CN107457540B - 薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法，装药体壳体的薄壁蒙皮角度控制‑装药体壳体的前框端面控制‑装药体壳体调质‑装药体壳体大头端直径和小头端直径差控制‑装药体壳体调质后机械加工‑装药体壳体容积测量。通过采用大厚度轧制钢板卷焊成大厚度锥筒，旋压成锥度控制精确、壁厚控制精确的薄壁锥筒蒙皮，并精确控制焊接、热处理变形量，增加容积补偿结构，采用水容积测定方法准确测量装药体壳体型腔容积；一方面解决了蒙皮角度离散性偏大带来的装药体壳体容积超差问题，另一方面解决了装药体壳体质量超差问题。

Description

薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法

技术领域

本发明涉及装药体壳体加工技术领域，具体地指一种薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法。

背景技术

装药体壳体是整体爆破弹头战斗部主装药的结构件，其型腔容积直接影响战斗部的装药量，从而影响战斗部的爆炸威力等战术指标，其壁厚影响弹头的质量和质心。因此，如何精确控制装药体壳体的型腔容积和壁厚，成为急需解决的工艺难题。

装药体壳体由前框、蒙皮、后框、固定块分件加工后组焊、调质、机械加工而成。其中，蒙皮为锥形筒体，是构成装药体壳体的重要件，其传统的加工方法为：与蒙皮等厚度轧制钢板钳工放样划扇形线→铣加工扇形和焊接坡口→成形锥筒→锥筒纵缝焊接→退火→焊缝X射线探伤→锥筒校形→加工锥筒两端面及焊接坡口。采用该方法加工的装药体壳体存在以下问题：1)轧制钢板卷焊的锥筒蒙皮锥角偏差大、离散度大，导致蒙皮、前框、后框组焊后，装药体壳体型腔容积偏差大；2)由于轧制钢板厚度偏差大(大于±0.2mm)，导致装药体壳体装药后的质量和质心超差。

发明内容

本发明的目的就是要针对上述技术问题，提供了一种能将容积控制在设计指标范围内的薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法。

为实现上述目的，本发明所设计的薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法，包括如下步骤：

1)装药体壳体的薄壁蒙皮角度控制

轧制钢板锥筒扇形零件锥角比标准薄壁蒙皮工件锥角小8～12°；锥度旋压芯模的锥角与轧制钢板锥筒的锥度相同，同时，锥度旋压芯模的锥角比标准薄壁蒙皮工件的锥角小8～12°；

2)装药体壳体的前框端面控制

在前框对接焊端增加容积补偿圆柱段，补偿圆柱段长度为Δt，直径与薄壁蒙皮小端直径相同；

3)装药体壳体调质

装药体壳体调质采用涂料保护机械油淬火；

4)装药体壳体大头端直径和小头端直径差控制，针对调质后大头端直径和小头端直径差超差的装药体壳体采用回火校形，具体过程如下：

首先在回火定形前在装药体壳体内装配校形撑具，在薄壁蒙皮段取均匀分布的四个截面分别安装外撑圈通过调节螺栓将外撑圈调整至与装药体壳体外型面贴合，四个截面的外撑圈从大头端到小头端依次安装到位；

然后进行涂料保护回火定形，回火制度为450～500℃温度下回火1.5～2h，回火校形后拆卸装药体壳体内校形撑具，再进行装药体壳体大头端直径和装药体壳体小头端直径差检测，若不满足要求时进行二次热校形，二次回火热校形温度比第一次回火温度低30℃；

5)装药体壳体调质后机械加工

装药体壳体机械加工前用百分表找正薄壁蒙皮大小段外圆均匀分布的四点，每对称两点误差不大于0.3mm，同时，监控前框、后框外圆有加工余量；

6)装药体壳体容积测量

装药体壳体采用水容积测量法测量型腔容积。

进一步地，所述步骤1)中，薄壁蒙皮角度控制的具体过程如下：

1a)轧制钢板锥筒扇形下料

按照体积不变原理设计轧制钢板锥筒扇形零件外形尺寸，轧制钢板锥筒扇形零件锥角比标准薄壁蒙皮工件锥角小8～12°；

1b)轧制钢板锥筒辊压成形

采用数控三轴辊板机辊压轧制钢板锥筒扇形零件成形轧制钢板锥筒，控制轧制钢板锥筒的锥角误差不大于2°；

1c)轧制钢板锥筒纵缝焊接

采用等离子焊机不开坡口焊接，控制纵缝焊缝收缩量不大于0.8mm；

1d)轧制钢板锥筒纵缝X射线探伤

1e)轧制钢板锥筒退火

轧制钢板锥筒进行涂料保护在700～740℃下球化退火34～38h；

1f)轧制钢板锥筒旋压成薄壁蒙皮

采样三旋轮推动轧制钢板锥筒，使三旋轮同步一道次旋压轧制钢板锥筒成形为薄壁蒙皮，；

1g)薄壁蒙皮真空去应力退火

薄壁蒙皮采用真空在600～660℃下去应力退火2～3h，随炉冷却至150～160℃后出炉空冷。

进一步地，所述步骤2)中，装药体壳体的前框端面控制具体过程如下：

2a)加工薄壁蒙皮两端对接焊端面

加工薄壁蒙皮两端对接焊端面，控制薄壁蒙皮大端直径、小端直径和长度尺寸均与设计值相同，且误差不大于±0.15mm，大端直径和小端直径采用π尺测量；

2b)前框、薄壁蒙皮、后框、固定块组焊成装药体壳体

前框、薄壁蒙皮、后框、固定块采用等离子焊接成装药体壳体，保证焊缝收缩量偏差小于±0.2mm；

2)前框、薄壁蒙皮、后框、固定块组焊成装药体壳体，通过工艺试验综合考虑焊缝收缩量、调质尺寸变化量、水容积测量统计值，在前框对接焊端增加容积补偿圆柱段，补偿圆柱段长度为Δt，直径与薄壁蒙皮小端直径相同。

进一步地，所述步骤3)中，装药体壳体调质具体过程如下：

3a)装药体壳体对接环焊缝X射线探伤

3b)装药体壳体调质采用装药体壳体小端朝上垂直入油淬火，调整淬火吊具保证装药体壳体处于铅垂位置，误差不大于5mm。

进一步地，所述步骤6)中，装药体壳体型腔水容积测量的具体过程如下：

装药体壳体容积测量之前用洗涤汽油清洗密封垫圈及装药体壳体与容积测量垫板之间的密封面，然后在电子台秤上安装装药体壳体与容积测量垫板，将装配好的装药体壳体整体进行称重、记录，将四硼酸钠水溶液从装药体壳体前框出口注入，直至装药体壳体前框出口内端面，将加满水溶液壳体整体进行称重、记录；

装药体壳体容积计算：装药体壳体型腔容积V＝V₁+V_t；其中，V₁＝(装满水后的装药体壳体及相关工装重量-未装水的装药体壳体及相关工装重量)/介质密度，V_t为水容积温度修正值，按照国家标准进行试验统计获得；另外，控制称量误差不大于±0.1％，介质密度现场用密度计测量，精确到小数点后4位。

进一步地，所述步骤1a)中，采用高精度等离子切割机切割轧制钢板锥筒扇形零件，且切割精度误差控制不大于0.3mm。

进一步地，所述步骤1d)中，轧制钢板锥筒纵缝X射线探伤要求无裂纹，气孔要求可放宽到三级。

进一步地，所述步骤1f)中，采用百分表编程找正锥度旋压芯模大端外径、小端外径和均匀分布的四条母线，且跳动小于0.03mm；

同时，采用超声波测厚仪测量薄壁蒙皮的厚度，调整三旋轮与锥度旋压芯模母线之间的距离，保证薄壁蒙皮的壁厚及薄壁蒙皮壁厚的偏差不大于±0.05mm。

进一步地，所述装药体壳体容积测量采用质量浓度为1.5～2.5％的四硼酸钠Na₂B₄O₇·10H₂O水溶液。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过采用大厚度轧制钢板卷焊成大厚度锥筒，旋压成锥度控制精确、壁厚控制精确的薄壁锥筒蒙皮，并精确控制焊接、热处理变形量，增加容积补偿结构，采用水容积测定方法准确测量装药体壳体型腔容积；一方面解决了蒙皮角度离散性偏大带来的装药体壳体容积超差问题，另一方面解决了装药体壳体质量超差问题。

附图说明

图1为本发明实施例中薄壁锥筒形装药体壳结构示意图；

图2为实施例中薄壁锥筒形装药体壳回火热校形安装示意图。

其中：前框1、薄壁蒙皮2、后框3、固定块4、外撑圈5、调节螺栓6、垫片7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

针对某战斗部装药体壳体原材料为30CrMnSiA，总长2370±2mm，大头端开口直径φ735mm，小头端直径φ480mm。蒙皮锥度3°9′，壁厚为2.8mm，其高强度钢薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法如下：

1)装药体壳体薄壁蒙皮角度控制

1a)轧制钢板锥筒扇形下料

采用高精度等离子切割机切割轧制钢板锥筒扇形零件，且切割精度误差控制不大于0.3mm；

按照体积不变原理设计轧制钢板锥筒扇形零件外形尺寸，轧制钢板锥筒扇形零件锥角比标准薄壁蒙皮工件锥角小8°；

1b)轧制钢板锥筒辊压成形

采用数控三轴辊板机辊压轧制钢板锥筒扇形零件成形轧制钢板锥筒，控制轧制钢板锥筒的锥角误差不大于2°；

1c)轧制钢板锥筒纵缝焊接

采用等离子焊机不开坡口焊接，减少焊缝收缩量，控制纵缝焊缝收缩量不大于0.8mm；

1d)轧制钢板锥筒纵缝X射线探伤

轧制钢板锥筒纵缝X射线探伤要求无裂纹，气孔要求可放宽到三级；

1e)轧制钢板锥筒退火

轧制钢板锥筒进行涂料保护720℃×36h下球化退火，提高旋压工艺性；

1f)轧制钢板锥筒旋压成薄壁蒙皮

采样三旋轮推动轧制钢板锥筒，保证轧制钢板锥筒贴紧锥度旋压芯模，使三旋轮同步一道次旋压轧制钢板锥筒成形为薄壁蒙皮，并且旋压编程时，使三旋轮运动轨迹与锥度旋压芯模母线平行；

锥度旋压芯模的锥角与轧制钢板锥筒的锥度相同，同时，锥度旋压芯模的锥角比标准薄壁蒙皮工件的锥角小8°；

采用百分表编程找正锥度旋压芯模大端外径、小端外径和均匀分布的四条母线，且跳动小于0.03mm；

同时，采用超声波测厚仪测量薄壁蒙皮的厚度，调整三旋轮与锥度旋压芯模母线之间的距离，保证薄壁蒙皮的壁厚及薄壁蒙皮壁厚的偏差不大于±0.05mm；

1g)薄壁蒙皮真空去应力退火

薄壁蒙皮采用真空600℃×2h下去应力退火，随炉冷却至160℃后出炉空冷；

2)装药体壳体的前框端面控制

2a)加工薄壁蒙皮两端对接焊端面

加工薄壁蒙皮两端对接焊端面，控制薄壁蒙皮大端直径、小端直径和长度尺寸均与设计值相同，且误差不大于±0.15mm，大端直径和小端直径采用π尺测量；

2b)前框1、薄壁蒙皮2、后框3、固定块4组焊成装药体壳体

前框、薄壁蒙皮、后框、固定块采用等离子焊接成装药体壳体，控制束流等焊接规范，保证焊缝收缩量偏差小于±0.15mm；

2c)前框、薄壁蒙皮、后框、固定块组焊成装药体壳体，通过工艺试验综合考虑焊缝收缩量、调质尺寸变化量、水容积测量统计值，在前框对接焊端增加容积补偿圆柱段，补偿圆柱段长度为Δt为1.2mm，直径与薄壁蒙皮小端直径相同；

3)装药体壳体调质

3a)装药体壳体对接环焊缝X射线探伤

3b)装药体壳体调质采用涂料保护机械油淬火，降低冷却速度，减少淬火变形；具体方法为：装药体壳体调质采用装药体壳体小端朝上垂直入油淬火，调整淬火吊具保证装药体壳体处于铅垂位置，误差不大于5mm；

4)装药体壳体大头端直径和小头端直径差控制，针对调质后大头端直径和小头端直径差超差的装药体壳体采用回火校形，具体过程如下：

首先在回火定形前在装药体壳体内装配校形撑具，在薄壁蒙皮段取均匀分布的四个截面分别安装外撑圈5，即先安装垫片7，然后安装外撑圈5，再通过调节螺栓6将外撑圈5调整至与装药体壳体外型面贴合良好，四个截面的外撑圈5从大头端到小头端依次安装到位；

然后进行涂料保护回火定形，利用装配在装药体壳体四个截面处外撑圈的支撑作用进行校形，回火制度为450℃×1.5h，回火校形后拆卸装药体壳体内校形撑具，再进行装药体壳体大头端直径和装药体壳体小头端直径差检测，若不满足要求时进行二次热校形，二次回火热校形温度比第一次回火温度低30℃，允许重复回火热校形，直至装药体壳体大小直径差检测满足设计指标要求；

5)装药体壳体调质后机械加工

装药体壳体机械加工前用百分表找正薄壁蒙皮大小段外圆均匀分布的四点，每对称两点误差不大于0.3mm，同时，监控前框、后框外圆有加工余量；

6)装药体壳体容积测量

装药体壳体采用水容积测量法测量型腔容积；

装药体壳体容积测量采用质量浓度为1.5％的四硼酸钠Na₂B₄O₇·10H₂O水溶液，防止壳体型腔锈蚀；

装药体壳体容积测量之前用洗涤汽油清洗密封垫圈及装药体壳体与容积测量垫板之间的密封面，然后在电子台秤上安装装药体壳体与容积测量垫板，将装配好的装药体壳体整体进行称重、记录，将四硼酸钠水溶液从装药体壳体前框出口注入，直至装药体壳体前框出口内端面，将加满水溶液壳体整体进行称重、记录；

装药体壳体容积计算：装药体壳体型腔容积V＝V₁+V_t；其中，V₁＝(装满水后的装药体壳体及相关工装重量-未装水的装药体壳体及相关工装重量)/介质密度。V_t为水容积温度修正值，按照国家标准进行试验统计获得。另外，控制称量误差不大于±0.1％，介质密度现场用密度计测量，精确到小数点后4位。

7)装药体壳体称重。

本发明通过采用大厚度轧制钢板卷焊成大厚度锥筒，旋压成锥度控制精确、壁厚控制精确的薄壁锥筒蒙皮，并精确控制焊接、热处理变形量，增加容积补偿结构，采用水容积测定方法准确测量装药体壳体型腔容积。解决了蒙皮角度离散性偏大带来的装药体壳体容积超差问题，设计要求容积偏差不大于±2升，采用该控制方法后容积偏差由±3升改善为±1.5升；解决了装药体壳体质量超差问题，设计要求质量偏差不大于±2公斤，采用该方法后容积偏差由±3公斤改善为±1.5公斤。

Claims (9)

1.一种薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法，其特征在于：所述控制方法包括如下步骤：

1)装药体壳体的薄壁蒙皮角度控制

轧制钢板锥筒扇形零件锥角比标准薄壁蒙皮工件锥角小8～12°；锥度旋压芯模的锥角与轧制钢板锥筒的锥度相同，同时，锥度旋压芯模的锥角比标准薄壁蒙皮工件的锥角小8～12°；

2)装药体壳体的前框端面控制

在前框对接焊端增加容积补偿圆柱段，补偿圆柱段长度为Δt，直径与薄壁蒙皮小端直径相同；

3)装药体壳体调质

装药体壳体调质采用涂料保护机械油淬火；

4)装药体壳体大头端直径和小头端直径差控制，针对调质后大头端直径和小头端直径差超差的装药体壳体采用回火校形，具体过程如下：

首先在回火定形前在装药体壳体内装配校形撑具，在薄壁蒙皮段取均匀分布的四个截面分别安装外撑圈通过调节螺栓将外撑圈调整至与装药体壳体外型面贴合，四个截面的外撑圈从大头端到小头端依次安装到位；

然后进行涂料保护回火定形，回火制度为450～500℃温度下回火1.5～2h，回火校形后拆卸装药体壳体内校形撑具，再进行装药体壳体大头端直径和装药体壳体小头端直径差检测，若不满足要求时进行二次热校形，二次回火热校形温度比第一次回火温度低30℃；

5)装药体壳体调质后机械加工

装药体壳体机械加工前用百分表找正薄壁蒙皮大小段外圆均匀分布的四点，每对称两点误差不大于0.3mm，同时，监控前框、后框外圆有加工余量；

6)装药体壳体容积测量

装药体壳体采用水容积测量法测量型腔容积。

2.根据权利要求1所述薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，薄壁蒙皮角度控制的具体过程如下：

1a)轧制钢板锥筒扇形下料

按照体积不变原理设计轧制钢板锥筒扇形零件外形尺寸，轧制钢板锥筒扇形零件锥角比标准薄壁蒙皮工件锥角小8～12°；

1b)轧制钢板锥筒辊压成形

采用数控三轴辊板机辊压轧制钢板锥筒扇形零件成形轧制钢板锥筒，控制轧制钢板锥筒的锥角误差不大于2°；

1c)轧制钢板锥筒纵缝焊接

采用等离子焊机不开坡口焊接，控制纵缝焊缝收缩量不大于0.8mm；

1d)轧制钢板锥筒纵缝X射线探伤

1e)轧制钢板锥筒退火

轧制钢板锥筒进行涂料保护在700～740℃下球化退火34～38h；

1f)轧制钢板锥筒旋压成薄壁蒙皮

采样三旋轮推动轧制钢板锥筒，使三旋轮同步一道次旋压轧制钢板锥筒成形为薄壁蒙皮；

1g)薄壁蒙皮真空去应力退火

薄壁蒙皮采用真空在600～660℃下去应力退火2～3h，随炉冷却至150～160℃后出炉空冷。

3.根据权利要求1所述薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，装药体壳体的前框端面控制具体过程如下：

2a)加工薄壁蒙皮两端对接焊端面

加工薄壁蒙皮两端对接焊端面，控制薄壁蒙皮大端直径、小端直径和长度尺寸均与设计值相同，且误差不大于±0.15mm，大端直径和小端直径采用π尺测量；

2b)前框、薄壁蒙皮、后框、固定块组焊成装药体壳体

前框、薄壁蒙皮、后框、固定块采用等离子焊接成装药体壳体，保证焊缝收缩量偏差小于±0.2mm；

2c)前框、薄壁蒙皮、后框、固定块组焊成装药体壳体，通过工艺试验综合考虑焊缝收缩量、调质尺寸变化量、水容积测量统计值。

4.根据权利要求1所述薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，装药体壳体调质具体过程如下：

3a)装药体壳体对接环焊缝X射线探伤

3b)装药体壳体调质采用装药体壳体小端朝上垂直入油淬火，调整淬火吊具保证装药体壳体处于铅垂位置，误差不大于5mm。

5.根据权利要求1所述薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法，其特征在于：所述步骤6)中，装药体壳体型腔水容积测量的具体过程如下：

装药体壳体容积测量之前用洗涤汽油清洗密封垫圈及装药体壳体与容积测量垫板之间的密封面，然后在电子台秤上安装装药体壳体与容积测量垫板，将装配好的装药体壳体整体进行称重、记录，将四硼酸钠水溶液从装药体壳体前框出口注入，直至装药体壳体前框出口内端面，将加满水溶液壳体整体进行称重、记录；

装药体壳体容积计算：装药体壳体型腔容积V＝V₁+V_t；其中，V₁＝(装满水后的装药体壳体及相关工装重量-未装水的装药体壳体及相关工装重量)/介质密度，V_t为水容积温度修正值，按照国家标准进行试验统计获得；另外，控制称量误差不大于±0.1％，介质密度现场用密度计测量，精确到小数点后4位。

6.根据权利要求2所述薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法，其特征在于：所述步骤1a)中，采用高精度等离子切割机切割轧制钢板锥筒扇形零件，且切割精度误差控制不大于0.3mm。

7.根据权利要求2所述薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法，其特征在于：所述步骤1d)中，轧制钢板锥筒纵缝X射线探伤要求无裂纹，气孔要求可放宽到三级。

8.根据权利要求2所述薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法，其特征在于：所述步骤1f)中，采用百分表编程找正锥度旋压芯模大端外径、小端外径和均匀分布的四条母线，且跳动小于0.03mm；

同时，采用超声波测厚仪测量薄壁蒙皮的厚度，调整三旋轮与锥度旋压芯模母线之间的距离，保证薄壁蒙皮的壁厚及薄壁蒙皮壁厚的偏差不大于±0.05mm。

9.根据权利要求5所述薄壁锥筒形装药体壳体容积控制方法，其特征在于：所述装药体壳体容积测量采用质量浓度为1.5～2.5％的四硼酸钠Na₂B₄O₇·10H₂O水溶液。