大口径薄壁弹体热冷复合成形工艺的制作方法

1.本发明涉及弹体成形技术领域，特别是涉及一种大口径薄壁弹体热冷复合成形工艺。


背景技术：

2.炮弹是战争中必需品，拥有极高军事地位，能否维持高质量炮弹的连续生产从而保证充足的弹药供应关系到国防实力的综合水平。目前，国内弹体生产以热挤压工艺为主，且锻件精度低，以人工操作为主，生产成本高，效率低。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种大口径弹体热冷复合成形工艺。
4.为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种大口径薄壁弹体热冷复合成形工艺， 采用先挤压后拉伸的方法进行成形，由以下步骤处理后形成：坯料用中频炉加热到1150-1180度，经过除磷机去除氧化皮；将热坯料放入成形镦粗模具内，锻出规整的成形镦粗件；将成形镦粗件放入第一次挤压模具中，进行第一次正反挤压，工件热态金属先向下正向流动，然后向上反向流动，形成壁厚较厚，筒壁高度较短的挤压件；第二次正反挤压，将一次正反挤压后的工件放入第二次挤压模具中，进行第二次正反挤压，工件热态金属先向下正向流动，将模具底部充满后，向上流动，形成等壁厚，筒壁高度更高的挤压件，此时工件底部的锥形段成形完成；利用挤压完成后的余热进行减薄拉伸，在挤压件筒部内径不变的情况下，使外径减薄一半，缩径拉伸模具做好润滑处理；根据弹体材料确定退火工艺进行退火，并对工件润滑处理；冷缩径拉伸，使挤压件筒部内径不变的情况下，外径缩小并伸长；工件端口向下的一段筒壁采用区间分段加热，加热温度从开口向下800-300度均匀下降，然后用收口模具收口。
5.本发明的大口径弹体热冷复合成形工艺，即解决了热挤压产品材料利用率低、模具寿命低的问题，又提高了产品精度和表面质量。
附图说明
6.图1是本发明的大口径弹体的形状尺寸示意图。
7.图2为本发明的大口径弹体热冷复合成形工艺的流程图。
8.图3为本发明的大口径弹体热冷复合成形工艺的各工艺段的工件的变换成型过程示意图（不含退火工艺）。
9.图4-图10分别为图3中各个工艺过程中的工件的放大图。
10.图11为本发明的第一次正反挤压模具的工作示意图。
11.图12为本发明的第二次正反挤压模具的工作示意图。
12.图13为本发明的冷（热）缩径拉伸模具工作示意图。
具体实施方式
13.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
14.本发明采用模拟分析与实验试验相结合的方式，对弹体热挤压工艺现存的困难进行深入分析，包括深孔工件的精度、模具寿命、挤压温度散失、高温润滑、焊接模具应用等方面，将热工件的精度提高到2mm左右及模具寿命提高2倍以上。通过增加冷缩径拉伸工步，研究相关因素，制定最优工艺，生产出少无切削加工的大口径薄壁弹体产品。
15.图1为大口径240弹体，壁厚薄，长度较长，中间一段圆柱筒部，圆柱筒部两端为弧形过度后形成缩径的开口部以及封闭的底端，最大内径224mm，最大外径240mm,封闭端直径82mm,开口端直径152mm,总长度为1082mm,封闭端底面到内管底的厚度为108mm，封闭端到中间的圆柱筒部的底部距离566mm,开口端到中间的圆柱筒体的上部的距离的252mm。
16.按此图产品的尺寸在热挤压过程中会出现散热快，易变形等问题。如果只采用热挤压工艺会出现筒壁变形、脱模困难、表面拉伤等现象。
17.常规解决办法是增加壁厚，以外径φ240mm的产品，壁厚增加到25mm以上才能缓解上述问题。这种解决方式将原材料消耗量增加了3倍以上，最终材料利用率低于30%。
18.本发明实施例的弹体热冷复合成形工艺，采用先挤压后拉伸的方法，制出壁厚较薄、表面质量高、加工量小的弹体锻件，可提高产品精度，材料利用率可达到85%。
19.如图1-图2所示，本发明实施例的弹体热冷复合成形工艺，首先，坯料中频加热到1150-1180度，经过除磷机去除氧化皮后，采用以下工艺步骤成型：第一工步，成形镦粗，将热坯料（高205mm,直径为203mm，如图4所示）放入成形镦粗模具内，锻出规整的成形镦粗件，高218mm，底部直径为181mm，主视下呈上宽下窄的梯形状，如图5所示。
20.第二工步，第一次正反挤压，将成形镦粗件放入第一次挤压模具中，进行第一次正反挤压，工件热态金属材料会先向下流动一部分，然后向上反流动一部分，形成壁厚较厚，筒壁高度较短的挤压件，挤压后，工件内部形成腔体，如图6所示，开口外径264mm,最大壁厚20mm,高度600mm以上。
21.第三工步，第二次正反挤压，将一次正反挤压后的工件放入第二次挤压模具中，进行第二次正反挤压，此模具的冲头的直径小于第一次正板挤压模具的冲头的直径，工件的热态金属材料首先向下流动，将模具底部充满后，再向上流动，形成等壁厚，筒壁高度更高的挤压件，此时工件底部的锥形段成形完成，挤压后，管件的长度大于781mm，最大壁厚不变，开口外径不变，长度增加，内部管腔变长，封闭端的直径变小，根据各工步的衔接情况，个别尺寸会有0.5-1mm的尺寸差，如图7所示。
22.第四工步，余热缩径拉伸：利用挤压完成后的余热缩径拉伸，挤压件筒部内径不变的情况下，外径减薄10mm，变为10mm,开口外径变为244mm，长度增加，成1000mm以上，封闭端
直径缩小为82mm, 封闭端到中间的圆柱筒部的底部距离566mm，此部分成型，如图8所示，内部形成上大直径、下小直径的截面梯形的锥形的腔体部，实心厚度108mm。
23.两次正反挤压步骤后，锻件各部分温度差距很大，约在500-1000度之间，工件弧度和底部温度最低，约500-700度左右，可以直接利用该余热进行缩径拉伸处理。
24.其中，壁厚减薄次数和减薄量根据产品具体情况确定，本实施例通过2道次减薄模具1次拉伸完成。
25.第五工步，退火：根据弹体材料确定退火工艺进行退火，并对锻件进行润滑处理。
26.第六工步，冷缩径拉伸：使工件的挤压件筒部内径不变，外径缩小1mm并伸长，变为9mm，开口外径缩小为240mm,总体长度变长为大于1130mm, 闭端底面到内管底的厚度为108mm，该段到开口的长度为566mm的一段圆柱筒部，如图9所示。
27.第七工步，工件的端口采用区间分段加热，长度约250mm，加热温度从开口向下由800-300度均匀下降，具体的，采用中频分区加热法，800度-300度，中频线圈的线圈密度逐渐减小，且工件旋转加热，然后用收口模具对上部的圆柱筒部进行收口,收口后开口端直径为152mm,总长度为1082mm，中间的圆柱筒体的外径为240mm,且壁厚为9mm，开口端到圆柱筒体的距离成型为252mm，如图10所示。
28.其中，所有的热锻模具预热至300度左右，内部表面喷涂润滑剂。
29.本发明的挤压模具，可以是如图11、12所示，第一次正反挤压，如图11所示，冲头2将位于开合卸料装置1（可从两侧打开，卸料时从两侧闭合）下方的下模3的模腔中的工件4向下挤压，卸料时，用模具底部的顶杆5将挤压后的工件顶出，第二次正反挤压如图12所示。
30.本发明的冷缩径拉伸以及热缩径拉伸，可以采用缩径模具实现，所述缩径模具的工作原理，如图13所示，冲头3将工件4向下推送，工件4的外径从缩径模圈7内通过，逐渐缩小，入模角30度。工件4被完全推过缩径模圈1后，冲头3向上抬起，卸料板6闭合，使缩径后的工件脱离冲头。
31.其中，缩径模圈的数量以及单次缩径量可以根据缩径尺寸的大小和工件的温度设置一个或多个，即一次多层缩径或多次缩径工艺。
32.其中，多层缩径工艺的模具只需在最上层设置一套卸料板。
33.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
34.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。