某子母彈彈體毛坯加工工藝改進

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

(北方華安工業集團公司，黑龍江 齊齊哈爾 161046)

目前國內彈體毛坯生產仍普遍沿用前蘇聯的傳統工藝方式，即方鋼下料→感應加熱→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、能源浪費嚴重、工裝模具消耗大、勞動強度大等缺點。該彈是由一個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，否則將導致全彈報廢。

1 零件

該產品彈體是無彈底薄壁的長錐筒形結構，如圖1所示。為順利完成新產品的試制任務，并且以優質的服務和產品質量開創國內外市場，某廠成立了試制生產工作組，并編制了符合設計要求、生產要求和標準化要求的沖壓、機加、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線，其中某些技術達到了國內領先水平。對提高我軍的戰斗力，加速國防現代化進程有重大意義。

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%，工藝過程復雜，浪費工時，能源浪費嚴重，工作環境惡劣，勞動強度大，良品率不高，處理品較多。

3 解決問題的技術途徑

實現毛坯精化是大彈體改造的重要戰略目標，既是為提高經濟效益，也是衡量熱沖壓技術水平的重要標志。它具體包括以下幾方面主要內容:低的壁厚差;最高的材料利用率;合理的制造工藝和先進的加工設備;低廢品率[1]。在生產實踐中存在如下幾點問題。

1)工廠現有設備(水壓機)的精度很難保證小的壁厚差。

2)除壁厚差的原因外，該產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。另外，雖然該彈體內孔為直孔，但在模具上設計了拔模斜度也是造成原材料浪費的原因之一(如圖2所示)。

圖2 熱拉伸毛坯Fig.2 Hot drawing blank

3)工藝落后。傳統的方鋼熱拉伸工藝需將鋼坯加熱到1200℃左右進行，并同時啟動2臺水壓機，總功率達到了2700多kW，能源消耗很大，單發彈體僅沖壓部分的成本就達到了50多元。

4)在料溫為1200℃左右的環境下工作，再加上潤滑材料在高溫下產生的氣體對空氣的污染，不但勞動強度增大，而且增加了對人體的危害。

4 鋼管收口工藝實踐

針對以上分析確定了用鋼管代替方鋼的工藝改進思路。將定點采購的厚壁鋼管驗收合格后直接進行機械加工，其工藝雖然簡單，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，根據零件結構特點，采用將原材料鋼管壁厚減薄經粗車后局部溫熱收口成形的方案。

4.1 材料規格選擇

合理地選擇原材料規格，是實現毛坯精化的關鍵所在。由產品零件特點和金屬塑性變形特點，結合選用材料時應盡量標準化、通用化的要求，根據GB/T 8162—1999《結構用無縫鋼管》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壁厚的標準鋼管，經過與廠家協商提出倍尺要求，預計材料利用率可達50%以上。

4.2 工藝流程

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

4.3 優化模具設計

為了提高收口毛坯質量，優化模具設計，收口模具采用芯模定位和模具口部導向結構，使收口質量大大提高，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構，不但起到了定位作用，而且同時起到成形毛坯內孔的作用。芯模限制了金屬的自由流動，使毛坯得到了精化(如圖3所示)。底部退料機構采用了復合頂出機構，使毛坯退料自由，操作方便。

圖3 收口毛坯Fig.3 Necking blank

2)選用的感應加熱系統為:上料自動線ZS01、加熱器WF1175、光電高溫計WDL-31。其特點是功率大，加熱速度快，溫測準確，彈體可在爐內轉動并與爐體同軸，保證了加熱質量[6－7]。通過對線圈疏密度及溫度梯度的調整，使每一段的加熱溫度適應于相應的彈體毛坯的壁厚，使之加熱均勻，在收口過程中金屬流動一致，減少筋(肋)的產生。經過反復試驗，確定了工藝參數。

3)采用雙向潤滑，即加熱時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)收口設備采用5000 kN框架立式水壓機。設備剛性好、精度高，便于控制收口質量。在原有基礎上，對設備進行改造，增加一個工作小缸，用于退料，降低了操作者的勞動強度。

4.4 小批量驗證

經過小批量試制生產500發，考核鋼管收口代替方鋼熱沖拔的工藝達到了預期的效果。具體結果如下所述。

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)各項性能指標滿足產品要求，塑性高于方鋼拉伸的毛坯。

5 結果分析

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，節約了生產成本。具體見表1。

表1 工藝改進前后對比統計Table1 Statistic comparison before and after process improvement

通過對比不難看出，鋼管收口工藝的各項指標均高于方鋼熱拉伸工藝。雖然鋼管的價格比方鋼坯高，但從綜合成本和效益對比，鋼管收口工藝經濟可行。

6 結語

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，從而便于機械加工，減少了刀具消耗。工藝方式簡單，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、成形和復合頂出機構的模具技術，說明該技術可行。

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