電流補償消除法在步槍槍管鍍鉻工藝中的應用

陳　勝，陳　敏，范紅山

(1.重慶軍代局駐296廠軍代室, 重慶　400054； 2.重慶建設工業(集團)有限責任公司, 重慶　400054)

槍管作為步槍核心零件，其內膛品質直接影響到射擊精度、綜合壽命，直接關系到戰斗力的高低[1]。鍍鉻工藝被大量用于步槍槍管的表面處理，多年來這一工藝技術一直未有明顯提高，成為制約步槍性能提升的一大障礙。因此，急需改進工藝方法提高槍管內膛質量。根據槍管內膛高溫、高壓及強摩擦的工作條件，要求槍管內膛鍍硬鉻層耐蝕性強、耐磨性好[1]。槍管內膛鍍鉻單邊鉻層≥0.015mm，具有較高的硬度和強度，附著力好，無粗結晶、麻點等缺陷。

由于槍管又細又長，其內膛鉻層品質較難控制，鍍鉻后存在內膛錐差較大及因內孔上下兩端氣流不暢形成“氣囊”(腰鼓狀)等缺陷[2]，合格率低下?？刂品椒ㄓ校簢栏窨刂迫齼r鉻離子溶液中三價鉻離子的濃度、控制陽極鍍銅層的厚度[3]、采用流動槽液鍍鉻[4]、將金屬鍍鉻夾具改進為非金屬各類夾具[5]、分段鍍鉻[6]，最常用的方法是調頭補鍍鉻[7]。

根據電流補償消除法重新設計新掛具，并對槍管鍍鉻電源進行改造和鍍鉻工藝進行優化。

1　槍管鍍鉻工藝

槍管鍍鉻的一般工序為：去油清洗→酸洗→拉凈內膛→檢驗內膛清潔度→裝夾→清洗→調頭鍍鉻→下架→檢查陽線尺寸→分類(合格品、不合格品)。

槍管合格品：去氫回火→拋光彈膛→預氧化→專檢尺寸、外觀→打高壓彈→去應力回火。不合格品：進行調頭補鍍。其上下兩端來回調頭鍍(分為一鍍、二鍍)的電鍍原理如圖1所示。槍管內膛鍍鉻后主要存在以下兩種缺陷：

1) 內膛錐差問題：細長孔鍍鉻一般采用碳鋼絲鍍鉛陽極[8]，由于鋼芯陽極電阻造成的電位降，使得深孔上部位電壓高于下部位，自上而下形成一個梯度狀態。這種狀態導致電流在陰極表面縱向分布不均，導致鉻層厚度呈現自上而下的錐度差。

2) 內膛腰鼓問題：深孔鍍鉻過程中產生的氫氣泡不斷上溢，帶動槽液自上而下運動，氣泡在深孔中部占據的空間較大，導致槍管內膛中部鍍液循環更新速度較慢，電沉積速度比上部慢，導致空心軸內膛呈“腰鼓”狀。

3) 導電均勻性問題：鍍槽槽口邊的一個陽極極座為8架共用且同一槽的鍍鉻電源的陽極電流輸出為一極輸出(無法進行單架電流控制)，導致架與架之間導電不均勻，使鍍鉻尺寸的不一致性加大，嚴重影響鍍鉻合格率。因此采用電流補償消除法和新型“仿形”陽極[9]鋼絲結合的新工藝，提高槍管鍍鉻的合格率、降低工人勞動量、節約成本具有重大意義。

2　技術改進措施及新掛具設計

2.1　電流補償消除法原理

一般深孔鍍鉻的陽極由低碳鋼制成，在其表面鍍銅鍍鉛[10]。陽極鋼絲的電阻導致深孔不同段面上陰極和陽極之間的電壓不同，造成槍管鍍鉻合格率低且內膛鉻層存在錐差。采用雙端供電的方式進行電鍍可以有效地避免因陽極鋼絲電阻產生的電位降，避免或減少了內膛錐差及“腰鼓”缺陷的產生。電流補償消除法原理為陽極上下兩端都通電，從而補償因陽極電阻導致的電位降。電鍍過程中上下兩端陽極用不銹鋼活接頭連接，接頭外套塑料絕緣管(作絕緣保護)。上下兩端陽極的外線路各連接一個可變電阻和電流表，從而可以各自調節電流。當槍管上端鍍層厚、下端鍍層薄時，可以降低陽極上端部位的電流，加大下端部位的電流，總電流保持不變，使上下兩端部位的鉻層厚度達到要求。電流補償消除法原理即陽極鋼絲上下兩端供電的電鍍原理如圖2所示。

2.2　雙端供電鍍鉻夾具的設計

結合鍍鉻生產線實際情況，首先對絕緣塞結構重新設計。原絕緣塞與重新設計的絕緣塞如圖3、圖4所示。

新設計的絕緣塞增加了前端錐度的長度，使絕緣塞在使用過程中定位準確，同心度好，減少槍管內膛燒蝕風險。新設計的絕緣塞在前段錐度后面增加了一個厚度為20 mm，直徑為25 mm的圓柱，同時在后端圓柱中間部位開寬為6 mm的槽，使陽極鋼絲穿過絕緣塞后在6 mm開槽部位會有陽極鉛層裸露，用于實現下端部位通電。新設計的絕緣塞將有機玻璃材料改為PP材料，有機玻璃材料的絕緣塞在陽極鋼絲拉緊過程中會變形或斷裂，壽命較短。改為PP材料后，絕緣塞的壽命提高，避免或減少了陽極鋼絲在拉緊過程中絕緣塞變形或斷裂。

對槍管鍍鉻掛具也進行重新設計。重新設計的槍管鍍鉻掛具如圖5、6所示。

新設計的鍍鉻掛具在掛具下面增加了一層導電銅排，銅排的規格為10 mm×50 mm(厚×寬)。新增銅排上采用螺栓固定有8個鈦塊，同時對銅排和固定螺栓進行裹膠處理，避免陽極溶解。銅排兩端采用pp板加M10螺栓固定。上下銅排采用Φ2.8的鋼絲連接，用于將上端銅排部分電流引入到下端銅排，其位置位于第2根槍管與第3根槍管之間。下端銅排上鈦塊的厚度為4 mm，高度為40 mm，其位置與固定槍管的V形槽處于一條直線。槍管戴上下帽拉緊陽極鋼絲裝掛具時，絕緣塞的6 mm寬開口部位恰好與下端銅排上凸起的高40 mm的鈦塊相扣，絕緣塞開口部位裸露的陽極鋼絲與凸起的鈦塊接觸，上端采用壓板進行壓實。這樣第2根、第3根槍管之間的鋼絲將上端銅排與下端銅排接通。電鍍時通電后，下端銅排將電流傳導補償給與鈦塊接觸的槍管下端陽極鋼絲，從而實現陽極鋼絲的上下兩端都通電。掛具的材質主要為鋼件、純銅、聚丙烯、鈦合金，制作后封。

3　試驗結果及電源改進

3.1　工藝試驗及結果

雙端供電掛具工藝試驗：本項目的難點在于在實現雙端供電后，如何能使上下銅排電流分配合理，使得槍管內膛鉻層厚度均勻，不存在錐差和腰鼓等缺陷。如果上端導電銅排電流過大，則會出現下端電流補償不足，即鍍后槍管槍口陽線止端合格，彈膛端陽線止端不合格；如果下端銅排電流過大，則會出現電流補償過度，即槍口端陽線止端不合格，彈膛端陽線止端合格。為了能使上下銅排的電流分配合理，在無外接電源對其控制的情況下，通過試驗確定掛具部件尺寸。

首先保證上下兩端銅排導電橫向無衰減，通過計算確定上下導電銅排的尺寸為10 mm×40 mm(厚×寬)。

確定上下兩端銅排尺寸后，通過試驗確定連接上下兩端導電銅排的鋼絲的位置和尺寸。鋼絲的位置有最左端、第一根和第二根槍管之間、第二根和第三根槍管之間、第三根與第四根槍管之間四種位置可以選擇，鋼絲的尺寸有Φ12、Φ10、Φ8、Φ6、Φ4、Φ2.8、Φ2.5、Φ2八種選擇。將鋼絲不同位置與直徑排列組合，進行單因素試驗，其試驗安排如表1。

表1　項目試驗安排表

試驗結果表明當采用直徑≥Φ4的鋼絲時，無論鋼絲的位置位于哪個部位，都處于補償過度，即槍管下端部位上鉻速率大于上端部位。采用直徑為Φ2鋼絲進行試驗時，上端銅排電流過大，存在補償不足，即上端部位上鉻速率大于下端部位。最終得到當鋼絲的直徑為Φ2.8，位置位于第2根、第3根槍管之間時，掛具上下兩端電流分配合理，上下兩端上鉻速度均勻一致。經多次試驗后，獲得的試驗結果穩定，具有可重復性，槍管一次鍍鉻尺寸合格率大幅提升。部分試驗結果如表2所示，步槍槍管一次鍍鉻尺寸合格率由35%提高到80%～87.5%，槍管鍍鉻后內膛鉻層厚度的一致性也得到提高?！把摹比毕菟嫉谋戎涤?5%降低為0.5%～0.85%。由于合格率的提升，步槍槍管每年鍍鉻降低的成本為90.678萬元，經濟效益顯著。革新后的工藝極大的提升了鍍鉻生產線的產能，使槍管內膛質量有了質的飛躍。

表2　部分試驗結果

3.2　槍管鍍鉻電源改造

鍍槽導電極座改造：將槍管鍍鉻槽現有的8架(每架8件槍管)槍管共用一個陽極導電座、8個陰極導電座，改造為槍管鍍鉻槽現有的8架(每架8件槍管)槍管分別獨立使用各個極座(即8個陽極導電座、8個陰極導電座)，使每架槍管的電流獨立，不相互干擾，提高導電的均勻性。

對槍管鍍鉻電源進行改造：將原槍管鍍鉻電源的一個陽極電流輸出、8個陰極電流輸出，改造為8個陽極電流輸出、8個陰極電流輸出，使每架槍管可獨立控制電流大小、不相互干擾，提高槍管的導電一致性。

4　結論

本文從實際應用出發，采用電流補償消除法，采用雙端供電工藝，改進了掛具和絕緣塞，已經用于大規模生產。步槍槍管一次鍍鉻尺寸合格率由35%提高到80%～87.5%，槍管鍍鉻后內膛鉻層厚度的一致性也得到提高，“腰鼓”缺陷比例由25%降低為0.5%～0.85%。有效提高了步槍槍管一次鍍鉻尺寸合格率，極大的提升了鍍鉻生產線的產能，確保了槍械裝備采購的質量和進度，也為同類型槍管武器的表面處理技術研究提供了借鑒。

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