СПОСОБ МЕТАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ ВЗРЫВОМ Российский патент 2024 года по МПК F41F7/00 

Изобретение относится к оборонной технике и может быть использовано для упрочнения металла готовых стальных осколков, размещенных в составной цилиндрической оболочке.

Известно, что основными факторами, воздействующими на металлы при нагружении их взрывом, являются ударные волны и волны разрежения [1]. При этом, основным параметром, определяющим свойства металла после ударно-волнового нагружения является избыточное давление на фронте ударной волны. Нагружение металла взрывом приводит к изменению его структуры, а именно, к формированию мелких зерен (размером частиц 0,1…1,0 мкм), что обеспечивает повышенную прочность при сохранении пластичности. Приращение твердости металла после нагружения взрывом соответствует линейной зависимости приращения твердости от квадратного корня из значения избыточного давления на фронте ударной волны Р^1/2 [2].

Известен способ упрочнения металлов энергией взрыва, заключающийся в том, что на обрабатываемую поверхность детали помещают промежуточный слой вспомогательного материала, поверх него размещают слой заряда взрывчатого вещества и производят его подрыв, при этом с целью повышения твердости металла в поверхностном слое без ухудшения чистоты его обработки и сплошности, промежуточный слой вспомогательного материала выполняют из материала с удельным акустическим сопротивлением, меньшим акустического сопротивления материала заготовки [3].

Недостатком вышеуказанного способа является невозможность с его помощью осуществить упрочнение металла готовых стальных осколков в процессе взрывного метания составной цилиндрической оболочки.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ метания цилиндрической оболочки [4], включающий инициирование заряда взрывчатого вещества (ВВ), детонацию и образование продуктов взрыва, нагружение и метание оболочки продуктами взрыва с одновременным началом пластического деформирования металла, движение расширяющейся оболочки с одновременным зарождением и ростом микротрещин и микроповреждений, образование магистральных макротрещин с последующим их выходом на внешнюю поверхность оболочки, полное прорастание трещин на всю толщину оболочки с образованием осколков и истечением продуктов взрыва в сквозные трещины, движение осколков в воздухе, взаимодействие осколков с целью.

Недостатком вышеуказанного способа является невозможность достижения с его помощью требуемого упрочнения металла готовых стальных осколков составной цилиндрической оболочки в процессе их взрывного метания.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение твердости по Бринеллю в процессе взрывного метания металла готовых стальных осколков, размещенных в составной цилиндрической оболочке.

Решение технической задачи достигается тем, что в способе метания цилиндрической оболочки взрывом, заключающемся в инициировании заряда взрывчатого вещества, размещенного в полости цилиндрической оболочки, детонации заряда взрывчатого вещества и образовании продуктов взрыва, нагружении и метании ими цилиндрической оболочки, движении осколков оболочки в воздухе дополнительно цилиндрическую оболочку выполняют составной, включающей две цилиндрические оболочки, внутреннюю оболочку, примыкающую к заряду взрывчатого вещества, который в ней расположен, изготовленную из легкосплавного или пористого материала, и тонкостенную металлическую внешнюю оболочку, поверх внутренней оболочки из легкосплавного или пористого материала размещают и закрепляют готовые осколки из низкоуглеродистой стали, которые закрывают тонкостенной цилиндрической металлической внешней оболочкой, подбирают заряд взрывчатого вещества с требуемой удельной энергией взрывчатого превращения и плотностью, воздействуют ударной волной требуемой интенсивности на готовые осколки из низкоуглеродистой стали повышая в процессе воздействия ударных волн и последующего движения их твердость по Бринеллю.

Новыми существенными признаками изобретения являются:

- цилиндрическую оболочку выполняют составной, включающей две цилиндрические оболочки, внутреннюю оболочку, примыкающую к заряду взрывчатого вещества, который в ней расположен, изготовленную из легкосплавного или пористого материала, и тонкостенную металлическую внешнюю оболочку, поверх внутренней оболочки из легкосплавного или пористого материала размещают и закрепляют готовые осколки из низкоуглеродистой стали, которые закрывают тонкостенной цилиндрической металлической внешней оболочкой;

- подбирают заряд взрывчатого вещества с требуемой удельной энергией взрывчатого превращения и плотностью, воздействуют ударной волной требуемой интенсивности на готовые осколки из низкоуглеродистой стали повышая в процессе воздействия ударных волн и последующего движения их твердость по Бринеллю.

Новая совокупность существенных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи с достижением заявленного технического результата, а именно, повышения твердости по Бринеллю готовых стальных осколков из низкоуглеродистой стали, размещенных в составной цилиндрической оболочке в процессе их метания взрывом.

Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных технических решениях не обнаружено, что характеризует соответствие рассматриваемого технического решения критерию «новизна».

Изложенная выше совокупность новых существенных признаков в сочетании с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением требуемого технического результата и характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники.

На фиг. 1 приведена схема проведения экспериментов и улавливания осколков, где:

1. Составная цилиндрическая оболочка с размещенным в ее внутренней полости зарядом взрывчатого вещества.

2. Фанера.

3. Перекрытие из стальных полос.

4. Тормозящая среда.

На фиг. 2 приведена конструкция составной цилиндрической оболочки 1, с зарядом ВВ во внутренней полости, обеспечивающая упрочнение готовых стальных осколков при их взрывном метании, где:

5. Готовые стальные осколки из низкоуглеродистой стали.

6. Внутренняя оболочка из легкосплавного или пористого материала.

7. Заряд взрывчатого вещества.

8. Внешняя тонкостенная цилиндрическая металлическая оболочка.

Заявляемый способ является результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по упрочнению в процессе метания взрывом металла готовых стальных осколков, размещенных в составной цилиндрической оболочке.

Пример реализации заявляемого способа.

При практической реализации способа с помощью электродетонатора осуществляют инициирование заряда взрывчатого вещества 7, размещенного во внутренней полости составной цилиндрической оболочки 1, состоящей из внутренней оболочки, выполненной из легкосплавного или пористого материала 6 и примыкающей к заряду взрывчатого вещества 7, готовых осколков из низкоуглеродистой стали 5, размещенных на поверхности внутренней оболочки 6 и внешней тонкостенной цилиндрической металлической оболочки 8.

Детонация заряда взрывчатого вещества 7 приводит к образованию продуктов взрыва, нагружению и метанию составной цилиндрической оболочки 1 продуктами взрыва, движению ее осколков в воздухе. При этом, как указывалось выше, цилиндрическую оболочку выполняют составной, примыкающая к заряду взрывчатого вещества 7 часть которой изготавливается из легкосплавного или пористого материала, поверх внутренней цилиндрической оболочки 6 из легкосплавного или пористого материала размещают и закрепляют готовые осколки 5 из низкоуглеродистой стали, которые закрывают внешней тонкостенной цилиндрической металлической оболочкой 8. Подбирают заряд взрывчатого вещества 7 с требуемой удельной энергией взрывчатого превращения и плотностью и воздействуют ударной волной заряда взрывчатого вещества 7 требуемой интенсивности на готовые стальные осколки 5 из низкоуглеродистой стали изменяя в процессе воздействия ударных волн и последующего движения их микроструктуру и повышая твердость по Бринеллю. Требуемая интенсивность воздействия на готовые осколки 5 из низкоуглеродистой стали достигается путем использования взрывчатых веществ, формирующих при взрыве необходимые значения избыточного давления на фронте ударной волны, импульса ударной волны и времени фазы сжатия ударной волны. Кроме того, наличие в составной цилиндрической оболочки 1, внутренней оболочки 6, выполненной из легкосплавного или пористого материала и примыкающей к заряду взрывчатого вещества 7, позволяет обеспечить сохранность готовых осколков 5 из низкоуглеродистой стали при их взрывном метании и повысить скорость их движения.

Для подтверждения заявленного технического результата авторами были проведены эксперименты с взрывным метанием готовых осколков в форме кубика из материала сталь 20 (НВ=160) массой 7,8 граммов размерами 10×10×10 мм. Метание осколков осуществлялось зарядом взрывчатого вещества с плотностью 1,76 г/см³ и удельной энергией взрывчатого превращения 5,23 МДж/кг на который одевалась внутренняя тонкостенная оболочка из сплава АМг-6. На поверхность этой оболочки наклеивались готовые осколки в виде кубика из стали 20, которые закрывались внешней тонкостенной цилиндрической стальной оболочкой. Подрыв заряда взрывчатого вещества осуществлялся с помощью электродетонатора ЭД-8. Опыты проводились в специальной мишенной обстановке (фиг. 1). После подрыва готовые осколки из стали 20 улавливали с помощью песка (опилок) и определялась их твердость по Бринеллю (НВ). Результаты экспериментов показали, что после заданного взрывного воздействия оболочка из сплава АМг-6 разрушается, а готовые осколки из стали 20 изменяют свою структуру, причем структура металла в этом случае состоит из однородных мелких зерен, а твердость стали готовых стальных осколков по Бринеллю повышается приблизительно в 2 раза. Результаты экспериментов представлены в таблице.

Таким образом, результаты экспериментов подтвердили предположения авторов о том, что воздействие динамической взрывной нагрузки заданной интенсивности на готовые осколки, выполненные из материала сталь 20 и размещенные в корпусе составной цилиндрической оболочки, приводит к повышению их твердости по Бринеллю приблизительно в 2 раза.

Использование предлагаемого способа обеспечивает возможность упрочнения готовых стальных осколков составной цилиндрической оболочки в процессе их метания взрывом.

Источники информации

1. Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии. - М. МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. С. 108.

2. Мур Л.Е. Микроструктура и механические свойства металлов и сплавов после нагружения ударными волнами. // Ударные волны и явления высокоскоростной деформации металлов. - М. Металлургия. 1984. С. 211.

3. Патент RU 1662058. Способ упрочнения металлов энергией взрыва.

4. Беляев В.А. Основы проектирования средств поражения. Методические рекомендации по проведению практических занятий и организации самостоятельной работы студентов специальности 17.05.01 - Боеприпасы и взрыватели (прототип). - Бийск. Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова. 2021. С. 7.

Изобретение относится к оборонной технике, в частности к боеприпасам с готовыми стальными осколками, размещенными в корпусе оболочки. Предлагаемый способ заключается в инициировании заряда взрывчатого вещества (ВВ), размещенного в полости составной оболочки. При детонации заряда ВВ и образовании продуктов взрыва готовые осколки движутся в воздухе для поражения цели. Составная оболочка состоит из двух цилиндрических оболочек: внутренней, примыкающей к заряду ВВ, который в ней расположен, и изготовленной из легкосплавного или пористого материала, и тонкостенной металлической внешней оболочки. Поверх внутренней оболочки размещают и закрепляют готовые осколки кубической формы из низкоуглеродистой стали, которые закрывают внешней оболочкой. Удельную энергию взрывчатого превращения и плотность заряда ВВ подбирают так, чтобы воздействующая на осколки ударная волна обеспечивала сохранность готовых осколков при их упрочнении в процессе взрывного метания. Техническим результатом является повышение твердости по Бринеллю метаемых готовых стальных осколков. 2 ил., 1 табл.

Способ метания цилиндрической оболочки взрывом, заключающийся в инициировании заряда взрывчатого вещества, размещенного в полости цилиндрической оболочки, детонации заряда взрывчатого вещества и образовании продуктов взрыва, нагружении и метании ими цилиндрической оболочки, движении осколков оболочки в воздухе, отличающийся тем, что цилиндрическую оболочку выполняют составной, включающей две цилиндрические оболочки: внутреннюю оболочку, примыкающую к заряду взрывчатого вещества, который в ней расположен, изготовленную из легкосплавного или пористого материала, и тонкостенную металлическую внешнюю оболочку, причем поверх внутренней оболочки из легкосплавного или пористого материала размещают и закрепляют готовые осколки кубической формы из низкоуглеродистой стали, которые закрывают тонкостенной цилиндрической металлической внешней оболочкой, а заряд взрывчатого вещества подбирают с удельной энергией взрывчатого превращения и плотностью, обеспечивающими сохранность готовых осколков при их взрывном метании.