СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТВОЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
PROCEDURE FOR MANUFACTURE OF BARREL AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к обработке металлов давлением и может быть использована при изготовлении стволов с нарезными или гладкими направляющими частями.
Известен способ изготовления ствола (см.кн. Троицкого Н.Д. Глубокое сверление, Л., Машиностроение, 1971, с.140-141). Заготовку-поковку предварительно обрабатывают по наружной поверхности, подрезают ее торцы, выполняют центрирующие шейки и контрольные пояски и осуществляют глубокое сверление. Далее производят термообработку, растачивают глубокое отверстие, выполняют в нем нарезы, в казенной части его - патронник и окончательно обрабатывают по наружной поверхности, получая готовый ствол.
Недостатками аналога являются: длина исходной заготовки больше длины ствола с учетом подрезки торцов и отделения темплета с дульной части под образцы - свидетели; поэтому разница объемов предварительной и окончательной механических обработок значительна, а коэффициент использования металла (КИМ - отношение массы ствола к массе исходной заготовки - η) не более 30%.
Известен способ изготовления ствола, принятый за прототип (см. патент RU №2156670 С1, 27.09.2000, B21D 51/16). Способ заключается в том, что сначала получают исходную заготовку (прокат или поковку), которую далее термообрабатывают. Затем ее обрабатывают так: подрезают торцы, центруют один из них, осуществляют глубокое сверление, обтачивают по наружной поверхности с получением заходной части цилиндро-конической формы, а также поводковой части в виде большого цилиндра диаметром или равным диаметру исходной заготовки и малого цилиндра диаметром, большим или равным диаметру казенной части ствола, получая в итоге заготовку-трубу. После этого радиальным обжатием (РО) из нее получают поковку ствола, которую окончательно механически обрабатывают с удалением в отходы ее заходную часть.
Известно устройство для реализации способа изготовления ствола - полый поводковый центр, принятый за прототип, (см. патент RU №2156670 С1, 27.09.2000 г., B21D 51/16). Он содержит в передней части малый цилиндр с поперечными зубьями на торце, в средней части - большой цилиндр с наружными канавками без задних стенок и хвостовик с конической или цилиндрической наружной поверхностью в задней части.
Недостатками известных способа и устройства являются: неоптимальная конструкция поводковой части заготовки-трубы в виде большого и малого цилиндров разной точности, что усложняет изготовление этой части; нет соосности между линией центров радиально-обжимной машины (РОМ) и продольной осью заготовки-трубы из-за зазоров между посадочной поверхностью его малого цилиндра поводковой части и гнездом под него у поводкового центра, что приводит к разностенности и короблению получаемой РО поковки ствола.
Группой изобретений решается задача: повышение качества и снижение себестоимости изготовления ствола.
Предлагаемая группа изобретений направлена на достижение технического результата, заключающегося в уменьшении трудовых, материальных и энергетических затрат, снижении расхода металла и износа используемого инструмента и оборудования на операциях, предшествующих РО заготовки-трубы, повышении точности установки ее на РОМе.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления ствола, включающем образование исходной заготовки, ее термообработку и предварительную механическую обработку с получением заготовки-трубы, имеющей на концах заходную и поводковую части, изготовление из полученной заготовки-трубы поковки с заходной и поводковой частями путем радиального обжатия заготовки-трубы в радиально-обжимной машине с креплением ее в подпорном и поводковом центрах и окончательную механическую обработку поковки с удалением ее заходной части НОВЫМ является то, что получают заготовку-трубу с поводковой частью в виде цилиндра и с технологической фаской, расположенной в осевом отверстии со стороны торца упомянутого цилиндра, а обжатие заготовки-трубы в радиально-обжимной машине осуществляют с креплением ее в полом поводковом центре, выполненном с полым упорным центром, который фиксируют в технологической фаске заготовки-трубы.
Выполнение поводковой части в виде одного цилиндра у заготовки-трубы, образование технологической фаски в ее осевом отверстии со стороны его торца этого цилиндра позволяет уменьшить объем механической обработки заготовки-трубы: не надо за несколько проходов резца выполнять малый цилиндр в более точный размер, чем большой цилиндр; кроме того, этот цилиндр будет обжат бойками РОМы по всей длине и станет поковкой ствола, а не технологическим отходом в виде стружки, как у прототипа; при образовании малого цилиндра этим самым уменьшается масса исходной заготовки и повышается ее КИМ; образованием в осевом отверстии заготовки-трубы со стороны торца ее большого цилиндра технологической фаски (диаметром ≥ наибольшего диаметра патронника ствола) уменьшается также объем последующей механической обработки патронника, так как из него удален металл объемом этой фаски. Кроме того, эта фаска - технологическая база, так как с ней контактирует без зазора передняя часть полого упорного центра для совмещения продольной оси заготовки-трубы и линии центров РОМы. Этим самым уменьшается несоосность между ними и повышается качество получаемой поковки за счет сведения к минимуму коробления поковки ствола и его разностенности.
Указанный технический результат достигается тем, что в полом поводковом центре радиально-обжимной машины для радиального обжатия заготовки-трубы с технологической фаской при изготовлении ствола НОВЫМ является то, что он выполнен с малым цилиндром в передней части, имеющим прерывистые кольцевые или спиральные зубья на торце, с большим цилиндром в средней части, выполненным с наружными канавками без задних стенок, и с хвостовиком с конической или цилиндрической наружной поверхностью в задней части и содержит размещенный в его полости с выступлением своей передней частью за торец малого цилиндра полый упорный центр с расположенным в задней части устройством для его фиксации в технологической фаске заготовки-трубы.
Малый цилиндр выполнен усеченным конусом с вершиной на его торце и углом наклона боковой поверхности, меньшим или равным сумме углов наклона заходной части бойка радиально-обжимной машины.
Малый или большой цилиндр выполнен с закрытым снаружи поперечным окном для смазки, открытым в каналы, образованные поверхностями упомянутого цилиндра и полого упорного центра, закрытые с концов.
Размещение полого упорного центра в полом поводковом центре, выступающего своей передней частью за торец малого цилиндра, а в его передней или задней части устройства, обеспечивающего фиксацию полого упорного центра на технологическую фаску заготовки-трубы, выполнение зубьев на торце малого цилиндра прерывистыми кольцевыми или спиральными позволяет уменьшить несоосность между линией центров РОМы и продольной осью заготовки-трубы, повысить надежность фиксации трубы-заготовки в полом поводковом центре, увеличить жесткость малого цилиндра, когда он выполняется по наружной поверхности в виде усеченного конуса с вершиной на его торце, и уменьшить износ контактирующих поверхностей полого поводкового центра и упорного центра, размещенного в нем, благодаря смазыванию их, так как в малом или большом цилиндре выполнено и закрыто снаружи поперечное окно под смазку, открытое в каналы, образованные поверхностями этого цилиндра и полым упорным центром, закрытые с концов. В этих каналах размещается смазка, поданная через указанное поперечное окно.
Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является промышленно применимым, новым и поэтому обладает изобретательским уровнем.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
фиг.1 изображена заготовка-труба под РО;
фиг.2 - полученная поковка ствола;
фиг.3, 4, 5 - примеры выполнения полого поводкового центра.
0
01
01
01
02
03
02
02
01
04
03
04
05
01
0
0
01
0
'
'
Данный способ реализуется следующим образом. На металлургическом предприятии изготавливают и термообрабатывают исходную заготовку - круглый прокат или поковку; затем на заводе-изготовителе стволов, например, прокат разрезают на заготовки длиной, меньшей длины ствола, которые механически обрабатывают, а именно подрезают торцы, центруют один из них, сверлят в нем сквозное отверстие диаметром d, которое больше калибра d ствола. Далее заготовку-трубу обрабатывают в центрах токарных станков, получая поводковую часть в виде одного цилиндра, диаметром d, длиной l, меньшей длины патронника ствола, а также и заходную часть с размерами l, d, d, коническую часть длиной l и диаметрами d и d и коническо-цилиндрическую часть с размерами d, d, l и l под подпорный центр РОМы (см. фиг.3). Под ее полый поводковый центр со стороны казенного торца цилиндра диаметром d в осевом отверстии d заготовки выполняют технологическую фаску с размерами d  и l , причем максимальный диаметр ее d′ совмещают с торцом этого цилиндра и он ≥ наибольшего диаметра патронника ствола.
05
04
03
02
01
01
01
0
'
'
Таким образом, предварительной механической обработкой исходной заготовки получают заготовку-трубу с заходной конической частью и поводковой частью в виде цилиндра общей длиной l+l+l+l+l, у которой выполнена фаска с размерами d  и l  в ее осевом отверстии d со стороны казенного торца цилиндра под полый упорный центр поводкового центра РОМы.
3
2
1
4
04
3
2
1
Далее заготовка-труба подвергается радиальному обжатию, в результате чего получают поковку ствола (см. фиг.2) длиной l+l+l с отверстием d, где имеются поля и нарезы, а также диаметрами d=d и d в дульной части и d и d в поводковой (казенной) части.
3
Затем у этой поковки удаляют только дульную часть длиной >l, а казенный торец поводковой части подрезают ≥1 мм для удаления отпечатков зубьев поводкового центра и используют далее как казенный торец ствола.
После этого осуществляют окончательную механическую обработку поковки по наружной поверхности и образуют в ее поводковой (казенной) части патронник и в итоге получают ствол.
Пример реализации предлагаемого способа при изготовлении ствола пулемета КПВТ.
0
0
01
01
01
04
03
02
05
04
03
02
0
'
'
'
'
Исходную заготовку (круглый прокат или поковку) диаметром 56 мм разрезают на заготовки длиной 865 мм, у которых подрезают и центруют один из торцов, затем выполняют сквозное отверстие d =17 мм (см. фиг.1) и образуют с поводкового торца в нем фаску диаметром d ≥27 мм и длиной l ≥9 мм. Далее заготовку-трубу обтачивают в центрах, получая поводковую часть в виде цилиндра длиной l<120 мм и диаметром d=53,4 мм. Затем образуют диаметры d=20 мм, d=30 мм и d=42 мм с соответствующими им длинами l=3 мм, l=2 мм, l=22 мм и l=727 мм и поправляют фаску d ≥27 мм.
3
2
1
3
2
1
Далее заготовку-трубу обжимают по всей длине на РОМе, получая поковку ствола с размерами d=14,5 мм, d=30 мм, d=47 мм и d=52 мм и участки соответствующих длин l=12 мм, l=1346 мм и l=35 мм.
3
c
После этого у поковки подрезают казенный торец, снимая при этом припуск около 1 мм для удаления отпечатков зубьев поводкового центра и удаляют технологическую прибыль с дульной части длиной около 40 мм, большей l, получая окончательную длину ствола l=1351 мм.
1
'
После подрезки указанного торца диаметр d  фаски должен быть не более максимального диаметра патронника ствола, выполняемого в конце механической обработки ствола.
Предлагаемым способом уменьшается длина исходной заготовки на 235 мм и масса на 4,46 кг, благодаря обжатию заготовки-трубы по всей длине при помощи предлагаемого поводкового центра, что позволяет получить
ств
заг
где η - КИМ; m - масса ствола; m - масса заготовки.
Для способа изготовления ствола - прототипа
Кроме этого, объем обработки заготовки-трубы и поковки ствола уменьшается на 1 нормо-час.
Качество получаемой поковки ствола, оцениваемое по разностенности и короблению после РО, повышается использованием предлагаемого устройства - полого поводкового центра (см. фиг.3), обеспечивающего уменьшение в несколько раз несоосности между линией центров РОМы и продольной осью заготовки-трубы, закрепленной дульной частью также в другом центре РОМы - подпорном.
Предлагаемый способ изготовления ствола реализуется в полом поводковом центре. Полый поводковый центр содержит в передней части малый цилиндр 1 с прерывистыми кольцевыми или спиральными зубьями 2 на торце, в средней части большой цилиндр 3 с наружными канавками 4 без задних стенок и в задней хвостовик 5. В полости поводкового центра размещен полый упорный центр 6 с выступающей за торец малого цилиндра 1 упорной рабочей частью 7, выполненной конической или радиусной формы, которая контактирует с поверхностью технологической фаски поводковой части заготовки-трубы, показанной штриховыми линиями, обеспечивая этим самым минимальную несоосность между линией центров РОМы и продольной осью заготовки трубы.
В задней части 8 упорного центра 6 расположено устройство, обеспечивающее его фиксацию на технологическую фаску заготовки-трубы. Устройство может быть выполнено, например, в виде набора тарельчатых пружин 9, который контактирует одним концом с упорным центром 6, а другим концом опирается на торец втулки 10, зафиксированной в полости хвостовика 5, например, стопорным кольцом 11 (см. фиг.3), возможны и другие варианты фиксации пружины.
На фиг.4 представлен другой вариант устройства, обеспечивающего фиксацию полого упорного центра на технологическую фаску заготовки-трубы под РО. Оно отличается от предыдущего заменой набора тарельчатых пружин на деформируемую, например, полиуретановую втулку 9, которая своей конической или цилиндрической полостью охватывает соответствующую поверхность хвостовика полого упорного центра 6. При этом в задний торец втулки 9 упирается резьбовая втулка 10, ввернутая в резьбовую поверхность хвостовика 5 и зафиксированная стопорным кольцом 11.
На фиг.5 представлен принципиально другой вариант поводкового центра с устройством фиксации его полого упорного центра, расположенным в его передней части. Его полый упорный центр 6 выполнен в виде втулки, передняя часть 7 которого является устройством фиксации и поэтому имеет продольные прорези 9 или окна, а задняя часть 5 своим торцом 8 упирается в дно гнезда поводкового центра, образованного со стороны торца малого цилиндра 1.
Малый цилиндр 1 по наружной поверхности может быть выполнен в виде усеченного конуса 12 с вершиной на его торце. При этом угол наклона боковой поверхности этого конуса ≤ суммы углов наклона заходной части бойка РОМы, а его длина не более 65 мм.
Такой конструкцией передней части центра увеличивается жесткость в 1,24 раза по сравнению с прототипом. Их размеры равны: наружный диаметр 54 мм, а внутренние диаметры соответственно 27 мм и 38 мм.
Образованием на торце малого цилиндра прерывистых кольцевых или спиральных зубьев упрощается их изготовление и повышается надежность крепления заготовки-трубы в поводковом центре РОМы. Из-за их такого расположения, препятствующего смещению в радиальном направлении заготовки-трубы от поперечных составляющих усилий, действующих со стороны бойков РОМы, гарантируется надежное крепление заготовки на РОМе.
Смазка, поданная через выполненное в малом 1 или большом 3 цилиндре и закрытое снаружи поперечное окно 13, поступает в зазоры между поверхностями полости малого цилиндра 1 поводкового центра и упорного центра 6, а затем и в каналы 14 (кольцевые, винтовые, продольные и др.), закрытые с концов, чем обеспечиваются минимальные силы трения между контактирующими поверхностями и наименьший износ их.
+0,1
-0,1
1
Несоосность между заготовкой-трубой и линией центров РОМы определяется полями допусков на полость диаметром 38 мм поводкового центра - прототипа и на посадочную поверхность диаметром 38 мм малого цилиндра поводковой части этой трубы - прототипа. При этом максимальный зазор Δ max=0,1+0,1=0,2 мм между сопрягаемыми поверхностями, а несоосность равна половине этого зазора - 0,1 мм.
0
o1
+0,020
+0,038
У предлагаемого технического решения отсутствует зазор между фаской с размерами d и l заготовки-трубы и полым упорным центром поводкового центра, так как передняя рабочая часть упорного центра размещается без зазора в этой фаске, а несоосность в этом случае определяют полями допусков между полостью поводкового центра и наружной поверхностью упорного центра. Задавшись номинальным размером этого соединения и посадками на его элементы, зазор между ними определяется: диаметр 27 Н7/f7 или диаметр 27 H8/f8 и тогда Н7 (),  Н8 (),  а максимальный зазор равен Δ max=0,020+0,028=0,048 мм или 0,066 мм при несоосности Δmax/2=0,024 мм или 0,033 мм.
Следовательно, предлагаемым техническим решением уменьшается несоосность между линией центров РОМы и продольной осью заготовки-трубы больше в 3-4 раза, чем уменьшаются разностенность и коробление поковки ствола.
Предлагаемый полый поводковый центр работает следующим образом. При подаче манипулятором заготовки-трубы на линию центров РОМы привод подачи и вращения ее перемещается вперед. В этом приводе своим хвостовиком 5 размещен предлагаемый центр, зафиксированный от поворота канавками 4 без задних стенок, в которых размещаются выступы привода. При этом передняя рабочая часть 7 упорного центра 6, выступающая за торец малого цилиндра 1 благодаря тарельчатым пружинам 9 или втулке 9, действующей на торец или бурт 8 центра 6, упирающегося буртом в дно полости хвостовика 5, попадает своей конической поверхностью в полость технологической фаски поводковой части в виде цилиндра заготовки-трубы, указанной на фиг.3 штриховыми линиями, и фиксируется там. При этом совмещаются оси центров РОМы и заготовки-трубы.
При дальнейшем перемещении поводкового центра упорный центр перемещается назад, сжимая дополнительно набор тарельчатых пружин или переднюю часть втулки 9, и зубья 2 торца малого цилиндра 1 внедряются в казенный торец большого цилиндра поводковой части заготовки-трубы, фиксируя ее в радиальном направлении и также в осевом, так как она своей дульной частью упирается в подпорный центр РОМы.
При использовании варианта поводкового центра (фиг.5) передняя часть 7 полого упорного центра 6 оказывается в технологической фаске заготовки-трубы и при перемещении поводкового центра лепестки передней части 7 этого центра 6 - благодаря продольным прорезям или окнам 9 начинают деформироваться радиально от периферии к центру, а зубья 2 торца малого цилиндра 1 внедряются в казенный торец заготовки-трубы, надежно фиксируя последнюю на РОМе. При этом угол наклона передней части 7 центра 6 больше угла наклона технологической фаски - трубы, а жесткость лепестков передней части 7 этого центра выше, когда образованы окна 9, а не продольные прорези 9. После этого начинается РО заготовки трубы бойками РОМы, заканчивающееся, когда их заходные части находятся над малым цилиндром 1 поводкового центра, выполненным в виде усеченного конуса.
После этого полученная поковка ствола перемещается назад вместе с упорным и поводковым центрами и ее захватывает манипулятор, а привод подачи и вращения РОМы возвращается в начальное положение, причем полый поводковый центр отходит от казенного торца поковки ствола, освобождая ее, и упорный центр 6 его тарельчатыми пружинами или втулкой 9 возвращается в крайнее переднее положение, а при варианте поводкового центра (фиг.5) лепестки центра втулки 6 разжимаются и возвращаются в первоначальное положение.
Таким образом, предлагаемой группой изобретений снижаются материалоемкость и трудоемкость изготовления ствола и повышается качество его поковки по короблению и разностенности за счет уменьшения несоосности между линией центров РОМы и продольной осью заготовки - трубы, размещаемой в них.