Разработка технических требований к материалу для производства сферических крешеров

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СИСТЕМ И КОМПЛЕКСОВ

УДК 623.522

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К МАТЕРИАЛУ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СФЕРИЧЕСКИХ КРЕШЕРОВ

А.В. Козяр, Н.И. Кочкарь, И.Б. Литус, А.В. Сорокатый

Описана разработка требований к медной крешерной проволоки для производства сферических крешерных элементов.

Ключевые слова: внутрибаллистическое давление, крешерный метод, проволока медная крешерная.

Важнейшим параметром, измеряемым при испытаниях метательных зарядов, выстрела в целом и артиллерийских систем, является давление пороховых газов при выстреле (внутрибаллистическое давление). Крешерный метод измерения внутрибаллистического давления, основанный на определении максимального давления по величине остаточной деформации медного крешера, используется во всем мире. Величина крешерного давления является нормативным параметром и критерием годности боеприпасов и артиллерийских систем, а система крешерных измерений -метрологической основой, обеспечивающей единство оценки качества боеприпасов при испытаниях.

В России крешерный метод был принят в 1896 г. В предвоенные годы в СССР была разработана и принята единая система выбора и применения крешерных приборов и крешерных элементов.

Крешерные элементы снабжались тарировочной таблицей, которую получали статическим методом. Выборку элементов из каждой партии подвергают деформации под определенными нагрузками. Динамическое нагружение крешера при выстреле и статическое при обжатии на прессе отличаются временем воздействия нагрузки - оно отличается в сотни тысяч раз. Из-за этого отличия невозможно измерить точное («истинное») значение давления, которое развивается в артиллерийском орудии при выстреле. Возможно лишь оценить, так называемое, крешерное давление.

192

В ФКП «НТИИМ» разработан крешерный прибор со сферическим крешерным элементом с пределом измерения до 1000 МПа. Тарирование крешерных элементов осуществляется динамическим методом с характеристиками переднего фронта и длительности процесса подобными тем, что происходят при выстреле из артиллерийской системы.

В настоящее время разрабатываются артиллерийские орудия повышенного могущества. Давление пороховых газов при выстреле из таких орудий может достигать 1000 МПа. Отработка артиллерийских систем и выстрелов к ним возможна только с применением крешерных приборов со сферическими крешерными элементами, снабженными динамическими та-рировочными таблицами.

При составлении динамических тарировочных таблиц процесс деформирования крешера идентичен процессу его деформирования при выстреле из артиллерийского орудия, что и позволяет говорить об измерении «истинного» давления.

Технология изготовления цилиндрических и цилиндроконических крешерных элементов отработана. Изготовление цилиндрических и конических крешерных элементов регламентировано ГОСТ 3779-55 «Столбики крешерные медные» [1]. Согласно р.11 п.3 этого стандарта: «Крешерные столбики должны изготавливаться из крешерной медной проволоки, удовлетворяющем ГОСТ 4752-79 «Проволока медная крешерная» [2]. Данный государственный стандарт жестко задает возможные диаметры крешерной проволоки (р.1 п.1.1 табл.1).

Согласно разработанной технологии [3] сферические крешера должны изготавливаться из медной проволоки 07 мм. Проволока такого диаметра отсутствует в списке сортаментов стандарта на крешерную проволоку. Вследствие этого не существует технических условий на проволоку необходимого диаметра, что, в свою очередь, делает невозможным контроль качества продукции. А так как крешерные элементы являются продукцией военного применения, то и крешерные элементы и исходный материал должен соответствовать требованием стандарта.

Важнейшим этапом контроля проволоки является контроль ее физических характеристик. Методы этих испытаний определяются р.4 п. 4.5. ГОСТ 4752-79. Этот пункт ссылается на ГОСТ 3779-55 р.11 пп. 6-8. Табл. 2 и 3 ГОСТ 3779-55 определяет геометрические параметры крешерных элементов, величины нагрузок при обжатии, допускаемые высоты и отклонения обжатых элементов. По соответствию испытуемых крешерных элементов этим таблицам и судят о жесткости и однородности изготовленной партии проволоки.

В рамках работы по внедрению крешерных приборов со сферическими крешерными элементами в полигонные испытания необходимо разработать технические условия, правила приемки, методы контроля и испытаний для проволоки крешерной медной 07 мм для обеспечения производства сферических крешерных элементов.

Для испытания проволоки на жесткость, однородность и поверхностную прочность при обжатии необходимо изготовить некоторое количество цилиндрических столбиков определенной длины. Размеры столбиков должны соответствовать ГОСТу.

Требования к столбикам для проведения испытаний сведены в таблицу (табл. 1). Для удобства расчетов, перешли от абсолютных величин к относительным. Проведя анализ таблицы определили значения данных для проволоки 07 мм применив методы линейной интерполяции для данных соседних строк соответствующих столбцов.

Таблица 1

Анализ соответствия деформации крешеров воздействию нагрузки из ГОСТ 3779-55 и аппроксимированные данные для проволоки диаметром 7мм

Размеры цилиндра, мм Площадь, 2 мм Нагрузка, кг Давление, МПа Высота после обжатия, мм Относительное обжатие

Диаметр Высота min max min max

3,00 4,90 7,07 160 222 4,30 4,50 0,122 0,082

4,00 6,50 12,54 500 390 4,80 5,00 0,262 0,231

5,00 8,10 19,63 600 300 6,65 6,85 0,179 0,154

6,00 9,80 28,27 1200 416 6,95 7,25 0,291 0,260

7,00 11,40 38,48 1600 408 8,20 8,50 0,281 0,254

8,00 13,00 50,27 2000 390 9,60 9,90 0,262 0,238

10,00 15,00 78,54 3000 375 11,30 11,60 0,247 0,227

Для проверки полученных данных таблица отображена в графическом виде (рис. 1). На графике представлена зависимость деформации всех типоразмеров цилиндрических крешеров, от прилагаемого к нему давления. Значения минимальных величин деформаций аппроксимируются кривой 1 и описываются полиномом второй степени: y = 84,289x + 1056,6x + 135,12 с доверительным интервалом R2 = 0,997 и максимальных величин

аппроксимируются кривой 2 и описываются полиномом второй степени

22 y = -1864,4x + 1923,2x + 14,7 с доверительным интервалом R = 1.

На рис. 1 видно, что рассчитанные методом линейной интерполяции значения для проволоки 07 мм, добавленные на график уже после вычисления аппроксимационных кривых, вписываются в предложенную модель (рис. 2).

Затем, с использованием модуля Explicit Dynamics программного комплекса ANSYS (моделирование высоконелинейных быстропротекаю-щих процессов) провели моделирование обжатия в Лагранжевой постановке всех цилиндрических медных крешерных столбиков под определенными ГОСТом нагрузками (рис. 3).

Сравнение результатов виртуальных обжатий с условиями, заданными в стандарте, приводятся в табл. 2. Приведены величины деформации крешеров, вычислено относительное обжатие и указан процент ошибки модели.

Рис. 1. Величина относительной деформации цилиндрических крешеров после обжатия: 1 - линия аппроксимации минимальной величины относительного обжатия цилиндрических крешерных

элементов; 2 - линия аппроксимации максимальной величины относительного обжатия цилиндрических крешерных элементов

" Ц X

n B- 0 D E

1 Property Value Unit. * Щ

2 0 Density 8960 J

г 'jr^l Specific Heat ЗЭЗ J кдЛ-.1 C-M J  m

4  ^ Johnson Cook Strength

5 Strain Rate Correction Fiiist^Orcter J!

6 Initial Yield Stress 90 MPa d ГГ

7 Hardening Constant 292 MPa jd

8 Hardening Exponent 0,31 В

9 Strain Rate Constant 0,025

10 Thermal Softening Exponent 1,09 В

11 Melting Temperature 1082,9 С Jill

Й Reference Strain Rate (/soc) 1

Щ 0 Bulk Modulus l,29E+05 MPa J M

14 '[PI Shear Modulus 46000 MPa J

15  '¡rf] Johnson Cook Failure H

16 Damage Constant D1 0,54 ш

17 Damage Constant D2 4,89

18 Damage Constant D3 тЩЯ

19 Damage Constant D4 D,014

го Damage Constant D5 1,12

ш Melting Temperature 1082,9 С Щ

22 Reference Strain Rate ^/sec) 1

Рис. 2. Коэффициенты уравнения состояния бескислородной меди

195

Таблица 2

Подтверждение адекватности модели

Модель Ошибка

АН, мм Отн.обж. %

0,56357 0,115 - 6,07

1,69620 0,261 - 0,22

1,48030 0,183 2,09

2,78700 0,284 - 2,21

3,13380 0,275 - 2,07

3,39230 0,261 - 0,23

3,68000 0,245 - 0,54

Рис. 3. Виртуальное обжатие цилиндрического крешерного элемента

Совместно со специалистами предприятия-изготовителя крешерной проволоки было разработано техническое соглашение. В этом документе представлены технические требования к производству, правилам приемки и методам испытания на проволоку медную крешерную 07 мм. В части, касающейся методов испытаний и правил приемки, были использованы полученные при расчетах данные. Остальные требования по ГОСТ 4752-79 «Проволока медная крешерная».

Согласно описанным требованиям была изготовлена пробная партия проволоки 07 мм и проведены испытания на однородность, жесткость и поверхностную прочность. Испытания прошли удовлетворительно. Партия принята в производство.

Выводы

На основании анализа ГОСТ 3779-55 получены апроксимационные зависимости величин относительных обжатий крешерных элементов.

Экспериментальные результаты обжатия крэшерных элементов из проволоки 07 мм коррелируют с результатами апроксимационных зависимостей.

Численное моделирование процесса деформирования цилиндрических крешерных элементов совпадает с экспериментальными результатами.

Разработана методика приемки медной крешерной проволоки для изготовления сферических крешеров.

Список литературы

1. ГОСТ 3779-55. Столбики крешерные медные.

2. ГОСТ 4752-79. Проволока медная крешерная. Технические условия.

3. Комплект документов на технологический процесс изготовления сферических крешеров АШВ 01.101.00109.

Козяр Александр Валерьевич, инженер-конструктор - начальник сектора разработки, Kozyar aamail.ru, Россия, Нижний Тагил, ФКП «Нижнетагильский институт испытания металлов»,

Кочкарь Николай Иванович, канд. тенх. наук, Kozyar aamail.ru, Россия, Нижний Тагил, ФКП «Нижнетагильский институт испытания металлов»,

Литус Игорь Борисович, ведущий инженер-начальник лаборатории отд. 93, Kozyar aa mail.ru, Россия, Нижний Тагил, ФКП «Нижнетагильский институт испытания металлов»,

Сорокатый Александр Владимирович, зам. начальника СКБ ИЗАП по производству, Kozyar aa mail.ru, Россия, Нижний Тагил, ФКП «Нижнетагильский институт испытания металлов»

DEVELOPMENT OF TECHNICAL REQUIREMENTS TO MATERIAL FOR PRODUCTION SPHERICAL CRUSHERS

A. V. Kozyar, N.I. Kochkar, I.B. Litus, A. V. Sorokatiy

In article development of requirements to copper crusher wire for production spherical the crusher elements is described.

Key words: ballistic pressure, crusher method of measuring ballistic pressure, crusher copper wire.

Kozyar Alexander Valeryevich, Design Engineer - Head of the Development Sector, Kozyar aa mail. ru, Nizhny Tagil, Russia, Nizhny Tagil Institute of Metal Testing,

Kochkar Nikolai Ivanovich, candidate of technical science, Kozyar aamail. ru, Russia, Nizhny Tagil, FKP "Nizhny Tagil Institute for Testing Metals",

Litus Igor Borisovich, Leading Engineer-Head of Laboratory, Dep. 93, Kozyar aamail. ru, Russia, Nizhny Tagil, FC "Nizhny Tagil Institute of Metal Testing",

Sorokaty Alexander Vladimirovich, deputy. Head of SKB ISAP for Production, Ko-zyar aamail. ru, Russia, Nizhny Tagil, FC "Nizhny Tagil Institute for Metal Testing"

197