СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТВОЛА Российский патент 2015 года по МПК B21K21/06 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и пригодно для изготовления стволов с нарезными направляющими частями.

Известен способ изготовления стволов: заготовку-поковку предварительно обрабатывают по наружной поверхности, подрезают ее торцы, выполняют центрирующие шейки и контрольные пояски и осуществляют глубокое сверление. Далее ее термообрабатывают, растачивают глубокое отверстие, выполняют в нем нарезы, затем патронник и окончательно обрабатывают по наружной поверхности, получая готовый ствол (см. книгу Троицкого Н.Д. Глубокое сверление. - М.: Машиностроение, 1971, с. 140-141).

При таком способе длина исходной заготовки больше длины ствола с учетом подрезки торцов и отделения темплета с дульной части под образцы-свидетели. Поэтому объемы предварительной и окончательной механической обработки значительны, а коэффициент использования металла (КИМ - отношение массы ствола к массе исходной заготовки - η) не более 30%.

Известен другой способ изготовления стволов (см. патент на изобретение №2069594 RU от 27.11.1996 г), принятый за прототип, содержащий получение и термообработку исходной заготовки (проката или поковки). Затем ее механически обрабатывают до 1-го радиального обжатия, после него ее поковку, и после 2-го радиального обжатия окончательно обрабатывают поковку ствола, а также осуществляют промежуточную термообработку поковки после 1-го радиального обжатия.

Преимущество этого способа-прототипа перед аналогом: из-за меньшей примерно в 2 раза длины исходной заготовки по сравнению с длиной ствола уменьшаются объемы металла и предварительной механической обработки для получения заготовки-трубы под радиальное обжатие и возрастает до 67-70% коэффициент использования металла благодаря рациональному распределению его по длине поковки ствола и получению некоторых окончательно обработанных участков наружной поверхности и готовой под хромирование внутренней поверхности (направляющей части) его.

Недостатки прототипа: удаление технологической прибыли в казенной части поковки ствола; больший требуемого диаметр исходной заготовки для устранения образующейся от сквозного сверления разностенности получаемой из нее трубы из-за несовпадения продольных осей заготовки и разнотвердости ее металла, а также из-за погрешности зацентровки торца (ось центровочного отверстия не совпадает с продольной осью заготовки); повышенные энергозатраты на вращение исходной заготовки при сквозном сверлении ее до механической обработки; наличие чистовой обработки наружной и внутренней поверхностей поковки ствола после промежуточной термообработки.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение материальных, трудовых и энергозатрат на изготовление ствола.

Технический результат от реализации изобретения по сравнению с прототипом заключается в уменьшении до 18% расхода металла на ствол, снижение его трудоемкости порядка одного нормо-часа за счет сокращения количества операций и объема механической обработки исходной заготовки и получаемых поковок после 1-го и 2-го радиального обжатия, понижение энергозатрат при образовании сквозного отверстия в поковке ствола.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления ствола, включающем образование и термообработку исходной заготовки, механическую обработку ее и поковки до 1-го радиального обжатия, после него и после 2-го радиального обжатия, а также промежуточную термообработку поковки между ними НОВЫМ является то, что до 1-го радиального обжатия заготовку обрабатывают только по наружной поверхности, а после промежуточной термообработки у поковки выполняют сквозное отверстие и обрабатывают наружную поверхность.

Механической обработкой исходной заготовки до 1-го радиального обжатия получают в ее торцах центровочные отверстия для последующего образования ее наружных заходной, поводковой частей и боковых поверхностей, а также уменьшают ее массу, поэтому и энергозатраты на вращение при сквозном сверлении полученной 1-ым радиальным обжатием поковки и чистовой обработке образованного отверстия.

1-ым радиальным обжатием увеличивается длина механически обработанной заготовки, но уменьшаются ее поперечные параметры и размеры зерен металла, и повышается его твердость, чем сводится к минимуму у поковки несовпадение продольных осей ее и разнотвердости металла и обеспечивается минимальный или нулевой увод оси сквозного отверстия, образуемого в поковке.

Последующей механической обработкой наружной поверхности полученной поковки-трубы (после 1-го радиального обжатия) сводится к минимуму или нулю разностенность ее перед 2-м радиальным обжатием и гарантируется качество направляющей части получаемой поковки ствола.

Выполнением в поковке сквозного отверстия после промежуточной термообработки исключаются операции чистки его и наружной поверхности перед 2-ым радиальным обжатием для удаления окисных пленок металла, образующихся от этой термообработки.

Техническое решение с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, неизвестны и явным образом не следуют из уровня техники. Это позволяет считать, что заявляемое решение является промышленно применимым, новым и поэтому обладает изобретательским уровнем.

Предлагаемый способ поясняется чертежами (фиг. 1-4).

На фиг. 1 изображен пример выполнения заготовки под первое радиальное обжатие. Она имеет базовые поверхности - центровочные отверстия на торцах - для механической обработки исходной заготовки в центрах токарного станка, которой получают заходную часть с параметрами D₂, l₃ и D₁ в дульной части и поводковую часть с параметрами D₀, l₁ и D₁ казенной части, а также боковую цилиндрическую поверхность длиной l₂ и диаметром D₁.

На фиг. 2 представлена поковка ствола, полученная первым радиальным обжатием, у которой остались неизменными D₀, D₁, l₁, D₂ и изменялись $$l_3^{\text{'}}<l_3$$ , D₄<D₁, D₃<D₁ и $$l_2<l_2^{\text{'}}$$ , после чего она подверглась промежуточной термообработке.

На фиг. 3 показана поковка-труба, полученная из поковки с выполнением в ней сквозного осевого отверстия d₀ и затем наружной обработки ее, при которой $$D_2^{\text{'}}<D_2$$ , $$l_3^{\text{'}\text{'}}<l_3^{\text{'}}$$ , $$D_4^{\text{'}}<D_4$$ , $$D_3^{\text{'}}<D_3$$ , $$l_1<l_1^{\text{'}}$$ .

На фиг. 4 изображена поковка ствола, полученная вторым радиальным обжатием, у которой образовали направляющую часть диаметром d и наружную поверхность с готовыми параметрами $$D_4^{"}<D_4^{\text{'}}$$ , $$l_3^{"\text{'}}<l_3^{\text{'}\text{'}}$$ , $$D_3^{\text{'}\text{'}}<D_3^{\text{'}}$$ , $$l_2^{\text{'}\text{'}}<l_2^{\text{'}\text{'}\text{'}}$$ ствола или максимально приближенным к ним.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. На металлургическом предприятии изготавливают и термообрабатывают исходную заготовку-прокат или поковку. Затем на заводе-изготовителе оружия ее разрезают на заготовки длиной, меньшей примерно в 2 раза длины ствола (например, у пулемета «Корд» калибра 12,7 мм последняя равна 1100 мм.). Далее у этой заготовки подрезают и зацентровывают торцы, обрабатывают боковую поверхность в диаметр D₁ и длиной l₂, а также выполняют заходную часть длиной l₃ и диаметрами D₂ и D₁ и поводковую часть диаметрами D₀ и D₁ и длиной l₁ (см. фиг. 1), причем поводковая может быть в виде цилиндра с технологической фаской в осевом отверстии со стороны казенного торца (см. патент на изобретение №2429102 RU от 20.08.2010 г) или в виде большого цилиндра или малого диаметром ≥ диаметра казенной части ствола (см. патент на изобретение №2156670 RU от 27.09.2000 г.), причем эти варианты поводковой части исключают ее удаление в технологический отход после радиального обжатия (одно- или двукратного) заготовки и используют ее как казенную часть ствола, представленную на фиг. 1.

После этого заготовку подвергают 1-му радиальному обжатию и получают промежуточную коническую поковку ствола с поперечными размерами D₃ и D₄, меньшими D₁, но большей длины $$l_2<l_2^{\text{'}}$$ (см. фиг. 2) и повышенной твердости металла (для вышеуказанного ствола она равна HB=350-380 единиц). Затем поковку подвергают промежуточной термообработке - отпуску, чем понижают эту твердость до НВ<340 единиц. 1-м радиальным обжатием и этой термообработкой сводится к минимуму или к нулю несовпадение продольных осей ее и разнотвердости металла.

После термообработки в поковке предпочтительней со стороны заходной части выполняют и затем обрабатывают сквозное отверстие до требуемой чистоты и точности диаметром d₀>d (калибром ствола) и, базируя на нем, обрабатывают поковку-трубу по наружной поверхности, устраняя образовавшийся при сверлении увод оси отверстия от продольной оси ее, если он есть из-за разнотвердости металла поковки (допустимая норма увода этой оси ≤0,6 мм/м, см. книгу Минкова М.А. Технология изготовления глубоких точных отверстий. - М.: Машиностроение, 1964, с. 11).

Кроме того, у полученной поковки-трубы точат в $$D_0^{\text{'}}$$ , устраняя увод от отверстия, и подрезают в поводковой части торец, образованный диаметрами D₀ и $$D_3^{\text{'}}$$ , для удаления отпечатков торцевых зубьев поводкового центра, образовавшихся при первом радиальном обжатии (при этом длина $$l_1^{\text{'}}>l_1$$ ; так как снимается слой металла толщиной 1-1,5 мм) и, если это необходимо, в заходной части противоположный торец поковки для удаления остатков его центровочного отверстия, и тогда $$l_3^{\text{'}\text{'}}<l_3^{\text{'}}$$ , а также протачивая в $$D_2^{\text{'}}>D_2$$ . При этом длина конической части поковки-трубы будет $$l_2^{\text{'}\text{'}}<l_2^{\text{'}}$$ .

Затем ее подвергают второму радиальному обжатию и получают поковку ствола с соответствующими размерами $$D_3^{\text{'}\text{'}}\le D_3^{\text{'}}$$ , $$D_4^{"\text{'}}<D_4^{\text{'}}$$ , $$l_3^{\text{'}\text{'}\text{'}}<l_3^{\text{'}\text{'}}$$ , $$l_2^{\text{'}\text{'}\text{'}}>l_2^{\text{'}\text{'}}$$ по наружной поверхности и направляющую часть калибром d (см. фиг. 4). Далее у нее удаляют только дульную часть длиной, большей $$l_3^{\text{'}\text{'}\text{'}}$$ , при использовании решений вышеуказанных изобретений.

Пример реализации данного способа при изготовлении ствола пулемета «Корд».

Его штатную заготовку диаметром ⌀ 60 мм и длиной 1180 мм разрезают на заготовки длиной l₂≈590 мм, подрезают и зацентровывают торцы, обтачивают в центрах токарного станка в диаметр D₁=57 мм, а также выполняют соответствующие заходную и поводковую части длинами l₃>20 мм, l₁≤10 мм, D₂>32 мм и D₀>38 мм, причем диаметр казенной части этого ствола равен 38 мм.

Затем первым радиальным обжатием получают промежуточную поковку в виде усеченного конуса с диаметрами D₃=50 мм и D₄=40 мм, длиной $$l_2^{\text{'}}\le 890\text{ мм}$$ и непроковом металла заготовки на участке между D₁ и D₃, удаляемым последующей механической обработкой. Далее ее подвергают промежуточной термообработке для снятия напряжений и понижения твердости металла до НВ<340 единиц. После этого в ней выполняют предпочтительнее с заходной части сверлением и чистовой обработкой сквозное отверстие диаметром d₀=15 мм и, базируя на нем, в центрах такую поковку-трубу обтачивают по наружной поверхности, получая $$D_4^{\text{'}}=\mathrm{39,5}\text{ мм}$$ , $$D_3^{\text{'}}=\mathrm{49,5}\text{ мм}$$ , дорабатывают заходную часть в размеры $$D_2^{\text{'}}=\mathrm{31,8}\text{ мм}$$ и $$l_3^{\text{'}\text{'}}\approx 30\text{ мм}$$ , а также поводковую часть в размеры $$D_0^{\text{'}}=38\text{ мм}$$ и $$l_1^{\text{'}}=l_1+\left(1-\mathrm{1,5}\right)\text{ мм}$$ для устранения увода оси отверстия и удаления отпечатков зубьев поводкового центра, оставшихся на торце при первом радиальном обжатии. Механической обработкой ее также удаляют и окисленный поверхностный слой металла от промежуточной термообработки после первого радиального обжатия, а также устраняют увод оси просверленного отверстия, если это имело место из-за несовпадения этой оси и продольной оси разнотвердости металла поковки.

Далее такую поковку-трубу подвергают второму радиальному обжатию, получая поковку ствола длиной $$l_2^{\text{'}\text{'}\text{'}}<1150\text{ мм}$$ с $$D_4^{\text{'}\text{'}}=\mathrm{32,2}\text{ мм}$$ , $$D_3^{\text{'}\text{'}}=\mathrm{46,5}\text{ мм}$$ и размером d=13,03 мм по полям направляющей части.

Последующей механической обработкой удаляют технологическую прибыль только в дульной части (чем также сокращают время обработки ствола) и получают поковку ствола длиной $$l_2^{\text{'}\text{'}\text{'}}+l_1^{\text{'}}=1100\text{ мм}$$ , а на токарных станах с ЧПУ ее обрабатывают окончательно по наружной поверхности и выполняют патронник, изготовив в итоге ствол под хромирование, сборку, испытания и эксплуатацию.

Вышеприведенный способ пригоден и для других калибров стволов (5,45; 7,62; 14,5; 23 и др.), заготовки и поковки которых обжимаются на радиально-обжимных станках в холодном состоянии.

При использовании предлагаемого способа возрастает до 85% коэффициент использования металла исходной заготовки за счет отсутствия технологической прибыли массой более 0,5 кг в поводковой части поковки и уменьшения диаметра с ⌀ 60 до ⌀ 58 мм исходной заготовки ствола пулемета «Корд» благодаря сведению к минимуму или нулю увода оси сквозного отверстия, образованного после 1-го радиального обжатия; уменьшаются: трудоемкость ствола до 1-го нормо-часа вследствие отсутствия операций чистки сквозного отверстия и наружной поверхности поковки после промежуточной термообработки, а также энергозатраты на обработку поковки массой, меньшей массы исходной заготовки, на операциях сверления в ней сквозного отверстия и его чистовой обработки, а также обтачивания ее наружной поверхности с минимальной или нулевой разностенностью, что обеспечивает качество направляющей части канала ствола.

Таким образом, предлагаемым решением повышается коэффициент использования металла исходной заготовки, снижаются трудоемкость ствола и энергозатраты на операциях, выполняемых после 1-го радиального обжатия поковки, а также обеспечивается качество его направляющей части.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении гладких и нарезных стволов. Исходную заготовку после термообработки подвергают механической обработке по наружной поверхности. Затем производят первое радиальное обжатие заготовки с получением поковки и ее промежуточную термообработку. Далее в поковке выполняют сквозное отверстие и обрабатывают ее наружную поверхность. Полученную поковку подвергают второму радиальному обжатию и последующей механической обработке. В результате обеспечивается уменьшение металлоемкости, сокращение количества технологических операций и объема механической обработки. 4 ил., 1 пр.

Способ изготовления ствола, включающий изготовление и термообработку исходной заготовки, первое радиальное обжатие заготовки с получением поковки, второе радиальное обжатие поковки, механическую обработку, которую осуществляют после термообработки исходной заготовки до первого радиального обжатия, после него и после второго радиального обжатия, и промежуточную термообработку поковки между первым и вторым радиальными обжатиями, отличающийся тем, что механическую обработку заготовки до первого радиального обжатия осуществляют по ее наружной поверхности, а в процессе механической обработки поковки между первым и вторым радиальными обжатиями, которую осуществляют после промежуточной термообработки, в поковке выполняют сквозное отверстие и обрабатывают ее наружную поверхность.