滾壓收口工藝在中口徑彈藥的可行性應(yīng)用

【摘要】作者在CA6140機(jī)床上開(kāi)展了某中口徑彈藥滾壓收口工藝試制，制定了試制工藝方案，并以該中口徑彈藥為例，進(jìn)行了工藝驗(yàn)證，找出了影響彈藥拉脫力的相關(guān)因素和控制措施，證明該彈藥彈丸和藥筒采用滾壓收口連接的方法可行，且可滿足批量生產(chǎn)需要，對(duì)同類型或更大口徑的彈藥采用滾壓收口工藝有參考和借鑒價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】加工技術(shù)|滾壓收口工藝|可行性研究|拉脫力

滾壓工藝是指通過(guò)滾壓刀具施加一定的壓力，迫使藥筒在與彈丸連接處整周產(chǎn)生塑形變形而嵌入彈丸預(yù)制環(huán)形槽中，將二者連接成一個(gè)可靠的整體的一種加工技術(shù)，多用于炮彈的風(fēng)帽與彈體、彈帶與彈體之間的連接[1]。收口工藝是指通過(guò)滾輪連續(xù)滾動(dòng)施壓或模具施壓的方式改變金屬管材口部的形狀，將其他部件包覆連接起來(lái)的一種加工技術(shù)。

兩種工藝的最大特點(diǎn)是成型壓力小、方便快捷，在較小的設(shè)備上完成較大工件的連接[2]，多應(yīng)用于小口徑彈藥的生產(chǎn)，在中大口徑彈藥上應(yīng)用較少，為驗(yàn)證兩種工藝在中口徑彈藥彈丸與藥筒連接的可行性和便捷性，作者在國(guó)內(nèi)某中口徑彈藥研制過(guò)程中，開(kāi)展了滾壓收口工藝的可行性應(yīng)用研究。

一、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及要求

與國(guó)內(nèi)小口徑彈藥的藥筒多采用塑性較好的銅制或鋼制件不同，該型彈藥為降低成本、減輕彈重，藥筒選用國(guó)內(nèi)較為常見(jiàn)的鋁材（牌號(hào)為2A12-T4）。藥筒為薄壁筒形結(jié)構(gòu)，與彈丸連接處厚度約1mm，在彈丸與藥筒結(jié)合處設(shè)計(jì)了錐臺(tái)的收口連接處和弧形凹槽的滾壓連接處，其中收口處錐度約20°、長(zhǎng)度5mm；滾壓處為R4圓弧，圓弧深度為0.5mm。彈丸和藥筒滾壓收口后，要求連接牢固、可靠、無(wú)晃動(dòng)，全彈同軸度不大于1.5mm，且連接后彈丸與藥筒的拉脫力約15000N左右。

二、滾壓收口工藝可行性分析

該型彈藥整體結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn)體，作者采用了國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的CA6140車(chē)床平臺(tái)進(jìn)行可行性研究。滾壓收口時(shí)，用車(chē)床卡爪夾緊彈丸，藥筒口部套入彈丸，尾部套入專用尾頂（如圖1所示），頂緊藥筒后，啟動(dòng)機(jī)床，滾壓刀具和收口刀具與藥筒接觸時(shí)，被摩擦力帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)通過(guò)調(diào)整滾壓刀具和收口刀具的進(jìn)給量，使藥筒在收口處和滾壓處產(chǎn)生局部變形，當(dāng)變形不斷累積在彈丸底部凹槽內(nèi)時(shí)，可將彈丸和藥筒連接起來(lái)，初步分析，滾壓收口工藝用于該型彈藥彈丸和藥筒連接的方案可行。

三、工藝方案

通過(guò)對(duì)彈藥作用原理分析，為滿足彈丸與藥筒拉脫力基本一致的要求，作者初步判定滾壓凹槽深度、收口錐度長(zhǎng)度、連接處是否涂膠和藥筒不同表面狀況等因素均對(duì)拉脫力產(chǎn)生影響，故本次工藝研究擬采用模擬彈丸和藥筒，從單個(gè)因素到綜合因素等方面進(jìn)行工藝試驗(yàn)，用萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試二者拉脫力。

四、工藝試驗(yàn)

選定的CA6140車(chē)床轉(zhuǎn)速范圍為10～1400r/min，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)滾壓時(shí)機(jī)床轉(zhuǎn)速超過(guò)200r/min時(shí)，滾壓刀具與藥筒存在明顯剪切現(xiàn)象，藥筒減薄率較大，藥筒內(nèi)部變形小，連接不可靠；轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)，滾壓力大且效率低，本次工藝研究機(jī)床轉(zhuǎn)速均采用40r/min。

（一）單因素拉脫力試驗(yàn)

確定上述試驗(yàn)參數(shù)后，選定6發(fā)模擬彈丸進(jìn)行了收口，其中3發(fā)涂環(huán)氧樹(shù)脂膠，收口完成后自然固化24h。另選定3發(fā)進(jìn)行滾壓，測(cè)試彈丸和藥筒拉脫力，數(shù)值見(jiàn)表1。

通過(guò)分析表1數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，滾壓處比收口處對(duì)拉脫力影響更大，是否涂抹環(huán)氧樹(shù)脂膠對(duì)拉脫力影響較小，但為滿足該彈藥密封性要求，后續(xù)試驗(yàn)均采用涂膠方式，通過(guò)調(diào)整滾壓深度的大小，測(cè)試滾壓深度對(duì)拉脫力的影響。

（二）不同滾壓深度拉脫力試驗(yàn)

作者進(jìn)行了0.6mm、0.8mm和1.0mm三種深度的測(cè)試，每種深度各3發(fā)，收口深度采用1.8mm，涂膠，固化24h，分別測(cè)試其拉脫力，見(jiàn)表2。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用滾壓深度0.8mm和1.0mm時(shí)的拉脫力均能滿足設(shè)計(jì)要求，但三種狀態(tài)下的全彈同軸度尺寸均出現(xiàn)超差現(xiàn)象。按1.0mm深度再次收口1發(fā)，固化24h后，直接解剖，發(fā)現(xiàn)滾壓處藥筒內(nèi)部圓弧與彈丸凹槽存在明顯未貼合現(xiàn)象。清洗膠層后，測(cè)量藥筒滾壓處壁厚，較未滾壓處減少0.1mm左右。

作者分析認(rèn)為，滾壓時(shí)藥筒壁厚存在減薄現(xiàn)象，造成藥筒與彈丸不貼合現(xiàn)象。為保證全彈同軸度，確保滾壓處藥筒內(nèi)部圓弧與彈丸凹槽貼合，需增加滾壓深度或減小彈丸凹槽深度。

針對(duì)上述影響因素，作者將凹槽深度調(diào)整為0.3mm，滾壓收口3發(fā)，其拉脫力分別為11611N、10257N和12208N，平均拉脫力為11359N。另將3發(fā)凹槽不變，滾壓進(jìn)給量增加到1.2mm，其拉脫力分別為15357N、15608N和15055N，平均拉脫力為15340N。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，滾壓凹槽深度0.3mm時(shí)，其拉脫力明顯變小，不滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)滾壓進(jìn)給量增加到1.2mm時(shí)，彈丸和藥筒連接無(wú)晃動(dòng)，且拉脫力與采用1.0mm和0.8mm時(shí)基本一致。

（三）表面處理后拉脫力試驗(yàn)

所有彈藥產(chǎn)品均有壽命要求，彈丸和藥筒需做好防腐。常見(jiàn)的鋁合金表面處理方法有陽(yáng)極氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)化、電鍍和微弧氧化等[3]。軍工行業(yè)鋁合金制品多采用陽(yáng)極氧化工藝技術(shù)，其應(yīng)用范圍廣，技術(shù)成熟且成本較低。但鋁合金在氧化后，其表面會(huì)形成一層結(jié)構(gòu)致密、硬度較高的氧化膜，該氧化膜會(huì)提升鋁合金表面的摩擦系數(shù)和耐磨性，可能對(duì)拉脫力有影響。

為驗(yàn)證氧化膜層對(duì)拉脫力的影響，作者在相同滾壓收口參數(shù)下，分別測(cè)試了彈丸和不同表面狀態(tài)下藥筒的拉脫力，每種狀態(tài)測(cè)試3發(fā)，拉脫力記錄見(jiàn)表3。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相同滾壓收口參數(shù)下，氧化后彈丸與無(wú)氧化藥筒的拉脫力與均未氧化的狀態(tài)基本一致，氧化后的彈丸與中間處理藥筒拉脫力稍有增大，二者均氧化的拉脫力顯著變大。試驗(yàn)證明，表面處理確實(shí)對(duì)彈丸和藥筒的拉脫力有影響，氧化膜層的硬度和致密性會(huì)顯著增大拉脫力。

（四）試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)上述試驗(yàn)，作者確定了無(wú)表面處理下的彈丸和藥筒，在選擇滾壓深度為0.5mm、滾壓進(jìn)給量1.2mm及收口進(jìn)給量1.8mm參數(shù)時(shí)，二者拉脫力和全彈同軸度均可滿足設(shè)計(jì)要求。但藥筒和彈丸均進(jìn)行氧化或中間處理后，相同參數(shù)下，拉脫力明顯增加，為滿足設(shè)計(jì)要求，可調(diào)整滾壓凹槽深度和滾壓進(jìn)給量等相關(guān)參數(shù)。

五、結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的中大口徑彈藥戰(zhàn)斗部與火箭部、彈丸與藥筒等多采用螺紋結(jié)構(gòu)連接，作者通過(guò)對(duì)某中口徑彈藥的結(jié)構(gòu)分析，設(shè)計(jì)了滾壓收口刀具和夾具，并通過(guò)工藝試驗(yàn)確定了相關(guān)參數(shù)，在多種組合的條件下，開(kāi)展了不同狀態(tài)下彈丸和藥筒的拉脫力試驗(yàn)及分析，找出了影響拉脫力的相關(guān)因素，表明滾壓收口工藝在中大口徑彈藥的生產(chǎn)中可行，也給中大口徑彈藥設(shè)計(jì)提供了一種新的可行方案。中國(guó)軍轉(zhuǎn)民

參考文獻(xiàn)

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[3]劉海萍，鄒忠利，畢四富.鋁合金、鎂合金表面強(qiáng)化技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2019：11-12.

（作者簡(jiǎn)介：段東海，福建兵工裝備有限公司、福建省彈藥工程與槍械研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中級(jí)工程師，本科，研究方向?yàn)闄C(jī)械加工工藝）