弹线膛一体径向精锻成形身管内膛轴向褶皱缺陷的形成机理

弹线膛一体径向精锻工艺能同时成形身管的弹膛和线膛,内膛同轴度高,成形效率高,但该工艺成形的身管内壁会产生轴向的褶皱,褶皱在后续锻造中会演化成裂缝,从而严重影响身管的安全性。为了研究内膛褶皱缺陷的形成机理,建立了三维径向精锻有限元模型,设置进给速度、转速、锤头角度、夹持压力等多组工艺参数变量进行了仿真。仿真结果表明,内膛轴向褶皱是在锻造过程的下沉段形成的,其形成机理是由于四锤头之间存在间隙,导致每次锻打时同一截面工件径向发生不均匀变形,使得径向位移产生差异,经过多次锻打累积,内壁相邻节点的径向位移差就形成了轴向褶皱。同时研究表明,锤头角度越大,毛坯厚度越小,毛坯内径越小,则褶皱形成越晚。建立了以减径量为指标的下沉段褶皱成形判据,通过径向精锻实验验证了该判据的正确性。

基于Timoshenko梁理论的枪口振动灵敏度分析及优化

为了评估弹丸/身管参数对枪口振动的影响,减小枪口扰动,基于Timoshenko梁理论以及传递矩阵法建立了射击过程中枪管振动模型与计算方法,以某5.8 mm口径步枪为研究对象,定量分析了枪口振动特性,分析结果与实验结果基本一致。选取了关键参数(枪管横截面积、枪管密度、枪管弹性模量、膛线深度、膛线缠角、弹丸质量、坡膛锥角和弹丸质量偏心)进行灵敏度分析,得到了枪管以及弹丸结构参数对枪口振动以及枪管模态的影响。并以弹丸出膛时的枪口振动位移和枪口振动速度为目标,采用逐层优化方法得到一组优化值,优化后的枪口垂直方向位移值为0.0731 mm,比初始值0.0775 mm降低了5.8%,枪口速度值为386.97 mm/s,比初始值412.68 mm/s降低了6.23%。

高温引起的弹头壳铜被甲材料性能变化对弹头膛内运动影响

为了研究高温下铜被甲弹头在膛内运动状况,通过高温拉伸试验得到枪管材料和弹头壳铜被甲材料的力学性能参数,建立了铜被甲弹头在全枪管中的挤进运动有限元模型。该模型考虑了枪管在重力作用下的预弯曲以及铜被甲材料在不同温度时的力学性能。通过数值模拟研究了弹头挤进过程以及弹头在膛内运动姿态,分析了铜被甲弹头在不同温度下的挤进阻力、材料流动及变形。计算结果表明,温度越高,弹头在膛内变形越大,前进阻力也越大,弹头头部铜被甲弯曲程度越厉害;对弹头运动姿态进行分析后发现,温度越高,弹头在膛内摆动角越大,说明了热枪状态下铜被甲弹头的射击精度会下降,射弹散布变大。

冷热枪状态下弹枪相互作用的热力耦合分析

为了研究在冷热枪状态下弹枪的相互作用,以某型自动步枪的铜被甲弹丸与枪管为研究对象,建立了其相互作用的热力耦合有限元模型,模型结合了考虑温度对摩擦因数影响的摩擦力子程序以及基于火药燃烧过程的内弹道载荷子程序,对弹丸温度变化及其在全枪管中的运动进行了数值仿真分析。结果表明:冷枪时,铜被甲弹丸表层升温在200℃左右;400℃及700℃的假设热枪状态下,刚完成挤进时铜被甲弹丸表层温度已经接近熔点,在膛内运动过程中表层铜材料剥落,枪管内膛会出现了"挂铜"现象;另外,热枪状态下弹丸在膛内的攻角变化明显大于冷枪状态下的攻角,不仅印证了热枪射击精度比冷枪射击精度差,也揭示了造成此现象的机理:由于高温下铜被甲圆柱部材料软化脱落,变形不规则,造成弹丸在膛内及出膛摆动增大。

一种枪械射弹散布预测方法

为了在设计阶段预测枪械的射弹散布,缩短研制周期,提出了一种基于协同仿真模型的枪械射弹散布预测方法。通过枪械随机内弹道模型、弹/枪相互作用模型和外弹道模型之间的参数传递,构建了枪械协同仿真模型。将随机内弹道模型计算得到的随机膛压变化值传递给弹/枪相互作用模型,使弹丸出膛时的质心初速偏角发生变化;再将初速偏角值传递给外弹道模型,得到相应的射弹散布。仿真结果表明:弹丸质心速度的横向偏角较小,但纵向偏角最大可达到0.21°;该协同仿真法得到的100 m立靶处射弹散布与实弹射击结果相比,误差小于13%,验证了该枪械射弹散布预测方法的准确性。

身管弹膛和线膛同锻时下沉段皱褶试验研究及其预测

身管弹膛和线膛同锻技术可用径向精锻工艺同时锻出弹膛和线膛,将彻底解决身管弹膛和线膛的同轴度问题,改善坡膛部位的表面粗糙度。为提高身管内膛的加工质量,以身管弹膛和线膛同锻为对象,研究下沉段和锻造段产生的褶皱以及演变情况。通过对身管径向锻打试验和形貌试验分析处理,发现弹膛和线膛同锻时:下沉段将会产生褶皱,并且褶皱随着变形的增加,深度不断加深;当进入锻造段后,部分皱褶被打平,变成了身管微裂纹。应用有限元分析软件Abaqus对身管锻打过程进行仿真,发现锻打过程中下沉段径向应变εr和周向应变εθ的比值εr[]εθ为定值,不同锻打工艺参数下应变比值不同。研究结果表明:身管下沉段单次锻打产生的褶皱深度Δdw可以用径向应变εr和周向应变εθ的比值εr[]εθ来表示,拟合的关系式为Δdw=0.0588εr[]εθ+0.0521;结合锻打所需的锤数可以预测出下沉段结束位置的皱褶深度,皱褶深度的预测有助于防止褶皱在锻造段挤压形成锻造身管的微裂纹。

身管精锻径向回弹与尺寸精度研究

为提高精锻身管的径向尺寸精度,研究了进给速度、夹持力、锻造比、毛坯外径和内径之比4个过程参数对身管径向尺寸偏差的影响规律以及控制径向尺寸偏差的补偿方法。以μ_(1)和μ_(2)分别表示锤头卸载和工件夹持卸载时的径向回弹偏差。模拟研究发现:μ_(1)比μ_(2)大一个数量级,回弹偏差为正值。在满足身管锻透性的条件下,身管线膛径向尺寸回弹偏差值随进给速度、夹持力和锻造比增大而增大,随径比增大而减少。在这些过程参数中,毛坯外径和内径之比对身管线膛径向尺寸偏差的影响比其他参数大。在5.8mm口径身管常用锻打过程参数范围内,身管内径的回弹偏差为0.007~0.010 mm,所以建议芯棒基本尺寸补偿-0.01 mm。验证了锻透性对尺寸精度的影响,验证了预测回弹量的准确性。实现了将芯棒补偿定量确定,减少了实际锻打调试次数。

典型回转闭锁自动机开锁过程动强度数值分析

在设计自动武器时,往往重视闭锁时期零部件的强度而忽视开锁阶段惯性力和碰撞力引起的动强度。针对某枪械回转闭锁机构关键部件在开锁过程中相关零件断裂问题,采用数值分析的方法,建立了枪机、枪机框、开闭锁导柱、击针等零部件开锁过程的惯性应力和撞击应力计算模型。基于仿真结果分析了自动机零部件强度薄弱处的等效动应力情况,为该自动机部件结构的改进提供了理论依据以及数据支撑,也为类似自动机动强度研究提供了分析方法。