弹箭制造工艺学

1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。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。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。21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。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1.1D60的电流穿透深度(单位:cm)温度ρ/（Ω）50Hz500Hz1000Hz8001187.752.441.7310001227.854.531.7612501288.04.641.8031—温差100℃；2一温差150℃A——般感应加热；B一快速感应加热图1.1一般感应加热参数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。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:Q0=(1+λ1+λ2100)...................................................（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%;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=Q0/S﹒ρ（cm）…………………………………（1.2）式中s——方钢的横截面积(cm2);4ρ——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=mm1.2.2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。热剪切有关工艺参数:热剪切的最佳剪切刀片间隙为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。5表1.2下料方法比较下料方法重量误差断口耗料端面质量弹体内运料量成本腔质量热剪切212111圆锯切131125带锯切121124冷剪切212222切口折断3133331.2.3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。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。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。61.3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0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1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,1=Φ207.611mm,=Φ215.6mm,1=36mm。体积不变下预压型毛坯的长度0=25mm。图1.2预压型毛坯尺寸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。7图1.3冲孔后毛坯尺寸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P=Fk=0.25k……………………………….(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℃。P=0.2×6×36=1628454Kn=162t冲孔力P约为162t。图1.4系数1与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8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。图1.5立式水压机预压型工位简图1-上模座；2-接杆；3-压型冲头；4-导向管；5-压圈；6-压型模；7-压型中套；8-模座；9-顶杆；10-顶杆座；11-模块；12-顶杆图1.6立式水压机冲孔工位简图1-上模座；2-水管接头；3-接杆座；4-压盖；5-压板；6-模座；7-水管接头；8-冲孔外套；9-模型；10-过水管；11-冲孔接杆；12-冲孔模；13-冲孔冲头；14-顶杆91.3.4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…………………………………………….（1.4）式中D——冲孔模外径(正锥模大头);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0.25d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1.7预压型和冲孔模具模具顶杆：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。10图1.9预压型冲头尺寸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1.10预压型冲头简图冲孔冲头:图1.11冲孔冲头尺寸图111.3.5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、