《现代兵器》1983年第06期 ：卷制钢药筒制造技术的发展

卷制钢药筒是十九世纪六十年代末期美国发明的一种药筒制造方法, 在压力机有限的当时, 这种方法曹一度受到注意。但由于存在较大的密封向翅, 同时水压机设备能力也发展到了能用拉伸法生产黄铜药筒, 因而未能得到普组应用。二次世界大战期间, 德国为降低炮弹药筒的成本, 迅速改变了用拉伸法生产钢药筒或铜药筒的方法, 发展了五件式螺形卷制药筒的生产方法, 使药筒成本显著降低。二次大战后,由于板金属工业及钢板胀形技术的发展为解决卷制药筒的设计和生产中的主耍问题铺平了道路, 使卷制药筒的制造和应用又有了新的发展。美国在食朝战事期间制遣和使用了1 05 毫米探形卷制药筒。美、法、西德、日本等国在五十年代都有关于卷制药筒及其制造方法的各种发明专利。尽管如此, 在当时条件下, 药筒筒体底场的育边, 以及药筒本身的膨胀和密封等方面仍存在一定问胭。同时, 也在继续研究钢板螺形卷制药筒的结构, 以期进一步减小制造费用。六十年代初期美国发展了三件式螺形卷制药筒, 二十多年来已生产了数千万个。目前,寿制药筒制造技术的发展已越来越完善, 生产能力也日益提高。卷制药筒包括螺形卷制药筒和直焊缝卷制药筒两种。国外研究应用的主耍为螺形卷制药筒, 在这里只介绍螺形卷制药筒的制造和应用发展情况。螺形卷制药筒的精构及制造早期的螺形卷制药筒为五件式, 其部件为筒底、筒体、卡环、螺帽与密封圈( 图1 ) 。现在的螺形卷制药筒大都采用三件式, 其部件为筒体、筒底与卡环( 图2 ) 。筒体和筒底是墓本部件, 一长环起连接作用。三件式卷制药筒的优点是减少了零部件和制造费用。螺形卷制药筒的制造技术主要包括筒体、筒底和卡环的制造, 以及筒体和筒底的装配。1.筒体的制造首先把硬度为R B 65 一80 的冷轧钢板剪成梯形片料, 片料经精整加工, 使药筒口部达到规定厚度。片料用普通方法清洗后, 用一般设备进行快速磷化, 再用普通滚筒涂漆: 先在片料的一面滚涂一薄层漆, 由传送带通过箱式干燥炉送到第二个涂漆滚筒, 把另一面也涂一层漆, 再通过第二个干燥炉加以干燥。然后, 在专用机床上把片料辊卷成锥形筒体, 即梯形的底作为筒体的底, 梯形的斜边卷成螺形, 使卷成的筒体由口部一层逐渐增加到底部整整三层。由于清漆容易时效硬化, 片料在涂漆、烘干后应立郎卷制。辊卷好的筒体在压力机的模具内胀形, 即向外挤压钢皮, 使筒体贴附于合膛模, 以形成规定的轮廓。胀形工序主耍有两种方法:( 1 ) 把固体橡胶块放入筒体内部, 用压力撞击迫使钢皮贴附在合膛模内。( 2 ) 把可膨胀的橡皮胎放入筒体内部,用液压使橡皮胎膨胀, 迫使钢皮贴附在合膛模内, 这种方法多半用于较大的药筒。为便于筒体和筒底的结合, 筒体下端耍经旋压弯边。为使弯边时保持胀形尺寸不变, 筒体上下端要进行点焊, 焊道一般为十英寸长。弯边的原始方法是把卷好的筒体装在旋床的心模上, 旋压底部, 使向内弯边。要使三层金属板弯边比较困难, 一般是让工件在旋床上高速旋转, 用手工操作旋压工具进行旋压。后来改进了装置, 在旋床主轴上装有一个六爪筒夹, 可便筒体紧合在心模上; 在旋床顶针座上装有一个气动推头, 可把工件推入筒夹中; 在旋床的旋轮架上带有一个由电动机传动的操作机构, 可使弯边旋轮走过一系列固定路线, 以裸渐形成翻边: 操作机构用一个简单的凸轮装置控制旋轮架和横刀架的运动, 以便对工件提供一系列必要的压缩路线, 同时留出完工后退出旋压工具的操作空间。操作时, 用手把工件引进筒夹, 由推头把工件推到位, 这时关闭筒夹, 开动机构。操作循环结束时, 机构自动停止, 同时停止旋床主轴的旋转, 并加以制动, 以仪火速停车, 然后卸装工件。筒夹上有退料装置, 在筒夹开放时把工件推到前方, 便于取下。操作机构的工作循环时间大约是15秒, 加上装卸工件时间在内, 每小时平均生产率是l a o 一2 0 0 件。改进的弯边方法, 可取消一道人工操作工序, 弯边部位均整合适, 减少了由于人为过失造成的废品损失, 并提高了生产率。筒体弯边一端的内径按规定公差加以校正。弯边工序可以在胀形前或胀形后进行, 主要取决于药筒的式样。目前的10 5 毫米榴弹药筒, 一般都是先弯边, 然后在筒体和筒底的装配过程中同时使筒体胀形。2.筒底和卡环的制造筒底一般由碳素结构钢s A E l l 37 一1 1 46 在机械压力机上热模缎后经机加制成。锻件坯料采用厚板料, 锻造前用高压水蒸汽去氧化皮,锻造后经冷酸洗处理。锻件硬度为R B 卯一1 0。筒底的机加工序主耍包括车端面、车外回、车环形槽、钻孔、扩孔、铰孔与倒角等。美国N a it o n a l A c m e 公司采用四台自动卡盘车床,八个人分两班操作可完成全部机加工序, 平均每人每月( 按20 天算) 可生产4 5 0 0 件。自动机加的实际时间为42 秒, 每小时产t为8 6件。因筒底模锻件重3.2磅( 1.4 4 公斤), 操作工很容易疲劳, 加工效率只有35 一40 %。为了消除疲劳因素, 提高操作效率, 该公司设计安装了气动式自动装料、传送和卸料的装置,使产量由过去的每人每月4 5 0 0件增加到1 0 : 0 0。件, 工效提高1 2 %。卡环采用冷精压制成, 只需少量机加, 硬度为R B 5 o 一6 5。一3.装配五件式卷制药筒的装配, 是把筒底用卡环和螺帽紧固在筒体上, 并在卡环和筒体弯边之间加垫聚乙烯密封圈。三件式卷制药筒的装配是在1 40 一1 50 吨压力机上完成的。筒体与筒瓦! 定方法有多种,一般是将筒体的弯边压进筒底内面的环形沟槽内, 然后再把卡环装入槽内, 卡环与筒体的弯边部分搭接。药筒在模具内成形时, 用一个专用工具向卡环施加轴向力而使卡环变形, 并紧锁在筒底上。有些螺形卷制药筒是在装入模具前就将筒体固定在筒底上。尽管筒体和筒底的紧固方式有所不同, 目前的螺形卷制药筒一般都是把筒底和筒体放入模睦内进行肤形。先将用弹性或塑性材料( 此如尿素塑料或类似材料) 制成的胀形器由药筒口插入筒体, 然后通过液压滑块或类似装置向肤形器施加轴向压力迫使肤形器进入筒体内部, 并轴向压缩胀形器, 而使筒体径向膨胀和成形至模膛形状。胀形器作用在筒体上的压力一般约为1 2 , 0 0 0 一1 7, 0 0 0 磅/ 英寸2 ,才能使成形的筒体贴附成模膛形状, 并使金属板筒体的搭接边绿互锁, 形成结构牢固的药筒` 在制造某些结构的螺形卷制药筒时, 胀形器上还装有一个卡环变形工具, 以便向锁紧的卡环施加轴向力, 把卡环压进筒底的沟槽内。4.制造技术的新发展据美国报道, 卷制药筒的应用至今仍主耍局限于圆筒形( 沿筒体长度方向也可能有微/1 、的锥度) 或口部直径基本与筒体一样的药筒。但是, 要制出口部直径明显小于筒体直径或筒体锥度较大的螺形卷制药筒, 利用弹性胀形器进行变形的方法是不适用的。因为由道径较小的药筒口向筒体内插入足狗大的胀形器, 以便填满筒体并施加所需要的径向胀力, 是不可能的。五十年代, 法国人海特曼发明了一种成形螺形卷制药筒的方法, 即在药筒开口端擂入一个可膨胀的液压胎, 然后通过液压流体施加高压。其压力是通过向液压缸内的活塞抛落重物实现的, 因而可在瞬间把液压缸内的流体压缩到所需压力值。但由于施压问题未具正解决,未能在实际生产中使用。七十年代末期, 美国的K i s co 公司进一步改进了这种方法。先把筒底和筒体装入模J毛内, 液压胎经药筒口部进入筒体内定位, 并接通液压胎与施压装置。然后, 使模具与施压装置作相对运动, 在液压胎内产生足钩高的液压力( 约为1 5, 0 0 0一2 0 ,0 0 0磅/ 英寸2 ) , 筒体在内压力作用下向外扩张, 成形至模腔轮廓, 筒体搭接边绿一致地互锁。把筒体和筒底装入模具内成形之前, 要先用锁紧工具向卡环施加作用力, 使卡环向下弯曲到筒体弯边上, 从而将筒体紧锁或固定在筒底上, 卡环则固定在沟槽内石用这种方法, 筒体可精确地成形出能装规定发射药量的尺寸, 药筒口部可成形至恰好可与弹体底部连接。这种方法所用装置的特点是: 成形药筒的模具和施压装置分别装在压力机的两个台板上, 并均可随压力机台板运动。施压装置由一个可膨胀的液压胎和一个两级液压施压器组成。施压器的第一液压缸和活塞在压力机台板作闭合运动时相对运动, 因而使液压缸内的液压介质处于较低的压力和较高的流速状态, 以使液压胎快速充满胀大。施压器的第二液压缸和活塞也在压力机台板作闭合运动时相对运动, 并使第二液压缸内的液压介质处于较高的压力和较低的流速状态, 以使液压胎胀大并向药筒施加成形力。施压器还装有一个在压力机台板作相对运动时可自动地使施压器由低压工作状态变为高压工作状态的装置。施压器的动力由压力机台板的运动产生。这种装置的优点是: 1 ) 可制出口部直径明显小于筒体直径的药筒, 2 ) 可采用普通压力机产生所需要的高压液压力( iK s co 公司采用的是美国威尔森全钢压力机公司的1 42 吨40 0一H D 型压力机) ; 3 ) 全部液压介质均装在施压装置内, 不需要采用可能导致澳漏的外接导管和接头来传递液压力; 4 ) 装置的设计考虑到了消除应力集中, 结构简单牢固, 使用方便, 在正常生产速度下操作安全可靠。3.五件式药筒的筒底和筒体是筒单的螺纹连接, 故可在战地回收筒底。螺形卷制药筒的应用技术粳济效果螺形卷制药筒与拉伸药筒相此, 在技术经济效果和使用性能上都具有明显的优越性。制遗味形卷制药筒的技术经济效果如下:1. 一条生产线投入生产所需时间只占拉伸药筒所需的含。2.五件式卷制药筒所占生产面积为拉伸药筒的去, 三件式只占拉伸药筒的去。3.每月生产十万个时, 五件式卷制药筒生产线所需设备费用大约只占拉伸药筒的十,三件式的设备费用只占拉伸药筒的责。4. 生产卷制药筒无需热处理工序和硬度检验。5.卷制药筒的材料采用来源丰富的标准车L制钢板, 允许有微小疵病。6.卷制药筒在任何工序中的废品率都很低, 一个零件损坏时, 其它零件不致报废。7 . 零件可在不同地点分散制造, 最后送中心装配厂集中组装。8.三件式卷制药筒成本只为拉伸药筒的去, 以105 毫米药筒为例, 拉伸钢质药筒每个为9 美元, 而卷制钢药筒则只3 美元。卷制药筒在使用方面的优点为:1.美国五十年代生产的几百万件M 14E I 式105 毫米五件式卷制药筒, 在弹道试验中承受T s 6 `4 0 0 磅/英寸“ ( 即2 5 5 6 公斤/ 厘米么)的膛压, 这与同尺寸的其他药筒的膛压相等。卷制药筒的螺形塔边就象能伸缩的接键,在承受膛压时药筒可以扩大, 这种性能使其特别适用于药室磨损扩大的火炮。2 . 三件式卷制药筒进一步提高了药筒的可靠性, 增大了弹丸射程。卷判斌筒的发展虽然已有较长的历史, 尤其在五一i` 干代受到不少国家的重视, 但生产应用只限于美国。美国从五十年代初开始生产螺形卷制药筒, 以后在侵朝战孚和侵越战塌上都使用了这种药筒。据统计, 美国在战塌上使用的螺形卷制药筒已达几百万件之多。美国五十年代生产的卷制药筒主耍有1 05毫米M 1 4 E I 和1 20 毫米M 2 4 E I 药筒, 均为五件式。由于五件式药筒存在一些问题, 美国在侵朝战争后又丢失了有关研究数据资料, 因而法兰克福兵工厂在侵朝战争后就开始致力于三件式卷制药筒的研制, 并于1 9 61 年首次交给K i卜co 公司进行生产。该公司在1 9 6 1一1 9 7 1 年间生产了1 0 5 毫米、5 英寸/ 38 倍口径和6 英寸/“ 倍口径火炮的药筒共2 7 0 0 多万个。该公司主耍生产筒体和负责最后组装, 筒底和卡环是外协件。由于工艺的限制, 就美国来说, 最适合生产的螺形卷制药筒是筒体锥度很小的新10 5 毫米M 1 02 榴弹炮和5 英寸/ 54 倍口径海炮的药筒。近年来, 由于K i sc 。公司发展了液压成形新方法, 卷制药筒的技术可望扩大应用到其他口径的药筒上。

参考资料:〔1 〕英国专利Z o o e o i o〔2 〕A D A 0 2 9 s s o〔3 〕A D s s o 2 6 6〔4 〕A u t o m a t i c M a c h i n i n g , 1 9 6 4 , 6〔5 〕o x d n a n c e , 1 9 7 1 , 1 一2 ,1 9 5 4 , 1 1一1 2 ,1 9 5 5 一1 1一1 2