СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК КОРПУСОВ ДЛЯ БЕТОНОБОЙНЫХ И БРОНЕБОЙНЫХ СНАРЯДОВ
METHOD OF MANUFACTURING BODY CASING FOR CONCRETE AND PIERCING SHELLS

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано на станах прокатки мелющих шаров, имеющих в своем составе станы винтовой прокатки.
В настоящее время бетонобойные и бронебойные снарядные корпуса изготавливают, в основном, способом горячей штамповки из сталей: 35ХГС; 35ХГСА; 35Х3НМ, 45Х3; 45Х12, 46Х; 46Х12,60Х2М; 60Х2Н2М; 60Х2Н2М, 60Х30. [1] (Справочник «Артиллерийские боеприпасы, подлежащие утилизации и уничтожению» под редакцией Калистова А.А. М., изд-во «Nova», 1992, стр.8, 11-12, 16-18, 33-34, 44-46, 55-60, 79-82, 89-93, 105, 117-119, 126-130).
Недостатком данного способа является низкая производительность и неравномерность степени обжатия по всей длине корпуса снаряда в штампах с вертикальным разъемом.
8
8
Известны способы изготовления корпусов снарядов на трубопрокатных трехвалковых станах, где в качестве заготовки используются утилизированные корпуса снарядов [2] (патент РФ 2088393; МПК В23Р 15/22; В21В 19/02; В21С 1/24; F42В 12/74, опубл. 27.08.1997) и [3] (патент РФ № 2082514 C1, МПК В21В 23/00; В21В 19/02, В21С 1/24, опубл. 27.06.1997), включающие отрезку корпуса на мерную длину, нагрев, винтовую деформацию.
Недостатком данных способов является то, что при производстве корпусов снарядов требуются крупнокалиберные корпуса в качестве заготовок, а также соответствие марки стали перерабатываемого корпуса и получаемого его назначения.
Наиболее близким к заявляемому способу, по количеству сходных признаков, является способ изготовления баллонов (снарядных гильз, цилиндров) [4] (патент США № 3462987, кл.72-97 (В21В), 1969 г.), включающий нагрев отрезанной от прутка заготовки, задачу ее в валки, винтовую деформацию косоустановленными валками и продольную деформацию, проталкивание заготовки с дном на профильной оправке.
Недостатком данного способа является то, что требуется предварительная отрезка мерной длины от прутка, поштучная задача его в клеть стана, что не позволяет нахождение в зоне обжатия нескольких изделий одновременно, кроме того, предъявляются жесткие требования при отрезке прутка и требования к совпадению осей оправки и прошивки, а также то, что данный способ может быть осуществлен только для тонкостенных корпусов снарядов (осколочных, фугасных).
Задачей настоящего изобретения является: увеличение производительности изготовления заготовок корпусов для бетонобойных и бронебойных снарядов; получение однородной структуры металла по всей длине корпуса снаряда; получение формы головной и оживальной части корпуса снарядов в форме готовых полуэллипсоидов; одновременное формирование в валках нескольких корпусов.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе изготовления заготовок корпусов для бетонобойных и бронебойных снарядов, содержащем нагрев заготовки, горячую пластическую деформацию и механическую обработку, предусмотрены следующие отличия:
• горячую пластическую деформацию осуществляют в прокатных винтовых двухвалковых станах с фасонным профилем, где длина одного калибра  соответствует размеру заготовки корпуса снаряда с цилиндрической, головной и оживальной частью в виде полуэллипсоидных кривых, и определяют по формуле:
(1),
- длина заготовки корпуса снаряда, мм;
α' – горизонтальный угол сведения валков, град;
β - вертикальный угол смещения валков, град
А длину калибрующей части валка определяют по формуле:
k
осн
L = n·Т(2)
k
где L–длина калибрующей части валка, мм;
осн
Т–шаг проточки, мм;
n – количество витков калибра, шт.,
причем количество витков калибра n и геометрия калибра зависят от вида боеприпаса и определяют из выражения:
n= α/360°(3),
где α - полный угол поворота валка град,
осн
α
при этом шаг проточки Т зависит от длины заготовки корпуса снаряда и ширины реборды валка bи определяют из выражения:
осн
α
Т =+ b(4)
α
где b-ширина реборды валка, мм,
а углы между осью заготовки и осью валка β и α' должны соответствовать условию
,
где d - диаметр прокатываемой заготовки снаряда, мм;
• при винтовой прокатке отделение каждой заготовки снарядов корпусов мерной длины осуществляется отрезной частью валка в процессе обжатия;
• после винтовой прокатки, заготовки снарядов корпусов накапливаются в термоконтейнере.
Предлагаемый способ позволяет получить форму головной и оживальной части корпуса снаряда в форме головных полуэллипсоидов, что способствует минимизировать механическую обработку и исключить ее на данных поверхностях, кроме того, формирование в валках нескольких корпусов снарядов и непрерывность данного процесса позволяет получить максимальную производительность.
Изобретение поясняется чертежами, где на:
- фиг.1 - общий вид углов сведения винтовых валков;
- фиг.2 - общий вид винтовых валков;
- фиг.3 - общий вид получаемой заготовки корпуса снаряда.
Сущность предложенного способа осуществляется следующим образом. Круглую заготовку корпусов для бетонобойных и бронебойных снарядов равномерно нагревают в секционной печи в соответствии с паспортом шаропрокатного стана и задают в винтовые валки с фасонным профилем рабочей клети шаропрокатного стана, повторяющим геометрию заготовки корпуса изготавливаемого снаряда с головной, цилиндрической и оживальной частями в виде полуэллипсоидных кривых, причем направление заготовки корпуса снаряда в валки задают таким образом, чтобы головная часть корпуса заготовки находилась впереди, а оживальная часть корпуса заготовки находилась сзади, затем осуществляют винтовую деформацию двумя валками. На выходе из межвалкового пространства, заготовки каждого корпуса снаряда отделяются за счет геометрии отрезного валка. Затем заготовки корпусов снарядов накапливают в термоконтейнере, чтобы исключить дополнительный отжиг и предотвратить подкаливание поверхности. После чего заготовки корпусов снарядов для бетонобойных и бронебойных снарядов передают на дальнейшую механическую обработку для выполнения камеры и проточки канавок под пояски, а затем они поступают на склад готовой продукции.
осн
α
р
Формирование получаемой геометрии заготовок корпусов снарядов происходит непрерывно за счет винтового профиля валков, где шаг проточки Т зависит от длины корпуса снаряда, ширины реборды валка (b) и определяется в соответствии с формулой (4), количество витков калибра n - от вида боеприпаса (бетонобойные или бронебойные) и определяется из выражения (3), а угол между образующей заготовки β и образующей валка α' должен соответствовать условию из выражения (5). В зависимости от получаемой заготовки корпуса снаряда значения углов сведения валков, изображенных на фиг.1, составляют: β (угол вертикального сведения валков) от 3-7° и α’ (угол горизонтального сведения) от 0-2°. В некоторых случаях, в зависимости от расчета полученной калибровки валка, для формирования профиля определяют необходимость использования угла подъема витков (β), но в основном из-за достаточно большой длины получаемого изделия формирование осуществляют только за счет углов сведения валков β. Отделение заготовки каждого корпуса снаряда после выхода из валка происходит за счет геометрии отрезного валка. Углы между осью заготовки и осью валка β и  должны соответствовать условию из выражения (5). Если данное условие будет выше требуемого, то не произойдет захвата заготовки, если ниже – степень деформации превысит допустимые значения на захвате.
При горячей пластической деформации на двухвалковом прокатном стане рекомендуемый диаметр бочки валка должен соответствовать выражению
в
D=5d...8d (6).
При меньшем диаметре уменьшится жесткость валка, при большем – увеличится неравномерность степени обжатия, что приведет к снижению качества поверхности получаемой заготовки.
Количество витков калибра n для бронебойных заготовок корпусов снарядов, диаметром до 60 мм составляет 2,5 - 3 шт., свыше 60 мм – 2 – 2,5 шт. Так как у бронебойных снарядов диаметром меньше 60 мм значение полуэллипсоидности головной части выше чем 2/1, это потребует более равномерного обжатия.
Количество витков калибра n для бетонобойных заготовок корпусов снарядов составляет 2 – 2,5 шт.
Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом решении по их функциональному назначению. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Пример конкретного выполнения
3
В качестве исходной заготовки для получения корпуса бетонобойного снаряда 57 мм, использовали круглый горячекатаный пруток стали марки 45Х3 диаметром 60 мм, длиной 4-6 м. Заготовку нагревали в секционной печи до температуры выше Ас на 150-200°С и после чего задавали в рабочую клеть шаропрокатного стана с помощью пневматического устройства, затем подавали ее в валки, при этом угол вертикального смещения валка β составлял 3,5°, горизонтальный угол  - 1°. Захват заготовки происходил с одновременным выполнением условий её вращения и осевого перемещения. По мере продвижения заготовки в калибре она постепенно обжималась, приобретая форму снаряда, соединенного перемычкой с остальной частью прутка.
За счет винтового профиля валков происходит формирование получаемой геометрии снаряда. На выходе из межвалкового пространства заготовки корпусов снарядов отделялись за счет геометрии отрезного валка и накапливались в термоконтейнере для самоотпуска. После осуществляли механическую обработку.
Параметры валка указаны в таблице 1 и на фиг.2.
После обжатия заготовки корпусов снарядов представляют изделие, изображенное на фиг.3 и таблице 2 с центральным цилиндрическим участком, на котором во время прокатки обжатие не производится, и с двумя элементами с полуэллипсоидным профилем для головной и оживальной частей снаряда.
3
Выбранные температурные режимы нагрева заготовки в секционной печи выше Ас на 150-200°С являются оптимальными для решения поставленной задачи, т.к. обеспечивают стабильную гомогенизацию вышеуказанной стали в снарядных корпусах.
3
Увеличение температуры термообработки выше точки Ас на +300°С вызывает активный рост зерна в аустенитной области, что приводит к уменьшению ударной вязкости.
3
Уменьшение температуры термообработки ниже точки Ас на +150°С ведет к замедлению диффузионных процессов для углерода и кремния, что приводит к непостоянству структуры и механических свойств.
Выбранный диаметр прутка в качестве заготовок корпусов для данного бетонобойного снаряда 60 мм, является оптимальным, т.к. имеет достаточный припуск для дальнейшей механической обработки и является стандартизированным диаметром заготовки сортового проката.
Выбранная длина прутка 4-6 м характеризуется требованиями большинства шаропрокатных станов.
Применение марки стали 45Х3 обусловлено требованием ГОСТ к материалам бетонобойных снарядов.
Таким образом, использование заявленного способа изготовления заготовок корпусов для бетонобойных и бронебойных снарядов обеспечивает:
1. получение однородной структуры металла по всей длине корпуса снаряда;
2. получение формы головной и оживальной частей корпуса снаряда в форме готовых полуэллипсоидов, что позволяет минимизировать дальнейшую механическую обработку и исключить ее на данных поверхностях;
3. одновременное формирование в валках нескольких корпусов;
4. увеличение производительности (в 4-5 раз, в отличие от штамповки) за счет непрерывности данного процесса;
5. использование круглой заготовки любой марки стали;
6. сокращение себестоимости, т.к. в условиях существующего шаропрокатного стана для применения предлагаемого способа достаточно изготовления специальных валков с требуемым профилем, рассчитанных по формулам (1-5).
Таблица 1
Параметры валка для прокатки заготовок корпусов 57 мм снарядов.
Таблица 2
Параметры получаемой заготовки (параболической поверхности) корпусов 57 мм снарядов
Источники информации
[1] Справочник «Артиллерийские боеприпасы, подлежащие утилизации и уничтожению» под редакцией Калистова А.А. М., Изд-во «Nova», 1992, стр.8, 11-12, 16-18, 33-34, 44-46, 55-60, 79-82, 89-93, 105, 117-119, 126-130.
8
[2] Патент РФ 2088393; МПК В23Р 15/22; В21В 19/02; В21С 1/24; F42В 12/74, опубл. 27.08.1997.
8
[3] Патент РФ № 2082514 C1, МПК В21В 23/00; В21В 19/02, В 21С 1/24, опубл. 27.06.1997.
[4] Патент США № 3462987, кл. 72-97 (В21В), 1969г.