某子母弹弹体毛坯加工工艺改进

李中麟，夏克祥，姜春茂，刘有江，朱晓英，赵裕民，王波，王威威，单利剑

(北方华安工业集团公司，黑龙江 齐齐哈尔 161046)

目前国内弹体毛坯生产仍普遍沿用前苏联的传统工艺方式，即方钢下料→感应加热→热冲孔→热拉伸→收口前粗车→热收口。该工艺方式存在材料利用率低、能源浪费严重、工装模具消耗大、劳动强度大等缺点。该弹是由一个母弹和多枚子弹组成，是消灭敌方坦克群体的有效破甲杀伤武器。该产品零件的尺寸精度要求较高，弹体在指定的高度必需开仓，否则将导致全弹报废。

1 零件

该产品弹体是无弹底薄壁的长锥筒形结构，如图1所示。为顺利完成新产品的试制任务，并且以优质的服务和产品质量开创国内外市场，某厂成立了试制生产工作组，并编制了符合设计要求、生产要求和标准化要求的冲压、机加、热处理、焊接、表面处理、装药和装配工艺，建立了以该弹为代表的中大口径弹丸柔性生产线，其中某些技术达到了国内领先水平。对提高我军的战斗力，加速国防现代化进程有重大意义。

图1 弹体零件Fig.1 The projectile part

2 方钢拉伸工艺分析

方钢拉伸的主要工艺流程为:下料→钢坯加热→除氧化皮→压型→冲孔→拉伸→打中心孔→齐口→车外圆→钻孔→平底→镗孔→倒角→热处理→半精车→精车。

采用以上工艺流程加工弹体毛坯，毛坯壁厚差较大，材料利用率很低，仅为38.92%，工艺过程复杂，浪费工时，能源浪费严重，工作环境恶劣，劳动强度大，良品率不高，处理品较多。

3 解决问题的技术途径

实现毛坯精化是大弹体改造的重要战略目标，既是为提高经济效益，也是衡量热冲压技术水平的重要标志。它具体包括以下几方面主要内容:低的壁厚差;最高的材料利用率;合理的制造工艺和先进的加工设备;低废品率[1]。在生产实践中存在如下几点问题。

1)工厂现有设备(水压机)的精度很难保证小的壁厚差。

2)除壁厚差的原因外，该产品主要是由于无弹底，而方钢热拉伸工艺性要求必需得有工艺底，造成原材料的浪费。另外，虽然该弹体内孔为直孔，但在模具上设计了拔模斜度也是造成原材料浪费的原因之一(如图2所示)。

图2 热拉伸毛坯Fig.2 Hot drawing blank

3)工艺落后。传统的方钢热拉伸工艺需将钢坯加热到1200℃左右进行，并同时启动2台水压机，总功率达到了2700多kW，能源消耗很大，单发弹体仅冲压部分的成本就达到了50多元。

4)在料温为1200℃左右的环境下工作，再加上润滑材料在高温下产生的气体对空气的污染，不但劳动强度增大，而且增加了对人体的危害。

4 钢管收口工艺实践

针对以上分析确定了用钢管代替方钢的工艺改进思路。将定点采购的厚壁钢管验收合格后直接进行机械加工，其工艺虽然简单，但由于管壁较厚，大部分材料变成了铁削，没有得到有效利用，加之钢管的价格比方钢高许多，综合成本较高。为彻底解决材料利用率很低的问题，根据零件结构特点，采用将原材料钢管壁厚减薄经粗车后局部温热收口成形的方案。

4.1 材料规格选择

合理地选择原材料规格，是实现毛坯精化的关键所在。由产品零件特点和金属塑性变形特点，结合选用材料时应尽量标准化、通用化的要求，根据GB/T 8162—1999《结构用无缝钢管》和 GB/T 17395—1998《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》的要求选择了φ159 mm×18 mm壁厚的标准钢管，经过与厂家协商提出倍尺要求，预计材料利用率可达50%以上。

4.2 工艺流程

根据弹体的形状，金属的余量分布是外圆大于内孔，而且外圆比内孔更易加工，因此确定以内孔定位来加工外圆。主要工艺过程为:下料→车外圆→倒角→镗孔→感应加热(口部)→收口→热处理→半精车→精车。

4.3 优化模具设计

为了提高收口毛坯质量，优化模具设计，收口模具采用芯模定位和模具口部导向结构，使收口质量大大提高，废品率为0[2－5]。具体采用了如下措施。

1)收口模具采用芯模结构，不但起到了定位作用，而且同时起到成形毛坯内孔的作用。芯模限制了金属的自由流动，使毛坯得到了精化(如图3所示)。底部退料机构采用了复合顶出机构，使毛坯退料自由，操作方便。

图3 收口毛坯Fig.3 Necking blank

2)选用的感应加热系统为:上料自动线ZS01、加热器WF1175、光电高温计WDL-31。其特点是功率大，加热速度快，温测准确，弹体可在炉内转动并与炉体同轴，保证了加热质量[6－7]。通过对线圈疏密度及温度梯度的调整，使每一段的加热温度适应于相应的弹体毛坯的壁厚，使之加热均匀，在收口过程中金属流动一致，减少筋(肋)的产生。经过反复试验，确定了工艺参数。

3)采用双向润滑，即加热时在弹体变形部分涂抹一层某厂自行研制的水基润滑剂，第2次润滑是在收口模和芯模涂抹油基润滑剂(52#汽缸油与石墨配制)。效果良好[8－10]，解决了缩口毛坯料短的问题。

4)收口设备采用5000 kN框架立式水压机。设备刚性好、精度高，便于控制收口质量。在原有基础上，对设备进行改造，增加一个工作小缸，用于退料，降低了操作者的劳动强度。

4.4 小批量验证

经过小批量试制生产500发，考核钢管收口代替方钢热冲拔的工艺达到了预期的效果。具体结果如下所述。

1)毛坯的壁厚差≤2.5 mm(原材料的壁厚差);

2)材料利用率为55.6%;

3)良品率由94.5%提高到98.6%;

4)减少加工工序7道;

5)各项性能指标满足产品要求，塑性高于方钢拉伸的毛坯。

5 结果分析

采用钢管收口代替方钢拉伸后，良品率由94.5%提高到98.6%，降低了材料消耗，节约了生产成本。具体见表1。

表1 工艺改进前后对比统计Table1 Statistic comparison before and after process improvement

通过对比不难看出，钢管收口工艺的各项指标均高于方钢热拉伸工艺。虽然钢管的价格比方钢坯高，但从综合成本和效益对比，钢管收口工艺经济可行。

6 结语

该弹体毛坯采用钢管收口后，材料利用率较高，大大提高了零件良品率，尤其在收口工序，降低了废品损失。钢管材料强度的降低，塑性的提高，且热处理后性能的一致性好于方钢冲拔毛坯，从而便于机械加工，减少了刀具消耗。工艺方式简单，减少了压型、冲孔、拉伸、打中心孔、车外圆等主要工序，采用芯模定位、成形和复合顶出机构的模具技术，说明该技术可行。

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