способ изготовления заготовок снарядных корпусов

Формула изобретения

1. Способ изготовления заготовок снарядных корпусов, включающий выдавливание стальной заготовки в матрице с помощью пуансона, отличающийся тем, что осуществляют прямое выдавливание пресс-штемпелем, при котором пуансон жестко закреплен по оси матрицы, причем в процессе выдавливания между внешней поверхностью штампуемой заготовки и внутренней поверхностью матрицы образуют зазор, который сохраняют в процессе выдавливания, после чего проводят вытяжку с утонением через кольцевые матрицы с последующей механической обработкой наружной поверхности и обжатием головной части корпуса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стальную заготовку перед прямым выдавливанием и обжимом головной части нагревают до температуры деформирования.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заготовку из легкодеформируемого материала, например из низкоуглеродистой стали, подвергают прямому выдавливанию и обжиму головной части при комнатной температуре.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а более конкретно к способам штамповки заготовок снарядных корпусов.

Известен способ изготовления заготовок снарядных корпусов обратным выдавливанием. Заготовка из металлургического полуфабриката размещается в матрице, подвижный пуансон погружается в заготовку, выдавливая металл в обратном направлении (навстречу пуансону). Способ применим как для холодной, так и для горячей штамповки. В последнем случае перед штамповкой производится нагрев заготовки до температуры деформирования. Модификация метода горячей штамповки обратным выдавливанием с использованием заготовки квадратного сечения, известная как способ Эргардта, широко применяется в отечественном снарядном производстве при изготовлении корпусов артиллерийских снарядов среднего и крупного калибров из штатных снарядных сталей С60 и 45Х1 (Рыбарж А. А. Производство снарядов. М. : Оборонгиз, 1943, стр. 112-114).

Недостатком способа является возможность смещения оси подвижного пуансона относительно оси матрицы вследствие износа подвижных соединений, неравномерности нагрева заготовки и других факторов, приводящих при штамповке к значительному эксцентриситету каморы корпуса относительно его внешней поверхности, т. е. к увеличению разностенности и дисбаланса корпуса. Этот недостаток становится особенно заметным для тонкостенных корпусов современных осколочно-фугасных снарядов с высоким коэффициентом наполнения взрывчатым веществом.

Указанный недостаток в значительной степени устраняется при использовании способа прямого выдавливания (Ковка и штамповка. Справочник в 4-х т. , ред. совет: Е. И. Семенов (председатель) и др. М. : Машиностроение, 1985, т. 2, стр. 214; А. И. Капустин. Штамповка поковок типа стакан, М. : НПО "Темп", 1991 г. , стр. 28-95). В данном способе матрица и пуансон в процессе выдавливания жестко скреплены между собой, заготовка с помощью пресс-штемпеля выдавливается в зазор между матрицей и пуансоном. Однако при этом увеличивается время контакта нагретой заготовки со штамповым инструментом.

Наиболее близким к предлагаемому способу изготовления заготовок снарядных корпусов является способ, включающий выдавливание стальной заготовки в матрице, с помощью пуансона (GB 1508532 А, МПК-3 В 21 К 21/06, 26.04.78).

Задачей изобретения является создание способа изготовления заготовок снарядных корпусов, который устраняет интенсивный теплоотвод от заготовки, обеспечивает поддержание оптимального температурного режима в процессе выдавливания и снижает анизотропию структуры и свойств металла в заготовке снарядного корпуса.

Решение поставленной задачи состоит в том, что при изготовлении снарядных корпусов, включающем выдавливание стальной заготовки в матрице с помощью пуансона, согласно изобретению осуществляют прямое выдавливание пресс-штемпелем, при котором пуансон жестко закреплен по оси матрицы, причем в процессе выдавливания между внешней поверхностью штампуемой заготовки и внутренней поверхностью матрицы образуют зазор, который сохраняют в процессе выдавливания, после чего проводят вытяжку с утонением через кольцевые матрицы с последующей механической обработкой наружной поверхности и обжатием головной части корпуса.

Предпочтительно стальную заготовку перед прямым выдавливанием и обжимом головной части нагревают до температуры деформирования.

Предпочтительно заготовку из легкодеформируемого материала, например из низкоуглеродистой стали, подвергают прямому выдавливанию и обжиму головной части при комнатной температуре.

Технический результат, который получен при осуществлении изобретения, состоит в том, что в результате его использования получены заготовки снарядных корпусов с разностенностью менее 1 мм, коэффициентом использования металла (КИМ) более 0,65 и точностью размеров внутренней каморы по 5-му классу машиностроительных допусков.

Изобретение поясняется чертежами, где на:

фиг. 1 показана схема предлагаемого способа прямого выдавливания,

фиг. 2 - общая последовательность операций изготовления снарядного корпуса,

фиг. 3 - микроструктура металла в различных сечениях по высоте корпуса,

фиг. 4 - распределение твердости в различных сечениях по высоте корпуса,

фиг. 5 - заготовка корпуса с диафрагмой,

фиг. 6 - зависимость отношения толщины к высоте стенки штамповки при выдавливании заготовки корпуса от отношения начальных температур инструмента и заготовки.

Способ осуществляют следующим образом (фиг. 1).

Стальную заготовку 1 нагревают до температуры горячей деформации металла токами высокой частоты (или другим способом), после чего нагретую заготовку вводят в заходную часть матрицы 2. Осевым усилием пресс-штемпеля 3 осуществляют деформирование заготовки. В процессе выдавливания между внешней поверхностью заготовки и внутренней поверхностью матрицы 2 образуют зазор, который сохраняют во время выдавливания. Наличие зазора А между внешней поверхностью заготовки и внутренней поверхностью матрицы обеспечивает сохранение температуры заготовки в процессе штамповки и формирование благоприятной структуры металла. Кроме того, отсутствие трения по внешней поверхности уменьшает усилие на пресс-штемпеле, что позволяет использовать прессы меньшей мощности.

В дальнейшем пресс-штемпель и матрица отводятся вверх, а затем осевым движением съемника 4 заготовка снарядного корпуса снимается с неподвижного пуансона.

С помощью предлагаемого способа изготовили заготовки снарядного корпуса 100 мм осколочно-фугасного снаряда из высокоосколочной эвтектоидной стали 80Г2С. Заготовку нагревали до температуры 1000-1050^oС со скоростью 0,35 мм/с токами высокой частоты. Штамповка проводилась на гидравлическом прессе с усилием 400 тонн. Разностенность заготовок снарядного корпуса не превышала 0,8 мм.

После операции прямого выдавливания заготовки снарядного корпуса производилась ее вытяжка с утонением через кольцевые матрицы, предварительная механическая обработка наружной поверхности заготовки снарядного корпуса и горячий обжим головной части. Указанная последовательность операций позволила уменьшить коэффициент вариации V статического разброса массы корпуса снаряда до величины V= 0,0015 (V = /Q, - среднеквадратическое отклонение массы, Q - средневыборочное значение массы снаряда), соответствующей рассеиванию массы в пределах нулевого весового знака (1/3%).

Исследование механических свойств металла, вырезанного из стенки заготовок корпусов на различных операциях изготовления корпуса (фиг. 2), металлографические исследования образцов (фиг. 3) и определение твердости по длине корпуса (фиг. 4) показали, что предлагаемый способ прямого выдавливания с дополнительными операциями по получению заготовок снарядных корпусов обеспечивает получение однородной структуры металла по всей длине корпуса.

Тепло, передаваемое от нагретой заготовки к контактирующим с ней элементам штампа (матрица, пуансон), отводится с помощью охлаждающей воды. При этом интенсивность теплоотвода выбирается из условий оптимальности соотношения толщины выдавливаемого стакана к высоте его стенки (фиг. 6).

Предлагаемый способ изготовления заготовок снарядных корпусов применялся также для изготовления снарядных корпусов с диафрагмой (с Н-образным продольным сечением) (фиг. 5).

С помощью предлагаемого способа изготовили стандартные осколочные макеты 12 ( 60 мм, Н - 200 мм) из легкодеформируемых углеродистых сталей Ст15 и Ст11ЮА. Прямое выдавливание производили при комнатной температуре на кривошипном прессе усилием 315 т. е. , при этом заготовки перед холодным выдавливанием фосфатировали и омыливали. После выдавливания проводили вытяжку при комнатной температуре через две кольцевые матрицы. Все внутренние и наружные размеры детали, за исключением подрезки по торцу и нарезания резьбы, были получены без механической обработки.

Способ может применяться для изготовления заготовок снарядных корпусов как из штатных снарядных сталей С60, 45Х1, так и перспективных высокоосколочных сталей 60Г2С, 80Г2С, 110Г2С и др. В последнем случае режимы горячей деформации и термической обработки выбираются в соответствии с термокинетической диаграммой.

Предлагаемый способ изготовления заготовок снарядных корпусов обеспечивает точность размеров внутренней каморы корпуса по 12-13 квалитету.

Высокая точность изготовления заготовок в дальнейшем позволяет за счет операций вытяжки получать снарядные корпуса большого удлинения, соответствующие современным тенденциям развития артиллерийских снарядов. Способ обеспечивает величины коэффициента использования металла (КИМ) более 0,65, коэффициента необрабатываемой поверхности (КНП) - более 0,45, разностенность менее 1 мм.

Предлагаемый способ изготовления заготовок снарядных корпусов может применяться для изготовления широкой номенклатуры заготовок снарядных корпусов артиллерийских снарядов среднего и крупного калибра (осколочно-фугасных, кумулятивных, фугасно-бронебойных, кассетных и т. д. ), артиллерийских снарядов малого калибра, выполненных из низкоуглеродистых сталей на автоматических линиях, ствольных мин и снарядов безоткатных орудий, противопехотных гранат подствольных и автоматических гранатометов, осколочных и осколочно-кумулятивных кассетных боевых элементов артиллерийских снарядов, боевых частей реактивных систем залпового огня (РСЗО), авиационного кассетного оружия и тактических ракет.