ПАТРОН С ТВЕРДОСПЛАВНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ ДЛЯ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ

Полезная модель относится к боеприпасам, в частности к патронам автоматным и винтовочным, с пулями, имеющими твердосплавный сердечник с повышенной плотностью, обладающим высокой пробивной способностью и кучностью боя.
Известен патрон повышенной пробиваемости, содержащий пулю, имеющую оболочку, сердечник, состоящий из головной и хвостовой части, свинцовую рубашку, стальную гильзу с капсюлем-воспламенителем и метательный пороховой заряд, длина пули равна (3,52-4,60)d, длина сердечника пули равна (2,36-3,48)d, при этом сердечник выполнен из твердого сплава с содержанием карбида вольфрама по массе 85-96%, головная часть сердечника выполнена конусообразной формы, длина которой равна (0,52-2,41)d, хвостовая часть имеет форму цилиндра, длина цилиндра хвостовика равна (0,01-3,58)d, где d - диаметр калибра пули, поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не более Ra 1,6, а масса сердечника равна (0,34-0,62) массы пули, конусообразная форма головной части сердечника образована прямой линией радиуса закругления остроконечной части не более 0,3 мм (Патент RU 2438092 по заявке 2010128439 от 09.07.2010 МКИ F42B 51/02).
Недостатком известного технического решения является нетехнологичность изготовления сердечника. Все поверхности сердечника, чтобы иметь шероховатость поверхности не более Ra 1,6, должны подвергаться механической обработке (шлифованию). Это требует значительных дополнительных затрат на оборудование, инструмент, организацию производства. Хвостовая часть сердечника имеет малую конусность, которую также получают шлифованием. Головная часть конуса имеет радиус закругления остроконечной части не более 0,3 мм. Такое исполнение головной части снижает пробивную способность сердечника. Материал сердечника определен как сплав с содержанием карбида вольфрама по массе (85-96)%, что исключает использование сплавов с более высоким содержанием карбида вольфрама. Не определены допуски по массе при изготовлении сердечника, что не позволяет гарантировать высокую кучность при стрельбе.
Наиболее близким техническим решением является патрон бронебойный, содержащий пулю, имеющую оболочку, сердечник, состоящий из головной и хвостовой части, свинцовую рубашку, стальную гильзу с капсюлем-воспламенителем и метательный пороховой заряд, длина пули равна (3,52-4,60)d, длина сердечника пули равна (2,36-3,48)d, при этом сердечник выполнен из твердого сплава с содержанием карбида вольфрама по массе 85-96%, имеющий твердость HRA не ниже 85.0 единиц, предел прочности на изгиб не менее 2000 МПа, головная часть сердечника выполнена конусообразной формы, длина которой равна (0,52-2,41)d, хвостовая часть имеет форму цилиндра, диаметр равен и диаметру конуса головной части сердечника и равен (0,70-0,86)d, где d - диаметр калибра пули, поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не более Ra 1,6, а масса сердечника равна (0,34-0,62) массы пули, при этом головная часть сердечника конусообразной формы имеет контактную площадку, диаметр которой равен (0,018-0,25)d, где d - калибр пули, конусообразная форма головной части сердечника образована прямой линией, хвостовая часть сердечника имеет фаску или радиус закругления до 0,15d, (Патент RU №126449 по заявке 2012147316 от 07.11.2012 г. МКИ F42B 30/02).
Недостатками известного технического решения является:
Недостаточная бронепробиваемость. Головная часть конуса сердечника имеет площадку диаметром (0,018÷0,25)d, где d-диаметр калибра. Такое исполнение головной части снижает пробивную способность сердечника. Материал сердечника определен как твердый сплав с содержанием карбид вольфрама по массе (85-96)%, что ограничивает область применения твердых сплавов с более высоким содержанием карбида вольфрама.
Не определены допуски по массе при изготовлении сердечника, что не позволяет гарантировать высокую кучность при стрельбе.
Нетехнологичность изготовления сердечника. Поверхности сердечника, чтобы иметь шероховатость поверхности не более Ra 1,6, должны подвергаться механической обработке (шлифованию). Это требует значительных дополнительных затрат на оборудование, инструмент, организацию производства.
Задачей заявляемого технического решения является повышение поражающей способности патрона.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат в повышении бронепробиваемости и кучности боя при стрельбе, снижении затрат на изготовление патрона.
Указанный технический результат достигается заявляемым патроном с твердосплавным сердечником для стрелкового оружия, содержащим пулю, имеющую оболочку, свинцовую рубашку, сердечник, состоящий из головной и хвостовой частей, стальную гильзу с капсюлем-воспламенителем и метательный пороховой заряд, длина пули равна (3,52-4,60)d, длина сердечника равна (2,36-3,48)d, головная часть сердечника выполнена конусообразной формы, диаметр основания конуса головной части сердечника равен (0,70-0,86)d, хвостовая часть сердечника выполнена в форме цилиндра, диаметр которого равен диаметру основания конуса, имеет фаску по торцу, смещение заднего торца сердечника от заднего торца оболочки равно (0,1÷0,4)d, номинальная масса сердечника равна (34÷62)% массы пули, при этом, головная часть сердечника имеет длину равную (0,58÷1,65)d, где d - калибр пули, головная часть конуса имеет вершину в виде полусферы диаметром не более 0,9 мм, все поверхности сердечника получены прессованием, спеканием и галтовкой, фаска по торцу хвостовой часть сердечника равна (0,15÷0,40) мм, твердый сплав сердечника содержит карбид вольфрама по массе (88-98)%, остальное кобальт и имеет предел прочности на изгиб не менее 1475 МПа, отклонение массы сердечника от номинального значения (Мн) находится в пределах поля допуска равного (0,011-0,0585)Мн, где Мн - номинальная масса сердечника.
Изменение соотношений конструктивных параметров патрона вышеуказанных пределов заметно повлияет на его тактико-технические характеристики.
Уменьшение длины пули менее 3,52 калибра приводит к уменьшению массы пули и сердечника и, следовательно, к уменьшению пробивного действия и значительному изменению баллистических характеристик патрона.
Увеличение длины пули более 4,60 калибра приводит к увеличению массы пули и, следовательно, импульса отдачи патрона. При этом увеличивается давление пороховых газов и скорость подвижных частей оружия, что приводит к его более быстрому износу. Возникает трудность стабилизации пули на траектории и ухудшается кучность стрельбы.
Уменьшение длины сердечника менее 2,36 калибра снижает его массу и снижает пробивное действие из-за уменьшения удельного давления на преграду. Увеличение длины сердечника более 3,48 калибра снижает пробивное действие из-за уменьшения его устойчивости.
Оптимизация геометрических параметров головной части сердечника, выполнение ее в форме конуса с диаметром основания (0,72-0,86)d, и длиной равной (0,58÷1,65)d, где d - калибр пули, изготовление сердечника из более тяжелых сплавов с высоким содержанием карбида вольфрама позволили повысить броневую пробиваемость сердечника. Твердый сплав сердечника содержит карбид вольфрама по массе (88-98)%, остальное кобальт и имеет предел прочности на изгиб не менее 1475 Мпа. Увеличение пробиваемости достигнуто за счет увеличения удельной энергии соударения на единицу площади в начальный период контакта сердечника с броневой преградой.
Сердечник с вершиной конусной части, выполненной в виде полусферы, диаметр которой равен не более 0,9 мм, разрушает металлическую броню по смешанному механизму пробития (разрушения). В месте контакта появляются области с сильно локализованной пластической деформацией, называемые плоскостями адиабатического сдвига (ПАС), в окрестностях которых концентрируется тепло. Быстрое деформирование металла приводит к локализованному нагреву контакта и катастрофическому разрушению брони в виде плавления. Выполняя вершину конусной части сердечника в виде полусферы, диаметр которой равен не более 0,9 мм, мы получаем стабильные результаты по пробитию брони, так как каждый раз повторяется один и тот же механизм пробития с образованию ПАС в первой стадии пробития брони и хрупким разрушение тыльной стороны бронеплиты во второй стадии пробития плиты. При реализации такого механизма пробития, не происходит хрупкого разрушения сердечника, он сохраняет свою форму, а реализация менее энергоемкого, хрупкого разрушения тыльной стороны бронеплиты, сохраняет его кинетическую энергию, а, следовательно, запреградное поражающее действие. Благодаря оптимизации геометрии головной части сердечника (выполнение вершиной конусной части в виде полусферы), в отличие от прототипа, имеющий в головной части контактную площадку реализующий на первой стадии пробития брони очень энергоемкий механизм, растрачивая кинетическую энергию сердечника с образованием ПАС, оставляя при этом значительно меньше энергии для реализации второй стадии, хрупким разрушением тыльной стороны бронеплиты, на первом этапе внедрения в броню предлагаемого сердечника реализуется механизм пробития проколом с расплавлением металла и меньшими потерями кинетической энергии, с запасом, для реализации второго этапа, когда сердечник выходит из брони, а именно хрупкого разрушения тыльной стороны бронеплиты, тем самым повышая запреградное поражающее действие.
Получение всех поверхностей сердечника прессовым инструментом на стадии прессования и галтовки после спекания, позволили значительно снизить затраты на изготовление пули. Выполнение хвостовой части сердечника в форме цилиндра упростило технологию его изготовления, наличие фаски по торцу хвостовой часть сердечника равной (0,15÷0,40)мм, позволяет повысить надежность технологического процесса, исключить выпадение сердечника из свинцовой рубашки при сборке пули и снизить затраты на изготовление пули. Отклонение массы сердечника от номинального значения (Мн) в пределах поля допуска равного (0,011-0,0585)Мн, где Мн - номинальная масса, позволяет получать партии сердечников с минимальным разбросом по массе сердечника и повысить кучность стрельбы, за счет уменьшения разброса по массе сердечников предназначенных для одной партии изготовления патронов. Соотношения конструктивных параметров патрона определены в зависимости от калибра патрона d.
На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого патрона, где L - длина пули, которая равна L=(3,52-4,60)d, 1 - пуля, стальная гильза 2, метательный пороховой заряд 3 и капсюль-воспламенитель 4 с неоржавляющим составом 5.
1
2
0
0
1
1
2
На фиг. 2 представлена пуля 1, состоящая из биметаллической оболочки 6, свинцовой рубашки 7 и твердосплавного сердечника 8. Сердечник 8 состоит из головной части 8.1 в форме конуса и хвостовой части 8.2. Вершина конусной головной части 8.1 сердечника выполнена в виде полусферы 8.1.1. диаметром D не более 0,9 мм. Хвостовая часть 8.2 имеет форму цилиндра, диаметр которого равен диаметру конуса головной части 8.1 и равен D=(0,7-0,86), имеет фаску 8.2.1 по торцу хвостовой части сердечника 8. Длина l сердечника 8 равна l=(2,36-3,48)d, длина l головной части 8.1 сердечника 8 равна l=(0,58-1,65)d, смещение заднего торца сердечника 8 от заднего торца оболочки 6 равно l=(0,1÷0,4)d.
Проводились сравнительные испытания патронов изготовленных по параметрам прототипа и предлагаемого технического решения.
2
2
Твердосплавные сердечники пуль изготавливали из вольфрамокобальтовых порошков с содержанием карбида вольфрама 92% и 97% по массе и содержанием кобальта 8% и 3% соответственно. Спекание проводили в две стадии: предварительное - с целью удаления пластификатора в водородной атмосфере и окончательное вакуумно-компрессионное в печи VKPgr 50/90/50 фирмы Degussa. Плотность сердечников после спекания равнялась 14,8 г/см и 15,2 г/см у сердечника с содержанием кобальта 8% и 3% соответственно. Сборка пуль и патронов проводилась на ФКП АПЗ «Вымпел»
Проведено определение пробивной способности пуль снаряженных сердечниками изготовленных по прототипу и предлагаемому техническому решению при стрельбе из пулемета РПК74 по ОСТ В3-300-75, по броне марки 2П толщиной 10 мм, установленной вертикально по углом 90° к направлению стрельбы на дистанции 100 м. были проведены сравнительные затраты на изготовление пуль изготовленных по предлагаемому техническому решению и техническому решению прототипа. Процент пробития пули с сердечником имеющим параметры прототипа составил 98%. Процент пробития пули с сердечником имеющим параметры предлагаемого технического решения составил 100%. Отсутствие операций шлифования позволили снизить затраты на изготовление патрона до (8-10)%, а наличие фаски по торцу хвостовой части сердечника равной (0,15÷0,40)мм. повысить качество сборки патрона.
Результаты сравнительных испытаний подтвердили высокую пробивную способность предлагаемого патрона и снижение затрат на изготовление по сравнению с прототипом при сохранении высокой кучности боя.
Таким образом, совокупность всех указанных в формуле соотношений конструктивных параметров патрона обеспечивает создание патрона, который имеет высокие характеристики по пробивному действию и на (8-10)% меньше затрат на его изготовление.