Проектирование технологии изготовления ствола

- 13 -- 13 -

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Условия эксплуатации и исходные данные

2. Задание

3. Выбор материала детали

4. Выбор метода получения заготовки

5. Расчёт сечений нарезов

6. Выбор метода формообразования нарезов

7. Проектирование инструмента и технологической наладки на операцию

8. Проектирование заготовки

Заключение

Список литературы

Введение

Ствол является основной деталью автоматического оружия. Он служит каморой для превращения потенциальной энергии какого-либо вещества (твёрдого, жидкого, газообразного) или физического эффекта (лазерного, электромагнитного и др.) в кинетическую энергию движения пули (снаряда). Ствол выполняет важнейшие функции в системе средств доставки, являясь двигателем и трансмиссией, обеспечивая строго ориентированное в пространстве положение вектора начальной скорости снаряда и, в большинстве видов современного оружия, придавая снаряду вращательное движение, обеспечивающее ему гироскопическую устойчивость в полёте.

Поскольку ствол в процессе эксплуатации испытывает сложные высокоскоростные термо-силовые нагрузки, то к нему предъявляются определённые требования по надёжности, в частности - безотказности и долговечности (живучести). Безотказность обеспечивается прочностью стенок ствола, способностью его выдерживать давление до 450 МПа и более. Долговечность ствола обеспечивается износостойкостью и жаропрочностью канала ствола.

Ведущие части снаряда, врезаясь в нарезы, получают существенные пластические деформации и оказывают дополнительное давление на стенку канала ствола. Износ канала ствола вызывается трением о его поверхность ведущих поверхностей снаряда и пояска, движущихся с большим трением и высокой скоростью (до 1500 м/с и более). Двигаясь вслед за снарядом, а также прорываясь частично в зазоры между стенками ствола и снаряда, газы производят интенсивное тепловое, химическое и эрозионное воздействие на канал ствола, вызывая его изнашивание.

Прочность, безотказность, долговечность и другие требования, предъявляемые к стволам, обеспечиваются грамотным расчётом конструктора. Но на практике не достаточно одного конструкторского расчёта. Это объясняется тем, что все заложенные конструктором параметра реализуются в процессе изготовления ствола. Поэтому не мене важную роль играет технология изготовления ствола.

В данной курсовой работе рассматривается порядок проектирования технологии изготовления ствола. При этом учитываются условия эксплуатации ствола, тип производства, геометрические характеристики канала ствола. Далее подробно рассматривается каждый из этапов проектирования.

ствол сталь винтовой прокатка

1. Условия эксплуатации и исходные данные

Условия эксплуатации:

Скорострельность 1000 выст./мин;

Число выстрелов в очереди 50;

Максимальное давление:Pmax = 400 МПа;

Начальная скорость Vo = 1000 м/с;

Температура пороховых газов Т = 3000° С;

Температура эксплуатации Т = ± 100° С.

Тип производства - массовый.

Исходные данные:

Калибр: dn = 5 мм;

Число нарезов:6;

Форма нарезов: треугольная;

Основные размеры детали: dн = 1,1dn; dн = 5,5мм; d = 2dn; d = =10мм; l = 50dn; l = 250мм;

Шаг нарезов: h = 25dn; h = 125мм.

Направление нарезов: правое.

Технические требования: точность поверхности отверстия соответствует 8 - му квалитету по СТ СЭВ 145 - 75, шероховатость поверхности Rа = 0,16 мкм по ГОСТ 2789 - 73.

2. Задание

Обосновать выбор материала детали.

Назначить метод получения заготовки.

Составить маршрутный ТП изготовления детали.

Исходя из анализа формы нарезов, условий работы детали и технологии её производства предложить размеры нарезов и рациональную технологию их изготовления.

Спроектировать технологическую наладку на способ изготовления нарезов.

Спроектировать инструмент для формообразования нарезов.

Оформить записку с приложением чертежей формата А4: деталь, заготовка, инструмент, технологическая наладка.

3. Выбор материала детали

Основные требования, предъявляемые к стволам и материалам ,из которых они изготавливаются.

Значительная величина давления пороховых газов, действия которых носят цилиндрический характер.

Нагревание в процессе стрельбы стенок ствола до высокой температуры.

Эрозионное и коррозионное действие пороховых газов на материал ствола.

Механическое истирание канала ствола пулей или снарядом.

С точки зрения технологичности к материалу стволов также предъявляются серьёзные требования : наиболее важные из них - трудоёмкость, стоимость и качество процесса обработки и материала заготовки ствола.

Исходя из этих положений можно сказать , что любая сталь , выбранная в качестве исходного материала для изготовления ствола должна обладать высокой прочностью, износостойкостью, жаропрочностью и жаростойкостью.

Во многом все эти качества материала зависят от правильной термообработки и выбора легирующего состава стали.

Характеристика детали и условия её работы.

Ствол является основной деталью автоматического оружия. Он служит каморой для превращения потенциальной энергии, какого-либо вещества в кинетическую энергию пули. Ствол выполняет внешние функции в системе средств доставки, являясь двигателем и трансмиссией, обеспечивая строго ориентированное в пространстве положение вектора начальной скорости снаряда и, в большинстве видов современного оружия, придавая снаряду вращательное движение, обеспечивая ему гироскопическую устойчивость в полёте. Ствол в процессе эксплуатации испытывает сплошные высокоскоростные термо-силовые нагрузки, следовательно, к нему предъявляют определённые требования по надёжности, в частности- безотказности, долговечности (живучести). Безотказность обеспечивается прочностью стенок ствола, способностью его выдерживать до 450 МПа и более. Долговечность обеспечивается износостойкостью и жаропрочностью канала ствола.

Ствол автоматического оружия является нетехнологичным, так как при их производстве требуется применение специальных методов обработки, оборудования и технологического оснащения.

Шероховатости внутренних поверхностей Ra=0,16…0,63мкм, наружных посадочных Rа=0,32…40 мкм по ГОСТ 2789-73.

Для предохранения деталей оружия от коррозии производят специальные покрытия поверхностей деталей. Наружные поверхности стволов и многих других деталей, не подвергаемые в процессе работы истиранию, фосфатируют или кадмируют. Каналы ствола автоматического оружия подвергают хромированию. Хромирование может быть тонким (толщина слоя менее 50 мкм) и толстым (толщина слоя более 50 мкм).

Материалы, применяемые для изготовления стволов.

В настоящее время для изготовления стволов применяют различные виды сталей. К наиболее распространённым относятся: 50РА, 30ХН2МФА, ОХН3МФА, ЭП131(Х18К60В14Н11), ЭП720(Х26К30Н28М2В14). Как видно из марок этих сталей большинство из них в качестве легирующих элементов содержат хром, никель, молибден, вольфрам.

Эти легирующие элементы в зависимости от своего качества придают материалу требуемые химико-физические характеристики, а так же преемственность того или иного вида обработки.

Исходя из поставленной задачи, проанализируем каждый тип приведённых сталей по отношению и применяемости для изготовления ствола заданных параметров.

Сталь 50РА

Эта сталь является сравнительно дешёвым материалом, и она хорошо изучена, в плане производства. Данная сталь после термообработки, отжига и нормализации имеет сравнительно невысокие прочностные характеристики, к тому же обладает недостаточной прокаливаемостью. В связи с этим сталь применяется для изготовления стволов, не требующих высоких характеристик в силу низких баллистических параметров.

50РА - сталь перлитного класса. Её применяют для стволов калибром до10 мм с низкой скорострельностью (темпом стрельбы) до1000 выстрелов в минуту. Это углеродистая сталь с небольшими добавками бора для увеличения прокаливаемости.

Сталь 30ХН2МФА и ОХН3МФА.

Они практически одинаковые по физическим свойствам и обладают высокой прочностью и стойкостью. Но необходимо отметить, что при напряжённом режиме стрельбы(скорострельность 2000 выс. /мин) ствол разогревается до такой температуры что эти марки сталей имеют прочность всего 30.

Это происходит при температуре 700-9000С, т.е. эта сталь включающая такие дорогостоящие легирующие элементы как молибден и ванадий, ведёт себя как сталь 50РА. Поэтому необходимо чтоб рабочий слой обладал высокой теплостойкостью и температуропроводностью.

Сталь 30ХН2МФА используют для стволов калибром до 23 мм со средней скорострельностью (до 1500 выстрелов в минуту).

Сталь ОХН3МФА применяется для стволов калибром 30 мм и более с высокой скорострельностью (свыше 1500 выстрелов в минуту).

Эти стали относятся к сталям полумартенситного и мартенситного классам.

Структура сталей после закалки и высокого отпуска - сорбит или высокоотпущенный мартенсит.

Исходя из условий эксплуатации и исходных данных (скорострельность 1000 выст./мин и dn = 10мм) нет необходимости использования сталей 30ХН2МФА и ОХН3МФА. Поэтому выбираем сталь 50РА как более дешёвую, технологичную и удовлетворяющую условиям работы ствола. Механические свойства стали 50РА (после закалки и высокого отпуска).

Марка стали	Механические характеристики
	увр	у0,2	упц	д	ц	KCV	KCT	дc	HRCэ
	МПа	%	МДж/м*м	мм	ед.
50РА	940	820	710	14.2	44.9	1.6	0.81	0,123	24

Марка матер.	Химический элемент
	C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Co	Mo	W	Fe	Ti	Ce	V	B	Cu
				не более
50РА	0,5	0,37	0, 76	0,023	0,016	0,27	0.11	-	-	-	ост.	-	-	-	0,002	0,02

Химический состав стали 50РА.

4. Выбор метода получения заготовки

При выборе заготовки следует исходить из требования технологичности, т.е. в качестве исходной следует выбирать заготовку, которая обеспечивает минимальную трудоёмкость, себестоимость при её обработке и максимальный КИМ.

Существуют следующие методы получения заготовок:

Высадка на горизонтально-ковочных машинах

Поперечно винтовой прокаткой

Центробежное литьё

Прошивка трубных заготовок и проката

Высадка на горизонтально-ковочных машинах

Относят к особому виду штамповки. Они могут быть соединены со сквозной прошивкой. ГКМ отличается высокой производительностью и даёт возможность получать разнообразные формы. Высадка может происходить в холодном, полугорячем и горячем состоянии. Коэффициент использования материала КИМ=0,5%. В зависимости от состояния, в котором обрабатывается заготовка.

Поперечно-винтовая прокатка.

Прокатывание осуществляется из блюмов. Прокатывание может сочетаться с прошивкой. Для нарезки заготовок из проката применяют лазерную или плазменную резку для увеличения КИМ=0,35%.

Прошивка трубных заготовок и проката

Она осуществляется на прошивных станах. Здесь, как и при поперечно-винтовой прокатке происходит разрушение сердцевины проката из-за растягивающих напряжений, создаваемых сжимающими силами. Материал в центре течёт и облегчает тем самым процесс прошивки. Диаметр обрабатываемого прошивкой отверстия ограничен прочностью прошивки. Для облегчения процесса требуется нагрев в индукционных печах КИМ=0,5 , min=Ш16мм.

Центробежное литьё

Применяется для крупных заготовок диаметром внутреннего отверстия больше 30 мм. Возможно горизонтальное и вертикальное литьё. При вертикальном литье качество выше. Центробежное литьё дорогой процесс из-за сложного оборудования.

Независимо от метода получения заготовки к ней предъявляются следующие требования:

1. прямолинейность

2. концентричность

3. однородность и качество структуры по длине и сечению.

Так как по заданию нужно получить диаметр 10мм., то рациональнее взять пруток, который получают поперечно винтовой прокаткой. А затем данную заготовку подвергнуть механической обработке (вибросверлению). Этот способ наиболее оптимален для нашего случая (внутренний диаметр 10 мм.), так как в стружку уйдут не большое количество материала.

5. Расчёт сечений нарезов

Dn =10мм

Dн=11мм

n =6

P - шаг

А - ширина дна нарезов

Dn - калибр или поля нарезов

Dh - диаметр по нарезам

n- число нарезов

Расчет

In=(Dh-Dn)/2=1/2=0.5 - глубина нареза

A=2*Dn/n =2*10/6=3.33мм

6. Выбор метода формообразования нарезов

Нарезы в канале ствола могут быть получены следующими способами:

путём снятия стружки (строгание нарезов шпалерами, образование нарезов нарезательными головками, строгание нарезов режущей протяжкой);

дорнованием;

электрохимической обработкой;

радиальным обжатием.

Для данного случая формообразования нарезов наиболее подходящим методом является дорнование, т.к. эта операция позволяет получить точность обрабатываемых поверхностей порядка 6-9 квалитетов и шероховатость поверхностей Ra=0,32ч0,04мкм (необходимо 8-ой квалитет и шероховатость Ra=0,16мкм); широко применяется в массовом производстве; позволяет получить профиль нарезов за один проход. Использование радиального обжатия нерационально, т.к. этот способ используется для образования нарезов в канале ствола совместно с патронником, а по условию патронник отсутствует. Строгание нарезов шпалерами и протяжками также не желательно, т.к. приводит к потере части металла вместе со стружкой.

Образование нарезов методом дорнования основано на сообщении металлу ствола пластических (остаточных) деформаций при движении по каналу инструмента-пуансона (дорна), имеющего головку с впадинами и выступами соответственно для формирования полей и нарезов в канале ствола.

В зависимости от характера напряжений, испытываемых стеблем инструмента, различают две схемы дорнования: “на растяжение” (протягивание дорна) и “на сжатие” (проталкивание дорна).

При дорновании “на растяжение” стебель испытывает деформацию растяжения и кручения. Эта схема была применена первой при исследовании процесса выдавливания нарезов. В настоящее время для формообразования полного профиля нарезов она не применяется, т.к. не обеспечивается прочность стебля дорна. Схема “на растяжение” применяется только при калибровании полей и нарезов, если они получены путём снятия стружки или электрохимической обработкой. Для этого используются станки типа №%* ИП.

При дорновании “на сжатие” стебель дорна испытывает деформацию сжатия и продольного изгиба. По этой схеме для обеспечения устойчивости и прочности стебля диаметр его должен превышать диаметр канала ствола под дорнование нарезов. Однако диаметр стебля конструктивно принимают немного меньше диаметра канала ствола по полям после дорнования. Повышение жёсткости стебля при данной схеме обеспечивается установкой определённого количества направляющих колец - люнетов. По мере вхождения стебля в канал ствола последний выполняет роль непрерывного люнета. Схема дорнования “на сжатие” является основной при формообразовании полного профиля нарезов и полей за один проход дорна.

Явления, сопровождающие процесс дорнования, аналогичны автофретированию.

При проталкивании дорна через канал ствола последний получает упругую и пластическую деформацию, величина которой вследствие её затухающего характера будет наибольшей у внутренних слоёв ствола и наименьшей у наружных. После прохода дорна остаётся только пластическая деформация, которая определяет размеры канала ствола после дорнования.

7. Проектирование инструмента и технологической наладки на операцию

Расчет дорна

Диаметр однозубого дорна:

dД=d+2umax

где d - в данном случае диаметр по полям нарезов;

2umax - обратная упругая усадка отверстия после его обработки.

Эта величина определяется следующим образом:

,

где уS - сопротивление пластической деформации, уs =740; Е - модуль упругости, Е=2,3?104 МПа; м - коэффициент Пуассона, м=0,26; в=1,1; m=1,96.

Величина t:

, .

Степень деформации определится как:

%, %=0,36%.

Тогда уS= -245+784C+353е0,23, уS= -245+784?0,5+353?0,360,23=426 МПа.

Определим обратную упругую усадку:

Таким образом, dДn=10+0,27=10.27мм.

Определим диаметр дорна по нарезам:

е=(iр/dр)?100%, е=(0,509/5,109)?100%=10%,

уS= -245+784?0,5+353?100,23=746 МПа,

Таким образом, dДh=11+0,3=11.3мм.

Угол наклона выступа дорна:

бв=arctg(рd/h),

где h - шаг нарезов; d - калибр;

бв=arctg(3,14?5/125)=7°.

Угол при вершине выступа дорна составит в этом случае 63°.

Угол заборного конуса обычно находится в пределах 3-8°, угол заднего конуса примерно равен углу заборного конуса, примем б=б1=3°.Длина калибрующей части равна (0,05-0,1)d, т.е. в пределах от 0,25 до 0,5мм, примем 0,5мм. Общая длина дорна составляет (3-5)d, т.е. в пределах от 15 до 25мм, примем 20мм. Длина направляющей части (0,5-2)d, т.е. в пределах от 2,5 до 10мм, примем 8мм.

Дорн изготовить из твёрдого сплава ВК20М, точность изготовления рабочих поверхностей 7 квалитет, шероховатость Rа=0,08мкм.

Дорнование ведётся по схеме сжатия на специальном горизонтальном одношпиндельном станке с полуавтоматическим циклом работы (163СП). Заготовка трубы устанавливается в специальной опоре с раздвижными кулачками с базированием по наружной цилиндрической поверхности.

8. Проектирование заготовки

Предварительный расчёт размеров исходной заготовки.

Относительная толщина стенки:

m=D/d,

где D и d - размеры детали после дорнования, тогда

m=10,27/10=1,03.

Определим допустимый натяг по формуле:

 ,

где XD- допустимое относительное увеличение наружного диаметра трубы при испытании на раздачу коническим пуансоном, XD=0,055ч0,06;

Примем i=0,5мм, т.е. значение натяга будет равно диаметру канала ствола по нарезам.

Рассчитаем требуемую толщину стенки и диаметра заготовки:

,

;

,

d=10,27-0,5=9,8мм и D=9,8+2?3,3=16,4мм.

Примем D=16,4мм

Определим начальные размеры заготовки

F=р/4(D2 - d2 ),

где D- наружный диаметр

d- внутренний диаметр

F=р/4(202-102)=235.62 мм2

Ln y/235.62=-0.4/x=1.49-1*235.62=158.13мм2

Тогда р/4(D2-d2)=158.13мм2

D2-d2=201.34мм2

3d2=201.34 отсюда d=8.2мм

D2-8.22=20.34 => D=20.34+8.22 D=2*8.2=16.4

Длина деформируемой части заготовки

L0=500мм

Длина передней технологической части

L1=15мм

Длина задней технологической части

L2=L1=15мм

Общая длина заготовки

L=L0+L1+L2=530мм

Заключение

В ходе курсовой работы была изучена методика проектирования технологии производства стволов стрелкового оружия. При выполнении работы я ознакомился:

1) с основными марками сталей, применяемых для производства стволов;

2) с основными методами получении глубоких отверстий и методами отделки поверхности этих отверстий;

3) с применяемыми методами получения нарезов;

4) с методами контроля стволов;

5) с термической обработкой стволов и нанесением защитных покрытий на поверхности ствола.

На основе выданного задания были выбраны материал заготовки, вид заготовки, способ образования нарезов в канале ствола. Кроме этого был проведён расчёт параметров заготовки и спроектирован инструмент для данного вида обработки нарезов. Результатом работы явился маршрутный ТП изготовления ствола.

Список литературы

1. Крекнин Л.Т. Производство автоматического оружия. Т.1 - Ижевск: Ижевская республиканская типография, 2002.

2. Орлов Б.В., Ларман Э.К., Маликов В.Г. Устройство и проектирование стволов артиллерийских орудий. - М.: Машиностроение, 1976.

3. Проскуряков Ю.Г. и др. Объёмное дорнование отверстий. - М.: Машиностроение, 1984.

4. Справочник технолога - машиностроителя. Т.1/ Под ред. Косиловой А.Г. и Мещерякова Р.К. - М.: Машиностроение, 1972.

Размещено на Allbest.ru

...