СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТВОЛА
METHOD FOR PRODUCING A BARREL

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может использоваться при изготовлении стволов с гладкими и нарезными направляющими частями.
Известен способ изготовления ствола (см. патент RU №2429102, С2, 20.09.2011 г, В21К 21/06). Он заключается в том, что из исходной и термообработанной заготовки получают предварительной механической обработкой заготовку-трубу, имеющую на одном конце под подпорный центр заходную часть в виде наружных фаски и вспомогательной поверхности, переходящей в деформируемую часть в виде заходного конуса и цилиндра, являющегося на другом конце поводковой частью, имеющей с торца в отверстии заготовки-трубы технологическую фаску под поводковый центр: обжатие этой заготовки-трубы на радиально-обжимной машине и получение при этом поковки ствола, подвергаемой окончательной механической обработке с образованием готового ствола.
Недостаток аналога: удаляемая технологическая прибыль - заходная часть - значительная по массе и у стволов калибра 12,7 и 14,5 мм составляет до 0,4-0,6 кг; коэффициент использования металла исходной заготовки низок и не превышает 50-60%, что отрицательно сказывается на производственно-экономических показателях ствольного производства (значительны энергозатраты на изготовление, большой износ режущего инструмента - резцов и времени на образование заготовки-трубы).
6
Известен другой способ изготовления ствола (см. патент RU №2069594, С1, 27.11.1996, МПК В21D 41/00). Он заключается в изготовлении и термообработке исходной заготовки, предварительной механической обработке ее с получением заготовки-трубы, имеющей с одного конца под подпорный центр заходную часть в виде наружной технологической фаски, основание которой переходит во вспомогательную поверхность, а та - в деформируемую часть коническо-цилиндрической формы, заканчивающейся на другом конце поводковой частью в виде большого и малого цилиндров; первым обжатием заготовки-трубы на радиально-обжимной машине получают промежуточную поковку, которую подвергают термической и затем механической обработке внутренней и наружных поверхностей для удаления окисных пленок под второе радиальное обжатие, которым получают окончательную поковку ствола, подвергаемую дальнейшей механической обработке с образованием готового ствола.
Его недостатки: отсутствие унификации элементов конструкции заготовки-трубы вследствие разных технологических фасок ее концов (наружной и внутренней) и разного инструмента, используемого для их образования; уменьшенная прочность заходной части из-за наличия наружной технологической фаски под радиальное обжатие и внутренней под механическую обработку заготовки-трубы в центрах токарного оборудования; нетехнологичность заготовки-трубы из-за образования этих фасок; ограниченная площадь контакта наружной технологической фаски с рабочей поверхностью подпорного центра и его повышенный износ при работе; сложность восстановления этой поверхности его.
o
Известен и третий способ - наиболее близкий аналог, включающий образование и термообработку исходной заготовки, ее предварительную механическую обработку с получением заготовки-трубы, изготовление из нее первым радиальным обжатием на радиально-обжимной машине (РОМе), имеющей подпорный и поводковый центры, промежуточной поковки ствола, ее последующую промежуточную термическую и механическую обработку, образование из промежуточной поковки ствола вторым радиальным обжатием на РОМе готовой поковки ствола и затем ее окончательную механическую обработку; при этом получают заготовку-трубу с отверстием диаметром d, имеющую на одном конце заходную часть, переходящую в подлежащую деформированию бойками РОМы при первом и втором обжатиях часть в виде цилиндра, которая на другом конце выполнена с расположенной на торце в отверстии заготовки- трубы технологической фаской под поводковый центр РОМы (см. патент RU 2539548 С2, B21K 21/06, 20.01.2015), имеющий аналогичные недостатки предыдущего способа.
o
o
o
п
o
o
o
Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение количества используемого инструмента и объема механической обработки заготовки-трубы; унификация элементов ее конструкции; повышение прочности и надежности крепления ее на РОМе, а также стойкости и технологичности подпорных центров этой машины. Она решается тем, что в способе изготовления ствола, включающем образование и термообработку исходной заготовки, ее предварительную механическую обработку с получением заготовки-трубы, изготовление из нее первым радиальным обжатием на РОМе, имеющей подпорный и поводковый центры, промежуточной поковки ствола, ее последующую промежуточную термическую и механическую обработку, образование из промежуточной поковки ствола вторым радиальным обжатием на РОМе готовой поковки ствола и затем ее окончательную механическую обработку; при этом получают заготовку-трубу с отверстием d, имеющую на одном конце заходную часть, переходящую в подлежащую деформированию бойками РОМы при первом и втором обжатиях часть в виде цилиндра, которая на другом конце выполнена с расположенной на торце в отверстии заготовки-трубы технологической фаской под поводковый центр РОМы, НОВЫМ ЯВЛЯЕТСЯ ТО, ЧТО заходную часть заготовки-трубы выполняют в виде наружного заходного конуса, подлежащего деформированию бойками РОМы при первом и втором обжатиях, переходящего своим основанием в часть заготовки-трубы в виде цилиндра и имеющего на торце диаметр D>2,5 d и внутреннюю технологическую фаску с диаметром основания d>2d под подпорный центр РОМы, а при механической обработке промежуточной поковки ствола под второе радиальное обжатие подрезают торец ее заходной части с получением диаметра основания внутренней технологической фаски, который меньше диаметра дульной части ствола, и со стороны указанного торца на заходной части выполняют цилиндр диаметром D′<D и длиной, превышающей полученную в результате подрезания торца длину внутренней технологической фаски заходной части, переходящий в наружный заходный конус промежуточной поковки.
Использованием под первое и второе радиальные обжатия соответственно заготовки-трубы и промежуточной поковки с одними и теми же наружной заходной частью и внутренней с технологическими фасками со своими параметрами (у первой они больше, чем у поковки под второе радиальное обжатие) оптимизируются прочностные характеристики не только этой части, но и подпорного центра под первое радиальное обжатие, чем уменьшают ее износ; при угле наклона заходной части β<30° возрастает прочность ее по сравнению с β=0°, когда эта поверхность - цилиндрическая и минимальной прочности и применяется в предлагаемом решении при втором радиальном обжатии промежуточной поковки ствола.
Применением в заходной части одной технологической фаски (внутренней) заготовки и поковки без изменения ее размеров под первое обжатие и с уменьшением ее длины и диаметра (подрезкой торца у промежуточной поковки) уменьшается объем механической обработки этой поковки под второе радиальное обжатие.
Такой фаске соответствует и свой подпорный центр с наружной более технологичной рабочей поверхностью при ее восстановлении после предельного износа наружным шлифованием.
Образованием ее одним инструментом- зенковкой, а не двумя резцами, как у прототипа, и при наличии фаски с таким же углом наклона ее образующей относительно продольной оси заготовки или поковки на ее другом торце унифицируется ее конструкция и, следовательно, она становится технологичнее из-за использования одной и той же зенковки для их образования.
Наличием этих фасок у заготовки-трубы также отпадает необходимость их образования для обработки ее наружных поверхностей под первое радиальное обжатие, т.к. они используются сначала под центры токарного оборудования, а затем и под подпорный и поводковый центры РОМы.
Недоходом внутренней технологической фаски до начала деформируемой части заготовки-трубы исключается воздействие деформируемого металла на подпорный центр и гарантируется надежность фиксации заходной части заготовки-трубы и промежуточной поковки при их обжатии на РОМе.
Использованием в заходной части одной технологической фаски (внутренней) без изменения ее размера под первое обжатие и с уменьшением ее длины и диаметра (подрезкой торца у промежуточной поковки) уменьшается объем механической обработки этой поковки под второе обжатие с меньшей продольной подачей и объемом деформируемого металла, чем при первом обжатии, для получения требуемого качества направляющей части у окончательно обжатой поковки ствола.
Технический результат от предлагаемого способа: уменьшение количества используемого инструмента и объема механической обработки заготовки-трубы и промежуточной поковки, унификация их конструктивных элементов; повышение прочности и надежности крепления первой при радиальном обжатии, а также стойкости и технологичности подпорных центров РОМы.
Сравнительный анализ этого способа с известными сейчас решениями показывает, что он новый, существенно отличается от них, промышленно пригоден и поэтому полностью соответствует критерию ИЗОБРЕТЕНИЕ.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена заготовка-труба под первое радиальное обжатие, на фиг. 2 - промежуточная поковка после термической и механической обработки под второе радиальное обжатие, на фиг. 3 - окончательно обжатая поковка ствола.
п
п
o
з
з
Предлагаемый способ реализуется так: круглый прокат, например, разрезают на требуемой длины заготовки с последующей обработкой, например, на фрезерно-центровальном станке подрезают их торцы; затем один из них зацентровывают с размерами d и l технологической фаски заходной части заготовки под подпорный центр РОМы; далее ее сверлят и развертывают отверстие в d с выполнением в нем технологической фаски d и l. Базируя этими фасками на упорных центрах токарного станка, заготовку, как и получаемые из нее радиальным обжатием поковки, обрабатывают в соответствующие размеры.
п
о
п
о
о
1
з
з
На фиг. 1 представлена заготовка-труба, у которой с торца заходной части имеется технологическая фаска с параметрами d>2d и l, а также наружный заходный конус с углом наклона образующей β и диаметром при вершине D>2,5d, основание которого располагается на цилиндре D этой заготовки. В отверстии поводковой части ее образована технологическая фаска с параметрами d и l под поводковый центр, идентичная фаске заготовки-трубы фиг. 1.
<mrow><msubsup><mi>d</mi><mi>o</mi><mo>'</mo></msubsup><mo><</mo><msub><mi>d</mi><mi>o</mi></msub></mrow>
<mrow><msubsup><mi>D</mi><mn>1</mn><mo>'</mo></msubsup><mo><</mo><msub><mi>D</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
<mrow><mn>2,5</mn><msub><mi>d</mi><mi>o</mi></msub><mo><</mo><msubsup><mi>D</mi><mn>1</mn><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo></mrow></msubsup><mo><</mo><mn>3</mn><msub><mi>d</mi><mi>o</mi></msub></mrow>
<mrow><msubsup><mi>D</mi><mi>o</mi><mo>'</mo></msubsup><mo><</mo><msub><mi>D</mi><mi>o</mi></msub></mrow>
<mrow><msubsup><mi>D</mi><mn>1</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>D</mi><mn>1</mn><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo></mrow></msubsup></mrow>
кч
1
0
0
п
п
п
п
g
п
На фиг. 2 приведена термически и механически обработанная поковка под второе радиальное  обжатие, у которой первым радиальным обжатием получены
,
,
на длине казенной части ствола  L, D остался неизменным или его доработали до диаметра бурта длиной L этой части ствола; L′>l, а у заходной части подрезают торец и  l′<l и d′<d и точат цилиндр
на длине l>l, переходящей углом β в заходный конус деформируемой части поковки с диаметрами
и
.
o
с
<mrow><msubsup><mi>d</mi><mi>o</mi><mo>'</mo></msubsup></mrow>
Вторым радиальным обжатием промежуточной поковки получают окончательную поковку ствола (см. фиг. 3), у которой подрезают торец поводковой части не более 0,5 мм для удаления отпечатков зубьев поводкового центра (такую же подрезку торца осуществляют и у промежуточной поковки), затем отрезают технологическую прибыль с заходной части, состоящую из ее наружной вспомогательной поверхности и переходной зоны с участками отверстий d и
, получая ствол длиной l (см. фиг. 3).
Примеры изготовления ствола калибра 14,5 мм пулемета КПВТ по формуле изобретения:
o
п
п
o
з
з
o
1
исходную заготовку - круглый прокат диаметром 56 мм разрезают на заготовки длиной не менее 750 мм. Затем торцы заготовки фрезеруют в размер l≥742 мм, у нее зацентровывают торец под глубокое сверление и образуют центровочное гнездо с параметрами d=35 мм и l=8,5 мм с углом наклона α=45°, полученными после глубокого сверления и развертывания, которое становится внутренней технологической фаской (см. фиг. 1). С другой стороны заготовки-трубы в отверстие выполняют технологическую фаску с d, l; после этого базируют фасками в центрах токарного станка и с торца заходной части образуют деформируемый заходный конус с диаметром при вершине D=39 мм и углом наклона β=15° образующей, переходящий основанием в деформируемый цилиндр диаметром D=53 мм (см. фиг. 1).
o
1
o
1
1
o
0
<mrow><msubsup><mi>D</mi><mn>1</mn><mo>'</mo></msubsup><mo>=</mo><mn>44</mn><mi>м</mi><mi>м</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mi>d</mi><mi>o</mi><mo>'</mo></msubsup><mo>=</mo><mn>16,5</mn><mi>м</mi><mi>м</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mi>D</mi><mn>1</mn><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo></mrow></msubsup></mrow>
Первым радиальным обжатием размеры заготовки-трубы изменили: D осталось прежним, а диаметр D основания заходного конуса изменились до
; d до
, D до
в пределах 47,5-49,5 мм на концах участка длиной 210 мм, диаметр D на конце поводковой части длиной L<12 мм остался неизменным, но увеличилась длина с l до L′=1100 мм.
Перед вторым радиальным обжатием промежуточную поковку подвергают термической и механической обработкам.
п
п
g
<mrow><msubsup><mi>D</mi><mi>o</mi><mo>'</mo></msubsup><mo>=</mo><mn>31</mn><mi>м</mi><mi>м</mi></mrow>
Последняя заключается в обработке заходной части ее: подрезают торец с обеспечением у технологической фаски l=6,5 мм; d=29,5 мм (в дульной части этого ствола диаметром 30 мм выполняется резьба) и с него протачивают цилиндр в диаметр
мм на длине l=8-9 мм, переходящий в деформируемый заходный конус с углом наклона образующий β=15°, а тот в деформируемую коническую часть промежуточной поковки (см. фиг. 2).
Вторым радиальным обжатием ее получают окончательную поковку, показанную на фиг. 3.
п
с
У нее второй раз также надрезают торец<0,5 мм для удаления отпечатков зубьев поводкового центра и затем удаляют технологическую прибыль заходной части величиной>l, (см. фиг. 3), получая ствол l=1350 мм.
После этого следует окончательная механическая обработка ствола, надевание на его казенную часть муфты, обработка патронника и последующее хромирование всего канала ствола.
Предлагаемой заготовкой-трубой с деформируемой цилиндрической частью уменьшается количество снимаемого с исходной заготовки металла и объем механической обработки ее с повышением коэффициента использования ее металла до 90%, в том числе и из-за отсутствия малого цилиндра массой до 0,5 кг в поводковой части заготовки-трубы, имеющегося у образуемых поковок-прототипов.
Применением концов: ее внутренних фасок с углом при вершине, например 90°, унифицируются соответствующие инструменты оснастка своими рабочими поверхностями и, следовательно, упрощается их изготовление, а для образования внутренних фасок в заходной и поводковой частях заготовки-трубы используется одна и та же зенковка.
пц
o
Под первое радиальное обжатие применяется подпорный центр с максимальным диаметром рабочей поверхности D<D=39 мм вследствие равенства углов заходной части и вспомогательной поверхности. Поэтому обеспечиваются максимальная площадь контакта сопрягаемых поверхностей его и заходной части заготовки-трубы с повышением прочности этих элементов при первом обжатии этой заготовки и уменьшением действующих между этими поверхностями давлений, чем увеличивается стойкость этого центра.
Внутренняя технологическая фаска заходной части заготовки-трубы используется сначала для наружной токарной обработки исходной заготовки, а затем и для получения из нее промежуточной и окончательной поковок, а также для их механических обработок после первого и второго радиальных обжатий. Этим решением уменьшается объем механической обработки ствола в целом и упрощается конструкция заготовки-трубы, имеющей в заходной части только одну коническую поверхность - заходный конус с углом.
Данные свидетельствуют о большей прочности заходной части заготовки-трубы с внутренней, а не наружной технологической фаской под подпорный центр РОМы, что положительно скажется на качестве получаемой промежуточной поковки и, в итоге, стола из-за уменьшения ее деформационных колебаний от бойков машины.
Выполнением наружной рабочей фаски на передней части подпорного центра под внутреннюю технологическую фаску заходной части заготовки-трубы и получаемой из нее поковки проще, чем образование у него внутренней фаски.
Инструмент для восстановления после предельного износа данной фаски этого центра (фасонно-шлифовальный круг) проще, а сама операция реставрации ее технологичнее, чем ремонт внутренней фаски подпорного центра.
Таким образом, предлагаемыми способами изготовления ствола унифицируются конструкции его заготовки-трубы, упрощается ее изготовление, уменьшаются ее масса и количество используемого инструмента и оснастки на образование ствола, а так же его трудоемкость и повышается прочность заходной части этой заготовки под подпорный центр.