СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИЛЬЗ ПАТРОНОВ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ
METHOD TO MANUFACTURE SMALL ARMS CARTRIDGE CASES

Изобретение относится к производству гильз для патронов к гражданскому, служебному, боевому ручному стрелковому оружию, пиропатронов, строительно-монтажных патронов и артиллерийских выстрелов, в частности к технологии изготовления гильз.
Гильза - основной конструктивный элемент патрона, или артиллерийского выстрела, к которому предъявляют высокие требования по точности формы, размерам, массе, качеству поверхности и др.
Действующая по настоящее время на предприятии технология изготовления гильз, отработанная на протяжении всего прошлого века, не претерпела существенных изменений. См. технологические процессы ИМ 01100.02230, ИМ 01100.01525, ИМ 01100.00327 и др. изготовления гильз патронов стрелкового оружия.
Исходным материалом для изготовления гильз служит либо латунная (Л68 ГОСТ 5362-78, Л63 ГОСТ 2208-2007), либо стальная (18ЮА ГОСТ В 26853-86, 11ЮА ГОСТ 8851-75), либо биметаллическая (биметалл 1 ОСТ 3-6648-91 на основе стали 18КП ГОСТ 1050-88) полоса (лента, лист), из которой разделительными операциями листовой штамповки - отрезкой и вырубкой получают плоскую, как правило, круглую в плане заготовку гильзы. Технологический процесс в дальнейшем включает несколько операций вытяжки, одну или несколько операций штамповки дна с формированием капсюльного гнезда и обжима дульца, термические и сопутствующие им химические операции по очистке поверхности от окалины, образовавшейся в процессе отжига, вспомогательные операции по подготовке поверхностей под смазку, нанесение смазки и антикоррозийных покрытий, а также ряд контрольных операций, обеспечивающих контроль требуемых размеров и качества гильз.
Несмотря на стабильность и высокий уровень производства, действующая технология обладает одним существенным недостатком - низким коэффициентом использования металла, равным 0,38 - 0,54, при этом две трети всех отходов приходятся на высечку - металл, остающийся после вырубки круглых заготовок при многорядном шахматном раскрое полосы или ленты. К недостаткам известного способа можно также отнести сложность технологического процесса и связанную с этим высокую себестоимость изготовления гильз.
Германская фирма «Капп» в конце второй мировой войны приступила к массовому производству стальных 7,92 мм гильз из прутка. Технология формоизменения плоской после осадки заготовки ничем не отличалась от используемой в России технологии.
Известна технология получения гильз патронов из квадратной (прямоугольной), или шестигранной в плане заготовки, при которой полуфабрикаты гильз после вытяжки приобретают корончатую форму открытого торца. Такая технология снижает расход металла, но впадины у открытого торца, являясь концентраторами напряжений, приводят на последующих операциях вытяжки к образованию трещин, что требует увеличения размеров заготовки, добавляет при этом ряд дополнительных операций, снижая положительный эффект от такого усовершенствования.
Нагрев заготовок перед штамповкой и выдавливанием не дал существенных преимуществ перед холодным деформированием, внося дополнительные технические и технологические трудности.
Известен способ получения гильз патронов стрелкового оружия, включающий отрезку заготовки от прутка, изготовление цилиндрического стакана обратным выдавливанием, утонение стенки вытяжкой с образованием переменной ее толщины заданных размеров, штамповку дна с предварительным и окончательным формированием капсюльного гнезда, механическое образование фланца в донной части гильзы и комплекс операций, позволяющих получить окончательное изделие, при этом стакан выполняют ступенчатым с оформленным капсюльным гнездом, путем сочетания обратного и прямого выдавливания, утонение стенки ведут в расширенной части его ступени, после чего формируют фланец - см. заявку на изобретение №96105717 - прототип. Обратным выдавливанием заготовки получают стенку ступенчатого стакана, а прямым выдавливанием с одновременным дополнительным тангенциальным сжатием заготовки образуют его донную часть и формируют капсюльное гнездо. При совмещенном выдавливании заготовки истечение металла в сторону формирования дна и капсюльного гнезда ведут с ограничением на заданный размер по толщине дна.
Формообразование фланца с проточкой ведут раскатным роликом, а выступающий над диаметром гильзы фланец штампуют высадкой. Суженную ступень стакана выдавливают на диаметр проточки гильзы, а после вытяжки фланец с проточкой высаживают в разъемной матрице. Фланец с проточкой высаживают на диаметр, превышающий наибольший диаметр гильзы. При выдавливании ступенчатого стакана размеры капсюльного гнезда выполняют предварительными, а при формообразовании фланца их калибруют до получения окончательных значений. Выдавливание стакана выполняют с внутренним диаметром, равным или больше наружного диаметра гильзы, а вытяжку с утонением стенки ведут с одновременной отрезкой кромки. Утонение стенки ступенчатого полуфабриката ведут ротационной вытяжкой или выдавливанием, либо многопереходной вытяжкой. Заготовку перед выдавливанием калибруют осадкой. По меньшей мере, перед одной из формоизменяющих операций производят термохимическую обработку заготовки.
Известный способ получения гильз патронов стрелкового оружия включает отрезку заготовки от прутка, калибровку, получение цилиндрического ступенчатого стаканчика выдавливанием, утонение стенки вытяжкой с образованием переменной ее толщины, штамповку дна с формированием капсюльного гнезда путем сочетания обратного и прямого выдавливания.
К недостаткам известного способа-прототипа можно отнести неполное использование возможностей процесса холодного выдавливания и высокие нагрузки на инструмент в процессе формообразования стенок гильзы, а также высокую себестоимость изготовления гильз.
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности повышение технологических возможностей процесса холодного выдавливания, снижение нагрузок на инструмент при формообразовании гильзы.
Поставленная изобретением задача достигается тем, что осуществляют объемную калибровку заготовки, путем ее изменения по высоте, диаметру и форме посредством комбинированного поперечно-продольного выдавливания материала из направляющей части матрицы в полость матрицы заданного профиля, при этом обеспечивают полное истечение материала заготовки из направляющей части матрицы или неполное с образованием, по меньшей мере, двухступенчатого калиброванного полуфабриката, одна из ступеней которого сформирована направляющей частью матрицы, а другая ступень - полостью матрицы.
Полость матрицы заданного профиля выполнена в виде кольцевой полости большего диаметра, чем диаметр ее направляющей части.
Получают калиброванный полуфабрикат со ступенями, имеющими криволинейную наружную поверхность, например конусную или полусферическую, или многоугольную, или вогнутую, или выпуклую.
Выдавливание осуществляют пуансоном и матрицей, имеющими профилированные торцовые поверхности, например вогнутые или выпуклые, или сферические или конусообразные.
Выдавливание осуществляют в матрице, боковые стенки направляющей части и полости которой выполнены в виде цилиндра или конуса, или сферическими, или вогнутыми, или выпуклыми.
Достижение поставленной изобретением задачи обеспечивается сочетанием и использованием новых отличительных и общих с прототипом признаков, таких как отрезка заготовки от прутка или проволоки, калибровка заготовки, изготовление цилиндрического ступенчатого стаканчика выдавливанием, утонение стенки вытяжкой с образованием переменной ее толщины, штамповка дна с формированием капсюльного гнезда.
Новизной предложенного технического решения является осуществление объемной калибровки заготовки, путем ее изменения по высоте, диаметру и форме посредством комбинированного поперечно-продольного выдавливания материала из направляющей части матрицы в полость матрицы заданного профиля, при этом обеспечивают полное истечение материала заготовки из направляющей части матрицы или неполное с образованием, по меньшей мере, двухступенчатого калиброванного полуфабриката, одна из ступеней которого сформирована направляющей частью матрицы, а другая ступень - полостью матрицы.
Так, объемная калибровка по высоте, диаметру и форме позволяет подготовить и получить полуфабрикат требуемой формы, наиболее технологичной с точки зрения последующего деформирования.
При таком истечении материала устраняются искажения формы исходной заготовки, появляется возможность получения относительно низких заготовок, снижаются удельные силы деформирования и нагрузка на рабочий инструмент, снижается расход инструмента.
Операция объемной калибровки сохраняет резерв пластических и прочностных свойств материала и приближает заготовку (полуфабрикат) к требуемым форме и размерам, благоприятным с точки зрения последующего ее деформирования.
Признаки выполнения полости матрицы заданного профиля в виде кольцевой полости большего диаметра, чем диаметр ее направляющей части, получение калиброванного полуфабриката со ступенями, имеющими криволинейную наружную поверхность, например конусную или полусферическую, или многоугольную, или вогнутую, или выпуклую, осуществление выдавливания пуансоном и матрицей, имеющими профилированные торцовые поверхности, например вогнутые или выпуклые, или сферические или конусообразные, а также в матрице, боковые стенки направляющей части и полости которой выполнены в виде цилиндра или конуса, или сферическими, или вогнутыми, или выпуклыми, - являются признаками дополнительными, раскрывающими основные признаки, и направлены на достижение поставленной изобретением задачи.
Отличительные признаки предложенного способа согласно проведенным патентно-информационным исследованиям являются новыми, промышленно выполнимыми, неочевидными и направлены на достижение поставленной изобретением задачи.
На фиг.1 схематично представлена последовательность изменения геометрии отрезанной от прутка (проволоки) заготовки: а) - заготовка в направляющей части матрицы, б) - калиброванная ступенчатая Т-образная заготовка с частично вытесненным материалом из направляющей части матрицы, в) - калиброванная в виде диска заготовка, полностью вытесненная из направляющей части матрицы, г) - калиброванная заготовка с полностью вытесненным из направляющей части матрицы материалом, выполненная в виде колпачка с углублением в теле заготовки, д) - Н-образная форма профилированной заготовки, полученная с противопуансоном.
На фиг.2 представлена возможная геометрия торца а) - выпуклой сферической формы, б) - вогнутой сферической формы, в) - конусообразной выпуклой формы, г) - конусообразной вогнутой формы.
На фиг.3 схематично представлена геометрия боковых поверхностей пуансона и матрицы а) - в виде кольцевой цилиндрической поверхности пуансона и полости матрицы, б) - в виде сферической поверхности пуансона и полости матрицы, в) - в виде конусообразных поверхностей, д) - в виде вогнутой конусообразной боковой поверхности пуансона и полости матрицы, е) - в виде выпуклой конусообразной боковой поверхности пуансона и полости матрицы.
На графических материалах представлена отрезанная от прутка заготовка 1, которая устанавливается в направляющую часть 2 матрицы 3 (см. фиг.1а), которая по форме может быть выполнена профилированной в виде, например, цилиндра 4 (фиг.1д), многоугольника 5 (фиг.1е). При помощи пуансона 6, матрицы 3 и противопуансона 7 осуществляется калибровка заготовки 1. После операции калибровки заготовка 1 приобретает требуемую, например, либо ступенчатую 8 форму, либо форму, выполненную в виде диска 9, либо в виде колпачка 10 с углублением 11 в центральной части, либо Н-образной 12 в сечении формы. Ступенчатая 8 форма сформирована направляющей частью 2 и рабочей, например, кольцевой полостью 13 матрицы 3.
Необходимую для последующего технологического перехода форму торца выполняют либо в виде вогнутой 14, или выпуклой 15 полусферы, либо в виде вогнутого 16 или выпуклого 17 конуса, или иной, например цилиндрической, формы.
Предлагаемый способ получения гильз патронов стрелкового оружия осуществляется следующим образом.
Отрезанную от прутка (проволоки) заготовку 1 заданных размеров подают в направляющую часть 2 матрицы 3. Под воздействием (давлением) пуансона 6 материал заготовки вытесняется либо частично, либо полностью в кольцевую рабочую полость 13 матрицы 3. При этом осуществляется комбинированное поперечно-продольное истечение материала заготовки 1 из направляющей части 2 матрицы 3 в рабочую полость 13 матрицы большего диаметра, чем диаметр ее направляющей части 2.
В случае одностороннего внедрения пуансона 6 в тело заготовки 1 на величину 0,2…1,0 высоты полости матрицы 3, или одностороннего внедрения противопуансона 7, калиброванная заготовка приобретает форму колпачка, а при двухстороннем внедрении пуансона 6 и противопуансона 7 в тело заготовки получают Н-образную 12 форму заготовки-полуфабриката.
Далее заготовку (полуфабрикат) обрабатывают в соответствии с операциями, предусмотренными технологическим процессом, формируя окончательную форму и размеры гильзы.
При неполном истечении материала заготовки из направляющей 2 части матрицы 3 получают, по меньшей мере, например, двухступенчатый полуфабрикат, одна из ступеней которого сформирована направляющей частью 2 матрицы, а другая ступень сформирована внутренней поверхностью 13 полости матрицы.
Конкретный пример осуществления способа.
Заготовку 1, диаметром 10 мм и длиной 14 мм, отрезанную от прутка, поместили в направляющую часть 2 матрицы 3. Под воздействием (давлением) пуансона 4 материал заготовки из направляющей 2 части матрицы 3 частично вытекал в кольцевую полость 13 матрицы 3 и частично оставался в направляющей 2 части матрицы 3 (комбинированное поперечно-продольное истечение материала заготовки из направляющей части матрицы в кольцевую полость матрицы большего диаметра, чем диаметр ее направляющей части).
Аналогично осуществлялась операция калибровки с полным истечением материала заготовки в кольцевую полость 13 матрицы 3.
В случае внедрения пуансона 6 в тело заготовки 1 калиброванная заготовка приобретала форму колпачка 10 с углублением 11.
Далее выполнялись все последующие предусмотренные технологическим процессом операции, формируя окончательную форму и размеры гильзы, включая ее донную часть.
В настоящее время на предприятии разработана техническая документация, изготовлена опытная партия патронов гильз к 5,45 мм патронам по предложенной технологии, успешные испытания на прочность гильз и безотказность работы автоматики оружия которой подтвердили техническую возможность и экономическую целесообразность предложенных технических решений.
При промышленном освоении предложенная технология позволит экономить до 40% металла, повысить стойкость рабочего инструмента и качество изготавливаемых изделий.