身管精鍛徑向回彈與尺寸精度研究

殷博聞，樊黎霞，楊 晨，楊宇召

(南京理工大學(xué)，南京 210094)

身管彈線膛一體化鍛造技術(shù)在專用的四錘頭精鍛機(jī)上將毛坯一次鍛打出彈膛和線膛。精鍛后，身管內(nèi)膛無需進(jìn)行后續(xù)機(jī)加工[1]，是一種凈成形技術(shù)[2]。其特點(diǎn)有：鍛造效率高，成品件壽命長、力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)。目前身管內(nèi)膛加工是采用線膛精鍛加上后續(xù)彈膛機(jī)加工方法成形，導(dǎo)致彈線膛同軸度低、彈膛及線膛過渡部位尺寸精度差，造成自動(dòng)武器射擊精度不高，身管使用壽命低。而身管彈線膛一體化徑向精鍛技術(shù)作為當(dāng)前兵器制造領(lǐng)域的先進(jìn)制造技術(shù)之一，不僅可以解決上述問題，還可以減少加工流程、降低生產(chǎn)成本。

在身管精鍛成形過程中，鍛件的塑性變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈性變形，因此以往的研究忽略了鍛件變形后的回彈問題。但鍛件在巨大的鍛造壓力下，在錘頭卸載階段和鍛件卸下后會(huì)產(chǎn)生不可恢復(fù)的彈性變形，它將使身管的內(nèi)外徑尺寸出現(xiàn)誤差，并長期保留下來，影響身管尺寸精度。

在身管精鍛成形方面，樊黎霞等[3]對(duì)身管徑向精密鍛造的塑性應(yīng)變與鍛造比進(jìn)行了研究，提出了局部鍛造比的概念，并通過局部鍛造比給出了單次鍛打所產(chǎn)生的塑性應(yīng)變?cè)隽?。張鶴詞[4]研究了陽線鍛不到、膛線鍛不透以及膛線過鍛的特點(diǎn)和表現(xiàn)形式，并建立了3種缺陷的判斷準(zhǔn)則以及身管內(nèi)膛成形極限圖。張雪[5]建立了以徑向和周向塑性應(yīng)變?yōu)楸碚鞯纳砉軆?nèi)膛膛線鍛透的判斷準(zhǔn)則，得到了以鍛造比及毛坯內(nèi)外徑比為表征的身管鍛透極限圖。畢夢(mèng)凡[6]分析了鍛造工藝參數(shù)對(duì)鍛后身管力學(xué)性能的影響，提出并優(yōu)化了基于多參數(shù)響應(yīng)面的身管力學(xué)性能預(yù)測模型。徐寶池[7]采用壓縮實(shí)驗(yàn)、織構(gòu)分析和有限元技術(shù)等分析測試方法研究了鍛造比對(duì)5.8 mm口徑精鍛身管力學(xué)性能各向異性的影響。

在管件回彈研究方面，楊杰章[8]通過拉伸實(shí)驗(yàn)獲得高溫下彈性模量E與溫度T的函數(shù)關(guān)系,進(jìn)而推導(dǎo)出回彈計(jì)算公式,但未對(duì)理論推導(dǎo)出的回彈公式作進(jìn)一步的誤差分析。Hideaki Abe等[9]研究了工藝參數(shù)對(duì)皮爾格冷軋管尺寸精度的影響，認(rèn)為冷軋過程中的不均勻回彈現(xiàn)象導(dǎo)致了冷軋管的橢圓度以及壁厚偏差。楚志兵等[10]以皮爾格冷軋不銹鋼管為例，提出了皮爾格冷軋不銹鋼管的回彈預(yù)測模型。王環(huán)珠等[11]采用有限元仿真軟件模擬不同工藝參數(shù)下的皮爾格冷軋過程，對(duì)比分析了工藝參數(shù)對(duì)管材的尺寸精度以及回彈量的影響規(guī)律。Hui Long[12]運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)分析工件與模具接觸面之間的摩擦力、接觸力、溫度分布情況等因素對(duì)精鍛件彈性變形產(chǎn)生的影響。

為了得出回彈與身管內(nèi)、外表面徑向尺寸的關(guān)系，本文以5.8 mm口徑彈線膛同鍛身管為研究對(duì)象，使用ABAQUS仿真軟件分析研究過程參數(shù)對(duì)身管線膛部位內(nèi)、外表面徑向尺寸和回彈的影響規(guī)律。以便在設(shè)計(jì)芯棒和選擇過程參數(shù)時(shí)考慮鍛件徑向尺寸變化的補(bǔ)償。

1 身管精鍛模型建立

身管由線膛和彈膛兩部分組成。如圖1所示，在鍛造過程中，可將毛坯分為下沉段、鍛造段和整形段三個(gè)階段。在下沉段，毛坯內(nèi)表面未與芯棒接觸，毛坯內(nèi)外徑同時(shí)減小，壁厚基本不變，視為減徑階段；在鍛造段，毛坯內(nèi)表面與芯棒接觸，壁厚減小，視為減壁厚階段，幾乎所有的毛坯塑性變形都發(fā)生在此階段；在整形段，毛坯內(nèi)外徑基本不變，不發(fā)生進(jìn)一步的塑性變形。

圖1 身管精鍛過程示意圖

身管彈線膛鍛打過程主要包括線膛鍛打和彈膛鍛打兩個(gè)過程。線膛鍛打過程中，芯棒相對(duì)錘頭固定不動(dòng)，毛坯在尾端夾頭(夾持力)和前端擋塊的作用下做旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，錘頭作周期性的徑向下壓運(yùn)動(dòng)，使毛坯內(nèi)壁貼合芯棒線膛，成形出膛線。

1.1 身管精鍛有限元模型建立

根據(jù)身管精鍛流程，使用有限元軟件ABAQUS模擬身管線膛精鍛過程。為降低計(jì)算量，對(duì)精鍛過程作如下簡化：考慮到四個(gè)錘頭圍繞毛坯對(duì)稱分布，使用二維軸對(duì)稱有限元模型代替三維模型；忽略鍛打過程中芯棒、毛坯的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。簡化后的有限元模型主要包括4個(gè)部件，分別是錘頭、擋塊、芯棒和毛坯。

錘頭、芯棒的材料為硬質(zhì)合金，其硬度、強(qiáng)度均高于毛坯材料，在鍛打過程中產(chǎn)生的彈性變形很小，視為剛體。該徑向鍛造過程屬于冷鍛過程,因此忽略材料的溫升對(duì)流變應(yīng)力的影響，使用下式表述簡化的材料本構(gòu)模型：

σ=Bεn

(1)

式中，σ是等效應(yīng)力；ε是等效塑性應(yīng)變；n是加工硬化指數(shù)；B是常數(shù)。材料性能參數(shù)由拉伸試驗(yàn)獲得，見表1。

表1 材料力學(xué)性能參數(shù)

使用罰函數(shù)接觸法定義各部件之間的摩擦接觸，滑移公式選取有限滑移公式。毛坯與錘頭間的摩擦因數(shù)為0.25，毛坯與擋塊間的摩擦因數(shù)為0.15，毛坯與芯棒間的摩擦因數(shù)為0.05。劃分網(wǎng)格時(shí)，使用四節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱減縮積分單元，單元尺寸為0.3 mm。

錘頭鍛打頻率為1 200錘/min，使用如式(2)所示的正弦脈沖函數(shù)來描述錘頭運(yùn)動(dòng)。此外，進(jìn)給速度、夾持壓力、錘頭壓下量等可變過程參數(shù)均由相應(yīng)的載荷、邊界條件控制。按上述方法建立的身管精鍛有限元模型如圖2所示。

a=A·sin(125.66t)

(2)

式中，A為錘頭壓下量(mm);t為鍛打時(shí)間(s)。

圖2 身管精鍛有限元模型示意圖

1.2 身管精鍛有限元模型驗(yàn)證

為了驗(yàn)證二維軸對(duì)稱有限元模型的可靠性，將有限元模型計(jì)算出的鍛打力與張鶴詞[5]、FAN[13]等人試驗(yàn)測得的鍛打力相比對(duì)。有限元模型中的尺寸、材料、過程參數(shù)均與試驗(yàn)保持一致。有限元計(jì)算出的鍛打力與試驗(yàn)測得的鍛打力如表2所示。

表2 鍛打力有限元模擬值與實(shí)測值

從表2可以看出，有限元計(jì)算的鍛打力與試驗(yàn)所測的鍛打力較為接近，有限元計(jì)算的鍛打力略大于試驗(yàn)測得結(jié)果，但是最大偏差只有9.9%。考慮到二維軸對(duì)稱有限元模型默認(rèn)錘頭與毛坯完全接觸，而在實(shí)際鍛打時(shí)，4個(gè)錘頭沿周向存在間隙，且錘頭內(nèi)表面由兩條夾角為155°的輪廓線組成，錘頭內(nèi)表面與毛坯外輪廓并非完全接觸。導(dǎo)致有限元模型中錘頭與毛坯的接觸面積大于實(shí)際情況。所以有限元計(jì)算結(jié)果略微偏大于試驗(yàn)結(jié)果。通過上述分析，認(rèn)為此二維軸對(duì)稱有限元模型的計(jì)算結(jié)果是可靠的。

2 身管線膛徑向尺寸與回彈分析

采用前述有限元模型模擬進(jìn)給速度、夾持力、鍛造比、毛坯外徑和內(nèi)徑之比(以下簡稱徑比)對(duì)身管線膛徑向尺寸的影響。過程參數(shù)取值參考實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)，如表3所示。毛坯內(nèi)徑為11 mm，芯棒直徑為5.762 mm保持不變。毛坯外徑分別為29、31、33、35 mm，徑比分別為2.6、2.8、3.0、3.2；進(jìn)給速度分別為100、200、300、400 mm/min；夾持力分別為25、30、35、40 kN；總鍛造比為23.8%、42.4%、45.0%、47.8%，對(duì)應(yīng)的鍛造段鍛造比為5.7%、24.4%、27.7%、31.5%?？刂谱兞糠ǖ幕鶞?zhǔn)值分別為30 kN夾持力,200 mm/min進(jìn)給速度,42.4%總鍛造比和3.0徑比。

表3 模擬過程參數(shù)值

總鍛造比φ與鍛造段鍛造比φ1的計(jì)算公式如下。

(3)

(4)

式中，A0為毛坯橫截面積；AM為鍛造段入口處橫截面積；AN為整形段入口處橫截面積；R0為毛坯外半徑；R1為鍛造段入口處半徑；R2為鍛后身管外徑；Ri為毛坯內(nèi)徑；Rm為芯棒半徑。

2.1 過程參數(shù)與身管徑向尺寸偏差的關(guān)系

在身管精鍛成形過程中，錘頭與毛坯為非連續(xù)性接觸，在錘頭提升時(shí)，毛坯因受力而產(chǎn)生的塑性應(yīng)變將永久保留，彈性應(yīng)變會(huì)恢復(fù)，但在下一次鍛打時(shí)，又使上次的回彈消失。于是，只有最后一次鍛打所產(chǎn)生的彈性應(yīng)變才是應(yīng)當(dāng)考慮的，因?yàn)檫@最后一次鍛打的彈性應(yīng)變是在錘頭卸載后立刻回復(fù)的殘存回彈，不會(huì)再有下一次的鍛打去消除它，它將使身管的內(nèi)外徑尺寸出現(xiàn)誤差，并長期保留下來。

根據(jù)產(chǎn)生回彈原因的不同，將身管的徑向彈性回彈量分為μ1和μ2。μ1為由于錘頭卸載所產(chǎn)生的徑向彈性回彈量，μ2為工件卸下時(shí)，夾持力卸載后所產(chǎn)生的徑向彈性回彈量。根據(jù)有限元分析結(jié)果，錘頭壓下時(shí)，毛坯徑向受壓，所以當(dāng)錘頭卸載后，材料回彈方向?yàn)樯砉軘U(kuò)徑方向，設(shè)為正向。在夾持力卸載階段，卸載了身管尾端的夾持壓和前端的擋塊，身管兩端不再受到擠壓約束，因此材料回彈方向?yàn)樯砉芸s徑方向。為了研究過程參數(shù)對(duì)鍛打工件最終成形尺寸的影響，把徑向尺寸的變化分成兩步來考慮：第一步是錘頭抬起時(shí)實(shí)際徑向尺寸和理想徑向尺寸的差別，規(guī)定為徑向尺寸偏差μ1；第二步是工件卸下后徑向尺寸的變化值，規(guī)定為μ2。

2.1.1過程參數(shù)對(duì)徑向尺寸偏差μ1的影響

為提高徑向尺寸數(shù)據(jù)的可靠性，鍛打一定時(shí)間，待錘頭遠(yuǎn)離擋塊且身管已成形區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變趨于穩(wěn)定時(shí)，提取錘頭整形段結(jié)束點(diǎn)的內(nèi)外表面結(jié)點(diǎn)徑向尺寸，得出過程參數(shù)對(duì)身管徑向尺寸偏差μ1的影響規(guī)律，分別如表4，表5，表6和表7所示。不同鍛造比下的錘頭位置分別為27.76、24.30、23.80、23.20 mm，不同徑比下的錘頭位置分別為21.16、22.74、24.30、25.86 mm，其余各表的錘頭位置均為24.30 mm。

表4 不同進(jìn)給速度的徑向尺寸偏差μ1有限元預(yù)測 mm

表5 不同夾持力的徑向尺寸偏差μ1有限元預(yù)測 mm

表6 不同鍛造比的徑向尺寸偏差μ1有限元預(yù)測 mm

表7 不同徑比的徑向尺寸偏差μ1有限元預(yù)測 mm

將內(nèi)徑偏差和外徑偏差作圖，得到過程參數(shù)對(duì)內(nèi)徑和外徑的偏差的影響曲線，如圖3。

圖3 過程參數(shù)與徑向尺寸偏差量μ1的影響曲線

從圖3(a)可以看出，身管內(nèi)、外徑均隨著進(jìn)給速度的增大而增大。在100 mm/min到400 mm/min的范圍內(nèi)，內(nèi)徑尺寸最大變化1 μm，外徑尺寸最大變化1 μm。因此，當(dāng)進(jìn)給速度增加，身管內(nèi)外徑尺寸誤差增加，每增加100 mm/min，內(nèi)表面徑向尺寸平均增加約0.25 μm，超出了內(nèi)表面粗糙度小于0.2 μm的要求。因此，從粗糙度和加工效率角度出發(fā)，推薦進(jìn)給速度小于200 mm/min。

從圖3(b)可以看出，身管內(nèi)、外徑均隨著夾持力的升高而增大，外徑尺寸偏差量增大的速率為1 μm/(5 kN)夾持力。在25 kN到40 kN的變化范圍內(nèi)，內(nèi)徑尺寸最大變化1 μm，外徑尺寸最大變化3 μm。因此，在工件能夾緊的前提下，夾持力越小越好。

從表6和圖3(c)可以看出，當(dāng)鍛造比為23.8%時(shí)，身管內(nèi)徑尺寸偏大124 μm。根據(jù)張雪[5]的研究結(jié)果，鍛造段鍛造比的大小決定了身管內(nèi)膛的鍛透性，對(duì)于徑比為3的毛坯管，可以保證鍛透的理論鍛造段鍛造比為24%，對(duì)應(yīng)的總鍛造比為42%，23.8%的總鍛造比顯然不滿足身管內(nèi)膛的鍛透性要求。當(dāng)身管發(fā)生未鍛透缺陷時(shí)，身管內(nèi)膛填充不飽滿，從而導(dǎo)致身管內(nèi)徑尺寸偏大。而當(dāng)鍛造比滿足鍛透性要求時(shí)，隨著鍛造比的增大，線膛內(nèi)外徑尺寸均增大，內(nèi)徑尺寸偏差量增大的速率為0.37 μm/(1%鍛造比)。在42.4%到47.8%的鍛造比范圍內(nèi)，內(nèi)徑尺寸最大變化2 μm，外徑尺寸最大變化2 μm，因此對(duì)鍛造比，首先要鍛透，才能使尺寸精度穩(wěn)定，在鍛透的前提下，鍛造比越小尺寸精度越好。

從圖3(d)可見，身管線膛內(nèi)、外徑均隨著徑比的增加而降低。即當(dāng)內(nèi)徑不變，毛坯厚度增加時(shí)，內(nèi)、外徑的偏差值減小，內(nèi)徑尺寸偏差量減小速率為1.4 μm/(0.2徑比)，外徑尺寸偏差量減小速率為2.4 μm/(0.2徑比)。當(dāng)外徑從29 mm增加到35 mm時(shí)，內(nèi)徑尺寸最大變化值為4 μm，外徑尺寸最大變化7 μm。通常在鍛打步槍槍管時(shí)，毛坯壁厚較薄，而鍛造機(jī)槍槍管時(shí)，毛坯壁厚較厚，鍛造步槍槍管時(shí)內(nèi)徑回彈偏差較大。

由上述分析可知，身管內(nèi)膛鍛透是保證尺寸精度的必要前提，在鍛透的前提下，身管內(nèi)、外徑尺寸偏差隨進(jìn)給速度、鍛造比和夾持力的增加而增加，因?yàn)殡S著上述過程參數(shù)的增加，鍛造力增大，徑向鍛造應(yīng)力也增大，回彈也隨之增大。當(dāng)徑比增加時(shí)，徑向剛度增大，于是徑向回彈減少。圖4為身管徑向尺寸偏差隨常用過程參數(shù)變化而產(chǎn)生的變化幅值K，可以看出，在現(xiàn)有的過程參數(shù)變化范圍內(nèi)，徑比的影響程度最大。也就是說，鍛打壁厚小的毛坯所產(chǎn)生徑向尺寸偏差比鍛打壁厚大的毛坯大，設(shè)計(jì)芯棒時(shí)補(bǔ)償量要大一些。在同一壁厚范圍內(nèi)，當(dāng)過程參數(shù)變化時(shí)，內(nèi)徑的變化幅值K不超過2 μm，即調(diào)整過程參數(shù)時(shí)，引起的徑向尺寸偏差通常在公差范圍內(nèi)。

圖4 不同過程參數(shù)對(duì)線膛徑向尺寸的影響程度直方圖

2.1.2過程參數(shù)對(duì)徑向尺寸偏差μ2的影響

前文分析了因錘頭卸載所產(chǎn)生的徑向彈性回彈量μ1，現(xiàn)繼續(xù)分析當(dāng)工件卸下時(shí)所產(chǎn)生的徑向彈性回彈量μ2。毛坯在鍛造過程中存在一段較長的穩(wěn)定成形段，應(yīng)力沿軸向分布較為均勻，因此在穩(wěn)定成形段內(nèi)等間隔取五個(gè)截面的回彈量均值為μ2。其值與夾持力大小和夾持力卸載前的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，但分析發(fā)現(xiàn)，影響μ2的主要因素為夾持力大小，在不考慮夾持力卸載前的應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，夾持力大小對(duì)μ2的影響規(guī)律也是成立的。可以得出：

1) 在基準(zhǔn)算例下(30 kN夾持力，200 mm/min進(jìn)給速度，42.4%總鍛造比和3.0徑比)，夾持力對(duì)應(yīng)的夾持壓力為39 MPa，此時(shí)內(nèi)表面μ2為-0.000 3 mm，外表面μ2為 -0.001 2 mm。當(dāng)進(jìn)給速度或鍛造比變化時(shí)，只要夾持力不變，夾持力卸載階段產(chǎn)生的回彈量μ2對(duì)線膛徑向尺寸的影響很小。

2) 當(dāng)夾持力變化，夾持應(yīng)力隨之發(fā)生變化，μ2改變，變化值隨應(yīng)力值增加而增加，但由于夾持力變化范圍較小，μ2變化值不大，見表8。

表8 不同夾持力的徑向尺寸偏差μ2

3) 當(dāng)夾持力不變，但徑比發(fā)生變化，即外徑發(fā)生變化時(shí)，由于受力面積不同，相應(yīng)的應(yīng)力值也不同，回彈量μ2發(fā)生變化，變化量與夾持應(yīng)力值成正比，見表9。

表9 不同徑比的徑向尺寸偏差μ2

比較μ1和μ2，發(fā)現(xiàn)由錘頭抬起引起的回彈量比卸下夾持力引起的回彈量大一個(gè)數(shù)量級(jí)，μ2對(duì)徑向尺寸的影響很小。

2.2 考慮回彈的身管徑向尺寸與補(bǔ)償

通過上述分析可知，材料回彈導(dǎo)致了身管徑向尺寸的變化。分析表中數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)身管的內(nèi)徑尺寸DI和外徑尺寸DO與身管內(nèi)外表面徑向回彈量μ1、μ2關(guān)系為：

DI=Dm+2(μi1+μi2)

(5)

DO=Dn+2(μo1+μo2)

(6)

式中，Dm為芯棒直徑；Dn為鍛件設(shè)定外徑；由錘頭軌跡決定；μi1、μi2分別對(duì)應(yīng)鍛件內(nèi)表面的μ1和μ2；μo1、μo2分別對(duì)應(yīng)鍛件外表面的μ1和μ2。

將2.1節(jié)中預(yù)測的偏差μ1和μ2加起來，得出了幾種不同鍛打條件下身管成形后的徑向尺寸總偏差如表10所示。可以看出，在滿足鍛透性條件下，過程參數(shù)的變化對(duì)身管徑向尺寸偏差影響較小。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，通過調(diào)整過程參數(shù)來滿足成形要求的方法并不十分有效，需要根據(jù)回彈量修改模具的公稱尺寸。針對(duì)鍛件內(nèi)徑尺寸偏大的現(xiàn)象，可以通過減小芯棒外徑的方法使鍛件內(nèi)徑滿足要求；針對(duì)鍛件外徑尺寸偏大的現(xiàn)象，可以通過增大錘頭壓下量的方法控制鍛件外徑尺寸。分析表10數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在此過程參數(shù)范圍內(nèi)，身管內(nèi)外表面的預(yù)測偏差最大值分別約為0.01 mm、0.07 mm，(過程參數(shù)為200 mm/min進(jìn)給速度，30 kN夾持力，42.4%鍛造比，2.6徑比)，最小值為0.007 mm、0.066 mm(過程參數(shù)為200 mm/min進(jìn)給速度，30 kN夾持力，42.4%鍛造比，3.2徑比)。據(jù)此，將芯棒的設(shè)計(jì)直徑減小0.01 mm，錘頭壓下量增大0.035 mm，以補(bǔ)償工件回彈對(duì)尺寸精度的影響。

使用前述有限元模型，使用相同的毛坯模擬仿真鍛件成形尺寸，將芯棒的設(shè)計(jì)直徑減小0.01 mm，錘頭壓下量增大0.035 mm。取進(jìn)給速度200 mm/min，夾持力30 kN，鍛件外徑24.3 mm。模擬結(jié)果顯示，鍛件內(nèi)徑為5.762 mm，鍛件外徑為24.306 mm，與標(biāo)準(zhǔn)尺寸分別相差0 mm，0.006 mm。由此可見，通過此回彈補(bǔ)償方法可以使鍛件尺寸滿足鍛件要求。

表10 過程參數(shù)設(shè)置及成形后偏差值預(yù)測

3 驗(yàn)證

為了驗(yàn)證有限元分析的結(jié)果，使用SKK-10型精鍛機(jī)進(jìn)行實(shí)際鍛打試驗(yàn)。由于改變過程參數(shù)對(duì)身管內(nèi)徑尺寸的影響幅度很小，不足0.01 mm，而檢測內(nèi)膛所用的標(biāo)準(zhǔn)通規(guī)、止規(guī)只能精確到0.01mm，不滿足檢測精度要求，無法驗(yàn)證過程參數(shù)對(duì)身管內(nèi)徑的影響規(guī)律，因此僅驗(yàn)證鍛后身管內(nèi)外表面的預(yù)測回彈量以及鍛透性對(duì)身管內(nèi)徑的影響。鍛打過程參數(shù)如表11所示。

試件1使用的芯棒直徑為5.87 mm，使用標(biāo)準(zhǔn)通規(guī)止規(guī)檢測試件1，發(fā)現(xiàn)其陽線直徑為5.88 mm，大于標(biāo)準(zhǔn)值0.01 mm，可以認(rèn)為試件1的內(nèi)表面單邊徑向回彈量為0.005 mm。對(duì)試件1進(jìn)行有限元模擬，得出其內(nèi)徑預(yù)測回彈量偏差為0.006 mm，與試驗(yàn)結(jié)果相差0.001 mm，可以證明有限元模型的準(zhǔn)確性。

使用游標(biāo)卡尺檢測試件2，沿著身管線膛部分等間隔量取3次外徑取均值為24.34 mm，大于設(shè)定值0.04 mm。在鍛打試件2時(shí)，操作人員根據(jù)前一批鍛打結(jié)果，在原有的設(shè)定基礎(chǔ)上將錘頭多壓下0.01 mm，因此，實(shí)際的外表面單邊回彈量為0.03 mm，與與有限元預(yù)測的身管外表面回彈量結(jié)果相差9%。誤差來源與過程參數(shù)變化和鍛后身管外徑不均勻有關(guān)。

使用工業(yè)內(nèi)窺鏡觀察試件3和4的內(nèi)膛成形情況，如圖5所示。試件3未鍛透，其內(nèi)膛陽線部分比較粗糙，未填充好，試件4滿足鍛透性要求，陽線部分成形良好。使用標(biāo)準(zhǔn)通規(guī)止規(guī)檢測，試件3的陽線直徑為5.85 mm，大于標(biāo)準(zhǔn)值0.08 mm。試件4的陽線直徑為5.77 mm，與標(biāo)準(zhǔn)值相同。據(jù)此可以證明鍛透性對(duì)尺寸精度的影響。

表11 試件編號(hào)及過程參數(shù)設(shè)置值

圖5 身管內(nèi)膛成形情況

4 結(jié)論

1) 隨著進(jìn)給速度、夾持力的增加，身管內(nèi)外徑偏差μ1均增大。當(dāng)鍛不透時(shí)，身管徑向尺寸超差嚴(yán)重。在鍛透的條件下，隨著鍛造比的增加，偏差μ1增大。鍛透是保證尺寸滿足要求的基本條件。

2) 隨著毛坯徑比的增加，偏差μ1減小。毛坯徑比對(duì)偏差μ1影響程度最大，其次是鍛造比、夾持力和進(jìn)給速度。在實(shí)際生產(chǎn)中，在鍛透前提下，應(yīng)盡量使用較低的進(jìn)給速度、夾持壓力和鍛造比。步槍槍管毛坯壁厚薄，徑比小，內(nèi)徑偏差大，更需要補(bǔ)償。

3) 在鍛透前提下，身管內(nèi)外徑偏差μ2與夾持力大小和夾持力卸載前的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，并隨著夾持應(yīng)力增加而增大。且μ2比μ1小一個(gè)數(shù)量級(jí)，所以身管徑向尺寸回彈偏差主要來源于μ1。

4) 提出了在5.8口徑常用過程參數(shù)范圍內(nèi)，減小芯棒外徑0.01 mm，增大錘頭壓下量0.035 mm作為回彈補(bǔ)償，有助于提高身管內(nèi)表面徑向尺寸的精度。

5) 驗(yàn)證了鍛透性對(duì)身管內(nèi)徑的影響以及身管內(nèi)外表面的預(yù)測徑向回彈量。