论连续挤压技术在铜质条状导带毛坯制造中的应用

论连续挤压技术在铜质条状导带毛坯制造中的应用

王波 张雷 姜春茂 钱晓亮 李东华 周财丽

北方华安工业集团有限公司 黑龙江 碾子山 161046

摘要 该技术针对国内弹药行业条带毛坯制造普遍存在的材料利用率低这一共性问题，首次采用连续挤压工艺方式代替原有的挤压拉伸工艺方式，完成了某产品条带毛坯连续挤压工艺研究与应用，开辟了工艺制造技术新途径。有利于推动条带毛坯制造技术的升级和推广应用。

关键词 铜质；条状导带毛坯；连续挤压

1 引言

炮弹是战争的主要消耗品，我国每年生产大口径炮弹约30万发左右。条带毛坯是炮弹的核心零部件之一，在炮弹发射时起密闭火药气体、使炮弹旋转、膛内定位等作用。目前国内弹药行业条带毛坯制造仍沿用上世纪五十年代前苏联传统的挤压拉伸工艺，材料利用率平均只有55％左右，突出问题是制造工艺存在“三高一低”，即：材料消耗高、加工工时高、能源消耗高、加工效率低。生产成本居高不下，大量的优质铜材被浪费，不符合国家建立资源节约型社会的发展方针。

2 概述

针对国内弹药行业条带毛坯制造普遍存在的材料消耗高、加工工时高、能源消耗高、加工效率低共性问题，有必要开辟新的工艺路线和制造方法，以改变目前行业条带毛坯制造材料利用率偏低的局面，降低条带毛坯制造成本，带动产业制造技术升级。即采用：阴极铜→上引连铸→连续挤压→成品锯切→退火→酸洗→打磨→成品检验的工艺路线，利用上引连铸铜杆一次挤压成型，缩短工艺流程，提高毛坯材料利用率，为国内弹药行业首次应用。网上检索日本、韩国、芬兰等国采用连续挤压技术制造条带毛坯技术目前尚处于实验室研究和学术论文发表阶段，未在大批量生产中应用。

3 试验准备

3.1 技术原理

某产品条带毛坯连续挤压工艺是利用上引连铸的成卷铜杆由旋转的放线盘水平放出，通过校直装置达到平直状态，校直后毛坯进入挤压轮，由电机带动挤压轮旋转，使铜杆进入挤压轮轮槽，经压实轮在环形轮槽内压实，在摩擦力的作用下铜杆被连续咬入而实现连续挤压。挤压时坯料与工具表面在不需外部加热的情况下因摩擦发热使变形区的温度升高，铜杆发生变形通过腔体内的模具（某产品条带毛坯成型模）挤出弹带成品。

3.2 主要技术参数

1）挤压轮名义直径：φ400 mm。

2）额定转速：12.5rpm。

3）额定功率：250KW。

4）挤压产品断面积范围：100 ~ 2000m²

4 原材料要求

4.1 尺寸及允许偏差

1）规格：φ20±0.5 mm。

2）状态：上引连铸，成卷供货，每卷为连续一根。

4.2 表面质量

铜棒表面应光亮、清洁、干燥，无油污，不允许有裂纹、冷隔、气泡和夹杂物等缺陷。

4.3 化学成分

应符合GB/T5231－2012规定。

4.4 低倍检查

内部不允许有内部气孔、裂纹和结晶疏松等缺陷存在。

5 工装设计

T2纯铜材料条带毛坯，成型性良好； H95黄铜合金材料条带毛坯，是在纯铜中添加一定比例的锌元素，使合金的力学性能、硬度都有了较大的提高，而较高的力学性能和硬度直接影响金属的流动性，连续挤压过程中所需挤压力较大，模具损耗大，使用寿命低。

1）为提高成型模的使用寿命，基体采用热作模具钢调质处理，镶嵌硬质合金，在硬质合金端面设计一个5°～10°的引入角，在与工作带连接位置倒圆角R2～R4，减小金属流动阻力。

2）模座采用热作模具钢调质处理，型腔部位镶嵌硬质合金，提高模座的使用寿命。为便于金属流动，型腔截面设计成梯形，入口处尺寸为20mm×25mm，出口尺寸为50mm×70mm。

3）导流垫采用热作模具钢调质处理，厚度为20mm，中间孔直径根据条状导带毛坯截面积确定，一般为30mm～40mm。

6 试验实施

6.1 连续挤压工艺试验

以某产品条带毛坯为研制对象，分为摸底试验和批量试制两个阶段开展连续挤压工艺试验。T2纯铜材料条带毛坯生产试制1260套，其中摸底试验120套，批量试制1140套； H95黄铜合金材料条带毛坯生产试制1030套，其中摸底试验130套，批量试制900套。

6.2 摸底试验

通过反复摸索、试验、改进，采取连续挤压速度、进给量工艺参数调整；挤压模具结构和材料改进；退火工艺参数优化等措施，解决了毛坯尖角充不满产生锯齿料；表面光洁度不合，有道线、崩落、划伤；成型模具磨损快，几何尺寸超差；弹带毛坯退火后硬度偏硬等问题。

6.3 批量试制

固化工艺参数和模具结构，连续生产，弹带毛坯表面无气孔、缩孔、锯齿、裂纹、麻坑等疵病；几何尺寸检查100%合格；产品质量稳定，综合良品率达到95%以上。

6.4 力学性能检查

抽取原工艺（挤压拉伸）和新工艺（连续挤压）制造的某产品条带毛坯各5套进行力学性能检查对比分析，新工艺（连续挤压）制造的条带毛坯抗拉强度有所提高，延伸率有所降低，均满足产品图样要求且力学性能一致性较好，具体数据见表1。

表1 力学性能检测对比统计表

6.5 主要技术指标完成情况

以某产品条带毛坯为研制对象，采用新工艺（连续挤压）加工，达到的技术指标，见表4。

表4 主要技术指标完成情况统计表

5 结论

国内弹药行业首次在条带毛坯制造技术上采用连续挤压工艺方式代替传统的挤压拉伸工艺方式，开辟工艺制造技术新途径。建成了一条完整的条带毛坯连续挤压生产线，制定了工艺规范及检测标准。完成了 H95黄铜合金条带毛坯材料连续挤压变形机理研究，掌握了条带弹带毛坯连续挤压塑性成形、模具结构设计、表面质量和几何尺寸控制、挤压后高温防氧化等关键技术，其技术指标达到国内领先水平，具有广阔的应用前景和较高的应用价值。连续挤压制造技术创新性强，研制难度大，具有自主知识产权。在大批量生产中的成功应用，突破了条带毛坯原材料利用率低的技术瓶颈，达到国内弹药行业领先水平，符合国家建设“资源节约型社会”的产业政策，解决的关键技术和取得的创新成果将推动国内条带毛坯制造技术的发展，具有重大的军事和经济效益。

参考文献：

1《炮弹与火箭弹制造工艺学》【M】 国防工业出版社 1982年

2《重有色金属材料加工手册》【M】 冶金工业出版社 1979年

3 《铜合金及其加工手册》【M】中南大学出版社 2002年

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