某薄壁壳体收带工艺改进

赵广军，李春文，张立岩，李荣智，高云斌，李云龙，姜秀凤，程玲舒，郑旭东

(1.北方华安工业集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161046;2.西南技术工程研究所，重庆 400039)

某产品通过推板将弹体内膛子弹推出，对敌目标进行毁伤，具备杀伤、破甲、随进杀伤纵火等功能，结构较为复杂，精度要求较高。为提高子弹杀伤威力，必须提高子弹装药量，要求母弹内膛尽可能大，因此弹体壁厚较薄，给加工制造带来一定难度，特别是在弹体收带时，易使弹体产生变形。

某产品弹体壁厚较薄、无弹底，为薄壁筒形结构，弹带材料为H96黄铜，弹带形状为环形，使用5000 kN径向收带机进行收带，收带前弹体内膛放入专用收带芯子，使用专用夹爪进行收带。由于弹壁较薄，收带后部分弹体内膛产生变形，影响产品质量，收带废品率较高，使生产成本增加。

经过收带现场排查、技术分析讨论，确定收带变形产生的原因主要有以下几点。

1)弹体壁厚较薄，单边最小壁厚为7.8 mm，弹带所需收带挤压力较高。

2)收带芯子与弹体内膛配合间隙选择不恰当。

3)工艺不合理，一次收带变形量太大。

1 基本情况

据H96黄铜抗拉强度、挤压截面形状及变形量等参数计算收带所需挤压力F:

式中:F为挤压力，kN;p为单位挤压力，MPa;A为收带夹爪与环带接触面在垂直挤压力平面上的投影面积，mm2;c为安全系数，一般取 c≥1.3。

式中:Z为环带形状变形系数;N为挤压方式及变形程度修正系数;σb为挤压前H96黄铜的强度极限，挤压前σb=250 MPa。

通过计算收带总挤压力 F 为4850 kN[1－2]。

收带机由PLC逻辑控制器、液压站、电磁液压阀、主机、控制面板等组成，主机由6个液压缸、柱塞、顶料装置、机身等组成，如图1所示。液压缸柱塞头部放置专用收带夹爪，通过PLC控制电磁液压阀使主机6个液压缸带动6个收带夹爪轴向移动，进行弹带挤压收带[3－4]。

图1 径向收带机主机Fig.1 Host machine of radial tightening band machine

收带机挤压力公式为:F=6×P×S。其中:系数6为液压缸的数目;P为作用在液压缸柱塞横截面积的单位压力，MPa;S为液压缸柱塞横截面积，mm2。

夹爪的形状如图2所示，表示了夹爪与环带之间的关系。由收带机挤压力公式可知，夹爪与环带作用面积越小，弹带所需挤压力就越小，随之收带机挤压力F就越小，作用在弹体上的压力随之降低。

H96黄铜环带收带前后截面形状如图3所示。

图2 工作时的夹爪与环带Fig.2 Clamping jaw and belt in work

图3 弹带Fig.3 Belt

收带前环带力学性能:抗拉强度Rm≤250 MPa，伸长率A≥40%;收带后环带力学性能:抗拉强度Rm≥260 MPa，伸长率A≥30%。收带后需保证弹带完全充满弹带槽。

2 工艺改进

2.1 工艺和夹爪的改进

原来采用1次收带，由于收带挤压力较大，弹体内膛容易产生变形，影响产品质量。将一次收带改为2次收带，采用一次、二次等2种结构收带夹爪进行收带，一次夹爪收弹带中部，二次夹爪收弹带上、下两侧，收带夹爪与弹带接触面积减小约一半，收带挤压力F随之减小一半左右，减小了作用在弹体上的压力，降低弹体收带变形量。产品要求收带后弹带力学性能提高，实际收带过程中，如压力高，则伸长率不合格;压力低，则抗拉强度不合格。通过改进收带夹爪结构，经过多次收带试验摸索，在保证收带压合质量及力学性能满足产品要求同时，降低收带压力，减少收带弹体变形量[5－7]。

夹爪收带改进前后纵剖面对比如图4所示。

图4 夹爪Fig.4 Clamping jaw

2.2 优化收带芯子尺寸

弹体材料为35CrMnSiA，弹体热处理后力学性能 Rp0.2≥900 MPa，弹体内膛尺寸为mm，收带前弹体如图5所示。

图5 弹体Fig.5 Projectile shell

收带芯子采用60钢材料，热处理后洛氏硬度为52～58HRC，产品图允许收带后弹体内膛有≤0.05的变形量，但必须保证收带后弹体内膛尺寸在φ130 mm范围内。收带前弹体内膛必须放入专用收带芯子，芯子与弹体为间隙配合，芯子外圆尺寸为mm，最大间隙为0.4 mm，最小间隙为0.1 mm。如配合为最大间隙，收带压力可能会导致弹体产生塑性变形，因此在保证芯子顺利放入弹体内膛中，应尽可能减小配合间隙。为此通过收带试验摸索对收带芯子尺寸进行优化[8－10]，按弹体内膛尺寸mm 中间值 φ130.125 mm 和最小值 φ130 mm，分别设计大、小2个芯子，芯子外径尺寸分别为。收带前对弹体内膛尺寸进行实测值测量分类，内膛尺寸在φ130.25 mm和φ 130.125 mm之间的使用大芯子，在 φ130.125 mm和φ130 mm之间的使用小芯子，尽可能减小配合间隙，收带芯子结构如图6所示。

图6 收带芯子Fig.6 Core of tightening band

3 结语

通过优化设计工艺，改进收带夹爪结构，减小了夹爪与弹带接触面积，降低了收带挤压力。调整优化收带芯子与弹体内膛配合间隙，使弹体不产生塑性变形。通过上述工艺改进，解决了该产品弹体收带变形问题，降低了收带废品损失，节约了生产成本，同时积累了薄壁筒形开仓类零件收带技术经验。

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