥、主機、控制面板等組成，主機由6個液壓缸、柱塞、頂料裝置、機身等組成，如圖1所示。液壓缸柱塞頭部放置專用收帶夾爪，通過PLC控制電磁液壓閥使主機6個液壓缸帶動6個收帶夾爪軸向移動，進行彈帶擠壓收帶[3－4]。

圖1 徑向收帶機主機Fig.1 Host machine of radial tightening band machine

收帶機擠壓力公式為:F=6×P×S。其中:系數(shù)6為液壓缸的數(shù)目;P為作用在液壓缸柱塞橫截面積的單位壓力，MPa;S為液壓缸柱塞橫截面積，mm2。

夾爪的形狀如圖2所示，表示了夾爪與環(huán)帶之間的關系。由收帶機擠壓力公式可知，夾爪與環(huán)帶作用面積越小，彈帶所需擠壓力就越小，隨之收帶機擠壓力F就越小，作用在彈體上的壓力隨之降低。

H96黃銅環(huán)帶收帶前后截面形狀如圖3所示。

圖2 工作時的夾爪與環(huán)帶Fig.2 Clamping jaw and belt in work

圖3 彈帶Fig.3 Belt

收帶前環(huán)帶力學性能:抗拉強度Rm≤250 MPa，伸長率A≥40%;收帶后環(huán)帶力學性能:抗拉強度Rm≥260 MPa，伸長率A≥30%。收帶后需保證彈帶完全充滿彈帶槽。

2 工藝改進

2.1 工藝和夾爪的改進

原來采用1次收帶，由于收帶擠壓力較大，彈體內(nèi)膛容易產(chǎn)生變形，影響產(chǎn)品質(zhì)量。將一次收帶改為2次收帶，采用一次、二次等2種結構收帶夾爪進行收帶，一次夾爪收彈帶中部，二次夾爪收彈帶上、下兩側，收帶夾爪與彈帶接觸面積減小約一半，收帶擠壓力F隨之減小一半左右，減小了作用在彈體上的壓力，降低彈體收帶變形量。產(chǎn)品要求收帶后彈帶力學性能提高，實際收帶過程中，如壓力高，則伸長率不合格;壓力低，則抗拉強度不合格。通過改進收帶夾爪結構，經(jīng)過多次收帶試驗摸索，在保證收帶壓合質(zhì)量及力學性能滿足產(chǎn)品要求同時，降低收帶壓力，減少收帶彈體變形量[5－7]。

夾爪收帶改進前后縱剖面對比如圖4所示。

圖4 夾爪Fig.4 Clamping jaw

2.2 優(yōu)化收帶芯子尺寸

彈體材料為35CrMnSiA，彈體熱處理后力學性能 Rp0.2≥900 MPa，彈體內(nèi)膛尺寸為mm，收帶前彈體如圖5所示。

圖5 彈體Fig.5 Projectile shell

收帶芯子采用60鋼材料，熱處理后洛氏硬度為52～58HRC，產(chǎn)品圖允許收帶后彈體內(nèi)膛有≤0.05的變形量，但必須保證收帶后彈體內(nèi)膛尺寸在φ130 mm范圍內(nèi)。收帶前彈體內(nèi)膛必須放入專用收帶芯子，芯子與彈體為間隙配合，芯子外圓尺寸為mm，最大間隙為0.4 mm，最小間隙為0.1 mm。如配合為最大間隙，收帶壓力可能會導致彈體產(chǎn)生塑性變形，因此在保證芯子順利放入彈體內(nèi)膛中，應盡可能減小配合間隙。為此通過收帶試驗摸索對收帶芯子尺寸進行優(yōu)化[8－10]，按彈體內(nèi)膛尺寸mm 中間值 φ130.125 mm 和最小值 φ130 mm，分別設計大、小2個芯子，芯子外徑尺寸分別為。收帶前對彈體內(nèi)膛尺寸進行實測值測量分類，內(nèi)膛尺寸在φ130.25 mm和φ 130.125 mm之間的使用大芯子，在 φ130.125 mm和φ130 mm之間的使用小芯子，盡可能減小配合間隙，收帶芯子結構如圖6所示。

圖6 收帶芯子Fig.6 Core of tightening band

3 結語

通過優(yōu)化設計工藝，改進收帶夾爪結構，減小了夾爪與彈帶接觸面積，降低了收帶擠壓力。調(diào)整優(yōu)化收帶芯子與彈體內(nèi)膛配合間隙，使彈體不產(chǎn)生塑性變形。通過上述工藝改進，解決了該產(chǎn)品彈體收帶變形問題，降低了收帶廢品損失，節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時積累了薄壁筒形開倉類零件收帶技術經(jīng)驗。

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