随着现代化战争的发展,薄壁弹的广泛应用,使得弹体的改进和弹带的装配工艺要求越来越高。多年来,弹带装配工艺一直是困扰我国炮弹设计制造的技术瓶颈。中国兵器工业第五九研究所研制了国内第一台能完成径向、轴向的惯性,连续驱动摩擦焊等多种工艺及小批量生产的特种摩擦焊机——CT-25特种摩擦焊机,实现了薄壁紫铜弹带与钢弹体的连接,更新改造了传统的弹带装配及加工工艺。该项技术称为弹带径向摩擦焊接技术,是目前国际上重点研究的弹带装配技术,是解决弹带与弹体连接的好方法。弹带径向摩擦焊接技术是通过径向加压实现径向面连接的一种摩擦焊技术。通过实践和实验得知,在焊接过程中,工件的夹持状态非常重要。在焊接过程中,常出现的问题是由于铜带与弹体间摩擦扭矩过大,使得弹体的夹持状态不稳定,出现打滑现象,这对弹带的焊接十分不利。中国兵器工业第五九研究所通过对传统摩擦焊夹持模型的改进,已经从实践中解决了这一难题。本课题来源于中国兵器工业第五九研究所项目,依据项目要求以小口径炮弹弹带摩擦焊为例,对在焊接过程中传统和改进夹持模型夹持弹体的稳定性进行数值计算研究,为改进夹持模型的合理性提供理论支撑,同时应用模拟分析结论指导实际生产过程。本文在调研并分析了弹带径向摩擦焊工艺基础上,首先,根据径向摩擦焊接夹持模型的结构和工艺特点,应用Pro-E三维建模软件建立了符合客观实际的摩擦焊接夹持模型及简化模型。其次,基于有限元法,根据小口径炮弹弹带径向摩擦焊接过程的特点,并在试验设计理论的指导下,确定了焊接过程中两种不同夹持模型下弹体夹持状态的三维接触分析数值模拟试验方案。同时,基于ANSYS有限元软件,依据拟定的36次模拟试验方案,建立了合适的计算模型,并分别对焊接过程中两种夹持模型下弹体和过渡套(夹具)的应力应变和两者间的相对位移进行了数值模拟。最后,对得到的应力应变分布规律进行了比较分析;同时应用Origin专业函数绘图软件对数值模拟结果进行了处理,得到了焊接过程中两种夹持模型下弹体所受不同夹持力与所允许的最大摩擦扭矩间的关系曲线和关系函数式,并对其进行了分析。分析结果表明:从焊接过程中弹体及过渡套(夹具)的应力应变状态和夹持模型的防扭能力等方面上,改进夹持模型均优于传统夹持模型;在改进夹持模型的夹持下,所允许的最大摩擦扭矩Mmax与弹体上轴向压应力P 1和径向压应力P2间满足: M max = a·P1+b·P2(a、b为求解系数),a的取值范围为51.5~54.2,b的取值范围为121~124。该项目的研究成果得到了中国兵器第五九研究所的认可,通过了项目验收,并已应用于实际生产。