Nũng phỏo 76.2mm là 1 trong những chi tiết mang tớnh đ ểi n hỡnh khi gia cụng lỗ sõu . Mặt khỏc đõy là chi tiết Vi t Nam ang nghiờn c u ch t o , nờn đề lu n v n ệ đ ứ ế ạ ậ ă đ ậó t p trung nghiờn c u qui trỡnh ch t o và gia cụng . ứ ế ạ
2.1.1.Tớnh năng chung v phỏo 76,2mm ề
Pháo nòng ngắn 76,2 mm ЗUC – 3 (Hình 2.1) là loại pháo do Liên Xô sản xuất đầu tiên vào năm 1942, sau đó Trung Quốc sản xuất thành công năm 1954. Chủ yếu dùng tiêu diệt xe tăng, xe bọc thép và sinh lực địch.
Pháo 76,2mm có thể thực hiện đ−ợc các nhiệm vụ sau: - Tiêu diệt sinh lực của đối ph−ơng.
- Áp chế và tiêu diệt các ph−ơng tiện hoả lực của bộ binh địch . - Tiêu diệt xe tăng và các ph−ơng tiện cơ động của địch. - Phá huỷ các ch−ớng ngại vật.
- Phá hủy các căn cứ quân sự kiên cố của địch.
Nhờ có tính linh hoạt cao trong sử dụng hoả lực mà có thể sử dụng nhiều loại đạn khác nhau nh− đạn xuyên thép, đạn khói, đạn nổ mảnh, đạn cháy, đạn xuyên lõm, đạn phá…
Tầm xa nhất với đạn nổ phá sát th−ơng OΦ- 350 là 13290 m. Tầm bắn thẳng với đạn nổ phá sát th−ơng và đạn xuyên thép khoảng 820m.
Khi nổ đạn OΦ- 350 hình thành khoảng 870 mảnh sát th−ơng trong phạm vi bán kính 15m, ở tầm xa 500m khi góc bắn 900 có thể xuyên thép với chiều sâu 70mm. Một số thông số của pháo 76,2mm đ−ợc đ−a ra trong bảng 1.1.
Bảng 2.1. Một số thông số của pháo 76,2 mm.
Khối l−ợng 1200 Kg
Biên chế pháo thủ ng−ời 6
Cỡ nòng 76,2 mm
Sơ tốc 630 m/s
Vận tốc bắn cực đại 15 phát/phút
Các thông số thuật phóng
Đ−ờng kính nòng 76,2 mm
Diện tích cắt ngang nòng pháo S = 0,4688d m2
Thể tích buồng đốt W0 = 1,49 dm3
Chiều dài phần buồng đốt L0 = 317,8 mm Chiều dài thực tế của buồng đốt Lbd = 302 mm Độ dài đạn dịch chuyển trong nòng ld = 2687 mm
Mật độ nhồi thuốc 0,72 Kg/dm3
L−ợng thuốc phóng ω = 1,07 Kg/dm3
Sơ tốc V0 = 630 m/s
áp suất lớn nhất P0 = 3000 Kg/cm3
Các thông số kết cấu
Chiều dài thân pháo (cả đuôi) L0 = 3169/3490 mm
Hất vỏ đạn theo ph−ơng pháp đòn bẩy
Kiểu cơ quan bán tự động bản tr−ợt
Số l−ợng rãnh xoắn 32 Bề rộng rãnh xoắn a = 5,38 mm Bề rộng sống xoắn b = 2,1 mm Độ sâu rãnh xoắn t = 0,76 mm Góc xoắn đầu 709’45’’ = α0 Độ Góc xoắn cuối 709’45’’ = αc Độ Độ xoắn đầu η0 = 25 [số lần d] Độ xoắn cuối η1 = 25 [số lần d]
2.2. Cấ ạu t o và i u ki n làm vi c c a phỏo 76,2mm & yờu c u k thu tđ ề ệ ệ ủ ầ ĩ ậ
2.2.1. Cấ ạu t o nũng phỏo Nũng phỏo (Hỡnh 1.3) gồm hai ph n c bảầ ơ n là ph n rónh xo n và ph n bu ng ầ ắ ầ ồ đạn: - Vật liệu: OXH1M - Buồng đạn (Hỡnh 2.2) gồm bốn đ ạn cụn khỏc nhau o Hỡnh 2.2. Kết cấu buồng đạn phỏo 76,2mm.
- Đường kớnh lỗ nũng 76,2 mm
- Chiều dài tổng cộng của nũng 3002 mm
2.2.2. Đặc điểm làm việc
Nũng phỏo làm việc trong đ ềi u kiện cực kỳ khắc nghiệt, chị ải trọng động tỏc u t dụng trong khoảng thời gian rất ng n: ắ
- Chịu áp lực lớn của khí thuốc (tới 300MPa). - Chịu nhiệt độ cao của khí thuốc: 2500-30000K.
- Chịu tác dụng ăn mòn của khí thuốc, hoặc khi làm việc trong các môi tr−ờng có nhiều chất oxy hoá nh− Cl2, CO2, SO2. . .
- Chịu mài mòn của đai đạn và áp lực dòng khí trong điều kiện nhiệt độ cao.
2.2.3. Yờu cầu k thuậtỹ
Do đ ềi u kiện làm việc rất khắc nghi t nũng phỏo ũi h i cỏc yờu c u k thuật ệ đ ỏ ầ ĩ và cơ tớnh tổng hợp rất cao.
a. Cơ tớnh: Sau nhiệt luyện cơ tính của nòng yêu cầu đạt đ−ợc: - Giới hạn chảy không nhỏ hơn 130MPa.
- Độ dãn dài t−ơng đối không nhỏ hơn 9%. - Độ co thắt tỷ đối không nhỏ hơn 4%. - Độ dai va đập không nhỏ hơn 0,4MPa. - Độ cứng đạt 40 - 47 HRC.
b. Độ chớnh xỏc kớch thước
- Sai số đ−ờng kính phần buồng đạn là +0,15mm, phần rãnh nòng là 0,1mm. - Sai số kích th−ớc chiều dài của các đoạn trên phần buồng đạn là +0,2mm,
còn sai số chiều dài trên toàn bộ nòng là -2mm.
- Sai số chiều rộng sống xoắn là -0,5mm, chiều rộng rãnh xoắn là +0,5mm c. Độ chớnh xỏc hỡnh dỏng
- Độ cong của nòng là 0,5mm/m, yêu cầu thông qua duỡng kiểm dài bằng 5 lần cỡ nòng.
- Góc đầu nòng là góc thực tế của trục nòng so với trục lý thuyết, nó ảnh h−ởng đến h−ớng bay của đầu đạn cho phép không quá 5’.
- Sai số hình dáng cho phép cuả cả phần buồng đạn và phần rãnh xoắn yêu cầu không quá 1/2 dung sai đ−ờng kính, khoảng 0,05mm.
- Độ đồng tâm bề mặt trong lòng nòng pháo và bề mặt ngoài cho phép không quá 2mm.
- Độ không vuông góc của bề mặt đáy nòng (phần tỳ của đai đạn) không quá 0,05mm.
d. Chất l−ợng bề mặt
- Độ nhỏm phần buồng đạn cấp 8 (Ra ≤ 0,63àm). Phần bề mặt rãnh xoắn cấp 8. Phần s−ờn và đáy rãnh xoắn cấp 6 (Ra ≤ 2,5àm)
- Khi lắp ghép với các bộ phận ngoài nòng thì bề mặt lắp ghép yêu cầu độ chính xác đạt cấp 4-6, độ bóng đạt cấp 7 ( Ra≤1,25àm)
- Bề mặt tự do độ bóng Rz40, độ chính xác kích th−ớc cấp 9. 2.3. Vật liệu chế tạo nòng pháo
Bảng 2 2: Thành phần của một số nguyên tố chủ yếu dùng trong chế tạo vũ khí
C Mn Si Cr Ni Mo V Ti W Cu Al B 0,35- 0,5 0,4- 0,80 0,17- 0,40 0,4- 3 0,3- 5 0,15- 0,6 0,1- 0,3 0,05- 0,15 0,2- 1,2 0,2- 1,2 0,7- 1,2 <0,004
a. Yêu cầu đối với thép nòng pháo
Do đặc điểm làm việc của nòng pháo: Tải trọng động, chịu mài mòn cao, nhiệt độ cao (2300-30000 K) do vậy vật liệu chế tạo nòng cần có
- Độ dẻo dai cao đồng thời lại phải có tính chịu nóng tốt, tính chống ăn mòn cao do tác dụng của khí thuốc ở nhiệt độ cao tốt.
- Có giới hạn bền và giới hạn chảy đều cao. Giới hạn chảy của thép nòng nói chung vào khoảng 70-90 Mpa.
- Độ dẻo, dai cao có khả năng chịu va đập không bị gãy vỡ đột ngột. Độ dai va đập ak tối thiểu phải đạt 2,3-3 Mpa.
- Độ dẻo ψ% nằm trong khoảng 20-23% th−ờng sử dụng nhất là nhóm thép hợp kim Cr-Ni có bổ sung nguyên tố Mo với hàm l−ợng 0,15% nhằm giảm thiểu khả năng gây giòn ram.
- Độ cứng cao đảm bảo khả năng chống mài mòn tốt.
- Khả năng chịu ăn mòn cao của khí thuốc ở nhiệt độ cao, tác dụng ăn mòn của khí quyển.
- Tổ chức đồng đều, không lẫn tạp chất, độ thấm tôi cao. - Tính chịu nhiệt tốt (bền nhiệt và ổn định nhiệt).
- Tính công nghệ cao.
b. ảnh h−ởng của một số nguyên tố chính đến cơ tính của thép
- cácbon: Thép làm nòng pháo cần dùng hàm l−ợng cácbon 0,35-0,5% C. Khi hàm l−ợng cácbon tăng thì độ bền tăng nh−ng độ dai va đập giảm căn cứ vào yêu cầu của chi tiết vũ khí để khống chế hàm l−ợng này.
- Mn: Có tác dụng tăng bền nâng cao độ thấm tôi nh−ng lại làm tăng tính giòn. Mn có trong thép do quá trình đ−a Fe – Mn vào lò để khử S. Cần khống chế hàm l−ợng Mn trong phạm vi ≤ 0,4-0,8 %.
- Si: Cũng là nguyên tố có khả năng tăng bền, nh−ng làm giảm tính dẻo, Si có thể kết hợp với O2 tạo oxit SiO2, ở dạng tạp chất phi kim nằm trong thép, nếu chúng phân tán nhỏ mịn có thể có lợi cho độ bền, nếu chúng thô to, sẽ gây hại lớn cho thép, Si≤0,37%.
- P: Là nguyên tố có hại, chúng tạo thành Fe3P và tan trong Fe, làm tăng tính giòn nguội P≤ 0,02%.
- S: Cũng là nguyên tố có hại, trong thể rắn tồn tại ở dạng FeS, tạo cùng tinh với Fe, nhiệt độ nóng chảy thấp, nằm ở phân giới hạt và gây giòn nóng. S≤ 0,015%.
- Cr: Có tác dụng làm tăng một phần độ bền, nh−ng chủ yếu là làm tăng độ thấm tôi, Cr trong Fe hoặc kết hợp với C có tác dụng nâng cao độ cứng của thép và nâng cao độ thấm tôi
- Ni: Là nguyên tố hợp kim có nhiều −u điểm, Ni hoà tan vào Ferit với l ợng − nhỏ d−ới 5% làm tăng đồng thời độ bền và tính dẻo, tăng độ dai va đập, tính chịu nhiệt, giảm nhiệt độ hoá giòn.
- Trong thép vũ khí th−ờng sử dụng hàm l ợng Cr và Ni theo tỷ lệ Cr/Ni =1/1, − 1/2, 1/3. Sự phối hợp tỷ lệ giữa Cr và Ni cho thép có cơ tính tổng hợp cao nhất.
- W: là nguyên tố nằm trong thép ở trạng thái dung dịch rắn với hàm l−ợng khoảng 0,5-0,8% sẽ có hiệu quả làm tăng độ bền và tính chịu nhiệt, đồng thời làm giảm khuynh h−ớng chống giòn ram 2, nhằm tăng tính chống mài mòn và ăn mòn hoá học.
- Mo: Cũng t−ơng tự W, Mo có tác dụng làm tăng bền tăng độ chịu nhiệt, làm giảm tốc độ lớn của hạt khi giữ nhiệt ở thời gian dài tại nhiệt độ tôi và không làm tăng độ lớn của hạt, với hàm l−ợng Mo (0,2-0,3%) còn làm giảm khuynh h−ớng giòn ram 2.
- Khi nhịêt luyện độ thấm tôi của thép không cao có thể tôi trong n−ớc để tăng độ thấm tôi. Thép này có tính giòn ram ở nhiệt độ 300-3500C, ram cao ở 500 – 6500C không thấy giòn ram.
2.4. Hiện t−ợng giòn giam
+ Giòn ram loại 1: Xảy ra khi ram ở nhiệt độ khoảng 300 – 3500C. + Giòn ram loại hai : Xảy ra ở nhiệt độ khoảng 500 – 6000C
Điều này rất có hại cho chi tiết vũ khí, khi bắn nhiều lần gây nên hiện t−ợng giòn ram, trong các nguyên tố dùng chế tạo vũ khí thì Cr, Ni có nhiều tính năng −u việt nh− đảm bảo độ cứng và độ dẻo dai đều cao tuy nhiên chúng lại gây ra giòn ram II.
Hình 2.4. Hiện t−ợng giòn ram loại 1 và loại 2.
Bảng 2.3. Thành phần và cơ tính của thép OXH1M (dùng làm vật liệu chế tạo nòng pháo 76mm). Thành phần hoá học (%) Cơ tính Mác thép C Si Mn P S Cr Ni Mo σB MN /m2 σ0,2 MN /m2 ψ % δ % Ak MJ/m 2 OXH1M 0-500 530 500 20 13 0. 35 OXH1M 0-550 590 550 20 13 0. 35 OXH1M 0-600 660 600 20 12 0. 35 OXH1M 0-650 720 650 20 12 0. 3 OXH1M 0-700 780 700 20 12 0. 3 OXH1M 0-750 0,30 - 0,38 0. 17- 0,37 0,40 - 0,70 < 0,02 < 0,01 1,3 - 1,7 1,3 - 1,7 0,15 - 0,30 850 750 20 12 0. 3
2.5. Ảnh h−ởng của chất l−ợng bề mặt gia công và chế độ nhiệt luyện đến tuổi thọ nòng
2.5.1. Chất l−ợng bề mặt (độ nhấp nhô tế vi, lớp biến cứng bề mặt, ứng suất
d− bề mặt)
a. Ảnh h−ởng đến tính chống mòn
- Nhấp nhô tế vi: Chiều cao và hình dạng của nhấp nh tế vi có ảnh hụ −ởng lớn đến ma sát và mài mòn của nòng. Nếu Ra nhỏ quá thì sẽ bị mòn kịch liệt do các phần tử kim loại dễ khuếch tán, còn nếu Ra lớn quá thì l−ợng mòn cũng tăng lên do nhấp nhô bề mặt bị phá vỡ và cắt đứt.
- Lớp biến cứng bề mặt: Có tác dụng nâng cao tính chống mòn, nó làm hạn chế tác động t−ơng hỗ giữa các phần tử và tác động t−ơng hỗ cơ học ở bề mặt tiếp xúc, nghĩa là hạn chế sự khuếch tán oxy trong không khí vào bề mặt làm việc để tạo thành các oxit kim loại nh− FeO, Fe2O3, Fe3O4, những oxit này gây ăn mòn rất lớn. Hiện t−ợng biến cứng lớp bề mặt còn hạn chế quá trình biến dạng dẻo toàn phần của chi tiết, qua đó hạn chế hiện t−ợng chảy và hiện t−ợng mài mòn của kim loại.
- Ứng suất d− bề mặt: ng suất dỨ − lớp bề mặt nói chung không có ảnh h ởng − đáng kể tới tính chống mòn.
b. Ảnh h−ởng đến độ bền mỏi của chi tiết
- Nhám bề mặt: Độ nhám bề mặt có ảnh h−ởng đến độ bền mỏi của chi tiết nhất là khi chi tiết làm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi, vì ở đây các nhấp nhô tế vi có ứng suất tập trung với trị số lớn, có khi trị số này v−ợt qua giới hạn mỏi của vật liệu, ứng suất này sẽ gây ra các vết nứt tế vi ở đáy các nhấp nhô đó là nguồn gốc của các h− hỏng. Khi độ bóng bề mặt cao thì giới hạn mỏi của vật liệu tăng khoảng 50%. Mặt khác, độ bền của chi tiết cũng sẽ tăng khi chi tiết chịu tải va đập.
- Lớp biến cứng bề mặt: Bề mặt bị biến cứng có thể làm tăng độ bền mỏi khoảng 20%, chiều sâu và mức độ biến cứng của lớp bề mặt có ảnh h−ởng đến độ bền mỏi của chi tiết, cụ thể là hạn chế khả năng gây ra các vết nứt tế
Khi chi tiết làm việc ở môi tr−ờng nhiệt độ cao, d−ới tác dụng của nhiệt độ quá trình khuếch tán các phân tử kim loại trong lớp bề mặt sẽ tăng lên, làm giảm độ bền mỏi của chi tiết.
- Ứng suất d− trong lớp bề mặt: ng suất dỨ − nén trong lớp bề mặt có tác dụng nâng cao độ bền mỏi, trong khi ứng xuất d− kéo lại hạ thấp độ bền mỏi. c. Ảnh h−ởng tới tính chống ăn mòn của lớp bề mặt
- Nhấp nhô tế vi: Các chỗ lõm bề mặt do nhấp nhô tế vi tạo ra là nơi chứa các tạp chất nh− axit muối. . . Các tạp chất này có tác dụng ăn mòn hoá học đối với kim loại. Quá trình ăn mòn làm các nhấp nhô tế vi mới hình thành, quá trình ăn mòn sẽ xảy ra theo s−ờn dốc từ đỉnh nhám suống đáy, làm nhám m iớ
hình thành. Do vậy độ bóng càng cao thì khả năng chống ăn mòn hoá học càng lớn. Có thể chống ăn mòn bằng cách phủ lên bề mặt làm việc một lớp bảo vệ bằng ph−ơng pháp mạ (Cr, Ni).
- Lớp biến cứng bề mặt: Biến dạng dẻo và biến cứng lớp bề mặt kim loại có mức độ khác nhau, tuỳ theo h−ớng các hạt tinh thể kim loại và thành phần cấu tạo của chúng, hạt ferit biến dạng nhiều hơn hạt peclit. Điều này làm năng l−ợng nâng cao không đều và thế năng điện tích của các hạt thay đổi khác nhau, các hạt ferit bị biến cứng nhiều hơn sẽ trở thành các anot, các hạt peclit bị biến cứng ít hơn sẽ trở thành các catốt. Đồng thời mạng l−ới nguyên tử bị lệch với mức độ khác nhau trong các hạt tinh thể. Kết quả của biến dạng dẻo tạo nên sự không đồng nhất tế vi của kim loại trong nhiều tinh thể, trong đó sinh ra nhiều phần tử ăn mòn, nhất là ở mặt phẳng tr−ợt, gây ra hiện t−ợng hấp thụ mạnh, tăng c−ờng quá trình ăn mòn và khuếch tán ở lớp bề mặt, bề mặt của các chi tiết máy qua quá trình gia công cơ sẽ bị biến cứng, độ nhám bề mặt bị thay đổi làm cho tính chống ăn mòn của kim loại cũng bị thay đổi.
2.5.2. Ảnh h−ởng của nhiệt luyện
- Nhiệt luyện nhằm đảm bảo ổn định cơ tính vật liệu, làm tổ chức hạt trong