身管弹膛和线膛同锻时下沉段皱褶试验研究及其预测

身管弹膛和线膛同锻技术可用径向精锻工艺同时锻出弹膛和线膛,将彻底解决身管弹膛和线膛的同轴度问题,改善坡膛部位的表面粗糙度。为提高身管内膛的加工质量,以身管弹膛和线膛同锻为对象,研究下沉段和锻造段产生的褶皱以及演变情况。通过对身管径向锻打试验和形貌试验分析处理,发现弹膛和线膛同锻时：下沉段将会产生褶皱,并且褶皱随着变形的增加,深度不断加深;当进入锻造段后,部分皱褶被打平,变成了身管微裂纹。应用有限元分析软件Abaqus对身管锻打过程进行仿真,发现锻打过程中下沉段径向应变ε_r和周向应变ε_θ的比值[SX(]ε_r[]ε_θ[SX)]为定值,不同锻打工艺参数下应变比值不同。研究结果表明：身管下沉段单次锻打产生的褶皱深度Δd_w可以用径向应变ε_r和周向应变ε_θ的比值[SX(]ε_r[]ε_θ[SX)]来表示,拟合的关系式为Δd_w=0.058 8[SX(]ε_r[]ε_θ[SX)]+0.052 1;结合锻打所需的锤数可以预测出下沉段结束位置的皱褶深度,皱褶深度的预测有助于防止褶皱在锻造段挤压形成锻造身管的微裂纹。     

身管线膛精锻加工过程的数值分析

身管线膛精锻加工工艺是身管线膛制造的一种新方法,它可以提高生产效率,同时经线膛精锻加工的身管寿命比常规加工的身管寿命高,精度好。因此,身管精锻工艺已广泛应用到欧美的大部分速射武器身管的制造中。我国虽然已将线膛精锻工艺应用到部分口径的身管生产中,但其工艺基础理论分析却非常缺乏。以某身管线膛精锻加工过程为研究对象,用基于拉格朗日方程的大变形刚塑性有限元商用软件DEFORM-2D对身管精锻加工过程中的应力及径向锻压力进行建模和数值分析,用实验验证了模型和方法的正确性,改变精锻加工过程中的加工参数和模具结构参数,找出加工参数和模具结构参数对加工过程的定量影响规律,从而对实际加工过程中工艺参数的优化选取提供参考。     

身管线膛精密径向锻造的锻透性分析

身管内膛加工质量是保证身管武器射击精度的重要因素,为了提高身管内膛加工质量,利用有限元模拟方法研究身管内膛线膛部位的锻透性,并建立线膛锻透成形极限图。以5.8mm口径线膛身管为研究对象,应用有限元软件Abaqus,建立了身管径向锻造三维有限元模型,分析了膛线成形中应力与应变的变化规律。结合内膛锻不透缺陷的表现形式,建立了以径向和周向塑性应变为表征的身管内膛膛线锻透的判断准则,即阳线上各点周向塑性应变变化率为0和径向塑性应变小于0. 根据判断准则,得到以锻造比及毛坯径比为表征的身管锻透极限图,并通过试验验证了锻透极限图的准确性。试验结果表明：模拟的毛坯外径与内径比为3.7时锻透的锻造比极限值为21.18%,在试验的未锻透与锻透的锻造比之间,证明了锻透判断准则和锻透极限图的合理性。     

身管内壁裂纹扩展特性及剩余寿命研究

火炮发射过程中身管内膛环境十分恶劣,经过一定射击发数后内膛往往出现不同程度裂纹,影响身管寿命及发射安全性。采用有限元软件建立了包含膛线及不同位置初始裂纹的身管有限元模型,基于线弹性断裂力学理论研究了膛压、弹带摩擦力、自紧残余应力等载荷作用下身管内壁不同位置初始裂纹的扩展特性,得到了影响身管疲劳裂纹扩展寿命的危险因素为身管内壁阴线纵向裂纹,基于疲劳裂纹扩展理论,以临界断裂韧度为失效判据,获得了无镀层身管在包含不同数量初始裂纹时的剩余寿命。研究对于火炮身管的发射安全性评估、寿命预测及寿命提升研究具有重要的参考价值。     

冷径向锻造身管壁厚方向变形不均匀性研究

为分析冷径向锻造身管壁厚方向变形的不均匀性,通过有限元软件、力学拉伸试验和织构研究了身管壁厚方向的变形场、力学性能和织构组分。研究结果表明:身管成形过程中,外表层和中间层材料存在较大剪切应力,受剪切应力的影响,身管壁厚方向各层材料流动速度不一致,引起身管锻造变形不均匀;受变形不均匀的影响,在身管中间层和外表层材料形成剪切织构({112}〈111〉,{110}〈001〉),导致锻后身管壁厚方向轴向强度性能存在明显差异,表现为外表层和中间层强度较低,内表层强度较高。为对锻后身管壁厚方向变形不均匀性进行控制,通过控制变量法分析了锻造比、尾端压强、轴向进给速度、锤头锻打频率和锤头角度对身管中间层剪切应力分布的影响规律。分析结果表明:选用较高的轴向进给速度和较小的锤头入口角可以降低成形身管壁厚方向的变形不均匀性。     

火炮镀铬身管性能退化规律及机理研究

依据多年积累的30 mm小口径火炮鉴定试验、工厂验收试验和延寿试验测试数据,以其中有代表性的典型身管为例,给出了小口径火炮验收试验方法和检测方案,分析了小口径火炮镀铬身管初速、射弹散布、内膛尺寸和内膛表面等关键身管性能参数的退化规律,揭示了镀铬身管内膛烧蚀磨损机理,为小口径火炮的验收、使用和和健康管理提供了可靠的依据。     

身管烧蚀及缓蚀剂作用机理研究现状

身管烧蚀磨损严重限制了火炮性能的提高和服役年限的延长。为延长身管寿命、发展高威力火炮,需增强火炮身管的抗烧蚀磨损能力。从热冲击、化学侵蚀、机械磨损三方面综述国内外身管烧蚀机理的研究现状,分析认为烧蚀磨损的发生与加剧主要归结于热－化学－机械复合作用。在此基础上梳理缓蚀剂技术抑制身管烧蚀磨损的机理,指出纳米材料在缓蚀剂研制中的意义,无机氧化物和含氮有机材料在发射环境下可对身管内壁形成保护。对缓蚀剂的设计作出展望,为新型缓蚀剂设计提供有益思考。     

激光离散预处理基体镀铬身管延寿的力学机理研究

通过对激光螺旋线状离散预处理基体镀铬身管的靶场实验样品解剖分析和该类涂层／基体结构界面裂纹扩展特点的理论研究,得出激光离散预处理基体镀铬身管延寿的主要力学机理是通过3个方面延缓了铬层的剥落：将均匀基体上随机性的表面主裂纹形貌改变成与激光离散处理、阴阳线结构相对应的菱形主裂纹形貌;增加了由主裂纹围成的铬层“孤岛”尺寸;增加了主裂纹间的界面裂纹扩展距离和减小了界面裂纹驱动力。     

某头螺开舱性能与成形工艺研究

针对某头螺生产率低的主要问题,在保证头螺开舱性能良好的前提下,通过对头螺开舱机理的研究,建立了裂纹扩展方向与材料微观组织参数之间的关系模型,且指导制订了收口法和整体挤压法两套工艺方案,经计算机模拟,初步预测了新工艺成形产品微观组织变化符合开舱裂纹扩展要求,研制得到合格的头螺产品,并且其开舱性能测试合格。综合实验结果,应优先选用收口法成形头螺,比原工艺节约材料约4.8kg。     

超高强度钢薄壁深盲孔弹体的精密成形技术

通过变形工序的合理安排以及变形程度的合理分配,设计合理的原始坯料形状,采用适宜的冷、温锻模具结构,获得了一种能够用于大批量工业生产的超高强度钢制薄壁深盲孔弹体的精密成形工艺,从而解决了其制造过程中的关键技术,为宇航、兵器等行业普遍采用的这类零件的生产提供了一种实用、高效、经济、可靠的精密成形工艺。     

汽车半轴锥齿轮的精密成形技术和机加工专用夹具研究

提出了采用普通锻压设备进行坯料准备、高精度冷摆辗机成形半轴锥齿轮精锻件的成形新工艺,研究了成形工步的坯料形状、成形工艺参数、模具结构以及精锻件后续加工的工装夹具结构等一系列技术问题。达到了齿形精度高、齿部强度高、啮合质量好、齿轮模具的使用寿命高、材料利用率高、生产成本降低及可以进行大批量工业生产的目的。     

1060铝板超声振动单点增量成形极限研究

板材成形性和成形质量方面的不足是制约单点增量成形技术工业化应用的主要原因。将超声振动引入单点增量成形过程中,通过改变材料的变形机理来提高板料的成形极限。以超声振动单点增量成形的1060铝板圆锥台件作为对象,分析了振幅和频率对材料本构关系的影响规律;使用圆锥台件的侧壁成形角作为衡量标准,通过数值模拟和实验研究超声振动参数对于成形性的影响规律。结果表明：施加超声振动能够显著改变1060铝板的成形性,提高其成形极限;功率120 W、 频率25 kHz的超声振动参数可以使得1060铝板圆锥台件的成形极限达到最大,并能改善零件成形质量。     

基于Dynaform的梁类件成形分析及回弹研究

利用板料成形有限元数值模拟仿真软件Dynaform对某款车前悬架安装梁中段进行成形设计与分析,对拉深冲压后卸载与切边过程中产生的回弹进行了模拟测量,通过运用CMM测量法对实际生产的样件进行回弹测量,并对两者的测量结果进行对比分析,验证了模拟过程在实际生产中的合理性与可行性。     

模具内流道结构对硝基胍发射药成型过程的影响

为研究发射药模具内流道结构对硝基胍发射药成型过程的影响,建立了11/7硝基胍发射药模具内流道模型,对以收缩角为30°,45°,60°,成型段长度为25,30,45 mm不同组合的9种方案进行了数值仿真,分析挤压过程中收缩角和成型段长度对剪切速率、压力、速度分布的影响。结果表明,收缩角对不同收缩段和成型段交界面以及近出口等截面的影响相似,都表现出靠近中心模针以及壁面附近处发射药药料剪切速率高于周围部分,截面压力分布均匀,药料流动速度分布呈现中间大两边小的特点;成型段长度对药料流动过程中剪切速率分布影响较大,成型段长度越小,剪切速率越容易发生突变,可能导致非稳态流动;同时确定较优的内流道参数方案为收缩角45°,成型段长度30 mm。     

一种双模式战斗部成形过程及破片发散角影响因素分析

为实现弹药的一弹多用,设计了一种在爆炸成形弹丸结构前适当位置安装一个可抛掷的十字形切割网罩的可选择作用/双模式战斗部装药结构。采用LS-DYNA3D程序,对药型罩经过切割网罩形成多个破片的过程及影响因素进行了数值仿真研究,仿真结果与试验结果吻合得较好。研究表明:该装药结构能形成5片具有一定质量和方向性、速度达到1 500~1 800 m/s的破片;破片的形成和发散角α与切割金属丝的直径D、材料密度,ρ以及它与药型罩之间的距离d有关。一般而言,α随着D的增大而增大,ρ越大越有利于切割但对α影响不大,而d则需在一定的范围之内才能形成理想的破片,并存在一个最佳值。     

成型工艺对2,4-二硝基苯甲醚基熔铸炸药装药质量的影响

为了提高2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）基熔铸炸药的装药质量,采用压力浇铸与真空浇铸成型工艺,研究其对DNAN基熔铸炸药温度场、缩孔疏松、相对密度及抗拉强度的影响规律。结果表明：压力浇铸使DNAN基熔铸炸药凝固时间缩短,药柱内部缩孔疏松及气孔减少;当成型压力达到0.8 MPa时,DNAN/奥克托今（HMX）炸药相对密度和抗拉强度分别提高了6.4%、9.9%,药柱无裂纹;DNAN/黑索今（RDX）炸药的相对密度提高了2.7%,但抗拉强度降低了40.8%,同时药柱存在裂纹。真空浇铸对DNAN基熔铸炸药凝固过程温度场无影响,使药柱内部缩孔疏松及气孔减少;当真空度达到0.08 MPa时,DNAN/RDX炸药的相对密度及抗拉强度分别提高了2.0%、14.3%,药柱无裂纹。因此,为了获得高质量的熔铸炸药,DNAN/HMX炸药可采用压力浇铸;DNAN/RDX炸药可采用真空浇铸。