CS196172B1

CS196172B1 - Method of rolling powder grain

Info

Publication number: CS196172B1
Application number: CS237978A
Authority: CS
Inventors: Jiri Tuma; Arnost Polok
Original assignee: Jiri Tuma; Arnost Polok
Priority date: 1978-04-12
Filing date: 1978-04-12
Publication date: 1980-03-31

Abstract

Vynález se týká způsobu válcování prachového zrna při výrobě hnacích porézních prachů, jímž se dosáhne úpravy vnitřní struktury, která ovlivni režim hoření.The invention relates to a method of rolling powder grains in the production of propellant porous powders, which achieves modification of the internal structure, which affects the combustion regime.

Description

Dosavadní technologické postupy válcování, například válcování zrn ve tvaru kuličky na disk, a to at již mokrých nebo suchých, byly zaměřeny hlavně na zlepšení geometrických tvarových charakteristik prachových zrn s cílem snížení degresívity těchto prachů .Previous technological rolling processes, for example rolling ball-shaped grains into a disk, whether wet or dry, were mainly focused on improving the geometric shape characteristics of powder grains with the aim of reducing the degressiveness of these powders.

Vzhledem k tomu, že tato dodatečná operace má některé nedostatky, například zvýšení procenta odpadu, bylo snahou jí obejít a prachová zrna diskového tvaru připravovat jíž pří samotné výrobě sférických prachů. Nedostatkem těchto postupů bylo, že docházelo při válcování k částečné nebo celkové ztrátě porézní struktury zhutněním prachových zrn, nebot válcování bylo nutno provádět v oblasti trvalých deformací. To mělo za následek snížení rychlosti hoření a eleminaci předností, kterými se porézní prachy vyznačují, došlo například ke zhoršení teplotních koeficientů, zažehovatelnosti prachu a zvýšení pravděpodobnosti nedohořívání prachu, tj. výskytu zbytků po výstřelu. U balistických soustav, pracujících v oblasti nízkých tlaků, nebylo možno dosáhnout požadovaných výkonů zbraně, obzvláště při minusových teplotách nábojů.Since this additional operation has some drawbacks, such as an increase in the percentage of waste, an attempt was made to circumvent it and prepare the disk-shaped powder grains during the production of spherical powders. The disadvantage of these procedures was that during rolling, there was a partial or total loss of the porous structure due to the compaction of the powder grains, since rolling had to be carried out in the area of permanent deformations. This resulted in a decrease in the burning rate and the elimination of the advantages that porous powders are characterized by, for example, a deterioration in the temperature coefficients, the ignitability of the powder and an increase in the probability of the powder not burning, i.e. the occurrence of residues after the shot. In ballistic systems operating in the low-pressure range, it was not possible to achieve the required weapon performance, especially at sub-zero temperatures of the cartridges.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob válcování prachového zrna, který je předmětem vynálezu a jehož podstata spočívá v tom, že se při průchodu válci na prachová zrna působí tlakem způsobujícím jejích stlačení nejvýše o 1/3 jejich původního průměru, přičemž ve vnitřním prostoru prachového zrna je přítomna voda nebo technologická voda, obsahující nejvýše 1 hmotnostní % látek použitých při výrobě, jako elektrolytů, například síranu sodného nebo dusičnanu draselného, a/nebo ochranných koloidů, například sorbítu, sacharózy, glukózy, dextrínu nebo klihů, případně ve výrobě použitých rozpouštědel, například ethylalkoholu nebo octanu ethylnatého.The above-mentioned shortcomings are eliminated by the method of rolling powder grains, which is the subject of the invention and the essence of which lies in the fact that, when passing through the roller, pressure is applied to the powder grains causing them to be compressed by no more than 1/3 of their original diameter, while water or technological water is present in the internal space of the powder grain, containing no more than 1% by weight of substances used in production, such as electrolytes, for example sodium sulfate or potassium nitrate, and/or protective colloids, for example sorbitol, sucrose, glucose, dextrin or glues, or solvents used in production, for example ethyl alcohol or ethyl acetate.

Při válcování podle vynálezu dochází k stlačení mokrého prachového porézního zrna v oblasti pružných deformací, což se projevuje tím, že po válcování se prachové zrno vrací na rozměr vetší, než je štěrbina mezi válci, v některých případech až na původní rozměr.During rolling according to the invention, the wet porous powder grain is compressed in the region of elastic deformations, which is manifested in the fact that after rolling, the powder grain returns to a size larger than the gap between the rolls, in some cases up to the original size.

Tímto postupem se v přítomnosti vody nebo technologické vody v pórech dosahuje protržení stěn uzavřených pórů, tj. jejich vzájemné propojení a vytvoření tzv. efektivní - otevřené - porozity.This procedure, in the presence of water or process water in the pores, achieves rupture of the walls of closed pores, i.e. their interconnection and the creation of so-called effective - open - porosity.

V závislosti n'a relativním stlačení při válcování a v další fázi návratu na větší než štěrbinový rozměr mezi válci, dochází k přeskupení vnitřního porézního objemu oproti původní hodnotě před válcováním, jak je patrno z programu na obr. 1, jehož popis je uveden u příkladu 1,Depending on the relative compression during rolling and in the next phase of returning to a larger than the gap dimension between the rolls, there is a rearrangement of the internal porous volume compared to the original value before rolling, as can be seen from the program in Fig. 1, the description of which is given in Example 1,

Dále dochází ke změně distribučních integrálních závislostí objemů pórů na jejích rozměrech a všeobecně tím dochází k vytvoření jiného - širšího - rozměrového spektra a tím k potlačení hodnoty přechodového tlaku na tzv. konvektivní režim hoření, který vzniká u soustav, jimž není vlastní jednak otevřená a jednak určitá porozita a rozměro196172 vé spektrum, získané způsobem válcování podle vynálezu,Furthermore, there is a change in the distribution integral dependences of pore volumes on their dimensions and, in general, this creates a different - wider - dimensional spectrum and thus suppresses the value of the transition pressure to the so-called convective combustion regime, which arises in systems that do not have both an open and a certain porosity and a dimensional spectrum, obtained by the rolling method according to the invention,

U porézních struktur, hořících s přechodem na konvektivní režim hoření, který vzniká zejména v závislosti na rychlosti vzrůstu tlaku ve zbrani, a proto vzniká při různých hodnotách tlaků ve zbrani, tj. v závislosti na počáteční nábojové hutnotě, má tento jev bezprostřední vliv na vhodnost použití porézních prachů v nábojích. Prachy, kterým není vlastní určité, záměrně vytvořené rozměrové spektrum pórů, hoří obyčejně ve třech režimech: v první fázi geometricky - pomalu dále vzniká přechod na konvektivní. hoření. rychlé - a po dosažení maximálního tlaku vo zbrani při záporné derivaci tlaku dochází v závislosti na struktuře opět k návratu na geometrický režim hoření, čímž je bezprostředně podmíněna možnost výskytu nedohoření náplně při výstřelu.In porous structures burning with a transition to the convective burning mode, which occurs mainly depending on the rate of increase in pressure in the weapon, and therefore occurs at different values of pressures in the weapon, i.e. depending on the initial cartridge density, this phenomenon has a direct impact on the suitability of using porous powders in cartridges. Powders that do not have a specific, intentionally created dimensional spectrum of pores usually burn in three modes: in the first phase geometrically - slowly, then a transition to convective burning occurs. fast - and after reaching the maximum pressure in the weapon at a negative derivative of the pressure, depending on the structure, a return to the geometric burning mode occurs again, which directly conditions the possibility of the charge not burning during a shot.

Tím, že tento přechod na konvektivní režim je potlačen rozměrovým spektrem pórů a vytvořením otevřené porozity válcováním prachového zrna podle vynálezu, prach hoří prakticky od počátku konvektivně, tj. rychle, a pří. balistických zkouškách se nevyskytují anomálie, které jsou obyčejně charakterizovány tím, že při nižší hmotnosti náplně vzniká ve zbrani vyšší maximální tlak a nižší ústová rychlost, neodpovídající dané hmotnosti náplně. Obecně je tím podmíněna vhodnost použití porézního prachu pro laboraci nábojů - možnost nastřelení náplně.Since this transition to the convective mode is suppressed by the dimensional spectrum of pores and the creation of open porosity by rolling the powder grain according to the invention, the powder burns convectively practically from the beginning, i.e. quickly, and during ballistic tests, anomalies do not occur, which are usually characterized by the fact that at a lower charge weight, a higher maximum pressure and a lower muzzle velocity arise in the weapon, not corresponding to a given charge weight. In general, this determines the suitability of using porous powder for cartridge testing - the possibility of firing the charge.

Tím, že prach hoří od počátku konvektivně, vzniká možnost použití prachu s větší balistickou tlouštkou prachového zrna a tím možnost zvýšení výkonu zbraně při. zachování předepsaného maximálního tlaku. Tato větší tloušťka navíc zkvalitňuje laboraci. nábojů na automatických laboračních strojích, ne-Since the powder burns convectively from the beginning, it is possible to use powder with a greater ballistic thickness of the powder grain and thus the possibility of increasing the performance of the weapon while maintaining the prescribed maximum pressure. This greater thickness also improves the quality of the ammunition on automatic laboratory machines, not

bot má za následek bot results in přesnější more accurate objemové nava- volumetric gain- ž o v á η í . a woman. Prach Dust Poměrné Proportional ω ω stlačení compression náp lň fill / g / / g / neválcovaný unrolled 1 1 1,6 1.6 válcovaný rolled 0,94 0.94 1 ,5 1 .5 válcovaný rolled 0,78 0.78 1 ,5 1 .5 válcovaný rolled 0,56 0.56 1 ,25 1 .25 Poznámka: Balistické hodnoty Note: Ballistic values jsou uvedeny ze are listed from

Pro bližší objasnění podstaty vynálezu jsou dále uvedeny příklady provedení. Příklady provedeníFor a more detailed explanation of the nature of the invention, examples of embodiments are given below. Examples of embodiments

Příklad 1Example 1

Mokré prachové zrno s přebytkem Čisté vody, výhodně v hmotnostním poměru 1:1, se dávkuje z násypky mezi válce stažené na sílu 0,25 mm. Prachové zrno má za mokra tloušťku 0,32 mm, takže poměrné stlačení je 0,78,Wet powder grain with excess clean water, preferably in a 1:1 weight ratio, is dosed from a hopper between rollers compressed to a thickness of 0.25 mm. The powder grain has a wet thickness of 0.32 mm, so the relative compression is 0.78,

Po průchodu vodní suspenze prachu mezi válci se prachová zrna filtrací zbaví přebytku vody a odsají se na konstantní obsah vláhy, cca 25 hmotnostních X, a dávkují se na povrchovou úpravu, která se provádí obvyklým způsobem stejně jako následující příprava k balistickým zkouškám.After the water suspension of dust passes between the rollers, the dust grains are filtered to remove excess water and are sucked to a constant moisture content, approximately 25% by weight, and are dosed for surface treatment, which is carried out in the usual way, as well as the subsequent preparation for ballistic tests.

Stejným způsobem byly připraveny další dva vzorky prachu válcováním podle příkladu 1, pou2e s tím rozdílem, že poměrné stlačení bylo 0,94 a 0,56.Two more powder samples were prepared in the same manner by rolling according to Example 1, except that the relative compression was 0.94 and 0.56.

K válcování podle příkladu 1 lze použít také vysušeného prachu, který se před válcováním vnese do vody a touto vodou se nechá nasáknout.For rolling according to Example 1, dried dust can also be used, which is introduced into water before rolling and allowed to soak in this water.

V tabulce I jsou uvedeny balistické hodnoty pro prachy válcované za poměrného stlačení 0,94, 0,78 a 0,56 a pro prach neválcovaný, které byly získány přímým měřením při střelbě brokových nábojů ráže 16. Tento náboj má mj . předepsané hodnoty:Table I shows the ballistic values for powders rolled at a relative compression of 0.94, 0.78 and 0.56 and for unrolled powder, which were obtained by direct measurement when firing 16-gauge shotgun cartridges. This cartridge has, among other things, the prescribed values:

rychlost na vzdálenosti 25 m od ústí zbraně maximální tlak ve zbrani maximální tlak v sérii 10 ran ,315 ms“1 , 58,86 MPa max Pmax ' ;61,8 MPaspeed at a distance of 25 m from the muzzle of the weapon maximum pressure in the weapon maximum pressure in a series of 10 shots ,315 ms“1 , 58.86 MPa max Pmax ' ;61.8 MPa

v₂₅ at ₂₅ Pmax Pmax max max Zbytek po The rest after m s ” 1 m s ” 1 /MPa/ /MPa/ P max /MPa/ P max /MPa/ výstřelu shot 316,0 316.0 62,3 62.3 70,3 70.3 hrubý rough 319,5 319.5 57,6 57.6 6 1,0 6 1.0 žádný none 317,6 317.6 54,7 54.7 66,2 66.2 žádný none 314,5 314.5 86 , 1 86 , 1 94,9 94.9 nepatrný slight

série 10 ran .series of 10 shots.

Z výsledků střeleb je zřejmé, že nejlépe vyhovujícím prachem je prach válcovaný za poměrného stlačení 0,94.From the shooting results it is clear that the most suitable powder is the powder rolled at a relative compression of 0.94.

Na připojeném výkresu je na obr. 1 zakreslen porogram, který je důkazem změny porézního prostoru při válcováni. Jsou zde uvedeny integrální distribuční poro zimetrické křivky, stanovené přímým měřením tohoto prachu - křivka B - a prachu neválcovaného - křivka A - na rtuťovém porozimetru. Křivky představují závislosti relativního vnitřního objemu na poloměrech póruj na ose souřadnic je logaritmická stupnice hodnot poloměru pórů R v absolutních hodnotách s rozměrností metr /m/ a na ose pořadnic je uveden poměrný /relativní/ integrální objem vnitřních pórů Vr, vztažený k nejvyšší naplnitelné hodnotě vnitřního objemu rtutí při působení vnějšího proměnného tlaku až do 82 MPa.The attached drawing shows a porogram in Fig. 1, which is evidence of the change in the pore space during rolling. The integral distribution porosimetric curves are shown here, determined by direct measurement of this dust - curve B - and of unrolled dust - curve A - on a mercury porosimeter. The curves represent the dependence of the relative internal volume on the pore radii; on the coordinate axis is a logarithmic scale of the pore radius values R in absolute values with the dimension of meter /m/ and on the ordinate axis is the relative integral volume of the internal pores Vr, related to the highest fillable value of the internal mercury volume under the action of an external variable pressure up to 82 MPa.

Například u souřadnice R - 10“6 m je celkový vnitřní objem pórů v rozsahu od 5,10“^ _mdo 1.10^-6 m u křivky A cca 100-48, tj. 58 %/ a u křivky B cca 100-46, tj. 54For example, at the coordinate R - 10“6 m, the total internal pore volume in the range from 5.10“^ _m to 1.10 ^-6 m in curve A is approximately 100-48, i.e. 58%/ and in curve B approximately 100-46, i.e. 54

Z průběhu křivek je zřejmé, že do cca 50 % celkového objemu pórů mají obě křivky A i B stejný tvar.From the course of the curves, it is clear that up to approximately 50% of the total pore volume, both curves A and B have the same shape.

Pří dalším zvyšování tlaku rtutí./dochází k naplňování menších pórů/ je zjištěna nová struktura, která se vytvořila při průchodu válcem za poměrného stlačení 0,94. Vzniklo nové, širší spektrum pórů v rozsahu od cca 10“θ do 10“°m oproti spektru neválcovaného zrna, kde stejný relativní objem připadá na rozsah rozmezí pouze od 10’^m do 10~7m.With further increase in mercury pressure (filling of smaller pores) a new structure is found, which was formed during passage through the cylinder at a relative compression of 0.94. A new, wider spectrum of pores was created in the range from approximately 10“θ to 10“°m compared to the spectrum of unrolled grain, where the same relative volume falls on the range only from 10’^m to 10~7m.

U válcovaného prachu za poměrného stlačení 0,94 došlo jednak ke snížení náplně o 0,1 g /z 1,6 na 1,5 g/ při současném zvýšení ústové rychlosti a snížení max. tlaků ve zbrani, jednak byly odstraněny zbytky prachu po výstřelu jak ve zbrani, tak i vnábojníci. . .With rolled powder at a relative compression of 0.94, the charge was reduced by 0.1 g /from 1.6 to 1.5 g/ while simultaneously increasing the muzzle velocity and reducing the maximum pressures in the weapon, and the powder residues after the shot were removed both in the weapon and in the magazine. . .

Obdobná situace je i u prachu válcovaného za poměrného stlačení 0,78.A similar situation exists for dust rolled at a relative compression of 0.78.

Protože nedošlo k jinému technologickému zásahu než k válcování a zkoušky byly pro váděny v identických podmínkách, je zřejmé, že jednoznačnou příčinou výhodných změn balistických výsledků a zlepšení kvality prachu v uvedených případech je změna distribuční závislosti objemu pórů na jejích rozměru a vytvoření efektivní porozity prachových porézních zrn pomocí válcování.Since there was no technological intervention other than rolling and the tests were carried out under identical conditions, it is clear that the clear cause of the beneficial changes in ballistic results and improvement in powder quality in the above cases is the change in the distribution dependence of the pore volume on its size and the creation of effective porosity of the powder porous grains by rolling.

,96172,96172

Na výkresu je vidět, že při válcování došlo za poměrného stlačení 0,94 k vytvoření nové struktury vznikem nových pórů přibližně v oblasti od relativního vnitřního objemu V_rei< 50 Z a poloměru pórů r <C10“^m.The drawing shows that during rolling, at a relative compression of 0.94, a new structure was created by the formation of new pores approximately in the area of the relative internal volume V _re i < 50 Z and the pore radius r < C10“^m.

Při válcování za poměrného stlačení 0,56 došlo jíž k trvalé deformaci a prach po projití válci má diskovítý tvar. Při této trvalé deformaci došlo navíc ke zhutnění prachu, tj. ztrátě vnitřního volného objemu, přibližně o 34 % původního objemu pórů .When rolling at a relative compression of 0.56, permanent deformation occurred and the powder after passing through the roller has a disk-shaped shape. This permanent deformation also resulted in compaction of the powder, i.e. loss of internal free volume, by approximately 34% of the original pore volume.

Výkonu zbraně bylo dosaženo s náplní o 0,25 g menší než prachu neválcovaného /viz tabulka 1/, přičemž maximální tlaky .ve zbrani vzrostly nad přípustné hodnoty; tímto prachem nelze dosáhnout předepsaných hodnot, nebot snížení tlaku lze dosáhnout pouze snížením hmotnosti náplně, což má za následek nepřípustné snížení ústové rychlosti, což znamená, že válcování prachu s cílem změny geometrických tvarů /sféra na disk/ a zmenšení balistické tlouštky prachu nebylo zde řešením.The weapon's performance was achieved with a charge 0.25 g smaller than the unrolled powder /see table 1/, while the maximum pressures in the weapon increased above the permissible values; the prescribed values cannot be achieved with this powder, since a pressure reduction can only be achieved by reducing the weight of the charge, which results in an unacceptable reduction in muzzle velocity, which means that rolling the powder with the aim of changing the geometric shapes /sphere to disk/ and reducing the ballistic thickness of the powder was not a solution here.

příklad 2example 2

Obdobných výsledků bylo dosaženo válcováním prachového zrna za podmínek stejných jako v příkladu 1, avšak s tím rozdílem, že prachové zrno bylo válcováno s přebytkemSimilar results were achieved by rolling the powder grain under the same conditions as in Example 1, but with the difference that the powder grain was rolled with an excess of

technologické technological vody, která měla v jednotli- waters that had in particular vých případech in cases i toto složení: and this composition: a/ and/ 0,2 0.2 hmotnostní % dextrinu, % by weight of dextrin, b/ b/ 0,5 0.5 hmo t . mass . 7. KNO3 + 0,2 hmot. Z klihu, 7. KNO3 + 0.2 wt. From glue, c/ c/ 0,2 0.2 hmo t. hmo t. Z klihu, From glue, d/ d/ 0,1 0.1 hmot. mass Z sorbitu + 0,3 hmot. Z dextri From sorbitol + 0.3 wt. From dextri e/ e/ 0,3 0.3 hmot. mass nu , Z dextrinu + 0,5 hmot. Z Na₂S0^, nu , Z dextrin + 0.5 wt. Z Na ₂ S0^, f/ f/ 0,5 0.5 hmot ♦ mass ♦ Z KN0₃ a From KN0 ₃ and g/ g/ 0,7 0.7 hmot · mass · Z Na₂SO₄. From Na ₂ SO ₄ .

V případech e/ až g/ byl přítomen octan ethylna^tý v množství 0,05 hmot.In cases e/ to g/, ethyl acetate was present in an amount of 0.05 wt.

V případě c/ byl přítomen ethylalkohol v množství 0,08 hmot. 7..In case c/, ethyl alcohol was present in an amount of 0.08 wt. 7.

Povrchová úprava prachu se může provádět jak po válcování, tak také před válcováním prachového zrna.The surface treatment of the powder can be carried out both after rolling and before rolling the powder grain.

Claims

Method for rolling a powder grain, characterized in that when passing through the rollers the powder grain is subjected to a pressure causing its compression by at most 1/3 of their original diameter, wherein water or process water containing at most

OF THE INVENTION

7. substances used in the manufacture, such as electrolytes, for example sodium sulphate or potassium nitrate, and / or protective colloids, for example sorbitol, sucrose, glucose, dextrin or glues, or in the manufacture of used sweating solvents, for example ethyl alcohol or ethyl acetate.