СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСКОЛОЧНОЙ ОБОЛОЧКИ КОРПУСА СНАРЯДА
METHOD OF MANUFACTURING SHELL CIRCUIT OF PROTECTION CASING

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении осколочных оболочек боеприпасов для формирования на внутренней поверхности трубчатых глухих заготовок многозаходных спиральных рифлей встречного направления, образующих полуготовые поражающие элементы в форме ромбических выступов.
Уровень данной области техники характеризует способ изготовления оболочки осколочного боеприпаса, описанный в патенте RU 2171445 С1, F42B 12/24, B21K 21/06, В21С 37/20, 2001 г., который включает последовательно операции обработки металла оболочки давлением в холодном состоянии продавливанием через две фильеры разного диаметра с редуцированием трубчатой заготовки, которую последовательно устанавливают на равномерно расположенных спиральных выступах центрального инструментального стержня, имеющих противное направление, при этом штучную трубчатую заготовку оболочки в фильеры подают без осевого перемещения относительно спиральных выступов инструмента, с образованием гарантированного зазора между внутренней поверхностью оболочки и центральным инструментальным стержнем.
Рифли формируют глубиной 0,25-0,45 толщины стенки трубчатой заготовки, согласно теории и практики дробления корпусов снарядов при подрыве снаряжения.
Длина инструмента заведомо больше сквозной трубчатой заготовки.
Угол наклона спиральных выступов инструментального стержня относительно продольной оси и, следовательно, формируемых рифлей оптимизирован 30°, что заведомо меньше угла сухого скольжения, чем обеспечивается самоторможение обработанного трубчатого полуфабриката, который примыкает к кольцевому съемнику, смонтированного в упорных подшипниках с возможностью вращения. При этом взаимодействии образуется ходовой винт, гайка которого (оболочка) свинчивается со спиральных выступов поступательно перемещаемого центрального стержня.
Свободный от силового и геометрического замыкания обработанный полуфабрикат под действием сил гравитации автоматически выводится из штампового оборудования.
Недостатки описанного способа заключаются в следующем.
Пригодность для формирования многозаходных спиральных канавок в изделиях без дна длиной не более чем три их диаметра, что ограничивает технологические возможности применения для изготовления осколочных боеприпасов.
При увеличении длины обрабатываемой трубчатой заготовки резко повышаются усилия ее снятия с пуансона (распрессовка), в результате чего происходит динамический износ формообразующих спиральных выступов инструмента, их утонение и выкрашивание. Пуансон заклинивает в обрабатываемой оболочке, в результате чего он разрушается при извлечении как более твердый элемент фрикционной пары, согласно закономерностям триботехники.
Отмеченные недостатки устранены в способе формирования многозаходных рифлей для формирования на внутренней поверхности трубчатых заготовок с дном многозаходных рифлей встречного направления по патенту RU 2316403 С2, В21С 37/20, B21J 5/12, B21K 21/06, 2008 г., который по технической сущности и числу совпадающих существенных признаков является наиболее близким аналогом предложенному способу.
Известный способ включает две последовательные операции редуцирования. На каждой операции проводят совместное продавливание через калибровочную матрицу заготовки и пуансона со спиральными выступами, причем каждую операцию редуцирования осуществляют по меньшей мере за два перехода.
Особенностью редуцирования является то, что пуансоны имеют кратно меньшую длину, чем длина обрабатываемой заготовки, совместное продавливание которых на первом переходе осуществляют с упором пуансона в дно заготовки, исключая относительное радиальное их смещение.
На каждой операции редуцирования между переходами пуансон вывинчивают из заготовки по сформированным спиральным рифлям до сохранения пояска взаимосвязи, который используют на следующем переходе редуцирования для упора пуансона и обеспечения направления формируемых на этом переходе спиральных рифлей.
Порядок операций редуцирования и режим проведения переходов с использованием короткого инструмента позволяет дискретно, последовательно сформировать плавный профиль многозаходных спиральных канавок (рифлей) в трубчатых заготовках с дном за счет ступенчатого возвратно поступательного перемещения пуансона вдоль обрабатываемой заготовки при упоре в направляющий технологический поясок винтовой взаимосвязи со сформированным профилем, который обеспечивается на предшествующем переходе редуцирования.
Геометрическое замыкание инструмента с обрабатываемой оболочкой на всех промежуточных переходах операции редуцирования полного профиля спиральных рифлей служит упором для силового последовательного продавливания через калибровочную матрицу, предотвращает их относительный поворот при перетекании металла обрабатываемой трубчатой глухой заготовки.
Формирование полуготовых осколков ромбической формы на внутренней поверхности трубчатой глухой оболочки корпуса боеприпаса с помощью короткого инструмента, длина которого кратно меньше длины заготовки, позволило распределить и заметно снизить усилие распрессовки готовой оболочки с пуансоном адекватно числу переходов последовательного формирования полного профиля спиральных канавок.
Неполное вывинчивание пуансона из обработанного полуфабриката оболочки на промежуточных переходах редуцирования обеспечивает их кинематическое замыкание, винтовую связь посредством технологического пояска, выполняющего роль промежуточного упора для инструмента при последовательном совместном перемещении сквозь калибрующую матрицу. Этот винтовой поясок является базой для бесступенчатого и беззазорного направления спиралей формируемых канавок на последующих переходах редуцирования.
Выбор угла наклона формируемых в оболочке многозаходных спиральных рифлей заведомо меньше угла трения сухого скольжения позволяет за счет самоторможения обрабатываемой трубчатой заготовки при упоре в кольцевой съемник вывинчивать вращающийся пуансон из нее (гайки ходового винта).
Продолжением отмеченных достоинств известного способа являются присущие недостатки:
- многопереходная технология, увеличивающая производственный цикл серийного производства, и дополнительные капитальные затраты, что повышает потребительскую стоимость изделий;
- большой расход дорогостоящего штампового инструмента прецизионной точности.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является формирование спиральных рифлей на внутренней поверхности глухой трубчатой заготовки за один проход редуцирования в каждом направлении, при повышении точности профиля полуготовых поражающих элементов.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления осколочной оболочки корпуса снаряда, включающем формирование на внутренней поверхности трубчатой заготовки с дном многозаходных спиральных рифлей противоположного направления, образующих сетку выступов ромбической формы, за две последовательные операции редуцирования, которые осуществляют протяжкой трубчатой заготовки, установленной на центральном стержне с равномерно распределенными инструментальными спиральными выступами с упором упомянутого стержня в дно трубчатой заготовки, через матрицы разного диаметра путем подачи центрального стержня толкателем, при этом обработанную трубчатую заготовку снимают с центрального стержня путем его реверса при торможении обработанной заготовки на кольцевом съемнике, согласно изобретению первую операцию редуцирования осуществляют с использованием центрального стержня с инструментальными спиральными выступами, угол наклона которых составляет 32-33°, а на второй операции редуцирования используют центральный стержень с углом наклона инструментальных спиральных выступов, составляющим 30-31°, при этом съем обработанной трубчатой заготовки осуществляют вывинчиванием из нее центрального стержня путем его вращения при реверсе относительно толкателя в направлении, противоположном направлению инструментальных спиральных выступов, при торможении обработанной заготовки на кольцевом съемнике в виде установленных с возможностью перемещения в радиальном направлении полуколец, диаметр которых при смыкании меньше наружного диаметра обработанной заготовки, причем кольцевой съемник располагают под матрицей, а трубчатую заготовку со сформированными спиральными рифлями калибруют путем ее проталкивания гладким пуансоном через калибровочную матрицу.
Другой особенностью способа по изобретению является то, что используют калибровочную матрицу с двумя разнесенными формообразующими поясками.
Совокупность отличительных признаков обеспечила повышение производительности на 40-45% и точности формирования в глухой каморе снарядов полуготовых поражающих элементов заданного профиля для регулируемого дробления корпуса при подрыве на осколки аэродинамической формы.
Установка инструментального стержня на толкателе с возможностью принудительного осевого вращения в противном спиралям выступов направлении обеспечивает автоматическое свинчивание обработанного корпуса снаряда при упоре его торцом в кольцевой съемник, исключив трибодинамические нагрузки на протяженный инструмент для формирования полного профиля рифлений каждого направления за одну операцию протяжки.
Выполнение съемника в форме раздвижных полуколец с диаметром отверстия в сомкнутом положении гарантированно меньше калибра снаряда необходимо для возможности продольного прохода обрабатываемого полуфабриката, когда полукольца принудительно раздвигаются, и для препятствования совместному движению обработанного корпуса при реверсировании инструмента.
При этом корпус упирается в кольцевой съемник и фрикционно тормозится, а инструмент, который принудительно вращается встречно спиральным рифлениям, автоматически вывинчивается из продольно неподвижного корпуса.
Формирование многозаходных рифлей на первой операции протяжки с углом наклона (32-33)° к продольной оси трубчатой заготовки обеспечивает запас металла для течения вдоль вектора усилий деформации при формировании многозаходных рифлей противного направления до требуемого угла наклона (30-31)°, в соответствии с геометрией инструмента операции второй протяжки, в результате чего формируется сетка полуготовых осколков правильной ромбической формы, обеспечивая заданные массогабаритные параметры поражающих элементов при регулированном дроблении оболочки корпуса, характеризующимся увеличением зоны поражения и дальности разлета осколков.
Дополнительная операция калибровки сформированного внутреннего рифленого профиля каморы корпуса снаряда проталкиванием его через матрицу гладким пуансоном направлена на сглаживание неровностей профиля рифлей от свободного течения металла вдоль направления деформации при второй протяжке и возможных поперечных наплывов металла наружного профиля.
Выполнение калибровочной матрицы с двумя разнесенными формирующими поясками снизило разностенность корпуса снаряда, при точном ориентировании его оси на двух опорах, и деформационные нагрузки на инструмент повышенного срока службы.
Исключение несимметричных нагрузок на инструмент при работе и съеме изделий повысило стойкость дорогостоящего инструмента в 2,5-3 раза.
При калибровке наружной поверхности корпуса снаряда избыток металла реактивно матрицей смещается в поперечном направлении, при ограничении сдвига в камору гладким пуансоном, что вызывает перераспределение металла в сформированных спиралях рифлей, нивелируя их различия.
При калибровке происходит наклеп металла для улучшения прочностных характеристик корпуса снаряда и охрупчивание при мерном дроблении.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность изобретения поясняется чертежами, которые имеют чисто иллюстративное назначение и не ограничивают объема притязаний совокупности существенных признаков формулы.
На чертежах изображена пооперационная технологическая схема формирования рифлей:
на фиг. 1 - операция 1-й протяжки;
на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - вывинчивание обработанного полуфабриката;
на фиг. 4 - операция 2-й протяжки;
на фиг. 5 - калибровка рифленой оболочки;
на фиг. 6 - матрица операции калибровки.
На ползуне 1 (фиг. 1) гидравлического пресса в радиальных подшипниках (условно не показано) установлен толкатель 2, несущий инструментальный стержень 3, на рабочей поверхности которого выполнены спиральные многозаходные выступы 4, наклоненные к продольной оси на угол (32-33)°.
На станине 5 пресса с центральным приемным патрубком 6 установлена матрица 7, оснащенная заходным конусом 8 и формообразующим калиберным пояском 9.
Под матрицей 7 смонтирован кольцевой съемник 10, выполненный из двух симметричных полуколец 11 (фиг. 2), нагруженных пружинами 12.
Способ по изобретению осуществляется следующим образом.
Трубчатую заготовку «а» дном устанавливают через приемный патрубок 6 в заходный конус 8 матрицы 7.
Далее рабочим ходом ползуна 1 толкатель 2, жестко связанный с инструментальным стержнем 3, подают вовнутрь трубчатой глухой заготовки «а» с упором в ее дно.
Движение заготовки «а» и стержня 3 со спиральными выступами 4 относительно сосной матрицы 7 осуществляют совместно, без относительного вращения между ними.
При этом заготовку «а» проталкивают через калибрующий поясок 9, что сопровождается радиальным течением металла, который заполняет зазоры между спиральными выступами 4, в результате чего внутри заготовки «а» формируются конгруэнтные рифли «б», наклоненные к продольной оси на угол (32-33)° (фиг. 5), причем заготовку «а» проталкивают за кольцевой съемник 10.
При осуществлении вышеописанной операции 1-й протяжки подпружиненные полукольца 11 принудительно смещаются радиально на периферию, сжимая пружины 12.
После выхода открытого торца сформированного полуфабриката «в» (фиг. 3) за кольцевой съемник 10 силой упругости пружин 12 полукольца 11 смыкаются на диаметре, меньшем наружного диаметра сформированного полуфабриката «в» с многозаходными рифлями «б» внутри.
Далее инструментальный стержень 3 с полуфабрикатом «в», сопряженным сформированными рифлями «б» с выступами 4, реверсируют обратным ходом ползуна 1 посредством толкателя 2.
При этом полуфабрикат «в» открытым торцом упирается в кольцевой съемник 10 (сомкнутые полукольца 11) и останавливается, тогда как стержень 3, принудительно вращаясь вокруг продольной оси, вывинчивается из заторможенного полуфабриката «в», поднимаемый ползуном 1 в исходное положение, в результате чего инструментальные выступы 4 выходят из зацепления со сформированными спиральными рифлями «б» на внутренней поверхности полуфабриката «в», который после этого гравитационно выводится из штампа.
На операции 2-й протяжки (фиг. 4) диаметр формообразующего пояска 13 калибрующей матрицы 14 выполнен меньше соответствующего диаметра пояска 9 матрицы 7 на 1-й операции протяжки на заданную величину объемной деформации, гарантированно обеспечивающей требуемую геометрию полуфабриката «г» (фиг. 5) с многозаходными рифлями «б» обоих встречных направлений.
Инструментальные выступы 4 стержня 3 на операции 2-й протяжки направлены противно направлению спиральных рифлей «б» после 1-й протяжки и наклонены к продольной оси полуфабриката «в» на угол (30-31)°, что обеспечивает поперечное течение металла между спиральными выступами 4 инструментального стержня 3 при объемной деформации.
При этом автоматически происходит сопутствующая доводка угла наклона рифлей «б», сформированных на 1-й протяжке, под действием сжимающих радиальных напряжений, результатом чего является свободное течение металла этих рифлей «б» с окончательным наклоном на меньший угол, соразмерный углу наклона встречно направленных рифлей «б», формируемых на операции 2-й протяжки, последовательность действий которой полностью повторяет вышеописанную на операции 1-й протяжки.
Рифленый полуфабрикат «б» калибруют путем его проталкивания гладким пуансоном 15 (фиг. 5) через матрицу 16 с двумя формующими поясками 17, проходное сечение которых соответствует калибру корпуса снаряда.
Пояски 17 отстоят друг от друга (фиг. 5 и 6), образуя направляющую базу с гарантированной соосностью с инструментом (15-16), в результате чего обеспечена практически нулевая разностенность изделий.
Калиброванный полуфабрикат «г» проталкивается пуансоном 15 за кольцевой съемник 18, которым обработанный полуфабрикат «г» принудительно снимается с реверсируемого пуансона 15, при упоре первого в съемник 18, в то время как пуансон 15 перемещается ползуном 1 в крайнее верхнее (исходное) положение и автоматически выводится из штампа.
Далее цикл работы повторяется.
Сравнение предложенного технического решения с ближайшими аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.
Предложенные отличия способа формирования сетки полуготовых осколков ромбической формы на внутренней поверхности оболочки корпусов снарядов не являются очевидными для специалиста по боеприпасам, которые прямо не следуют из постановки технической задачи.
Предложенные отличия способа, которые прямо не следуют из постановки технической задачи, не являются очевидными для специалистов по объемной деформации металлов и по боеприпасам.
Изготовление рифленых изнутри корпусов снарядов по предложенной совокупности взаимосвязанных технологических операций и режимов возможно осуществлять на действующем штамповом производстве серийно.
Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.