СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСА ОСКОЛОЧНОГО СНАРЯДА С ВЕДУЩИМ ПОЯСКОМ
METHOD OF PRODUCING SPLITTER SHELL WITH BAND

Изобретение относится к способу изготовления боеприпасов, а более конкретно осколочных снарядов, стабилизируемых вращением и имеющих оболочку с насечками в виде спиральных рифлей внутри труб, прессованных через матрицы.
В патенте RU №2248514, МПК F42B 12/22 описан способ изготовления корпуса артиллерийского снаряда. Согласно данному способу корпус снаряда изготавливают из двух частей: цилиндрической оболочки типа «труба» с ромбовидной осколочной сеткой и аэродинамического хвостовика с камерой разрежения. При этом полуфабрикат хвостовика получают из прутковой заготовки за два перехода горячей штамповки (осадка и прошивка) на прессе, а в качестве заготовки для оболочки корпуса используют мерную трубу, в которой последовательно путем прессовых операций на гидравлических прессах выполняются правые, а затем левые спиральные рифли. После жесткого объединения с применением герметика полуфабриката хвостовика с трубной заготовкой по их месту стыка в специальную проточку запрессовывается или наплавляется медный ведущий поясок, а затем производится окончательная механическая обработка резанием поверхности корпуса и ведущего пояска. Для повышения осколочности хвостовой части корпуса на боковой стенке камеры разрежения выполняют радиальные щели.
Недостатком указанного способа является наличие трудоемких технологических операций, связанных с выполнением ведущего пояска как отдельного элемента конструкции, что существенно удорожает изготовление корпуса снаряда в целом. Как показывают испытания на осколочность, наличие только щелей на боковой стенке камеры разрежения оказывается недостаточным для эффективного дробления хвостовой части снаряда на осколки приемлемой массы.
Известен способ изготовления оболочек с ромбовидной осколочной сеткой по патенту SU №473335, МПК В21С 37/20, опубл. 05.06.75 в бюл. 22, заявитель японская фирма «Сумитомо Металл Индастриз Лимитед». Данный способ содержит последовательные операции редуцирования путем протягивания трубы через меньшего диаметра две фильеры разного диаметра: с заготовки на полуфабрикат и далее на калибр готового изделия. При этом трубчатую заготовку и полуфабрикат для второй операции протягивания через фильеры устанавливают на спиральных выступах коротких оправок. При редуцировании фильеры, закрепленные в обоймах станины оборудования, неподвижны, а оправка свободно поворачивается, так как их несущий стержень связан с механизмом вращения. При волочении захватами труба обжимается в фильере, вращая оправку, при этом на ее спиральных выступах формируются внутри трубы спиральные канавки - рифли. Наличие значительного осевого тягового усилия при радиальном течении металла на обжиме трубы приводит к смятию боковых поверхностей формируемых рифлей и появлению на их вершинах заусенцев в зазоре между внутренним диаметром заготовки и наружным диаметром выступов оправки. Повышенный абразивный износ оправок от динамического трения выступов о напрессованный на оправку металл трубы при волочении увеличивает затраты на производство и потребительскую стоимость боеприпасов.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ изготовления оболочки осколочного боеприпаса согласно патенту RU №2171445, МПК F42B 12/24, В21К 21/06, В21С 37/20, опубл. 27.07.2001.
Данный способ включает в себя выполнение на внутренней поверхности оболочки полуготовых осколков ромбического профиля посредством нанесения сетки рифлей. Обеспечивается это путем последовательных операций обработки металла оболочки давлением в холодном состоянии. При этом перед операцией редуцирования трубчатую заготовку устанавливают на равномерно расположенных спиральных выступах центрального инструментального стержня, имеющих противное направление. Процесс обжатия заготовки ведется по схеме свободного радиального течения металла без оправки с мало изменяемой толщиной стенки трубчатой заготовки.
Вследствие того, что редуцирование заготовки ведется с уменьшением ее диаметра, неизбежно увеличивается ее длина. Данная операция протекает с постепенным и «сухим» обволакиванием спиральных выступов пластически деформируемым металлом заготовки и образованием в конце технологического цикла своеобразной винтовой пары, в которой спиральные выступы инструментального стержня и заготовка объединены с натягом, величина которого определяется степенью деформации металла и силой трения соприкасаемых элементов.
В силу последнего обстоятельства свинчивание заготовки со спиральных выступов происходит под действием больших усилий, а следовательно, и энергозатрат. Кроме того, сухое относительное скольжение заготовки и спиральных выступов во время их разъединения вызывает продольную деформацию боковых поверхностей спиральных канавок. Это снижает геометрическую точность и качество формы рифлей, выполняющих функцию газового клина для продуктов детонации, и ухудшает дробление оболочки на заданное число осколков требуемой массы. Сухое динамическое внедрение спиральных выступов в заготовку в процессе редуцирования, а также последующее сухое динамическое разъединение заготовки и спиральных выступов снижает срок службы дорогостоящих инструментальных стержней.
К недостатку данного способа относится и то, что полученные по нему заготовки с рифлями глубиной 0,25-0,55 ее толщины пригодны лишь для изготовления осколочных оболочек реактивных снарядов и мин, а также боеприпасов с набивным или наплавным ведущим пояском. Кроме того, как показывают результаты подрывов корпусов, одна лишь глубина рифлей ромбической осколочной сетки не гарантирует обеспечение их планового дробления. Немаловажным фактором для этого является механические свойства металла корпуса, в частности его твердость.
Задачей, положенной в основу предложенного изобретения, является разработка способа изготовления из недорогой и недефицитной стали корпуса осколочного снаряда с непосредственно выполненным из его материала ведущим пояском, повышение долговечности инструмента по формированию осколочной сетки на внутренней поверхности корпуса, улучшение его фрагментации при взрыве.
Требуемый технический результат достигается благодаря тому, что в известном способе изготовления корпуса осколочного снаряда с ведущим пояском, включающий операции редуцирования в холодном состоянии полой заготовки типа стакан или труба, которые осуществляют последовательно с формированием на внутренней поверхности заготовки сетки спиральных рифлей путем продавливания заготовки, предварительно установленной на инструментальном стержне со спиральными выступами противоположного направления, через фильеры разного диаметра, удаление заготовки с инструментального стержня и ее механическую обработку с выполнением ведущего пояска, новым согласно изобретению является то, что используют полую заготовку из конструкционной стали с содержанием углерода до 0,4%, операции редуцирования заготовки осуществляют с применением жидкой или консистентной смазки и с созданием вокруг инструментального стержня кольцеобразной масляной ванны объемом, обеспечивающим смазывание постепенно внедряемых в заготовку спиральных выступов инструментального стержня, при этом конечную операцию редуцирования осуществляют с получением заготовки с наружным диаметром, превышающим диаметр ведущего пояска корпуса снаряда на величину припуска под последующую механическую обработку. Редуцирование ведут со степенью деформации, обеспечивающей твердость наружного слоя заготовки после ее механической обработки в размер ведущего пояска - не более 250 HV, и формируют рифли глубиной 0,215-0,249 от толщины стенки полой заготовки.
Операции редуцирования заготовки типа труба осуществляют с использованием на переднем конце инструментального стержня уплотнительного кольца.
Заготовку после первой операции или второй операции редуцирования или место расположения на заготовке ведущего пояска перед его выполнением, или ведущий поясок подвергают отжигу.
Одновременно с редуцированием заготовки типа стакан на ее дно наносят локализаторы разрушения.
При изготовлении корпуса осколочного снаряда с камерой разрежения используют ступенчатую двухкамерную заготовку типа стакан, у которой наружный диаметр ступени, формирующий камеру разрежения, не более диаметра фильеры, используемой на второй операции редуцирования.
На второй операции редуцирования заготовки используют инструментальный стержень, у которого угол при вершине спиральных выступов меньше аналогичного угла инструментального стержня, используемого на первой операции редуцирования.
Изобретение поясняется чертежами, где схематично изображены:
- на фиг.1 - редуцирование заготовки типа «стакан»;
- на фиг.2 - редуцирование заготовки типа «труба»;
- на фиг.3 - монолитный корпус осколочного снаряды с камерой разрежения в разрезе;
- на фиг.4 - комбинированный инструментальный стержень для одновременного формирования осколочной сетки в оболочке и дне корпуса:
- на фиг.5 - вид на передний торец комбинированного инструментального стержня.
В предлагаемом способе применяют заготовку 1 типа «стакан» (фиг.1) или типа «труба» (фиг.2), изготовленных из конструкционной стали с содержанием углерода до 0,4%. Изготовление из данных заготовок осколочного корпуса начинают осуществлять с двух операций холодной обработки металла давлением на протяжном станке, инструментальный узел которого схематично представлен на фиг.1 и 2.
В обойме 2 данного узла закреплена матрица 3 с калиброванной под наружный диаметр обработанной трубчатой заготовки 1 фильерой 4. Центральный инструментальный стержень 5 имеет на боковой поверхности конические спиральные выступы 6 расчетной высоты, что позволяет после редуцирования получить в заготовке 1 требуемую перемычку 7.
При редуцировании заготовки 1 типа «стакан» (фиг.1) толкатель 8 воздействует на заготовку 1 через инструментальный стержень 5. Для редуцирования заготовки 1 типа «труба» на переднем торце 9 инструментального стержня 5 устанавливают упругое кольцо 10, а осевое усилие продавливания передается напрямую заготовке 1 от толкателя 11.
Перед началом деформации заготовки 1 типа «стакан» или «труба»в ее большую камеру 12 подается жидкая или консистентная смазка 13, объем которой определяют из условия гарантированного обеспечения смазывания постепенно внедряемых в заготовку 1 при ее редуцировании спиральных выступов 6.
При вертикальном исполнении инструментального узла протяжного станка применяют как жидкую, так и консистентную смазки, а при горизонтальном исполнении - консистентную смазку. Допускается нанесение консистентной смазки при двух исполнениях инструментального узла протяжного станка непосредственно на инструментальный стержень 5 перед началом его введения в полость 12 заготовки 1.
Предлагаемый способ изготовления корпуса осколочного снаряда (фиг.3) с непосредственно выполненным на нем ведущим пояском 14 и осколочной сеткой ромбического профиля 15, образованного спиральными рифлями 16 противного направления, осуществляют последовательно за две операции редуцирования в матрицах 4, имеющих разные диаметры, и использованием разных инструментальных стержней 5 со спиральными выступами 6. При этом после второго редуцирования диаметр заготовки 1 превышает диаметр ведущего пояска 14 снаряда на величину припуска под последующую механическую обработку, а глубина 17 рифлей 16 составляет 0,190-0,249 толщины стенки 18 заготовки 1 после ее обжатия.
В зависимости от содержания углерода в заготовке выбирают степень ее деформации на обеспечение твердости наружного слоя после механической обработки в размер ведущего пояска - не более 250 HV. Это гарантирует плановое разрушение корпуса при детонации взрывчатого вещества, а также износ ствола, сопоставимый с аналогичным износом при стрельбе снарядами с медным ведущим пояском.
Процесс обжатия заготовки 1 в матрицах 4 сопровождается постепенным вытеснением смазки 13 из зоны деформации навстречу усилию продавливания и обильным смазыванием наперед внедряемых в заготовку спиральных выступов 6. По завершении процесса пластической деформации заготовки 1 спиральные выступы 6 оказываются погруженными по всей длине в масляную ванну 13. Это обстоятельство снижает износ инструмента 5 как в процессе редуцирования заготовки 1, так и во время ее свинчивания со спиральных выступов 6, а значит уменьшаются энергозатраты технологического цикла. Это также снижает деформацию боковых поверхностей формирующихся и сформировавшихся рифлей 16, чем повышается геометрическая точность осколочной сетки 15, а значит обеспечиваются лучшие условия для стабильного разрушения корпуса при взрыве.
Для фрагментации дна на приемлемые по массе и размерам осколки в донной перемычке 19 заготовки 1 типа «стакан» после второго редуцирования отдельным инструментом путем прямого прессования выполняют углубления 20 (фиг.3). С целью повышения производительности труда данные операции совмещают, используя для этого комбинированный инструмент (фиг.4), снабженный как коническими спиральными выступами 6 на боковой поверхности инструментального стержня 5, так и обратными по форме углублениям 20 выступами 21 на переднем торце 22 инструментального стержня 5, например, в виде конических выступов (фиг.5).
С целью повышения пластичности ведущего пояска 14 и снижения износа канала ствола место расположения ведущего пояска 14 в заготовке 1 или непосредственно ведущий поясок 14 после его изготовления на корпусе или заготовка 1 в целом после ее первого или второго редуцирования подвергают дополнительному отжигу.
Для изготовления монолитного осколочного корпуса с пониженным аэродинамическим сопротивлением используют ступенчатую двухкамерную заготовку 1 типа «стакан» (фиг.1), в которой наружный диаметр 22 камеры 23 не превышает диаметр фильеры 4 для второго редуцирования. Обжатие заготовки 1 только по ее большему диаметру 24 снижает усилие проваливания через фильеры 4 и минимизирует энергозатраты.
Применение при втором редуцировании инструментального стержня 5, у которого спиральные выступы 6 при вершине имеют угол 25 меньший, чем аналогичный угол у первого инструментального стержня 5 на величину «схлопывания» первых рифлей при проведении второго обжатия, позволяет получить в заготовке 1 осколочную сетку с равновеликими лево- и правозаходными локализаторами разрушения 16, выполняющими функции газового клина для продуктов взрыва. Это снижает образование при разрушении корпуса асимметричных, а следовательно, различных по массе и плохой аэродинамикой осколков.
В настоящее время с использованием предложенного способа серийно изготавливается осколочный корпус для штатного 30-миллиметрового гранатометного выстрела ГПД-30. Корпус данного выстрела выполняют точением из двухкамерной заготовки стали 20 с содержанием углерода до 0,24%. Заготовка с осколочной сеткой имеет наружный диаметр - 32 мм, что позволяет изготовить на 30-миллиметровом корпусе ведущий поясок диаметром 31,05 мм, то есть с минимально возможным припуском под механическую обработку. При этом оболочка заготовки имеет на внутренней поверхности рифли глубиной 1,15 мм и стенку толщиной 4,75 мм, то есть она выполнена с соотношением этих величин как 0,242. После токарной обработки заготовки размер в размер ведущего пояска твердость ее поверхностного слоя не более 250 HV. Для снижения искажения осколочной сетки в процессе редуцирования применяется как жидкая, так и консистентная смазки. В дне заготовки методом пластической деформации выполнены углубления.
Подрывы в бронекамере корпусов, полученных в соответствии с предложенным способом, подтвердили их разрушение на осколки запланированной формы и массы. Испытания стрельбой показали также, что переход на стальной ведущий поясок, то есть поясок, выполненный непосредственно из материала корпуса гранаты и имеющий твердость не выше 250 HV, не снижает, по сравнению с ранее применяемым в гранате медным ведущим пояском, живучесть канала ствола. Кроме того, это исключило из конструкции дефицитную и дорогостоящую медь, повысило нагрузочную способность ведущего пояска, что важно для нормального функционирования в изношенном стволе. Выполнение стального корпуса непосредственно с ведущим пояском уменьшило трудоемкость его изготовления на ~12%.
Реализована опытная проверка предложенного способа с аналогичными результатами и на 57-миллиметровой гранате осколочно-фугасного выстрела ВОФ-57, корпус которой был апробирован в двух вариантах: из конструкционной стали 20 и конструкционной легированной стали 30ХГСА (содержание углерода до 0,34%).
Положительные результаты всесторонних исследований и натурных испытаний гранат в калибре 30- и 57-миллиметровом позволяют гарантировать применение предложенного способа и в других калибрах.
Источники информации
1. Патент RU №2248514, МПК F41B 12/22.
2. Патент SU №473335, МПК В21С 37/20, опубл. 05.06.1975.
3. Патент RU №2171445, МПК F12/24, В21К 21/06, В21С 37/20, опубл. 27.07.2001 - прототип.