彈體毛坯旋壓工藝設(shè)計規(guī)范

PAGEPAGE2UDC中華人民共和國國家標準PGB-200彈體毛坯旋壓工藝設(shè)計規(guī)范DesignSpecificationofBlankMissileSpinningTechnology征求意見稿二〇〇九年九月200×－××－××發(fā)布200×－××－××實施中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布PAGEPAGE10前言本規(guī)范是根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于印發(fā)<2008年工程建設(shè)標準規(guī)范制訂、修訂計劃（第二批）>的通知》(建標[2008]105號文)的要求，由中國兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所會同有關(guān)單位共同編制完成。本規(guī)范是在總結(jié)近年來我國彈體毛坯旋壓生產(chǎn)、應(yīng)用的實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上，參考相關(guān)標準規(guī)范制定而成。在編制過程中，編制組進行了大量的調(diào)研工作，與相關(guān)的標準進行了協(xié)調(diào)，對主要問題進行了反復(fù)討論。適用于彈體毛坯設(shè)計制造的彈體原材料檢驗、下料、毛坯加熱、壓型、熱沖盂、拔伸及旋壓減薄伸長、成品檢驗等工序，為彈體內(nèi)外腔機械加工成形的前道工序。本規(guī)范以黑體字表示的條文為強制性條文，必須嚴格執(zhí)行。本規(guī)范由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部負責管理和對強制性條文的解釋，由中國兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所負責具體技術(shù)內(nèi)容的解釋。本規(guī)范在執(zhí)行過程中，請各單位注意總結(jié)經(jīng)驗，積累資料，將有關(guān)意見反饋給中國兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所標準編制組（地址：北京市海淀區(qū)車道溝10號院科技樓8層，北京市8917信箱，郵政編碼：100089，E-mail：jnds00@163.com），以便今后修訂時參考。本規(guī)范的主編單位、參編單位和主要起草人：主編單位：中國兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所參編單位：晉西機器工業(yè)集團有限責任公司黑龍江華安機械有限責任公司沈陽東基工業(yè)集團有限公司五洲工程設(shè)計研究院長春設(shè)備工藝研究所北京電子科技職業(yè)學(xué)院機械工程學(xué)院主要起草人：吳玉廣、李榮雪、范國軍、劉有江、孫鋒、楊巍、徐恒秋、呂穎、趙巨峰目次１總則２術(shù)語３基本規(guī)定3.1基本要求3.2彈體毛坯旋壓工藝流程3.3檢驗規(guī)定3.4其它規(guī)定４工藝系統(tǒng)布局與主要設(shè)備選型4.1彈體毛坯旋壓車間布置4.2彈體毛坯旋壓成型工藝系統(tǒng)設(shè)計4.3彈體毛坯旋壓成型主要設(shè)備選型５預(yù)成形工藝設(shè)計5.1彈體毛坯設(shè)計5.2輔助工藝準備5.3壓型、沖孔、拔伸5.4檢驗６旋壓工藝設(shè)計6.1旋壓工裝設(shè)計6.2旋壓準備6.3冷旋壓成型6.4熱旋壓成型７旋壓后處理7.1熱檢7.2車外型7.3加熱7.4收口7.5熱處理本規(guī)范用詞說明1總則1.0.1為在彈體生產(chǎn)中更好地貫徹執(zhí)行國家節(jié)能減排等技術(shù)經(jīng)濟政策，充分發(fā)揮旋壓近凈成形工藝的節(jié)能、節(jié)材、高效、清潔生產(chǎn)等優(yōu)勢，降低原材料消耗，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，確保產(chǎn)品質(zhì)量，增強競爭能力，制定本規(guī)范。1.0.2本規(guī)范適用于彈體毛坯旋壓工藝的設(shè)計與制造。2術(shù)語2.0.1彈體Warhead用以裝填炸藥或特種裝藥完成戰(zhàn)斗作用的零件，通過機械加工手段使金屬構(gòu)件成形為可以裝填炸藥形成炮彈的帶有特殊曲母線要求的物體。2.0.2旋壓工藝SpinningProcess旋壓工藝指將平板或空心坯料固定在旋壓機的模具上，在坯料隨機床主軸轉(zhuǎn)動的同時，用旋輪加壓于坯料，使坯料緊貼芯模實現(xiàn)逐點局部塑性變形的成形工藝。2.0.3預(yù)成形Pre-Deform為了滿足彈體毛坯旋壓的理想工件形狀而預(yù)先采用的塑性成形處理過程。可理解為在正式成形加工前，為滿足旋壓工藝系統(tǒng)的要求對毛坯進行適當?shù)念A(yù)處理過程。2.0.4旋壓成形SpinningForm旋壓成形技術(shù)是一種綜合了鍛造、擠壓、拉伸、彎曲、環(huán)軋、橫軋和滾壓等工藝特點的少無切屑加工的精密塑性成型先進工藝技術(shù)，廣泛地應(yīng)用于薄壁回轉(zhuǎn)體金屬零件精密塑性成型。旋壓加工與常見的沖壓加工主要區(qū)別在于旋壓是逐點變形，可降低設(shè)備的功率，減少能耗，提高模具的使用壽命。毛坯的基體組織晶粒在加工后更加細化，可有效改善鋼坯自身存在的縮孔、夾雜、氣孔等組織缺陷。2.0.5強力旋壓成形PowerSpinning強力旋壓是指在旋壓過程中，不但改變毛坯的形狀，而且顯著地改變（減薄）其壁厚的工藝，稱為變薄旋壓，又稱強力旋壓。在普通旋壓基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種近無余量加工方法，其實質(zhì)為利用旋壓輥加壓于坯料，旋壓坯料借助外力沿成形模具進行局部逐漸碾壓產(chǎn)生塑性變形而變薄，從而得到高精度薄壁回轉(zhuǎn)體零件的成形方法。2.0.6熱旋壓HeatSpinningForm熱旋壓就是為了減少金屬旋壓的變形抗力，提高其旋壓性能，擴大旋壓機的加工能力，在旋壓成形過程中不斷對已加熱的工件進行補充加熱，并使整個工藝過程保持適當?shù)臏囟?，進行大變壁厚、大減薄率的特定專用加工。熱旋壓利用塑性變形成形的工件可不經(jīng)過切削加工或微量切削加工就可達到設(shè)計要求，改善基體組織，使成形的工件各部尺寸及表面質(zhì)量與產(chǎn)品圖要求一致，壁厚差小，同時能降低能耗凈化工作環(huán)境，提高生產(chǎn)效率。3基本規(guī)定3.1基本要求3.1.1炮彈是戰(zhàn)爭中的最大消耗產(chǎn)品，炮彈大批量生產(chǎn)必須保證符合國家節(jié)能減排政策和可持續(xù)發(fā)展要求。3.1.2彈體毛坯旋壓工藝設(shè)計，應(yīng)符合循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式，必須積極采用節(jié)約材料、節(jié)能降耗先進工藝、技術(shù)和設(shè)備，應(yīng)提高廢氣、廢水、廢棄物的綜合利用水平。3.2彈體毛坯旋壓工藝流程3.2.1本規(guī)范中的彈體是指中大口徑，即Φ100mm以上的彈體，小口徑彈體毛坯加工可參照此規(guī)范。3.2.2彈體采用熱旋壓加工的主要工藝流程如圖1所示。圖1彈體旋壓成形工藝流程3.3檢驗規(guī)定3.3.1檢測坯料溫度。熱加工的前五件制品，必須100%檢驗所有尺寸，只有尺寸全部合格方可正常生產(chǎn)。正常生產(chǎn)后按10%抽驗產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)不合格，及時調(diào)整參數(shù)。3.3.2冷檢驗。冷卻后檢驗內(nèi)、外表面允許有深度不超過機械加工余量的熱加工疵病，如：凹坑、拉溝、折疊等。3.3.3各工序間毛坯檢驗過程必須按爐號進行分爐管理。3.3.4外觀質(zhì)量要求光滑；尺寸檢驗，通過內(nèi)孔專用量具規(guī)檢測彈體內(nèi)腔尺寸。3.3.5進行磁粉探傷、超聲波探傷以剔除表面及內(nèi)部存在缺陷的制品。3.3.6旋前毛坯壁厚差應(yīng)控制在2mm以內(nèi)，一般宜控制在1.5mm以內(nèi)。3.4其它規(guī)定3.4.1對于鋼質(zhì)坯料，宜采用感應(yīng)加熱的方式把坯料加熱，旋壓過程中需采用補充加熱方式。3.4.2為保證產(chǎn)品的性能必須進行熱處理，若力學(xué)性能不合格應(yīng)返工，淬火返工嚴禁超過兩次。3.4.3在彈體毛坯旋壓加工中宜采用機械手上下料，對于大口徑、需要加熱的彈體毛坯宜采用自動化上下料裝置。3.4.4加熱后采用熱旋壓部分的彈體傳送環(huán)節(jié)必須采用耐熱傳送帶。3.4.5為保證設(shè)備、模具壽命宜進行適當?shù)睦鋮s，可設(shè)計旋壓設(shè)備主軸、芯模通冷卻水，需保證旋壓機體的溫度在35℃4工藝系統(tǒng)布局與主要設(shè)備選型4.1彈體毛坯旋壓車間布置4.1.1車間的平面布置應(yīng)充分考慮產(chǎn)品品種和規(guī)格的多樣性，生產(chǎn)批量大、精整流程路線多及往返交叉等特點，要適應(yīng)熱裝熱送的要求，使設(shè)備配置合理，布置緊湊，流程順暢短捷，中間庫合理設(shè)置，節(jié)約用地和投資。4.1.2彈體毛坯旋壓車間的布置要充分考慮到中間庫的面積，以滿足鋼坯的下線堆存或下線緩冷的需要。宜選用熱裝熱送和均勻冷卻等先進技術(shù)、先進工藝推廣應(yīng)用的要求。4.1.3廠房跨度應(yīng)根據(jù)旋壓機等關(guān)鍵設(shè)備布置要求，并應(yīng)考慮設(shè)備檢修、吊裝、人行通道和操作安全等確定。預(yù)成形跨宜與旋壓成形跨直接毗鄰，應(yīng)考慮布置旋壓機補充加熱氣源的匯流排間。4.1.4彈體毛坯旋壓車間的輔助和公用設(shè)施設(shè)計應(yīng)根據(jù)工廠條件統(tǒng)籌考慮，按實際情況擇優(yōu)選取，應(yīng)考慮設(shè)備檢修、吊裝、人行通道和操作安全等確定，其車間定制符合相關(guān)標準。4.1.5輔助設(shè)施設(shè)置應(yīng)符合相關(guān)標準和國家有關(guān)規(guī)定。提高水、氣、熱的綜合利用水平，應(yīng)設(shè)置給排水系統(tǒng)和水處理設(shè)施，循環(huán)水處理系統(tǒng)應(yīng)達到水的重復(fù)利用率不小于95%，保證排放應(yīng)符合現(xiàn)行國家環(huán)保標準。4.2彈體毛坯旋壓成型工藝系統(tǒng)設(shè)計4.2.1彈體毛坯旋壓工藝系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循“先進、實用、可靠”的原則，工藝操作設(shè)備能力應(yīng)互相匹配，保證生產(chǎn)工藝順暢、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求。4.2.2彈體毛坯旋壓車間的電氣傳動和自動化設(shè)備的水平應(yīng)與生產(chǎn)工藝要求，以及機械設(shè)備的技術(shù)裝備水平相適應(yīng)；自動化控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)先進可靠，并切合實際，選擇的系統(tǒng)應(yīng)具有良好的性價比，要充分考慮到系統(tǒng)維護和升級換代，要遵循通用、開放、可靠性高、速度快等原則。4.2.3彈體毛坯旋壓必須設(shè)計適當?shù)臋z驗工序，應(yīng)設(shè)置檢驗室，承擔生產(chǎn)過程中的檢驗工作。有要求的檢驗環(huán)節(jié)必須設(shè)置專門的檢驗工作間或檢驗工作臺。4.2.4下料工序應(yīng)考慮除塵問題。4.2.5加熱環(huán)節(jié)應(yīng)考慮保溫問題。4.2.6應(yīng)考慮高溫水去氧化皮和輥鍛精整等輔助工序的合理安排。4.2.7采用熱旋壓應(yīng)系統(tǒng)考慮加熱工序的“連貫性”。4.2.8應(yīng)系統(tǒng)考慮人-機-環(huán)問題，保證操作人員安全、舒適。4.3彈體毛坯旋壓成型主要設(shè)備選型4.3.1毛坯下料可根據(jù)材料牌號和形狀選擇的加工設(shè)備，如方鋼或大規(guī)格圓棒料下料宜選用高速圓盤鋸，小規(guī)格圓棒料、管材和有色金屬下料宜選用帶鋸機。4.3.2加熱宜選擇自動感應(yīng)加熱爐，中頻加熱裝置宜選擇頻率為0.8～1kHz。4.3.3材料溫度檢驗宜選擇遠紅外測溫儀或選擇熱電偶檢測爐溫。4.3.4壓型、沖孔工序為減小毛坯壁偏差宜選用10000kN以上雙工位油壓機加工，拔伸工序宜選用3500～5000kN立式拔伸油壓機加工，或者直接選用10000kN以上雙工位組合壓機加工。4.3.5熱旋壓通常加工材料變形抗力大、難成型的工件，宜選用大噸位數(shù)控可補充加熱的國產(chǎn)旋壓機，以保證工件順利旋壓成型和設(shè)備系統(tǒng)配套及維護。4.3.6冷旋壓宜選用國產(chǎn)三旋輪強力旋壓機，便于保障服務(wù)。4.3.7收口加工根據(jù)工廠自身條件可選用適合的設(shè)備，如5000kN水壓機或油壓機。5預(yù)成形工藝設(shè)計5.1彈體毛坯設(shè)計5.1.1根據(jù)彈體圖紙設(shè)計毛坯圖，按產(chǎn)品要求計算毛坯下料質(zhì)量。5.1.2選擇原材料并確定其尺寸規(guī)格，宜選用符合國家標準的國產(chǎn)型材，設(shè)計所采用的產(chǎn)品質(zhì)量依據(jù)，包括尺寸、外形及允許偏差、表面及內(nèi)在質(zhì)量、化學(xué)成分、力學(xué)性能、工藝性能、交貨狀態(tài)以及金相組織等方面必須符合相應(yīng)品種的國家標準要求。5.1.3建議選用方鋼，方鋼斷面尺寸的選擇，為保證材料充滿沖孔模腔，方鋼的斷面尺寸一般按下列公式計算：=1.375式中：r—方鋼圓角半徑,單位為毫米（mm）；c—沖頭直徑,單位為毫米（mm）；b—方鋼邊長,單位為毫米（mm）；5.1.4下料應(yīng)采用等重下料控制、在線無損探傷工藝技術(shù)；宜采用平面形狀控制等工藝技術(shù)。5.1.5應(yīng)檢驗毛坯的質(zhì)量、端面垂直度，坯料內(nèi)徑與芯模配合的間隙值應(yīng)以變形金屬塑流穩(wěn)定為原則，誤差控制在旋壓設(shè)備允許和產(chǎn)品精度的要求之內(nèi)。5.1.6為便于裝模和有利于對中，必須合理設(shè)計坯料與芯模直徑的間隙，一般中小件的直徑間隙宜為0.1～0.2mm，大件可為0.3～5.2輔助工藝準備5.2.1毛坯感應(yīng)加熱，中頻加熱時間應(yīng)根據(jù)最佳變形溫度而定。根據(jù)材料設(shè)計加熱工藝，坯料的加熱應(yīng)達到坯料表面和坯料心部溫度均勻（內(nèi)外溫差不超過50℃），如鋼坯可采用感應(yīng)加熱，單個毛坯中頻加熱時間宜設(shè)為20～30min，毛坯表面溫度控制在1150℃左右；鋁合金宜選用箱式電阻爐加熱，毛坯溫度控制在400～4605.2.2宜采用高溫水去氧化皮，在去氧化皮的裝置內(nèi)通過高壓水噴沖彈體毛坯，清除熱加工后產(chǎn)生的黑色氧化皮。5.2.3壓型、沖孔工序后宜增加內(nèi)膛氧化皮工序，用高壓水使沖孔毛坯內(nèi)膛形成的氧化皮快速冷凝并沖洗出內(nèi)膛，以控制毛坯內(nèi)膛因氧化皮壓入造成的缺陷。5.2.4宜采用輥鍛精整處理膨脹變形，保證尺寸要求。5.3壓型、沖孔、拔伸5.3.1預(yù)成形宜選用熱沖壓或中溫擠壓成形方式。5.3.2宜設(shè)計機械手翻轉(zhuǎn)倒入凹模，采用石墨潤滑，準備壓型。5.3.3壓型后第一道模具變位，石墨潤滑，采用第二道模具進行沖孔。5.3.4沖孔后的坯料需經(jīng)機械手拿出運送到第三步工位，石墨潤滑，進行拔伸。5.3.5需拔伸的毛坯料溫不得低于該材料的鍛造溫度。熱拔伸變形程度的確認，熱拔伸變形程度可用下列公式來表示：式中：—彈體毛坯熱拔伸時的斷面縮減率，一般取30%~45%；，—拔伸前后毛坯環(huán)形斷面積，單位為平方毫米（mm）。5.4檢驗5.4.1拔伸后的坯料經(jīng)過傳送帶運送出來，通過專用量具檢測內(nèi)孔尺寸。5.4.2毛坯尺寸檢驗須包括毛坯壁偏差檢驗、毛坯內(nèi)膛尺寸檢驗、毛坯全長和底厚檢驗及毛坯底部與軸線垂直度檢驗等參數(shù)檢驗。5.4.3毛坯材料性能均勻性檢驗須包括金相組織、力學(xué)性能等檢驗。5.4.4記錄檢測尺寸數(shù)據(jù)，并做好標識。6旋壓工藝設(shè)計6.1旋壓工裝設(shè)計6.1.1根據(jù)產(chǎn)品特點和指標要求，設(shè)計旋輪和芯模。6.1.2旋輪材料可選用具有足夠的高溫硬度和高溫強度的高速鋼、熱作模具鋼，如：3Cr2W8V，熱處理后的硬度應(yīng)達到HRC50～54。6.1.3按要求制造旋輪、芯模及輔助工裝，應(yīng)進行基本參數(shù)檢測，保證精度。6.2旋壓準備6.2.1旋壓機調(diào)試，保證正常工作狀態(tài)，應(yīng)特別注意準備旋輪和芯模。6.2.2準備石墨潤滑劑、防氧化劑，潤滑劑可使用熱鍛劑7171，宜設(shè)計自動噴涂于坯料的內(nèi)外表面。6.2.3根據(jù)產(chǎn)品要求，計算旋壓進給率，設(shè)計道次壓下量，應(yīng)特別注意選取合適的旋輪攻角、旋輪工作圓角。6.2.4彈體毛坯變薄旋壓減薄率反映工件的變形程度：ψtn=(tn-tn+1)/tntn、tn+1旋壓n道次、n+1道次后工件的壁厚ψtn為工件的道次減薄率；ψt=(t0-tf)/t0；ψt為工件的總減薄率；t0為旋壓毛坯的壁厚；tf旋壓完成后工件的壁厚。減薄率設(shè)計宜選在25%～30%之間。旋壓道次、減薄率宜以工件壁厚為參考，為使壁厚變形均勻，壁偏厚宜取上限，壁偏薄宜取下限；還應(yīng)考慮減薄量與旋輪壓下臺階的關(guān)系，即旋輪壓下臺階大于減薄量。6.2.5旋輪進給率設(shè)計f=v/N(mm/r)v為旋輪沿工件母線的進給速度；N為主軸（工件）轉(zhuǎn)速。f通常選擇0.5～2mm/r。主軸（工件）轉(zhuǎn)速N通常為50～1006.2.6旋輪頂端圓角半徑rp=(1～4)to，硬材料宜取小值。旋輪攻角宜選擇ɑp=30°左右。6.3冷旋壓成型6.3.1完成旋壓工裝設(shè)計、制造、安裝與調(diào)試，保證旋壓工藝系統(tǒng)工作正常。6.3.2完成工件檢驗與裝夾，并實施潤滑。6.3.3計算并試驗合理的工藝參數(shù)，主要包括：減薄率，主軸轉(zhuǎn)速、進給量、芯模和旋輪的間隙、旋輪安裝角，旋壓道次、旋輪運動軌跡和旋輪幾何形狀等。6.3.4按計算和試驗結(jié)果精確設(shè)定旋壓機工作參數(shù)，執(zhí)行預(yù)定的工藝路線。6.4熱旋壓成型6.4.1工裝設(shè)計安裝調(diào)試、工藝參數(shù)計算與試驗參照冷旋壓成型，同時應(yīng)重點考慮旋壓前加熱、旋壓過程補熱、芯模及旋輪冷卻等幾個問題。6.4.2對拔伸后的毛坯宜通過傳送帶進行感應(yīng)加熱，在旋壓過程中宜采用乙炔－氧氣補充加熱，宜采用紅外線測溫儀觀測工件溫度變化，旋壓溫度控制宜在900-1100℃6.4.3必須設(shè)計自動化上下料裝置，宜采用機械手和軌道配合進行上下料，縮短時間使毛坯能在最佳溫度進行旋壓。6.4.4必須設(shè)計工裝冷卻防護裝置，以避免對芯模和旋輪造成工作性退火，宜采用旋輪軸內(nèi)、芯模通冷卻水、旋輪外噴涂MoS2，保證旋壓機