身管弹线膛同锻下沉段缺陷研究及同锻工艺适应性研究

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身管弹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,是身管加工的发展方向。本文利用有限元模拟仿真的方法以及锻打试验结合扫描电镜试验和形貌扫描试验,开展如下的研究:以5.56mm口径身管为研究对象,应用有限元软件ABAQUS,建立身管弹线膛同锻二维有限元模型,对锻打过程中产生的下沉段的周向应变和径向应变的比值进行详细分析。分析发现:锻打过程中下沉段径向应变和周向应变呈近似线性的分布,其拟合直线的斜率近似为径向应变和周向应变的比值εr/εθ,同一锻打工艺参数的条件下,整个下沉段的应变比值相同。通过更改锻打工艺参数(如锻前毛坯内径,毛坯厚度,锤头锻造角度,加持压强以及轴向进给速度)研究分析了工艺参数的改变对应变比值绝对值|εr/εθ|的影响。参考ABAQUS有限元仿真的结果,设计了应变比值对下沉段成形规律的试验研究方案。通过锻打试验,结合扫描电镜对下沉段和膛线部位进行分析研究,发现弹线膛同锻时,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,有的皱褶被打平,有的皱褶变成了身管微裂纹。从3D形貌扫描显微镜对下沉段不同位置进行形貌扫描,获得二维形貌数据,得到下沉段锤头单次锻打产生的皱褶ΔRm的数据,发现身管下沉段单次锻打产生的褶皱深度ΔRm和径向应变与周向应变的比值的绝对值|εr/εθ|成正比,结合锻打所需的锤数,得到下沉段最终位置的皱褶深度的表达式。皱褶深度的预测有助于防止褶皱在锻造段形成身管的微裂纹。材料的周向压缩率Φc与身管膛线部位裂纹的形成有较大关系,和下沉段最终部位生成的皱褶深度同样有较大影响,而皱褶深度与应变比值绝对值成正比。用双曲线拟合,得到裂纹判断准则。根据现有的锻打工艺参数对5.56mm,5.8mm和7.62mm口径身管进行有限元模拟,分析工艺的同锻适应性,并通过锻打参数的更改,建立不同口径的身管同锻工艺适应图。
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