КОРПУС ОСКОЛОЧНОГО СНАРЯДА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F42B12/24 B21K21/06 

Группа изобретений, связанных единым замыслом, относится к конструкциям корпусов осколочных боеприпасов с заданным дроблением корпуса на поражающие элементы рациональной формы и массы посредством формируемых при их изготовлении на стенках оболочки продольных и поперечных канавок.

Осколочные снаряды, ручные и винтовочные гранаты, мины и т.п. используются для поражения открытой и находящейся за легкими укрытиями живой силы, легкобронированной и небронированной техники, в том числе летательных аппаратов, за счет кинетической энергии осколков и полуготовых поражающих элементов. Эффективность осколочного действия характеризуется количеством и массой осколков, радиусом их поражающего действия и плотностью потока осколков в районе цели.

Регулирование дробления оболочки боеприпасов обеспечивается технологически: формированием поперечных и продольных канавок на их поверхностях, создающих ослабленные сечения, по которым происходит ориентированное ее разделение на осколки заданной формы и фракционного состава.

Штампованные корпуса снарядов обладают кристаллографически ориентированной структурой, что приводит к анизотропии механических свойств в различных направлениях по величине. В тангенциальном направлении механические свойства меньше, чем в продольном, из-за наличия текстуры, поэтому при подрыве таких корпусов получаются осколки укрупненной формы. С целью исключения этого явления на корпуса наносят поперечные локализаторы. Для рационального деления поперечных колец на них наносят при штамповке продольные канавки и выемки, причем размеры продольных и поперечных канавок, шаг между ними выбирают, исходя из заданной массы осколков (см. патенты США N 1517225, F 42 B 12/24, 20.10.92 и РФ N 2087837, F 42 B 5/02, 1997 г., N 2080549 и N 2080550, оба F 42 B 12/24, 1997 г.).

Изготовление канавок на корпусах снарядов штапмовкой является трудоемким и сложным процессом, требует дорогостоящего оборудования и оснастки, высокой квалификации работников.

Более простой способ формирования канавок на готовой оболочке резанием описан в патентах США N 4068590, нац.кл. 102-67, Франции N 1541334, опубл. 25.08.68, N 2685077 от 13.12.91, F 42 B 12/24, в заявке ФРГ N 2835557, F 42 B 13/18.

Известные осколочные боеприпасы с заданным дроблением входят в боекомплект орудий малого и среднего калибра наземной, морской и авиационной артиллерии, например 30 мм снаряд к пушкам ADEN, DEFA, GAU-8/A, 40 и 57 мм снаряды шведской фирмы "Bofors".

Недостатком этих конструкций является сложность изготовления концентратов разрушения корпусов на наружной поверхности изделий малого калибра с дополнительными операциями по улучшению аэродинамических свойств, например заделкой канавок балластным материалом с последующей механической обработкой (патент США N 5157255).

Однако основным недостатком конструкции является вероятность блокирования двух-трех осколков при поперечном дроблении в конгломерат, что снижает плотность осколочного поля и число полезных осколков, то есть эффективность действия поражающих элементов с требуемыми параметрами скорости, дальности и угла разлета.

Более близким аналогом по технической сущности и числу совпадающих признаков является осколочная оболочка боеприпаса и способ ее изготовления, описанные в заявке ФРГ 2919268, F 42 B 14/18, 1980 г.

Осколочная оболочка выполнена в виде цилиндрического корпуса из однородного металла, в которой со стороны наружной поверхности имеются глубокие разделы, образованные перекрещивающимися спиральными линиями. В донной части разделов, внутри стенки оболочки имеются полости, соосные спиральным линиям разделов. Наружная поверхность оболочки представляет собой практически сплошной материал.

Способ изготовления осколочной оболочки характеризуется тем, что на наружной поверхности заготовки корпуса формируют перекрещивающиеся глубокие канавки по параллельным спиральным линиям. Боковые стенки канавок в донной части подрезают вширь, образуя полости. Затем полуфабрикат корпуса осаживают в направлении продольной оси оболочки прессованием, причем внутри предварительно устанавливают сопрягаемую оправку для подпорки донной части канавки, предотвращая ее деформацию вовнутрь корпуса. Осаживают корпус до смыкания боковых соседних стенок канавок, образующих поперечные разделы.

При этом внутри стенок остаются полости от боковых подрезов стенок канавок в заготовке, которые служат уменьшению концентрации напряжений между дном канавок и внутренней поверхностью корпуса, тем самым препятствуя образованию трещин, и обеспечивают необходимую безопасность при выстреле.

Далее наружную поверхность раскатывают роликом, давлением которого радиально смещается металл в оставшиеся щели между боковыми стенками в канавках, из-за их спирального расположения, чем создают сплошную наружную поверхность корпуса.

Деформация и упрочнение металла в поверхностном слое корпуса при раскатке роликом в сочетании с поверхностными защитными покрытиями обеспечивают хранение в заданных условиях эксплуатации.

При детонации взрывчатого вещества осколочная оболочка корпуса разрывается на заданные осколки по плоскостям разделов, образованным сомкнутыми стенками канавок.

Однако скорость осколков известного корпуса невысока из-за того, что продукты детонации преждевременно прорываются через разрушающиеся уточненные относительно стенки оболочки перемычки канавок.

Другим недостатком известного корпуса боеприпаса является неудовлетворительная эффективность действия из-за деформации полуготовых осколочных элементов, образованных пересекающимися винтовыми канавками, при осевой прессовой осадке корпуса. Неравномерное течение металла в ромбических элементах при осадке приводит к неплотному прилеганию боковых совмещаемых поверхностей канавок, изменению механических характеристик металла корпуса в осевом и поперечном направлениях, искажению формы осколочных элементов, что ухудшает их аэродинамические качества, а также нарушает заданное дробление.

Технология изготовления усложнена вынужденной дополнительной операцией пластического деформирования наружной поверхности стенки корпуса роликом для закатки щелей после осевой осадки, перед защитной обработкой химическим покрытием, лаком, краской. Кроме того, не представляется технически возможным изготовление в серийном производстве ромбических канавок и формирование на их дне в боковых стенках полостей в оболочке корпусов снарядов малых калибров.

Нанесение спиральных перекрещивающихся канавок сложного профиля представляет техническую трудность, при этом затраты определяют нецелесообразность практической реализации известного способа для изготовления корпусов осколочных снарядов авиационного, зенитного, гранатометного и т.п. выстрела.

Задачей, на решение которой направлена настоящая группа изобретений, является разработка новой конструкции корпуса осколочного снаряда и усовершенствование способа его изготовления для промышленного производства, который технологически обеспечит функциональную надежность корпуса и заданное его дробление на осколки.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном корпусе осколочного снаряда, содержащем стенку с параллельными разделами на наружной стороне, боковые поверхности каждого из которых совмещены между собой беззазорно, согласно изобретению, разделы имеют глубину 0.75... 0,80 толщины стенки и выполнены перпендикулярно оси корпуса, а на внутренней стороне стенки корпуса, симметрично разделам выполнены кольцевые полукруглые выступы из материала стенки корпуса, а в известном способе изготовления корпуса осколочного снаряда, включающем формирование канавок на наружной стороне стенки корпуса, последующую прессованную осадку материала стенки под канавками по продольной оси до совмещения боковых поверхностей канавок с образованием разделом в стенке, по предложению авторов, канавки выполняют глубиной 0,55... 0,60 толщины стенки перпендикулярно оси корпуса при отношении ширины канавки к ее глубине 0.6... 1,0, а осадку материала стенки под канавками производят в матрице без центральной оправки внутри корпуса до совмещения боковых поверхностей каждой канавки, при этом одновременно на внутренней поверхности стенки корпуса формируют кольцевые полукруглые выступы.

Отличительные признаки в устойчивой взаимосвязи всей совокупности существенных признаков позволили снизить трудозатраты на изготовление корпусов снарядов, а также улучшить основное действие при равных условиях заданного дробления вдоль образующей корпуса и его окружности за счет увеличения скорости и угла разлета осколков при более значительной деформации корпуса, которая обеспечивается наличием полукруглых выступов на внутренней поверхности стенки корпуса.

Кольцевые полукруглые выступы представляют собой арочную конструкцию, которая повышает упругость корпуса и его несущие характеристики, выполняя функции пластинчатых пружин и работая в основном на сжатие, вызывая в опорах на корпусе не только поперечные, но и осевые реакции (распор), воспринимаемые корпусом в целом, что обеспечивает задержку по времени разрушения оболочки корпуса и увеличение скорости образующихся осколков.

Сравнительно с прототипом исключена обработка наружной поверхности осажденного корпуса роликом, потому что обеспечивается беззазорное совмещение боковых поверхностей каждой канавки, образующих разделы в практически сплошном материале стенки корпуса.

Наличие разделов на наружной стороне стенки корпуса способствует исключению образования так называемых сабель при разрушении корпуса, а оптимизированный шаг разделов позволяет регулировать массу получаемых осколков. В тангенциальном направлении образующиеся по разделам кольца дробятся на осколки за счет анизотропии механических свойств металла заготовки корпуса, полученной при ее прокатке или штамповке.

Формирование поперечных относительно продольной оси корпуса канавок под разделы осуществляется быстро и просто, например токарной операцией, гребенкой за один проход, образуя конгруэнтные канавки заданной геометрии.

Глубина канавок (h) ограничена единством противоположностей: не более 0.60 толщины стенки (H) - из условия несущей прочности и не менее 0,55 толщины стенки (H) - для гарантированного поперечного деления стенки при разрыве корпуса снаряда.

Осевое осаживание давлением корпуса с канавками на наружной поверхности стенки оптимизированного профиля до полного смыкания боковых стенок канавок при свободной полости каморы, то есть без центральной оправки, обеспечивает формирование кольцевых полукруглых выступов на внутренней поверхности стенки из материала корпуса симметрично образованным при этом разделам, глубина которых (h₁) за счет деформации дна канавки внутрь корпуса увеличивается по сравнению с первоначальной глубиной канавок (h) до 0,75 ... 0,80 толщины стенки (H) корпуса.

Отношение ширины канавок (b) к их оптимизированной глубине h=(0,55-0,60)H выбрано экспериментально в диапазоне 0,6 - 1,0 из следующих соображений.

В случае, когда соотношение b/h < 0,6, ширина канавок (b) меньше 1,0 мм, при продольной осевой осадке материала корпуса смыкание боковых поверхностей канавок происходит практически без объемной деформации их дна, материала стенки корпуса под канавками. При этом на внутренней стороне стенки корпуса не формируются кольцевые выступы необходимого профиля для регулирования дробления корпуса.

В случае, когда соотношение b/h > 1,0, ширина канавок (b) больше 1,8 мм, материал стенки корпуса под канавками, не ограниченный центральной оправкой, перемещается под действием сил сжатия в тангенциальном направлении вовнутрь, не обеспечивая сплошности формируемых разделов. При этом не гарантируется целостность деформируемой растягивающими напряжениями части стенки между боковыми поверхностями канавок и заданные форма и размеры полукруглых выступов на внутренней стороне стенке, что не допустимо по условиям действия и эксплуатации снарядов.

Притом, что геометрия поперечных прилагаемому усилию осадки канавок идентична, изобретение обеспечивает беззазорное смыкание боковых поверхностей стенок канавок и, следовательно, отпадает необходимость в дополнительной механической обработке свободных торцев сформированных разделов для поперечного пластического смещения металла наружной поверхности стенки корпуса.

Каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, нового сверхэффекта, а не суммы эффектов, неприсущего признакам в их разобщенности.

Сущность изобретения поясняется чертежом, который лишь иллюстрирует замысел и не ограничивает объема прав совокупности признаков формулы, где изображены:
на фиг. 1 - схематично выстрел;
на фиг. 2 - полуфабрикат корпуса снаряда;
на фиг. 3 - корпус осаженный.

Ниже приведен конкретный пример выполнения осколочных корпусов артиллерийского выстрела калибра 30 мм с заданным дроблением посредством формирования кольцевых разделов на наружной стороне и симметричных им полукруглых выступов на внутренней стороне, согласно заявленной группе изобретений.

Осколочный корпус 1 снабжен взрывчатым веществом 2, головным взрывателем 3 и укреплен в метательном заряде 4 (фиг. 1). На наружной стороне стенки полуфабриката корпуса 1 (фиг. 2) с шагом a = 6,60 мм выполняют 10 кольцевых канавок 5 шириной b = 1,20 мм и глубиной h = 1,75 мм, которая составляет 0,58 толщины стенки H = 3,00 мм. Отношение b/h = 0,69.

Далее полуфабрикат корпуса 1 в матрице без центральной оправки в его каморе осаживают вдоль продольной оси до совмещения соседних боковых поверхностей стенок канавок 5, образуя разделы 6 (фиг.3) с формированием на внутренней стороне корпуса 1 кольцевых полукруглых выступов 7, симметричных разделам 6.

Глубина разделов 6 (h₁) за счет деформации дна канавки 5 вовнутрь корпуса 1 увеличивается по сравнению с первоначальной глубиной (h) канавок 5 до 2,35 мм, что составляет 0.78 H толщины стенки корпуса 1.

Арочная конструкция кольцевых полукруглых выступов 7 обеспечивает несущую прочность корпуса 1 при выстреле и его относительную упругость при радиальном воздействии давления газообразных продуктов детонации взрывчатого вещества 2.

Результаты подрывов снарядов (см. таблицу) с корпусами: штатным, по прототипу и заявленным, показали лучшую фракционность осколков последнего, значительно большее число поражающих элементов оптимальной массы при снижении до минимума количества осколков массой свыше 1,00 г, которые представляют собой конгломерат из нескольких неразделившихся осколков.

Заявленная группа изобретений может быть промышленно осуществлена в серийном производстве на действующем заводском оборудовании, а сравнение их с выявленными аналогами уровня техники показало, что для специалиста по боеприпасам явным образом из него не следует и что существенные признаки в совокупности являются неизвестными, то есть соответствуют критериям патентоспособности.

Изобретение относится к области боеприпасов. Корпус снаряда содержит параллельные разделы с наружной стороны стенки, боковые поверхности каждого из которых совмещены между собой беззазорно, разделы имеют глубину 0,75 - 0,80 толщины стенки и выполнены перпендикулярно оси корпуса, а на внутренней стороне стенки корпуса симметрично разделам выполнены кольцевые полукруглые выступы из материала стенки корпуса. При осуществлении способа канавки выполняют глубиной 0,55 - 0,60 толщины стенки перпендикулярно оси корпуса при отношении ширины канавки к ее глубине 0,6 - 1,0, а осадку материала стенки под канавками производят в матрице без центральной оправки внутри корпуса до совмещения боковых поверхностей каждой канавки, при этом одновременно на внутренней стороне стенки корпуса формируют кольцевые полукруглые выступы. Предложенная группа изобретений обеспечивает увеличение качественного структурирования массовых фракций осколков и снижение затрат на изготовление корпусов осколочных снарядов. 2 с.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Корпус осколочного снаряда, содержащий стенку с параллельными разделами на ее наружной стороне, боковые поверхности каждого из которых совмещены между собой беззазорно, отличающийся тем, что разделы имеют глубину 0,75-0,80 толщины стенки и выполнены перпендикулярно оси корпуса, а на внутренней стороне стенки корпуса симметрично разделам выполнены кольцевые полукруглые выступы из материала стенки корпуса. 2. Способ изготовления корпуса осколочного снаряда, включающий формирование канавок на наружной стороне стенки корпуса, последующую прессовую осадку материала стенки под канавками по продольной оси до совмещения боковых поверхностей стенок канавок с образованием разделов в стенке, отличающийся тем, что канавки выполняют глубиной 0,55-0,60 толщины стенки перпендикулярно оси корпуса при отношении ширины канавки к ее глубине 0,6-1,0, а осадку материала стенки под канавки производят в матрице без центральной оправки внутри корпуса до совмещения боковых поверхностей каждой канавки, при этом одновременно на внутренней стороне стенки корпуса формируют кольцевые полукруглые выступы.