КАПСЮЛЬ-ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ ДЛЯ ОХОТНИЧЬИХ И СПОРТИВНЫХ РУЖЕЙ Российский патент 1997 года по МПК F42C19/10 

Изобретение относится к конструктивным элементам взрывателей, а именно к ударным капсюлям, и может быть использовано для изготовления ударных капсюлей-воспламенителей для охотпатронов.

Известны капсюли-воспламенители типа КВ-21, КВ-22 [1] (фиг. 1), содержащие оболочку 1 с центральным отверстием в дне, в которой с натягом установлены плоская наковальня 2 и колпачок 3, с запрессованным ударным составом 4, покрытым бумажным или фольговым герметизирующим кружком. Однако при сборке такого КВ, при изменении осевой нагрузки досылания наковаленки и колпака в оболочку, возможны перекос наковаленки, нарушение герметизирующего кружка, опыление ударным составом зазоров между деталями или образование ("недосыл") зазора между рабочей поверхностью наковаленки и составом, что приводит к нестабильным характеристикам срабатывания капсюля, к повышению опасности работы с ним. При "недосыле" наковаленки, при слабом ее закреплении в оболочке, при ударе бойком наковаленка разворачивается, смещается относительно оси или зазоров, и энергия удара гасится, что приводит к отказам в работе капсюля. При жесткой посадке плоской наковаленки в оболочку, последняя может в сечении принимать эллипсную форму, и после досыла такого капсюля в гильзу патрона, при срабатывании, происходит прорыв газов в полость капсюльного гнезда и его деформация. Вследствие этого невозможно повторное использование гильз патронов, что является существенной эксплуатационной характеристикой многократным использованием гильзы.

Чтобы исключить неконтролируемые недостатки вышеуказанной сборки КВ, была разработана конструкция, в которой наковаленка выштамповывалась на дне оболочки (фиг. 2). Однако данная конструкция не обеспечена технологией получения равномерной толщины стенок наковаленки, без утонения, нагартовки, микротрещин, а также выполнения запальных отверстий большой величины и правильной формы. Недостатки изготовления штампованной оболочки с наковаленкой приводят к отказам в работе КВ, к разрушению оболочки и прорыву газов в капсюльное гнездо. Эта конструкция не нашла применения.

В капсюле-воспламенителе [2] на фиг. 3 надежное касание рабочей части плоской наковаленки 4 с герметизирующим кружком 3 ударного состава 2 обеспечивается закаткой утоненного буртика 5 оболочки. Плоская наковаленка при колебаниях величины зазоров (натяга) имеет возможность смещений относительно и вдоль оси, вследствие чего происходит или отказ в срабатывании капсюля, или прорыв газов в капсюльное гнездо при возникновении эллипсной формы оболочки, или нарушение герметизирующего покрытия и опыления зазоров ударным составом, снижение безопасности в обращении. Кроме того, к снижению безопасности снаряжения и эксплуатации КВ приводит попадание ударного состава в зазор, образованный при выштамповке фланца 6.

Дно с фланцем 6 защищает капсюльное гнездо от осколков колпачка и наковаленки по сравнению с КВ на фиг. 1 и 2.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является капсюль-воспламенитель "Жевело" [3] (фиг.4).

В оболочке 1 установлены на ходовой посадке (без натяга) колпачок 3 с запрессованным ударным составом 4, поверхность которого с центральным углублением закрыта герметизирующим кружком 5, и наковаленка 2, выполненная из двухтавровой развертки, своей рабочей плоской поверхностью соприкасается с герметизирующим кружком, а ее основание закреплено между внутренним уступом и закатным буртиком оболочки.

Оболочка выполнена с донным фланцем и сплошным дном, исключающим прорыв газа и осколков в капсюльное гнездо гильзы и патрона.

Капсюль достаточно экономичен и технологичен, но в массовом производстве возникают следующие отрицательные факторы конструкции капсюля, приводящие к снижению его эксплуатационных характеристик.

Колпачок, герметизирующий кружок, который итак при ударе бойка поглощает энергию на свое разрушение, и рабочая часть наковаленки перемещаются относительно центральной оси и друг друга, что нарушает условие сжатия ударного состава в его критическом сечении и приводит к отказам. Сдвиг кружка приводит к неконтролируемому опылению зазоров внутри оболочки ударным составом, что повышает опасность в обращении с ним. Образование гофр на поверхности кружка приводит к отказам при срабатывании КВ. Изготовление кружка из парафинированной бумаги или лакированной фольги требует выполнения жесткого регламента операций обезжирования, лакировки, сушки при определенной влажности, парафинирования; срок межоперационного хранения заготовок материалов для кружков ограничен. Несоблюдение регламента операций делает использование кружкой невозможным, в связи с появлением большого процента несрабатывания КВ при ударе.

Требуется саморегуляция системы в условиях отсутствия контроля, т.е. самоцентрирующаяся наковаленка и не перемещающееся по поверхности состава пластичное, легковоспламеняемое покрытие, при сохранении надежности срабатывания КВ, обтюрации его в капсюльном гнезде гильзы, отсутствии распухания оболочки или выброса осколков, многоразовости использования гильзы.

Сложная форма наковаленки из двутавровой развертки требует большого числа операций. При формировании плоской рабочей поверхности наковаленки в изгибах материала возникают остаточные напряжения, приводящие к разрушению участков утонения материала.

В современных ружьях отклонение направления удара бойка от нормали может составлять 0,5 мм, что соизмеримо с диаметром 0,8 рабочей поверхности наковаленки и может привести к несрабатыванию критического сечения состава под рабочей поверхностью наковаленки.

Тонкий буртик закатки оболочки при выстреле деформируется ("распухает"), что затрудняет или делает невозможным повторное использование гильзы патрона (более 1 -3 раза).

Осуществить неразрушающий контроль собранного КВ невозможно.

В серийном многотысячном производстве капсюлей большое значение имеет уменьшение количеств деталей, операций подготовки, снаряжения, контроля, снижения затрат материалов.

Задача изобретения заключается в повышении надежности срабатывания капсюля, его эксплуатационных свойств, технологичности изготовления.

Задача решена тем, что в капсюле-воспламенителе согласно изобретению ударный состав запрессован непосредственно в оболочку с толщиной стенок 0,4
0,5 мм и с диаметром, соответствующим 1,1 1,5 ее высоты, выполненную из материала с прочностной характеристикой временного сопротивления разрыву (σ_в) (30 46) кгс/см², а конусообразная, с углом свертки 70 90^o, наковаленка укреплена в оболочке за счет упругой деформации, имеет сферическую рабочую площадку с радиусом 0,7 1,3 мм и три запальных под углом 120^o отверстия на образующей поверхности конуса, между опорными лапками наковаленки, при этом отношение общей площади опорных лапок и общей площади запальных отверстий составляет 1,5 1,9, а толщина их стенок, выполненных из упругого материала, с характеристикой временного сопротивления разрыву σ_в = (30-46) 30 46 кгс/см², соответствует 0,6 0,9 мм, при этом поверхность ударного состава герметизирована металлизированным пластичным покрытием, толщиной 0,04 0,1 мм, с плотностью 2 5 г/см³. Металлизированное покрытие может быть выполнено из фольги марок ДПРХХ 0,04ХО; ДПРХТ 0,04; 0,05 НДА5, А6; ДПРХМО 0,4; 0,05 НДА5, А6 или из алюминиевой пудры, гранулированной шеллачным лаком.

Предложенный КВ соответствует требованию единства изобретения, поскольку признаки: размещение состава в оболочке с характеристиками прочности и пластичности, герметизация его пластичным, металлизированным покрытием, выполнение конусообразной наковаленки со сферической площадкой и прорезями из материала с характеристиками прочности и упругости, направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.

Технический результат, полученный при реализации предложенного устройства заключается в следующем:
повышается надежность срабатывания КВ (до 0,995 при доверительной вероятности γ 0,8);
повышается многократность (до 8 раз) повторного использования гильз патронов охотничьих и спортивных ружей;
исключается из технологического цикла операции подготовки материала и изготовления из него колпачка для ударного состава;
повышается качество окончательной сборки КВ при невозможности проведения неразрушающего контроля ее;
удешевление изготовления на 15%
Результаты сборки экспериментальной партии КВ и ее испытаний подтверждают соответствие предложенного технического решения критерию "промышленная применимость" (см. табл. 1, 2).

Проведенный авторами поиск по патентным и научно-техническим источникам не выявил аналогов предложенного устройства, характеризуемого признаками, идентичными по своим свойствам и полученному результату в своей совокупности существенным признакам известных технических решений в данной области техники (в средствах инициирования), что позволяет считать предложение заявителя соответствующим критерию изобретения "избирательский уровень".

При сравнении предложенного КВ с прототипом КВ "Жевелло" выявлено, что он отличается формой выполнения, относительными размерами, прочностными характеристиками материала наковаленки и оболочки, размещением в оболочке заряда и наковаленки; пластинчатым, металлизированным, сгорающим, герметизирующим покрытием заряда оптимальной толщины и плотности, что позволяет считать предложение соответствующим критерию изобретения "новизна".

Сущность изобретения заключается в том, чтобы энергия удара бойка максимально трансформировалась в инициирование заряда капсюля, при этом не происходило прорыва газов в казенную часть через разрушившиеся детали капсюля и, вместе с тем, остатки его легко извлекались из гильзы патрона, не препятствуя многократному ее использованию.

Для обеспечения оптимальных условий срабатывания КВ и эксплуатации патронов вместо запрессовки ИВВ в колпачок, а затем колпачка в оболочку, состав ИВВ запрессовывается непосредственно в оболочку.

При прессовании состава непосредственно в оболочку, исключается, т.е. снимается возможность осевых смещений заряда с колпачком и наковаленки, перекоса колпачка при установке в оболочку, пыление состава в зазоры, уменьшается число подготовительных, контролирующих, снаряжательных операций, уменьшается металлоемкость, удешевляется производство. Выполнение дна оболочки гладким, без фланцев, исключает недопрессованность пыления состава в гофрированном переходе обечайки к дну оболочки. Исключается выброс газа и осколков через дно при срабатывании капсюля. Вместе с тем, увеличение наружного диаметра оболочки при срабатывании таково, что не происходит заклинивания сработавшего капсюля в патроне, что увеличивает многократность использования гильзы. Уменьшение элементов в системе повышает ее надежность. Форма оболочки предложенного КВ более технологична, чем оболочка с фланцем.

Для повышения надежности срабатывания КВ экспериментально были выбраны оптимальные соотношения размеров и прочностные характеристики материала оболочки.

При обработке КВ определено, что при толщине стенок оболочки 0,4 мм и s_в <30 кгс/см² наблюдались единичные случаи пробития дна оболочки бойком и прорыв газа через дно оболочки.

Помимо прорыва газа в казенную часть ружья, повышается чувствительность КВ к случайным наколам, снижается безопасность в обращении. При установке КВ в такой ослабленной оболочке в капсюльное гнездо наблюдались единичные случаи нарушения монолитности состава, пыление, т.е. снижалась стойкость КВ к динамическим нагрузкам.

Увеличение толщины материала стенок более 0,5 и величины временного сопротивления разрыву более 46 кгс/см², как определено, приводит к снижению чувствительности КВ к отказам при стрельбе, затрудняется капсюлирование в гнездо гильзы.

При увеличении отношения диаметра (d) к высоте (h) оболочки более 1,5 за счет увеличения диаметра повышается чувствительность КВ до опасных критериев. При увеличении d/h за счет уменьшения h при неизменном md уменьшается прочность закрепления КВ в гнезде гильзы и может произойти прорыв газов при срабатывании КВ.

При уменьшении отношения d/h менее 1,1 за счет уменьшения d снижается чувствительность КВ из-за ухудшения прогиба дна оболочки при ударе бойком. А при увеличении h ухудшается технологичность изготовления и сборки КВ.

Зависимость чувствительности капсюля от толщины (а) (стенок) дна оболочки приведена в табл. 1.

При испытании КВ с толщиной стенок оболочки 0,35 были получены до 3% срабатывания с низкой высоты 0,5 см, что не допускается по безопасности в обращении, и 4 случая прорыва газов через место удара бойка.

При толщине стенок 0,55, даже при максимальной высоте падения груза не достигается 100% срабатывания КВ. Таким образом, оптимальными являются признаки: толщина стенок оболочки 0,4-0,5, временное сопротивление разрыву 30-46 кгс/см² отношение диаметра к высоте оболочки 1,1-1,5.

Наковаленка в предложенном капсюле обеспечивает прочность ее закрепления в оболочке при всех требованиях по динамическим воздействиям, достаточную прочность при ударе бойком для сжатия ударного состава, самоцентровку для обеспечения передачи энергии удара бойка за счет сил упругой деформации материала наковаленки и оболочки, т.е. наковаленка обладает свойствами распорной пружины. Эти свойства обеспечены толщиной материала и прочностной характеристикой его.

Зависимость чувствительности КВ от толщины (а) материала (лапок) наковаленки дана в табл.2.

Результаты испытаний показали, что при толщине материала (лапок) наковаленки 0,4 мм происходит снижение чувствительности КВ, вследствие недостаточной жесткости наковаленки. Кроме этого, при испытании КВ тряской у двух изделий обнаружено выпадение наковаленки из оболочек, у четырех изделий ее сдвиг, что свидетельствует о недостаточной жесткости наковаленки, преимущественно ее лапок.

КВ, собранные с наковаленками, изготовленными из материала толщиной 1 мм, не удовлетворяют по внешнему виду из-за сильной деформации оболочки в местах вхождения лапок, недостаточной упругости наковаленки. В таких КВ после досыла наковаленки, произошло нарушение герметизирующего покрытия и часть состава выступила через запальные отверстия, объем для размещения состава оказался недопустимо уменьшен.

Таким образом, оптимальными параметрами для наковаленки являются толщина стенок лапок наковаленки 0,6-0,9 мм и временное сопротивление разрыву для материала для их изготовления σ_в 30-46 кгс/см².

Равномерное чередование запальных отверстий и лапок через 120^o по сравнению с КВ-прототипом обеспечивает центровку наковаленки, исключает ее деформирование.

Экспериментально было установлено, что соотношение общей площади запальных отверстий (вырубленной части материала наковаленки) и площади оставшейся поверхности лапок наковаленки, обеспечивающей требования упругости, прочности, центровки, соответствует 1 (1,5-1,9), т.е. S_лапок S_отв. 1,5-1,9. Уменьшение этого соотношения менее 1,5 снижает прочность закрепления в оболочке и ее необходимую прочность в осевом направлении при ударе бойка. Увеличение соотношения более 1,9 ухудшает условия выхода газов и горячих частиц сработавшего ударного состава через запальные отверстия в полость охотпатрона, ухудшается воспламенение порохового заряда, происходит затяжной выстрел.

Для надежной передачи энергии удара бойка критическому сечению ударного состава и его сжатия также важна форма конической части и рабочей площадки наковаленки в сочетании с выше рассмотренными признаками и их свойствами.

Экспериментально было установлено, что при уменьшении угла свертки конусной части менее 70^o и радиуса рабочей поверхности 0,7 мм ("острый конус" наковаленки) в результате нецентричности бойка, допускаемой в охотничьих и спортивных ружьях, происходит удар бойка не по нормали, вне плоскости рабочей поверхности наковаленки, вследствие чего не происходит необходимое сжатие для срабатывания ударного состава, возникает потеря чувствительности и отказ КВ.

Увеличение угла свертки конусной части более 90^o и радиуса рабочей поверхности более 1,3 мм ("тупой конус" наковаленки) приводит к недопустимому уменьшению объема, занимаемого ударным составом, пространства для выхода горячих газов из запальных отверстий, к ухудшению условий воспламенения порохового охотпатрона.

Сферическая форма рабочей поверхности наковаленки, соприкасаясь с герметизирующим покрытием ударного состава, не вызывает его разрушения, обеспечивает оптимальные условия сжатия его при "косом" и "нецентральном" ударе бойка.

В цепочке условий надежной передачи энергии удара бойка к критическому сечению, сжатия, максимальных жгучести и объема выбрасываемых из капсюля газов и частиц герметизирующее покрытие должно не гасить энергию удара, т.е. быть металлизированным, без образования гофр, по возможности быстросгорающим, и надежно герметизировать ударный состав без обнажения части поверхности, опыления и увлажнения состава, т.е. оно должно быть пластичным верхним слоем состава.

Экспериментально было установлено, что толщина покрытия менее 0,04 мм с плотностью менее 28 см³ приводит к образованию микропустот, разрушению покрытия и увлажнению состава, при динамических и климатических испытаниях было получено 10% отказов в срабатывании КВ.

Увеличение толщины покрытия более 0,1 мм и плотности более 5 г/см³ делает покрытие жестким, пассивным при горении состава и в значительной степени гасящим энергию удара бойка, было получено 15% отказов при срабатывании бойка.

В настоящее время определено, что использовать мягкую оловянную, алюминиевую фольгу типа ДПРХХ 0,04ХО, ДПРХТ 0,04; 0,05 НД А5; А6; ДПРХМ 0,04; 0,05 ХДА5, А6.

Наиболее эффективным покрытием, участвующим активно в горении состава, оказалась алюминиевая пудра, гранулированная шеллачным лаком.

Сравнительные испытания штатного КВ "Жевело" и предложенного КВ, изготовленного в соответствии с признаками формулы изобретения, даны в табл. 3 и 4.

Таким образом, надежность и стабильность работы предложенного КВ выше, чем штатного.

Кроме этого, отработка КВ на охотничьих ружьях ТОЗ-34 "Винчестер", МЦ 21-12, ИЖ 18 показала более высокую надежность функционирования предложенного КВ, по-сравнению со штатным КВ "Жевело" (см. табл.4).

Осмотром установлено, что в гильзах со срабатывающим предложенным КВ не происходило: пробития и смещения оболочек КВ, просачивания газов по стыку КВ и гильзы, деформации капсюльного гнезда. Остатки КВ легко удалялись из гильзы патрона.

Таким образом, использование изобретения повышает надежность работы КВ (0,995 при γ 0,8), эксплуатационную характеристику многократного использования гильзы патрона (6 8 раз), безопасность (0,9995), улучшает технологию и на 15% удешевляет производство КВ.

Изобретение поясняется фиг. 5, где в оболочке 1 запрессован ударный состав 2, герметизированный металлизированным пластичным покрытием 3, и установлена за счет упругой деформации конусообразная наковаленка 4.

На конусной поверхности наковаленки выполнены через 120^o запальные отверстия А, чередующиеся с лапками Б. Угол свертки конуса наковаленки 70 - 90^o, радиус рабочей площадки В 0,7 1,3 мм, толщина упругого материала лапки 0,6 0,9 мм, с прочностной характеристикой s_в 30 46 кгс/см². Отношение площади лапок S_лап. к общей площади запальных отверстий соответствует S_лап./S_отв. 1,5 1,9. Толщина стенок оболочки 1 (0,4 0,5) мм, с прочностной характеристикой материала σ_в 30 46 кгс/см². Толщина металлизированного, пластичного покрытия 3 (0,04 - 0,1) мм при плотности материала 2 5 г/см³.

КВ работает при ударе бойком ружья по нормали Г в дно оболочки. Происходит сжатие критического сечения ударного состава между дном оболочки и сферической рабочей площадкой наковаленки, соприкасающейся с покрытием ударного состава, происходит быстрое горение состава и выход горячих газов и частиц через запальные отверстия в полость гильзы с пороховым зарядом охотпатрона с воспламенением пороха.

Источники информации
1. Черт. ДИШВ N 773911004.

2. Патент ГДР /Герм. Демокр. Респ. / N 50518, кл. 72 d, 4, опубл. 20.09.66.

3. ГОСТ 24579-81. Капсюль-воспламенитель "Жевело".

Использование: ударные капсюли-воспламенители для охотничьих патронов. Сущность изобретения: в оболочке 1 запрессован ударный состав 2. Состав герметизирован металлизированным пластичным покрытием 3. Конусообразная наковаленка 4 установлена за счет упругой деформации. На конусной поверхности наковаленки выполнены через 120^o запальные отверстия А, чередующиеся с лапками В. Определены размеры и характеристики материалов оболочки, наковаленки и покрытия. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 табл.

1. Капсюль-воспламенитель для охотничьих и спортивных ружей, содержащий в оболочке герметизированный ударный состав и наковаленку, отличающийся тем, что ударный состав запрессован непосредственно в оболочку с толщиной стенок 0,4 0,5 мм и с диаметром, соответствующим 1,1 1,5 ее высоты, выполненную из материала с прочностной характеристикой временного сопротивления разрыву (σ_в) (30 - 46) кгс/см², а конусообразная, с углом свертки 70 90^o наковаленка укреплена в оболочке за счет упругой деформации, имеет сферическую рабочую площадку с радиусом 0,7 1,3 мм и три запальных отверстия под углом 120^o на образующей поверхности конуса между опорными лапками наковаленки, при этом отношение общей площади опорных лапок к общей площади запальных отверстий составляет 1,5 1,9, а толщина их стенок, выполненных из упругого материала с характеристикой временного сопротивления разрыву (σ_в) (30 - 46) кгс/см², соответствует 0,6 0,9 мм, а поверхность ударного состава, соприкасающаяся со сферической рабочей площадкой наковаленки, герметизирована металлизированным пластичным покрытием толщиной 0,04 0,1 мм и плотностью 2 5 г/см³. 2. Капсюль-воспламенитель по п.1, отличающийся тем, что металлизированное пластичное покрытие ударного состава выполнено из фольги марок ДПРХХ 0,04 ХО, ДПРХТ 0,04, 0,05 НДА5, А6, ДПРХМ 0,04, 0,05 НДА5, А6 или из алюминиевой пудры, гранулированной шеллачных лаком.