Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Износ артиллерийских стволов и конструктивно-технологические предложения по их восстановлению 10
1.1. Современные представления об износе и живучести артстволов 11
1.2. Постановка задачи выбора способа восстановления стволов арторудий 25
1.3. Конструктивно-технологическое содержание предложения по восстановлению стволов. Условия работоспособности 38
Выводы по главе 1 47
Глава 2. Обеспечение прочности восстановленных стволов 49
2.1. Теоретические основания прочности восстановленных артстволов 50
2.2. Прочность артстволов, восстановленных с помощью лейнирующей втулки 59
2.3. Прочность артстволов, восстановленных с помощью скрепляющей втулки 68
Выводы по главе 2 79
Глава 3. Обеспечение работоспособности восстановленных стволов по критерию нагрева. оценка износа и живучести 81
3.1. Математические модели теплового процесса в восстановленных стволах 83
3.2. Оценка теплонапряженного состояния артстволов полевых орудий среднего и крупного калибров 92
3.3. Методика и алгоритм оценки нагрева, износа и живучести восстановленных стволов 104
Выводы по главе 3 122
Глава 4. Обоснование технологической возможности восстановления артиллерийских стволов 124
4.1. Получение ремонтной заготовки (РЗ) из ствола орудия 126
4.2. Изготовление дополнительных ремонтных деталей - втулок 136
4.3. Технология сборки ствола 145
Выводы по главе 4 154
Заключение 156
Литература 158
- Конструктивно-технологическое содержание предложения по восстановлению стволов. Условия работоспособности
- Прочность артстволов, восстановленных с помощью лейнирующей втулки
- Оценка теплонапряженного состояния артстволов полевых орудий среднего и крупного калибров
- Изготовление дополнительных ремонтных деталей - втулок
Введение к работе
Современная техника немыслима без использования машин и механизмов, обладающих высокой надежностью и, следовательно, долговечностью в условиях эксплуатации, характеризующихся повышенными значениями скоростей, давлении и температур, а во многих случаях также и агрессивностью рабочих сред. Главным препятствием в совершенствовании указанных машин и механизмов является относительно невысокий технический ресурс их рабочих органов, подверженных эрозионному изнашиванию, т. е. изнашиванию под воздействием высокотемпературных потоков газов и (или) жидкостей.
Эрозия в широком смысле слова — есть процесс поверхностного разрушения вещества под воздействием внешней среды.
В настоящее время чаще всего используется схема классификации видов эрозионного разрушения материалов, предложенная в работе [55] (рис.1).
Поверхностное разрушение материалов
Коррозия (химические факторы)
Истирание (физические факторы)
Эрозия (физико-химические факторы)
Газовая эрозия
Кавитационная эрозия
Абразивная эрозия
Электрическая эрозия
Газо-абразивная эрозия
Кавитационно-абразивная эрозия
Ультразвуковая эрозия
Абляция
Атмосферная эрозия
Космическая эрозия
Рис.1. Схема классификации видов эрозионного разрушения материалов
В основу классификации положен принцип, согласно которому вид эрозии определяется природой действующих сил, а также средой, являющейся носителем этих сил. Предлагается различать четыре основных вида эрозии: газовую, кавитационную, абразивную и электрическую. По этому принципу газовая эрозия представляет собой явление разрушения металлов под действием механических и тепловых сил газовых молекул; кавитационная эрозия вызывается действием парогазовых пузырьков и капелек жидкости; абразивная эрозия проявляется при воздействии на материал мелких частичек повышенной твердости и, наконец, электрическая эрозия вызывает разрушение металла под действием электрических сил. Приведенные на схеме другие виды эрозионного разрушения свидетельствуют, во-первых, о значительном многообразии видов поверхностного разрушения металла и, во-вторых, показывают на взаимную связь отдельных видов эрозии.
В диссертации рассматриваются детали, исчерпывающие свой ресурс вследствие горячей газовой эрозии, т.к значительное число деталей общего и специального машиностроения подвержены именно этому виду эрозии.
Газовая эрозия металлов происходит при обтекании изделий газовым потоком как правило содержащим и твердые частицы. Вследствие ударов о поверхность металла мельчайшие частицы потока разрушают его поверхностный слой. Эрозия заметно возрастает с увеличением кинетической энергии действующих частиц, а также с повышением шероховатости поверхности. Если частицы или изделие, на которое они воздействуют, находятся при высоких температурах, то процесс эрозии значительно усиливается термическим влиянием. При наличии химически агрессивной среды возникает дополнительно химическое взаимодействие между частицами и поверхностью материала, что приводит к еще более сильному эрозионному разрушению.
Эрозия зависит от весьма большого числа факторов, связанных как с природой материала, подвергающегося разрушению, так и с параметрами воздействующего потока частичек и среды. Существенную роль играют явления, происходящие в пограничном слое (при воздействии жидкого пли газообразного потока) и на поверхности раздела сред.
Механические свойства материала, испытывающего эрозионное воздействие, его химический состав и структура, а также термическая обработка и состояние поверхности оказывают влияние на сопротивление металла эрозионному разрушению. Очень важную роль играют тепловые характеристики металла: теплопроводность, теплоемкость, коэффициент термического расширения, температура и скрытая теплота плавления и др.
Опыт эксплуатации современной техники дает большое количество примеров эрозионного износа рабочих поверхности деталей. Так, например, из-за эрозии выходят из строя рабочие лопатки газовых турбин, сопловые устройства турбореактивных авиационных двигателей, гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Эрозионному воздействию подвергается поверхность металла труб, по которым происходит движение газовых потоков. Так, каналы стволов артиллерийских орудий и другого огнестрельного оружия эродируют под действием потока горячих пороховых газов.
Наибольший интерес представляет весьма распространенное в современной технике движение газовых потоков внутри металлических каналов и эрозионное разрушение прилегающего к поверхности тонкого поверхностного слоя металла.
Анализ большого числа факторов, влияющих на горячую газовую эрозию, однозначно показывает, что поверхность металла, нагреваясь до весьма высоких температур (в ряде случаев выше температур плавления), крайне слабо сопротивляется динамическому воздействию горячего газового потока. Связи между частицами металла ослабевают, и частицы выносятся газовой струей. Поскольку температура плавления отдельных составляющих сплава (в частности, межзеренных границ) может быть ниже температуры плавления всей массы металла, то в результате преждевременного расплавления вещества на границах зерен связи между кристаллами уменьшаются, и последние выносятся газами даже не будучи расплавленными.
Наличие твердых или жидких частиц в потоке, а также высокая температура и скорость движения газа создают большую кинетическую энергшо удара частиц о поверхность металла и тем увеличивают воздействие газа на металл. Исследования бывших в эксплуатации артиллерийских стволов,
Исследования бывших в эксплуатации артиллерийских стволов, а также стальных и чугунных поршневых колец авиационных и автомобильных двигателей внутреннего сгорания [ss~] показали наличие на поверхности металла слаботра-вящегося «белого» слоя структурно-превращенного металла, обязанного своим происхождением активным диффузионным процессам, протекающим при динамическом воздействии горячих газов на металл.
При эрозионном разрушении артиллерийских стволов в условиях воздействия высокотемпературного газового потока происходит образование мельчайших трещин, направленных в глубь металла [,22,26]. Эти трещины свидетельствуют о явлениях усталости металла в поверхностных слоях в условиях многократно повторяющихся силовых и тепловых нагрузок. Механическое разрушение поверхности вызывается, с одной стороны, выбиванием мельчайших частиц металла, образующихся в результате появления микротрещин, и, с другой, срезом образовавшихся неровностей (возвышений, бугорков) ударяющимися в них быстролетящими частицами. Оба эти явления происходят одновременно в условиях высоких температур, когда сопротивляемость металла ударному воздействию частиц уменьшается. Газовая коррозия усугубляет процесс механического разрушения поверхности, особенно в случае присутствия химически активных реагентов в газовом потоке. Химический состав металла ствола, и порохового газа будет определять собой скорость протекания газовой коррозии.
С подобным явлением мы встречаемся и при эксплуатации реактивных снарядов и ракет, у которых сопла и газовые рули подвергаются интенсивному воздействию газов, нагретых до температур более 2500С [ 4S ]. Истекая с высокой скоростью из сопловых устройств и подвергая динамическим ударам газовыми молекулами, а также несгоревшими частицами топлива (в случае пороховых двигателей) поверхность материала, газовые струи «сдувают» ослабленные тепловым воздействием частички на границе раздела газ-материал. Образование усталостных мелких трещин при многократных циклах нагрев-охлаждение способствует нарушению сплошности поверхности сопла и создает благоприятные условия для эрозионного износа. Нарушение конфигурации и
ранее установленных расчетных геометрических форм отрицательно сказывается на полетных характеристиках снарядов и ракет.
Наиболее характерным техническим объектом, для которого эрозия является главенствующим фактором безотказности и долговечности всего технического комплекса, следует признать ствол артиллерийского орудия.
Реализуя совместно со снарядом и пороховым зарядом внутрибаллисти-ческий процесс, ствол арторудия подвергается действию высокотемпературного, высокоскоростного потока пороховых газов, имеющих высокое давление и химическую активность. Именно поэтому артиллерийский ствол имеет технический ресурс значительно меньший, чем все другие узлы и детали арторудия [Щ.
Стремление повысить ресурс работы ствола, приблизить его долговечность к долговечности других узлов и деталей арторудия, вызвали множество исследований и технических предложений, относящихся как к стволу (эрозион-ностойкие покрытия, искусственное охлаждение и др.), так и к метательному заряду (флегматизаторы, неорганические защитные средства и др.) и снаряду (специальные материалы для ведущих устройств и др) [18,Щ. Однако, решить задачу этим путем в полной мера пока не удается: стремление повысить мощность, дальнобойность и скорострельность артиллерийских орудий неизбежно вызывает трудности в обеспечении приемлемого технического ресурса стволов. Известно, что даже относительно небольшое повышение начальной скорости снаряда, ужесточение режимов стрельбы приводит к существенному увеличению износа канала ствола и, как следствие, к падению баллистических свойств орудия после непродолжительной эксплуатации [1,2б}боуб1].
Известно так же, что исчерпание технического ресурса ствола в первую очередь является следствием именно эрозионного износа его канала; значительно реже причиной являются усталостные повреждения поверхностей и другие факторы [26]. Основным критерием, определяющим непригодность ствола к дальнейшей эксплуатации в составе орудия, а следовательно, и необходимость проведения "перестволения" орудия (ремонта), является величина падения начальной скорости снаряда, обусловленное исключительно износом (разгаром)
канала ствола. Если у орудия величина падения начальной скорости больше, чем допускается «инструкцией» ствол в составе орудия бракуется и, как принято в настоящее время, ремонту не подлежит [4].
Не умаляя актуальности дальнейшего изучения эрозионного износа различных металлов, сплавов, покрытий и технологий их применения в артстволах для повышения эрозионной стойкости их каналов, подчеркнем наличие другого подхода к решению задачи увеличения долговечности артстволов, а именно, их восстановления после длительной эксплуатации.
Принятая в диссертации тема исследования направлена на решение актуальной задачи восстановления деталей, исчерпавших свой ресурс из-за эрозионного износа на примере артиллерийских стволов орудий крупных и средних калибров. Восстановление баллистических характеристик и следовательно эффективности боевых ствольных комплексов даст технический и экономический эффект и откроет новые возможности усиления огневой мощи артиллерии Социалистической Республики Вьетнам.
Актуальность темы в такой постановке состоит в том, что:
Стволы артиллерийских орудий среднего и крупного калибров являются весьма дорогостоящими техническими объектами, так как сложны конструктивно, выполняются из специальных материалов, по специальным технологиям с особой степенью точности и малыми погрешностями формы. Исчерпывая свой технический ресурс из-за эрозионного износа рабочих поверхностей, они в настоящее время практически подлежат утилизации, хотя и остаются вполне пригодными к эксплуатации по показателям прочностной долговечности, отсутствию деформаций, составу материала несущей части конструкции.
Проведение научных исследований с целью поиска научно-прикладных принципов, технических возможностей и технологии восстановления (как результата некоторых ремонтных работ) такого класса деталей как артиллерийские стволы дает основания для масштабной организации соответствующих ремонтных работ, экономический эффект от которых будет состоять в избежании излишних затрат на изготовление новых дорогостоящих деталей.
Новизна предполагаемых исследований будет состоять в следующем:
На основании анализа теплонапряжённого состояния стволов в процессе огневой эксплуатации и их технического состояния после выбраковки, будут определены критерии возможности восстановления их рабочих характеристик и конструктивно-технологические схемы восстановления указанных стволов.
С учётом новой постановки задачи и с учетом последних достижений теории надёжности и ресурсосбережения будет комплексно пересмотрено научно-практическое положение о практической неремонтонепригодности данного класса деталей.
Впервые предполагается получить ряд оригинальных технических решений по ремонту стволов. Эти ранее неизвестные или применявшихся для других целей или в других областях техники решения будут научно обоснованы теоретически и экспериментально.
Конструктивно-технологическое содержание предложения по восстановлению стволов. Условия работоспособности
В процессе выстрела происходит врезание ведущего пояска снаряда в нарезы, сопровождающееся высокими радиальными и касательными усилиями и нагреванием. Вслед за ведущим пояском движутся пороховые газы, имеющие высокое давление (300- -400 МПа), высокую температуру (2000-5-30000 К), и высокую скорость, которые продолжают нагревать ствол. Таким образом, внут ренняя поверхность ствола нагревается до высокой температуры (1000 - 1500С). Нагрев этот по длине ствола неодинаков. Наиболее значителен он в районе начала нарезов, меньше - у дула.
Как известно, износ и разгар канала происходит, в основном на участке начала калиберной части там, где температурное воздействие особенно высоко и продолжительно, а усилия от ведущих элементов снаряда - наибольшее. На рис. 1.7 представлены результаты испытаний на износ стволов 100-мм и 85-мм. [26]. « При испытании 152-мм орудия МЛ-20 в 1950г на износ ствола последний после 1713 выстрелов имел следующие значения износа и разгара канала. По полям нарезов на расстоянии от 0 до 2500 мм от дула, износ лежал в пределах 0,03 - 0,06 мм, далее до начала нарезов износ постепенно увеличивался до 1,30 мм. По нарезам на расстоянии от 0 до 2000 мм от дульного среза износ колеблется в приделах 0,04 - 0,08 мм; от 2000 до 3000 мм от дула в результате сильного омеднения наблюдалось уменьшение диаметра канала на 0,04 - 0,03 мм; от 3000 мм до начала нарезов износ постепенно увеличивался от 0 до 1,0 мм.
Как следует из представленных опытных данных поврежденный участок для стволов различных типов орудий составляет по длине 5 ч-10 калибров, а вся остальная часть канала находится в состоянии, приемлемом для выполнения ее основной функции - ведения снаряда по каналу. Сформулируем предварительно требования к восстановленному стволу.
Чтобы ствол, исчерпавший свою живучесть мог быть повторно использован нужно восстановить поврежденную часть, которая составляет по длине для разных орудий от 5 доЮ калибров.
Для восстановленного ствола необходимо выполнить следующие требования: Требования по баллистическим характеристикам восстановленных стволов (начальная скорость снаряда и соответствующее максимальное давление пороховых газов при выстреле) должны быть обеспечены в допустимых пределах как для нового ствола. Это может быть достигнуто только при полном воспроизведении внутренней конфигурации канала. 2. Надлежащая (гарантированная) прочность.
Удовлетворение этого требования, общего для всех объектов любой отрасли техники, — основная и наиболее сложная задача, решаемая при восстановлении ствола. В качестве нормативов прочности восстановленного ствола и его частей принимают отсутствие каких-либо остаточных деформаций в конструкции ствола при всевозможных условиях эксплуатации [20]. Это должно быть достигнуто обеспечением фактических запасов прочности восстановленного ствола не меньших, чем у исходного. 3. Наименьший износ канала ствола и приемлемая живучесть ствола.
Живучесть нормируется по внутренним (удлинение каморы, увеличение диаметра канала.) и по внешним (потеря начальной скорости снаряда, увеличение рассеивания снарядов, количество срывов снаряда с нарезов, процент невзведения взрывателей и т. д.) параметрам. Износ и живучесть восстановленного ствола зависят от его теплонапряженного состояния в процессе эксплуатации и от технологических параметров восстановления (точность и чистота обработки канала ствола, качество термообработки и т.п.). Представляется целесообразным для восстановленного ствола установить норматив живучести не менее 80% живучести нового ствола. Данный норматив действует на ремонтных предприятиях автомобильной промышленности, сельскохозяйственной и другой техники [ 4Н ].
Прочность артстволов, восстановленных с помощью лейнирующей втулки
Независимо от принятой теории условие прочности имеет вид аэкв адоп, где аэкв рассчитывается по-разному в зависимости от принятой теории прочности, а стдоп - допускаемое напряжение - представляет собой одну из прочностных характеристик материала, отнесенную к требуемому коэффициенту запаса прочности.
Согласно первой теории прочности (теории наибольшие нормальных напряжений) предельное по прочности состояние конструкции наступает тогда, когда наибольшее по абсолютной величине нормальное напряжение достигает допустимого для данного материала величины, т. е. условие прочности по данной теории записывается в виде аэкв = \ Ушх\ одои. Для артиллерийских стволов данная теория прочности не применяется, так как дает большую ошибку при оценке прочности.
По второй теории прочности (теории наибольших относительных деформаций) предельное по прочности состояние конструкции наступает тогда, когда наибольшая относительная деформация достигает допустимой величины относительной деформации для данного материала. Условие прочности по этой теории щх Єдоп формально переписывается в терминах напряжений, для чего
записанное неравенство домножается на модуль упругости Е и вводится понятие "приведенного напряжения". Условие прочности принимает вид аэкв =\ЕМАХ\ СГДОП, гДе ЕЄМАХ " наибольшее приведенное напряжение, т.е. наибольшая относительна деформация, домноженная на модуль упругости.
Вторая теория прочности длительное время использовалась в практике проектирования стволов артиллерийских орудий, по ней накоплен большой опыт получения прочных конструкций стволов, выразившийся в разработке системы требуемых коэффициентов запаса прочности. Данная система коэффициентов запаса прочности соотнесена с методикой расчета внутрибаллистиче-ских давлений и принятым в качестве характеристики прочности материала ствола - пределом упругости орудийной стали ае.
Практически все орудия, изготовленные в 50х - 60х годах, стволы которых предлагается восстанавливать, спроектированы в соответствии с данной теорией прочности - теорией наибольших относительных деформаций. По третьей теории прочности (теории наибольших касательных напряжений) предельное состояние наступает, когда наибольшее касательное напряжение достигает допустимой для данного материала величины касательного напряжения при кручении: аэкв = т тдоп .
Из теории упругости известно [-?], что наибольшее касательное напряжение равно полуразности наибольшего и наименьшего из главных нормальных напряжений, а из опыта следует, что допустимое касательное напряжение с достаточной для практики точностью может быть принято равным половине допустимого нормального. Это позволяет записать условие прочности по третьей теории в виде и далее сгщх -ашы адоп .
Данная теория прочности достаточно хорошо отражает работу элементов конструкции, имеющих в качестве основных деформаций сдвиг и срез. Может в восстановленных стволах использоваться для анализа прочности элементов крепления ДРД.
По четвертой теории прочности, или теории энергии формоизменения, относящейся к энергетическим теориям прочности, учитывается количество потенциальной энергии, накопленной единицей объема материала и идущей на изменение его формы.
Условие прочности по данной теории имеет вид: где 0-,,0-3,0-3- главные нормальные напряжения. Четвертая теория прочности достаточно достоверно отражает сложное напряженное состояние нарезов артиллерийских стволов и находит применение при анализе их прочности.
Не исключается применение для восстановленных стволов и других теорий прочности, однако абсолютно точной теории нет. Выбор в качестве рабочей той или иной теории прочности во многом зависит от того, какая теория прочности применения для конструкции исходного ствола или, иначе говоря, от уровня надежности, который необходимо обеспечится при его восстановлении.
После восстановления ствола с помощью лейнирующей втулки он должен быть равнопрочным с исходным стволом - моноблоком. Это означает, что конструкция восстановленного (конструктивно измененного) ствола во всех его элементах должна иметь фактические запасы прочности не менее чем у исходного.
Таким образом, ставится задача обосновать выбор конструктивных размеров втулки, величины зазоров в сочленении втулки и ствола, прочностных характеристик материала втулки, типа и способа закрепления и конструктивных параметров элементов крепления.
Сделаем предварительную оценку основных перечисленных конструктивных параметров и убедимся в возможности в первую очередь обеспечить поперечную прочность предложенной конструкции.
Оценка теплонапряженного состояния артстволов полевых орудий среднего и крупного калибров
Характерной особенностью процесса нагрева ствола является то, что промежуток времени, в течение которого ствол получает тепло, для каждого отдельного выстрела составляет доли секунды, а само тепло воспринимается в течение выстрела лишь тонким слоем металла, прилегающим к поверхности канала ствола. Практически на расстоянии 1,5 мм от поверхности ствола температура в момент выстрела не повышается, а на глубине 1 мм не превосходит 100С. В то же время в слое толщиной 50-f-100 мкм, непосредственно примыкающем к поверхности, температура составляет несколько сотен и более градусов [29]. После выстрела тепло распространяется в глубину стенки, и к началу следующего выстрела температура по толщине стенки несколько выравнивает ся, но градиент остается значительным. Величина его определяется временем перерыва между выстрелами, интенсивностью охлаждения (естественного или искусственного), теплопроводностью материала ствола. Указанные особенности нагрева артстволов указывают на необходимость учета в первую очередь нестационарности (зависимости от времени) процесса нагрева и охлаждения. Упрощающими же допущениями при построении простейшей математической модели нагрева исходного ствола - моноблока могут быть следующие положения. Нестационарное (неустановившееся) температурное поле в каждом кольцевом поперечном сечении ствола принимается осесимметричным, а осевые теплоперетоки несущественными. Таким образом, температурное поле считается одномерным, зависящим лишь от радиуса и времени процесса Т = T(r,f).
При расчете общего уровне нагрева температура пороховых газов Тг и коэффициент теплоотдачи от пороховых газов к стенке ствола аг, характеризующие эффективность теплового воздействия пороховых газов на ствол, принимаются средними значениями за время эффективного теплового воздействия: где td - дульное время; tx - время подхода снаряда к расчетному сечению; Кая" продолжительность периода последействия. При расчете пиковых температур данное допущение становится неприемлемым и параметры теплоотдачи Тг и аг должны быть описаны функциями зависящими от времени в интервале 0 t tm. Вне промежутка времени tTM, т. е. в период между выстрелами, для обоих случаев можно полагать, что теплоотдача от поверхности канала ствола несущественна из-за затрудненных условий конвенции и излучения в канале ствола [Я9]. Теплоотдача от наружной поверхности ствола окружающей среде характеризуется постоянными за время стрельбы температурой среды Тж и коэффициентом теплоотдачи ан .
Теплофизические характеристики материала ствола считаются не зависящими от температуры и принимаются средними значениями в ожидаемом температурном диапазоне (обычно 350Сч-400С). При этих допущениях задача о нагреве исходного ствола - моноблока описывается следующими уравнениями [47]. Одномерное уравнение нестационарной теплопроводности при постоянных теплофизических характеристиках материала: где а = Лісv -коэффициенттемпературопроводности, м /с; с - удельная теплоемкость, дж/кг. К; v - плотность, кг/м ; Л- коэффициент теплопроводности, вт/м.К. Граничные условия: а) изнутри при г = гв где гв и TB(t)- соответственно внутренний радиус сечения и температура внутренней поверхности ствола; б) снаружи при г = гн где гн и TH(t)- наружный радиус сечения и температура на наружной поверхности ствола. Начальные условия: где t0 и Т0(г) - соответственно момент начала очередного выстрела и распределение температуры по толщине стенки ствола в этот момент. Для проведения теплового расчета необходимо, таким образом, знать размеры сечений ствола, теплофизические характеристики материала, режим стрельбы, параметры внешней теплоотдачи ан, Тж и внутреннего теплопоступ-ления в ствол Тг, аг. Узловым моментом в реализации общей математической модели теплового процесса в артстволах является определение параметров внутренней теплоотдача от пороховых газов к поверхности канала ствола, т.е. температуры пороховых газов и коэффициента теплоотдачи. В общем случае они являются функциями координаты сечения и времени процесса теплопоступления в ствол. Температура пороховых газов находится из решения прямой основной задачи внутренней баллистики для трех характерных периодов выстрела: от воспламенения до конца горения заряда, от конца горения до вылета снаряда и для периода истечения. Далее полученные значения в зависимости от поставленной задачи могут усредняться за период tm. Коэффициент теплоотдачи аг (вт/м2.К), определяется как количество тепла, поступающее на единицу поверхности канала ствола в единицу времени при перепаде в один градус, между температурой газов и стенки. Он зависит от состава пороховых газов, их температуры, скорости, давления, конструктивных размеров канала и других факторов. Для расчета коэффициента теплоотдачи в настоящей работе использовались теоретические и опытно-экспериментальные обоснования, изложенные в работах [2,9,43]. Среднее значение коэффициента теплоотдачи потока пороховых газов в направляющей часть канала ствола за время теплового действия выстрела аср, рассчитывается по формуле
Изготовление дополнительных ремонтных деталей - втулок
ДРД - втулка представляет собой тонкостенную трубу, внутренняя поверхность которой повторяет часть каморы ствола с нарезами. Во избежание изменения характеристик внутренней баллистики орудия и изменения характера взаимодействия снаряда с нарезами втулка должна быть выполнена так, чтобы при монтаже в расточенное гнездо ствол принимал первоначальные (доэкс-плуатационные) внутренние размеры с точностью на изготовление исходного ствола. Точность обработки направляющей части канала втулки зависит от калибра ствола и определяется специальными допусками. Допуск на диаметры dH направляющей части 8d = 0,1 -s- 0,2 мм. Меньшую величину устанавливают для стволов малого калибра. Поле допуска определяется нижним предельным отклонением EI = 0 и верхним предельным отклонением со знаком плюс (+ ES). Шероховатость поверхности Ra0,63. Направляющая часть канала втулка должна иметь цилиндрическую поверхность с прямолинейной осью. Однако при изготовлении ее возникают погрешности формы поверхности (рис. 4.9). Отклонение профиля продольного сечения (конусообразность и др.) направляющей части, определяемое по разности диаметров dindiB двух смежных сечениях на длине / = 100 мм, допускается не более 2ДАГ = d\ - di = {- +—)Sd (рис. 4.9 а). Отклонение от круглости (овальность, огранка), определяемое по разности двух взаимно перпендикулярных диаметров d\, и d[ в одном сечении, допускается не более 2Аов = d\- d[=(- + —)8d (рис. 4.9 б). Под отклонением от прямолинейности оси Ас понимается наибольшее расстояние от действительной ОО до геометрической О О оси втулки (рис. 4.9 в). Допустимый радиус изогнутости втулки следует устанавливать как для стволов, т.е. R 600 м [ А ]- При допустимой изогнутости втулки снаряд (цилиндрический калибр) должен свободно проходить по её каналу.
Обычно длину цилиндрического калибра принимают равной пяти диаметрам, т. е. 1ЦК = Sdt а величину центрального угла р = 0 5 [ 4 ]. Тогда допустимое отклонение от прямолинейности оси канала ствола (рис. 4.9 г) где /ст- длина хорды, принимаемая равной длине калибра /чк; ф- центральный угол, определяющий изогнутость втулки. Наружные и внутренние поверхности втулки должны быть концентрич-ны относительно оси канала. При изготовлении втулки возможны погрешности расположения поверхностей. Несовпадение оси канала О и оси наружной поверхности О (рис. 4.9 в) вызывает разностенность втулки, под которой будем понимать наибольшую разность в толщине стенок поперечного сечения втулки. Величина разностенности готовых втулок должна быть не более Ар= (В - b) s 0,5 мм (рис. 4.9 в). артстволах среднего и крупного калибров [/з] принимают 0,2-н 0,3 мм. На диаметр по нарезам сіщ устанавливают такой же допуск, как на диаметр направляющей части по полям, т. е. 8йиг= 0,1 -4-0,2 мм, при этом поле допуска имеет EI = 0 и +ES, для увеличения прочности нарезы имеют скруглення R = (0,5+0,6)h. Шероховатость поверхностей нареза и поля должна быть не более Ra2,5 (рис. 4.10). Эти характеристики дольны быть обеспечены при изготовлении ДРД -втулки. Поперечное сечение втулки Обработку конических поверхностей следует производить после растачивания цилиндрического канала на всю длину втулки с той же установки, что минимизирует погрешности базирования и закрепления заготовки, и следовательно отклонения от соосности оси каморы относительно оси направляющей части канала ствола. Шероховатость поверхности каморы должна быть не более Ra0,63. Величина допуска на диаметральные размеры каморы назначается в зависимости от калибра ствола. При назначении допусков на диаметральные размеры каморы можно пользоваться данными, приведенными в табл. 4.3 и рис 4.11 [4 ]. Втулка скрепляющая и втулка лейнирующая имеют абсолютно идентичную технологию изготовления, различие состоит только в наружном диаметральном размере и соответствующим поле допуска. Получение точных диаметров для обеспечения малых величин абсолютных натягов при раздельной обработке втулки и ствола больших габаритов и массы является трудной задачей. Поэтому ее решают путем индивидуальной пригонки наружного диаметра втулки по действительному внутреннему диаметру обработанного ствола. При этом действительный внутренний диаметр ствола может отличаться от расчетного, но разность между действительными диаметрами втулки и ствола, пригнанных под скрепление, должна быть равна заданной величине абсолютного натяга. После растачивания ствола необходимо измерить его действительные внутренние диаметры в 5-10 сечениях, вычислить среднеарифметическое значение dcBH и занести его в технологический паспорт. Для пригонки втулки к конкретному кожуху наружный диаметр втулки определяют по формуле где dcm - действительный внутренний диаметр кожуха, мм; q2 - требуемая величина абсолютного натяга, мм; - допуск на обработку наружной поверхности втулки, мм.
