弹箭制造工艺学

本文分三大部分。第一部为弹体毛坯热冲压工艺,采用合理的下料方式和毛坯料的形状可以减少钢料的浪费,有效降低废料率。热冲压分为预压型、冲孔、拔伸三道工序。通过热冲压工序可以精化毛坯的外形,为以后的机械加工和收口提供余料小、尺寸合适的坯料,有效缩短工时,提高弹丸质量。第二部分为弹体粗加工与收口工艺,包括切削外形余料和收口。粗加工切削拔伸后毛坯外形和药室的余料,为精加工工序提供定位基准和装卡基准。收口工序使弹丸头部得到设计要求的弧形。第三部分为弹体精加工工艺,精车弧形,精车全形,修内弧等部位,并精车出定心部,车弹带槽和加工弹体口部螺纹。
工艺流程如下:
原料进厂验收→长坯料感应加热→下料→清除氧化皮→精整对角线→预压型→冲孔→拔伸→热检→冷却→检验→喷砂→钻定心孔→粗车弹体→弹头部加热→药室加工→收口→热检→冷却→检验→修内弧形→精车全形→硬度及机械性能试验→精车定心部→车弹带槽→水压试验—弹体磁粉探伤→车口部螺纹→超声波探伤→内膛喷砂、喷漆→全面检验。
1.4拔伸
采用立式三模拔伸的方法，一般采用断续拔伸，即一个模圈拔伸后再进入模圈。模圈间距应保证在毛坯进入下一道拔伸模时，其端口刚好离开前一道拔伸模，这样可以减少毛坯出模卸载和入模加载时的冲击。
1.4.1拔伸后毛坯设计
拔伸后毛坯应依据收口前毛坯图进行设计，收口前毛坯是拔伸毛坯经粗加工后得到的，在收口前毛坯的粗加工部位考虑适当的加工余量，未加工部位保持尺寸不变，既得到收口后毛坯的形状与尺寸。在确定加工余量时，必须考虑毛坯制造所能达到的精度及表面可能出现的缺陷情况，在确保有足够余量的同时，尽量降低原材料的消耗。
d——冲孔模内径(指模口最薄处直径);
k——系数取0.2-0.25,推荐使用0.25
d取161.3mm，k取0.27.则D=215mm
冲孔模内工作表面和外斜度表面的粗糙度取Ra值为1.6μm
预压型和冲孔模具：
图
模具顶杆：
图1.8预压型和冲孔模具顶杆
预压型冲头:内平底冲头带有一个小冲头,如图1.7所示。
1.1.2加热温度、时间
正确的加热应保证坯料达到所要求的始冲温度温度及坯料的连续、完整和温度均匀,在此前提下,尽量减少坯料的烧损和提高生产率。为满足上述要求,加热过程中必须控制加热温度、加热速度和加热时间。
根据生产经验,154mm× 154mm× 373mm坯料(D60钢)在加热炉中的加热参数可参考表1.1和图1.1。
坯料应加热到125O℃;用一般感应加热,温差100℃加热时间约为15min。
表
温度ρ/（ Ω）50Hz 500Hz 1000Hz
800 118 7.75 2.44 1.73
1000 122 7.85 4.53 1.76
12501288.04.641.80
1
A
图
1.2下料
1.2.1坯料长度设计
根据毛坯用料量,加适量消耗,按照体积不变计算长度。
图
冲孔的后续工序是拔伸,故内腔尾锥l部分,应与拔伸冲头尺寸相同或直径略大于拔伸冲头,以保证引入拔伸冲头和稳定的定位。此外还应考虑冲孔力,使金属向下流动,确保冲孔后毛坯外端尾锥部、定心桩、及端面充满模腔。
冲孔后毛坯主要尺寸为：外径 =215.6mm；d=98mm；L=310mm
冲孔力计算:影响冲孔力的因素较多,计算较为复杂,为简化计算,采用斯湟吉尔公式
高压水清除氧化皮的装置是一个箱型结构,一端进料,另一端出料,箱内四周布置喷嘴。喷嘴直径一般选用0.8-1mm,多数喷嘴与毛坯轴线的垂直面大约成15°角,部分喷嘴安装角与前后端面成45°角,以保证配料的六个面的氧化皮都能打掉。要避免喷射水流的互相干涉,喷嘴与配料表面间的距离可保持在200-300mm范围内,高压水压力一般为15-20MPa。
根据拔伸毛坯的用料重量,加上适量的消耗,按照体积不变原则计算出坯料下料的长度。
坯料实际用料重量计算如下:
...................................................（1.1）
式中Q——拔伸后毛坯重量
λ1——坯料加热时的火耗，油炉为2%~3%，燃气炉为1%~2%;
式中s——方钢的横截面积(cm2);
ρ——钢的密度。
料长 =100× 69.1÷236.3÷7.85=37.25cm取 373mm
公差取5mm则下料毛坯尺寸为L= mm
1.2.2下料方式
生产中下料的方式有:开槽压力机折断法,锯切法,冷剪切法,热剪切法。
采用热剪切下料方法。锯切法虽端面质量较好,但材料的损耗和锯片的消耗量大且生产率低;压力机上冷剪切虽生产率高,但端面质量和端面平直度低;开槽折断法虽生产效率高,简易,但开槽折断后的断面质量较差,粗糙,多毛刺,端面不平直:这不仅影响冲孔毛坯质量,而且增加材料的耗材,必要时还需进行除毛刺的工作。热剪切法能排除几种现行断料方法所存在的缺点,并适用于各种弹体材料的一种新下料方法。热剪切断料工艺是目前一种良好的弹体下料方法,能获得优质的弹体毛坯。热剪切单个坯料的长度、质量偏差和断面平直度及端部质量都能达到较高的水平,剪切断面光洁、无氧化,无锯口损失,能显著提高弹体毛坯的内腔质量。又由于加热一热剪切一压力机同步联动,可大幅提高生产线效率。热剪切下料还具有简化工艺和减少中间材料运输等优点。在生产中应注意断面公差、弯曲度和扭曲度,增设自动称重、尺寸检测、自动剔除废品、自动送料装置和独立高压系统的高压水清除氧化皮装置。
P=Fk =0.25 k ……………………………….(1.3)
式中P——冲孔力(kN)；
F——冲孔冲头工作部分最大截面积( )；
D——冲孔冲头工作部分最大直径(mm)；
K——系数,有d/t=98/56.3的值确定(如图1.3),其中t为冲孔件壁厚；
——材料在冲孔温度下的强度极限，冲孔温度约为1100℃。
1.3预压型和冲孔
增加预压型工序的好处是定心好,压型毛坯端面平整,有利于减小冲孔后毛坯的壁厚差。冲孔是热冲压成形的基本工序。若冲孔出现废品,如底部不饱满、设备型号壁厚差大等,则在拔伸工序中将无法弥补。
1.3.1预压型后毛坯设计
如图1.2所示,预压型后毛坯长度 是依据体积不变原则计算而得;因为预压型和冲孔在一台液压机上使用同一套模具,故直径D、D1、D2及长度 与冲孔毛坯的尺寸相同。为了便于坯料放入预压型模和定位,防止料歪,D应为方钢对角线长度,模具内径应略大于方钢加热后的对角线尺寸,预压型不正,会造成冲孔壁厚差过大。根据以上原则和冲孔后毛坯尺寸,D=Φ128mm, =Φ207.611mm, =Φ215.6mm, =36mm。体积不变下预压型毛坯的长度 =25mm。
1弹体毛坯热冲压工艺
1.1长坯料加热
1.1.1设备型号
弹体坯料的加热可使用各种炉子来完成,按使用能源可将炉子分成两大类,火焰加热炉和电能加热炉。弹体毛坯热冲压的加热炉普遍采用火焰加热炉。随着科技的发展,感应加热炉被越来越多的应用到生产领域,这里我们工艺采用大功率感应加热炉。它加热快,氧化皮少,温度均匀,热效率高,便于白动化作业。同时配置坯料加热自动送进装置,改善劳动条件。
图
预压型冲头下端直径D比坯料热状态下对角线大10-15mm,H取50～70mm，其余尺寸满足使用条件及使用强度即可,如图1.8所示。
图
冲孔冲头:
图
1.3.5 预压型和冲孔过程
压型时，自剪切机下来的加热毛坯通过轨道进入压型模中，此时压型冲头停在压型模上方某一安全高度，操作者使用工具保证毛坯在压型模中位置正确，无填充不满、偏放、外漏等现象并浇注热冲压润滑油。电脑自动确定压型模、毛坯压型冲头的轴线重合后离开水压机装置。此时压型冲头下压使模中毛坯变形充满模腔，然后压型冲头上升到安全高度，换到冲孔工位，冲孔头向下完成冲孔，冲孔冲头上升到安全高度后转为预压型冲头，同时顶杆推出毛坯，机械手手动卸料运往下一工序。
热剪切有关工艺参数:
热剪切的来自百度文库佳剪切刀片间隙为0.5mm；
热剪切速度在3.7～5.1m/s范围,对剪切端部质量无大影响；
获得优质坯料的范围为：
低碳钢982～1232℃
申碳钢927～1175℃
高碳合金钢982～1093℃
对上述几种下料方式作简单对比,见下表1.2。表中数字越小性能越好。
表
下料方法 重量误差 断口耗料端面质量 弹体内 运料量 成本
绪论
本次毕业设计题目为编制152mm杀爆弹弹丸加工工艺及工装。编制工艺说明,进行下料尺寸、冲孔力、拔伸力、和收口力计算。画出工艺框图,绘制工艺路线图表,编制工艺卡片,设计弹体粗加工外形、药室所用夹具和收口模具。我国大口径弹体毛坯的生产,在8O年代以前多是沿用30～40年代的热冲老工艺,所用设备大部分为单工位水压机,公称压力一般均在2OO0～5O00kN范围内。由于设备公称压力小,精度也较低,故冲压后毛坯壁厚差较大,造成材料利用率不高。一般大口径弹体材料消耗率在50%～60%左右。材料利用率的高低与工厂的设备条件、操作人员素质,管理水平以及制造水平有关。在大口径弹体制造成本中,材料费约占生产成本的8O%左右,故要提高经济效益,实现弹体制造现代化,就必须从提高毛坯制造质量,提高材料利用率方面着手进行改造。
腔质量
热剪切2121 1 1
圆锯切1 3 1 1 2 5
带锯切1 2 1 1 2 4
冷剪切2 1 2 2 2 2
切口折断3 1 3 3 3 3
1.2.3清除氧化皮
钢在火炉内加热的构成中,其表层金属与炉气中的水和氧气性气体进行化学反应生成氧化皮:氧化皮由三层组成,外层为三氧化二铁,中间层为四氧化三铁,金属与氧化层的交界处为氧化铁。
精化毛坯不仅直接关系到产品质量的提高、能源与材料的消耗以及综合生产效益,也关系到弹体切削加工先进设备的使用和先进工艺的实施。
本次毕业设计中力求精化弹体毛坯,采用目前较先进的热剪切下料工艺,加热采用大功率感应加热,预压型、冲孔与拔伸采用多工位组合冲压机,冷却采用可可控冷却设备以保证毛坯机械性能,收口前采用中频感应加热,增设有独立高压系统的高压水清除氧化皮装置,冲头和模具有自动喷涂润滑剂和冷却装置,毛坯实行100%自动化热检,白动剔除废品和打标记。
图
1-
7-
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8-
1.3.4预压型和冲孔模具
冲孔模的壁厚影响到模具的寿命。如壁厚越薄,则模具易冷却,但强度低,易将模壁压在过水套的槽内,不易退模。如果模壁过厚,则不易冷却,寿命不高并浪费材料。为此模壁厚度可按经验公式计算:
D= …………………………………………….（1.4）
式中D——冲孔模外径(正锥模大头);
加热过程产生的氧化皮直接造成了金属的烧损,脱落在炉内的氧化皮对耐火砖炉子产生腐蚀作用,附着在坯料上的氧化皮会使热冲压模具的磨损加剧,同时可能被压入热冲压毛坯表面,降低毛坯的表面质量。因此,加热后的坯料,在冲压之前必须将氧化皮清除干净。
通常采用喷射高压水的方法清除氧化皮。由于喷射的时间短,坯料表面只有一层受到高压水的冷却,而坯料内部的热量又能很快地使其重新升温。用高压水清除氧化皮是一种最有效的方法。它利用于高压水的冲击力，又借助于氧化铁皮和钢遇冷收缩的不同,使它迅速脱落。不论面积大小,形状如何此方法均可采用,特别是紧贴的氧化皮,用其他方法难于清除时,只要水压足够,喷嘴大小角度喷水时间和水量合适,清除效果一般都很好。
图
1.3.2冲孔后毛坯设计
在生产过程中,冲孔后毛坯是热状态下进行后读的拔伸工序,其形状、尺寸的确定,在满足拔伸要求的前提下,主要考虑冲孔工艺特性。弹体毛坯制造质量的优劣,很大程度上取决于冲孔,对产品质量特别是弹体毛坯的壁厚差尤为突出。设计冲孔毛坯时一般按热状态考虑,冲孔后毛坯的尺寸形状如图1.3所示。
P=0.2 ×6×36=1628454 Kn=162t冲孔力P约为162t。
图1.4 系数
1.3.3设备型号
预压型和冲孔采用同一套多工位水压机。如图1.5和1.6所示,水压机固定在水压机座上,压型模、压型中套通过导向圈和压圈用螺栓紧压在模座内。压型冲头用螺纹连接在接杆上,接杆固定在模座上、上模座固定在水压机的活动横梁的一个工位上。这种模具的结构特点是导向圈为压型冲头运动起导向作用。冲孔冲头采用复合冲孔结构,上下冲头保持同轴,并要求通水冷却,同时还装有退料机构。
λ2——断料的损耗。取1.5%.
然后运用Caxa制造工程师画出画出拔伸后毛坯的立体图，然后我们能得到毛坯的体积约为8163.4cm3，D60钢的密度为7.85g/cm3，得到拔伸后的毛坯重量Q=66.45kg。
则计算得到坯料实际用料重量Q0为69.1kg。
单个坯料长度计算如下：
L= /S﹒ρ（cm）…………………………………（1.2）