УСТРОЙСТВО ДЛЯ БРОНИРОВАНИЯ ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ ЗАРЯДОВ Российский патент 2003 года по МПК C06B21/00 

Изобретение относится к области бронирования канальных зарядов твердого ракетного топлива (ТРТ) способом литья под давлением на литьевых машинах (термопластавтоматах), устройств для его осуществления.

При бронировании зарядов ТРТ методом литья вод давлением известными способами на термопластавтоматах (ТПА) бронируемый заряд (шашку) устанавливают в специальную пресс-форму (фиг.1), состоящую из корпуса (2), толкателя (3), центрирующей втулки (4), закрепленных на подвижной плите ТПА, и литниковой крышки (5), установленной на неподвижной плите ТПА. После смыкания плит ТПА производят впрыск расплавленного полимерного материала (6) через литниковые отверстия крышки (5) в зазор между формой и бронируемым зарядом. После выдержки под давлением 1000-1500 кгс/см² и охлаждения в течение 15-40 с плиты машины раздвигаются и забронированный заряд выталкивается из пресс-формы толкателем (3).

Из-за высокой скорости и давления впрыска в процессе бронирования на заряд воздействуют значительные усилия, которые приводят к существенной деформации (сжатию и прогибу) канального заряда. Следствием этого являются:
1) трудности в обеспечении диаметральных размеров заряда - после извлечения из пресс-формы упругие деформации заряда релаксируются, заряд "расправляется" и в соответствии с накопленным запасом упругой деформации получает ту или иную присадку;
2) при низких механических характеристиках ТРТ, либо при малой толщине свода заряда и связанной с этим повышенной деформацией топливной шашки имеют место случаи недопокрытия боковой поверхности заряда (в связи с прогибом шашки нарушается равномерность заполнения щелевого зазора между пресс-формой и шашкой);
3) разнотолщинность бронепокрытия.

В качестве прототипа принято устройство по пат. US 4420440 от 12.12.1983 г. , содержащее, как и патентуемое техническое решение, запирающий элемент канала заряда.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства для бронирования на литьевых машинах канальных зарядов ТРТ по боковой поверхности, обеспечивающего высокую точность наружных (по бронепокрытию) размеров заряда, повышающего качество изготовления зарядов и расширяющего область применения метода бронирования литьем под давлением.

Сущность изобретения заключается в ограничении (исключении) упругого деформирования заряда при заполнении пресс-формы бронемассой. Это позволяет обеспечить жесткие требования по геометрическим размерам зарядов, исключить случаи недопокрытия боковой поверхности, существенно уменьшить разнотолщинность бронепокрытия.

Для ограничения деформации твердотопливной шашки в ее канал перед бронированием устанавливают жесткую, например, металлическую втулку (стержень). Для обеспечения качественного бронирования стержень выполняется с профилем поперечного сечения, эквидистантным профилю канала заряда и установленным встык с запирающим элементом пресс-формы. При этом длина стержня выбирается таким образом, чтобы совместно с запирающим элементом пресс-форм обеспечить заполнение канала на глубину, соответствующую длине бронируемого участка боковой поверхности (не менее).

Необходимое качество зарядов в части обеспечения геометрических размеров по бронепокрытию достигается за счет варьирования зазора между стержнем и каналом заряда за счет нормирования поперечной деформации заряда. В данном случае зазор играет не пассивную, а активную роль.

Сущность такого нормирования иллюстрируется на фиг.3. Для различных партий топливных шашек с фактическим уровнем меххарактеристик топлива: σ₁(ε), σ₂(ε), σ₃(ε) - подбирают различные типоразмеры стержней с диаметрами d₁, d₂, d₃. Как известно, величина упругой энергии запасаемой шашкой при заполнении пресс-формы бронемассой, определяется соотношением

где ε_к - относительная поперечная деформация шашки;
Е - модуль упругости топлива.

Учитывая, что
и имея в виду, что модуль упругости термопластичной бронировки, как минимум, на порядок меньше модуля упругости топлива (Е_бр<<Е_т), из (1) получим

или

где d - диаметр канала заряда;
D - наружный диаметр заряда;
Δd=d-d_cт - зазор между каналом шашки и стержнем;
ΔD - присадка наружного диаметра заряда.

Из (2) следует, что если при бронировании заряда (передового образца) наружный диаметр заряда получен больше (или меньше) требуемого на величину ΔD, необходимо на величину Δd увеличить (уменьшить) зазор. Здесь речь идет об обеспечении предельного размера заряда. На практике любой размер обеспечивается с определенным допуском δ. Наличие допуска позволяет с учетом (2) установить диапазон на корректирующую величину диаметра Δd исходного стержня

Как показали проведенные экспериментальные работы, колебание величины зазора Δd для различных типоразмеров зарядов в основном зависит от толщины свода заряда, то есть соотношения наружного диаметра (D) и диаметра канала (d).

В таблице приведены данные, полученные на зарядах различных типоразмеров на 3-х марках баллиститных топлив.

Приведенные в таблице данные показывают, что предельная величина зазора, реализуемая при бронировании, удовлетворительно характеризуется соотношением 2d/D, что позволяет определиться с диапазоном изменения диаметров стержней, используемых при бронировании конкретных зарядов (от d до d+2d/D мм).

Практически предложенное устройство и способ его настройки проверены при бронировании заряда из баллиститного топлива с размерами топливной шашки: D= 112 мм, d=53 мм, длина 145 мм. При бронировании используется несколько латунных стержней (втулок), отличающихся друг от друга на 0,1÷0,2 мм наружным диаметром.

По результатам пробного бронирования выбранный стержень используется для бронирования зарядов всей топливной смеси (1-10 т), так как твердые ракетные топлива в связи с гомогенностью обладают высокой однородностью механических характеристик.

Отличительными признаками заявляемого устройства являются:
1) введение в конструкцию пресс-формы компенсатора поперечной деформации - жесткого стержня, устанавливаемого в канал заряда;
2) выполнение стержня с профилем поперечного сечения, эквидистантным профилю канала;
3) установка стержня в канал заряда встык с запирающим элементом на глубину, соответствующую длине бронируемого участка боковой поверхности (не менее);
4) использование набора стержней с различными диаметрами в нормированных пределах от d до (d+2d/D) мм.

Достигаемый технический результат изобретения - повышение качества бронирования твердотопливных зарядов.

Заявляемое техническое решение иллюстрируется следующими графическими материалами.

Фиг.1. Устройство бронирования по способу-прототипу:
1 - твердотопливная шашка;
2 - корпус пресс-формы;
3 - толкатель;
4 - центрирующая втулка;
5 - литниковая крышка;
6 - расплавленная бронемасса.

Фиг.2. Предлагаемое устройство для бронирования:
1 - твердотопливная шашка;
2 - корпус пресс-формы;
3 - толкатель;
4 - центрирующая втулка;
5 - литниковая крышка;
6 - расплав бронемассы;
7 - стержень;
8 - запирающий элемент.

Фиг. 3. Зависимость диаметра стержня (компенсатора) от меххарактеристик топлива и давления в пресс-форме.

Фиг. 4. Поперечное сечение шашки с установленным стержнем в заявляемом устройстве:
а) до впрыска бронемассы;
б) при заполнении бронемассой;
1 - твердотопливная шашка;
2 - корпус пресс-формы;
4 - расплав бронемассы;
7 - стержень;
9 - контур исходного наружного диаметра шашки;
10 - контур исходного диаметра канала шашки;
Δr - зазор между стержнем и каналом;
ΔR - зазор между шашкой и пресс-формой;
Р - давление бронемассы в пресс-форме;
D - наружный диаметр шашки;
d - диаметр канала шашки;
d_ст - диаметр стержня.

В случае некруглого профиля канала (фиг. 5) под диаметрами канала и стержня понимается соответствующий эквивалентный гидравлический диаметр (1 - твердотопливная шашка, 7 - стержень).

Изобретение относится к области бронирования зарядов твердого ракетного топлива, устройств для его осуществления. Изобретение заключается в введении в конструкцию пресс-форм жесткого стержня (компенсатора) с профилированным поперечным сечением, соответствующим профилю канала бронируемого заряда, устанавливаемого в канал заряда перед бронированием в стык с запирающим элементом пресс-формы. Это позволяет ограничить упругие деформации топливной шашки при бронировании и тем самым обеспечить выполнение жестких требований по геометрическим размерам, исключение недопокрытия зарядов бронесоставом. Технический результат изобретения - повышение качества бронирования зарядов. 1 табл., 5 ил.

Устройство для бронирования твердотопливных зарядов, содержащее запирающий элемент канала заряда, отличающееся тем, что для бронирования твердотопливных зарядов литьем под давлением оно содержит пресс-форму и снабжено компенсатором, выполненным в виде жесткого стержня с профилированным поперечным сечением, соответствующим профилю канала бронируемого заряда, и установленным встык с запирающим элементом на всю глубину пресс-формы.