DE102013100930B3 - Manufacturing cartridge case, comprises e.g. providing first- and second workpiece parts, two-dimensionally joining two workpiece parts, and forming workpiece produced from two joined workpiece parts to produce cylindrical sleeve - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Patronenhülse.The present invention relates to a method for producing a cartridge case.
In der Regel werden Patronenhülsen aus einem Werkstoff mit ausreichender Festigkeit hergestellt, damit die Patronenhülse beim Zünden der Ladung nicht einreißt und im Patronenlager verklemmt. Häufig werden Patronenhülsen aus Messing hergestellt. Messing hat den Nachteil, dass die Patronen dadurch sehr schwer werden. Insbesondere bei der Beladung von Fahrzeugen oder Flugzeugen ist dieses Gewicht nachteilig.In general, cartridge cases are made of a material with sufficient strength so that the cartridge case does not tear when igniting the charge and jammed in the chamber. Often cartridge cases are made of brass. Brass has the disadvantage that the cartridges are very heavy. Especially with the loading of vehicles or aircraft, this weight is disadvantageous.
Seit langem wurden Versuche unternommen, Patronenhülsen aus einem leichteren Material herzustellen, beispielsweise aus Aluminium. Allerdings hat sich schon früh gezeigt, dass Aluminium-Patronenhülsen den Belastungen beim Schuss nicht ohne weiteres Stand halten. Deshalb wird beispielsweise in
Neben Versuchen die Legierungsbestandteile einer Aluminiumlegierung zu verändern, um eine leichte und dennoch ausreichend stabile Patronenhülse zu erhalten, sind auch andere Entwicklungsansätze verfolgt werden. Zum Beispiel schlägt
Eine Patronenhülse aus Aluminium ist auch aus
Zur Erzielung einer ausreichenden Stabilität einer Patronenhülse mit einem Mantel aus Aluminium schlägt
Aus
Aus
Eine Umformmaschine mit einer Schweißeinheit ist in
Das Herstellen einer Patronenhülse aus zwei unterschiedlichen, Metall enthaltenden Werkstoffen ist zwar bekannt, jedoch aufwendig. Es hat sich gezeigt, dass beispielsweise das Aufeinanderlegen von zwei Ronden aus unterschiedlichen Werkstoffen und das Anschließende Umformen in einer Presse keine ausreichende Verbindung zwischen den beiden Werkstoffen gewährleistet. Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bei der zunächst zwei Patronenhülsenteile hergestellt und anschließend miteinander verbunden werden, sind zeitaufwändig und teuer und daher für die Massenherstellung ungeeignet.The production of a cartridge case of two different, metal-containing materials is known, but consuming. It has been shown that, for example, the superimposition of two blanks made of different materials and the subsequent forming in a press does not ensure a sufficient connection between the two materials. The known from the prior art method in which initially two cartridge sleeve parts are prepared and then joined together, are time consuming and expensive and therefore unsuitable for mass production.
Ausgehend vom bekannten Stand der Technik kann es daher als eine Aufgabe der Erfindung angesehen werden, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von leichten Patronenhülsen zu schaffen, die eine ausreichende Festigkeit aufweisen.Starting from the known prior art, it can therefore be regarded as an object of the invention to provide a cost-effective method for the production of lightweight cartridge cases, which have a sufficient strength.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 7 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a method having the features of claim 7.
Zur Herstellung der Patronenhülse wird bei einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren ein erstes Werkstückteil aus einem Metall enthaltenden ersten Werkstoff sowie ein zweites Werkstückteil aus einem Metall enthaltenden zweiten Werkstoff bereitgestellt. Die beiden Werkstoffe können bei einem Ausführungsbeispiel jeweils eine Aluminiumlegierung sein. Die Härte oder Festigkeit des zweiten Werkstoffs ist größer als die des ersten Werkstoffs, was durch unterschiedliche Bearbeitungsverfahren oder Legierungsbestandteile bewirkt werden kann. Jedes der Werkstückteile weist eine Fügefläche auf, wobei die beiden Werkstückteile an ihren Fügeflächen flächig miteinander verbunden werden. Nach dem flächigen Verbinden der beiden Werkstückteile entsteht ein Werkstück, das anschließend in einer Presse zur Patronenhülse umgeformt wird. Vorzugsweise erfolgt das Umformen des Werkstücks durch Fließpressen. Dabei entsteht eine Patronenhülse, deren geschlossener Bodenabschnitt aus dem zweiten Werkstoff des zweiten Werkstückteils und deren Mantelabschnitt im Wesentlichen aus dem ersten Werkstoff des ersten Werkstückteils besteht. Zwischen dem Bodenabschnitt und dem Mantelabschnitt kann ein Überlappungsbereich existieren, indem beide Werkstoffe vorhanden sind. For producing the cartridge case, in a first method according to the invention a first workpiece part made of a first material containing metal and a second workpiece part made of a second material containing metal are provided. The two materials may each be an aluminum alloy in one embodiment. The hardness or strength of the second material is greater than that of the first material, which can be effected by different processing methods or alloying components. Each of the workpiece parts has a joining surface, wherein the two workpiece parts are connected flat at their joining surfaces. After two-dimensional joining of the two workpiece parts, a workpiece is produced, which is subsequently shaped in a press to form the cartridge case. Preferably, the forming of the workpiece is carried out by extrusion. This results in a cartridge case, the closed bottom portion of the second material of the second workpiece part and the shell portion consists essentially of the first material of the first workpiece part. An overlap area may exist between the bottom portion and the skirt portion by having both materials present.
Wichtig bei dem Verbinden der beiden Werkstückteile ist das Eliminieren der Metalloxidschicht, die auf den Fügeflächen vorhanden ist. Werden für die beiden Werkstoffe jeweils Aluminiumlegierungen verwendet, handelt es sich bei der Metalloxidschicht um eine Aluminiumoxidschicht. Eine solche Oxidschicht verhindert eine ausreichend feste Verbindung, was beim anschließenden Umformen dazu führt, dass die Patronenhülse im Übergangsbereich zwischen den beiden Werkstoffen Schwachstellen aufweist, an denen die Patronenhülse bei der Zündung der Ladung reißen bzw. brechen kann.Important in the joining of the two workpiece parts is the elimination of the metal oxide layer, which is present on the joining surfaces. If aluminum alloys are used for the two materials, the metal oxide layer is an aluminum oxide layer. Such an oxide layer prevents a sufficiently strong connection, which in the subsequent forming leads to the fact that the cartridge case in the transition region between the two materials has weak points at which the cartridge case can break or break when the charge ignites.
Um dieses Problem zu vermeiden, ist bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, die Metalloxidschichten auf den Fügeflächen vor oder während der Verbindung der beiden Werkstückteile miteinander zu entfernen. Dadurch wird eine flächige sichere Verbindung zwischen den beiden Werkstoffen bzw. zwischen den beiden Werkstückteilen erreicht, so dass auch beim Umformen des Werkstücks keine Schwachstellen entstehen. Die so hergestellte Patronenhülse weist im Bodenabschnitt eine ausreichend hohe Festigkeit auf, die den Belastungen beim Zünden der Ladung standhält. Außerdem ist das Gewicht der Patronenhülse reduziert. Durch das Verbinden der beiden Werkstoffe bzw. Werkstückteile zu einem Werkstück vor dem Umformen kann die Umformpresse mit hohen Hubzahlen arbeiten und es wird ein effizientes und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung der Patronenhülse erreicht.In order to avoid this problem, it is provided in a method according to the invention to remove the metal oxide layers on the joining surfaces before or during the connection of the two workpiece parts with one another. As a result, a surface secure connection between the two materials or between the two workpiece parts is achieved, so that no weaknesses arise during forming of the workpiece. The cartridge case thus produced has in the bottom portion of a sufficiently high strength, which withstands the charges when igniting the charge. In addition, the weight of the cartridge case is reduced. By connecting the two materials or workpiece parts to a workpiece before forming the forming press can work with high stroke rates and it is an efficient and inexpensive method for producing the cartridge case achieved.
Zur Entfernung der Metalloxidschicht beim ersten erfindungsgemäßen Verfahren gibt es abhängig von dem verwendeten Verbindungsverfahren verschiedene Möglichkeiten:
Beispielsweise kann die Metalloxidschicht durch Beizen, durch Wärmezufuhr oder Laserbehandlung entfernt und die beiden Werkstückteile anschließend durch Plattieren, insbesondere Walzplattieren miteinander verbunden werden. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für Gesamtdicken des Werkstücks von bis zu etwa 3 mm. In soweit können aus einem solchen Werkstück Patronenhülsen mit kleinem Kaliber hergestellt werden.For removing the metal oxide layer in the first process according to the invention, there are various possibilities, depending on the bonding method used:
For example, the metal oxide layer can be removed by pickling, by heat or laser treatment and the two workpiece parts are then connected to one another by plating, in particular roll-plating. This method is particularly suitable for total thickness of the workpiece of up to about 3 mm. As far as can be made of such a workpiece cartridge cases with a small caliber.
Alternativ hierzu kann die Metalloxidschicht durch Verwendung eines Lots oder Verbindungswerkstoffs als Zwischenlage beim Plattieren oder Walzplattieren sozusagen unschädlich gemacht werden. Als Zwischenlage wird dabei für das Plattieren oder Walzplattieren ein Werkstoff verwendet, der eine höhere Sauerstoffaffinität aufweist, als das Metall des ersten und zweiten Werkstoffs. Dadurch kann trotz vorhandener Metalloxidschicht eine stabile und feste flächige Verbindung zwischen den beiden Werkstückteilen erreicht werden. Beispielsweise eignet sich als Werkstoff für die Zwischenlage ein kupferbasierter Werkstoff, wenn der erste und/oder der zweite Werkstoff Aluminium enthält.Alternatively, the metal oxide layer can be rendered harmless, as it were, by using a solder or bonding material as an intermediate in plating or roll cladding. As an intermediate layer, a material is used for plating or roll cladding which has a higher oxygen affinity than the metal of the first and second material. As a result, in spite of the existing metal oxide layer, a stable and solid surface connection between the two workpiece parts can be achieved. For example, a copper-based material is suitable as a material for the intermediate layer when the first and / or the second material contains aluminum.
Es ist auch möglich, die beiden Werkstückteile durch Impulsmagnetschweißen miteinander zu verbinden. Insbesondere wird dabei an einem Werkstück die Fügefläche so ausgebildet, dass sie nicht parallel zur Fügefläche des anderen Werkstückteils verläuft. Die eine Fügefläche steigt vielmehr ausgehend von allen Seitenkanten zu einer vorspringenden Stelle in einem mittleren Bereich der Fügefläche an. Beispielsweise kann das betreffende Werkstückteil im Bereich der Fügefläche eine kegelförmige, eine pyramidenförmige, eine kegelstumpfförmige oder eine pyramidenstumpfförmige Gestalt aufweisen. Beim aneinanderlegen bilden sich daher ringsum die vorspringende Stelle ein keilförmiger Spalt. Durch das Magnetfeld beim Impulsmagnetschweißen werden die beiden Fügeflächen mit großer Geschwindigkeit ausgehend von dieser vorspringenden Stelle aneinander angelegt, wobei das auf den beiden Fügeflächen vorhandene Metalloxid in alle Richtungen aus dem Spalt ausgetragen wird und sozusagen seitlich ausspritzen. Es entsteht eine feste Schweißverbindung.It is also possible to connect the two workpiece parts by pulsed magnetic welding. In particular, the joining surface is formed on a workpiece such that it does not run parallel to the joining surface of the other workpiece part. Rather, the one joining surface, starting from all side edges, rises to a projecting point in a central region of the joining surface. For example, the relevant workpiece part in the region of the joining surface have a conical, a pyramidal, a frusto-conical or a truncated pyramidal shape. When juxtaposed, therefore, form around the protruding point a wedge-shaped gap. Due to the magnetic field in pulsed magnetic welding, the two joining surfaces are applied at high speed starting from this projecting point to each other, wherein the metal oxide present on the two joining surfaces is discharged in all directions from the gap and eject so to speak laterally. It creates a solid weld.
Es ist weiterhin möglich, die beiden Werkstückteile durch Reibschweißen miteinander zu verbinden. Die beiden Fügeflächen sind dabei vorzugsweise als plane Flächen ausgestaltet. Durch die Relativdrehung der beiden Fügeflächen gegeneinander während des Reibschweißens wird die Metalloxidschicht entfernt und das Metalloxid radial nach außen ausgetragen, so dass auch hier eine feste Verbindung zwischen den beiden Werkstückteilen entsteht.It is also possible to connect the two workpiece parts by friction welding. The two joining surfaces are preferably configured as flat surfaces. Due to the relative rotation of the two joining surfaces against each other during the friction welding, the metal oxide layer is removed and the metal oxide discharged radially outward, so that here too a solid Connection between the two workpiece parts is created.
Es ist weiterhin möglich, die beiden Werkstückteile durch Kondensatorentladungsschweißen miteinander zu verbinden. Insbesondere ist dabei an der Fügefläche eines Werkstückteils ein Vorsprung bzw. eine Erhebung vorhanden. An der Erhebung liegen die beiden Fügeflächen aneinander an. Neben der Erhebung ist zwischen den beiden Fügeflächen zunächst ein Spalt vorhanden. Durch das Entladen des Kondensators beim Kondensatorentladungsschweißen wird an der Erhebung eine besonders hohe Stromdichte erreicht. Das Material verflüssigt sich und es entsteht eine Art Plasmawolke, die sich im Spalt nach außen ausdehnt und die Metalloxidschichten auf den Fügeflächen abträgt.It is also possible to connect the two workpiece parts by capacitor discharge welding. In particular, a projection or an elevation is present at the joining surface of a workpiece part. At the survey, the two joining surfaces abut each other. In addition to the survey, there is initially a gap between the two joining surfaces. By discharging the capacitor in the capacitor discharge welding a particularly high current density is achieved at the survey. The material liquefies and creates a kind of plasma cloud, which expands outwards in the gap and removes the metal oxide layers on the joint surfaces.
Bei einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren wird das Werkstück, das aus dem ersten Werkstoff und dem zweiten Werkstoff besteht, durch Gießen in einer Gussform hergestellt. Die Gussform weist zwei durch eine bewegliche Trennwand voneinander getrennte Formabschnitte auf. Der verflüssigte erste bzw. zweite Werkstoff wird in den jeweils zugeordneten Formabschnitt eingefüllt. Durch das schrittweise oder kontinuierlich langsame Herausziehen der Trennwand beim Erstarren der beiden Werkstoffe werden die beiden Werkstoffe flächig miteinander verbunden. Dieses Verfahren kann unter Ausschluss von Sauerstoff durchgeführt werden, so dass sich keine Metalloxidschicht im Verbindungsbereich der beiden Werkstoffe bilden kann und mithin eine feste Verbindung zwischen den beiden Werkstoffen bei der Herstellung des Werkstücks durch das Gießen entsteht.In a second method according to the invention, the workpiece, which consists of the first material and the second material, is produced by casting in a casting mold. The casting mold has two mold sections separated from each other by a movable partition wall. The liquefied first or second material is filled into the respective associated mold section. The gradual or continuous slow withdrawal of the partition during solidification of the two materials, the two materials are connected flat. This process can be carried out in the absence of oxygen, so that no metal oxide layer can form in the joining region of the two materials and thus a firm connection between the two materials is produced during the production of the workpiece by the casting.
Bei beiden erfindungsgemäßen Verfahren ist der erste Werkstoff durch eine Aluminiumlegierung gebildet sein, die kein Kupfer enthält. Dadurch lässt sich der Mantelabschnitt der Patronenhülse ohne Wärmebehandlung verformen, beispielsweise um den Endabschnitt im Bereich des offenen Endes der Patronenhülse einzuziehen. Als zweiter Werkstoff kann beispielsweise Aluminium, Messing oder Stahl verwendet werden oder eine Legierung, die wenigstens einen dieser Bestandteile aufweist.In both methods according to the invention, the first material is formed by an aluminum alloy containing no copper. As a result, the shell portion of the cartridge case can be deformed without heat treatment, for example, to collect the end portion in the region of the open end of the cartridge case. As a second material, for example, aluminum, brass or steel may be used or an alloy having at least one of these constituents.
Da eine Wärme- oder Glühbehandlung der Patronenhülse vermieden ist, wird eine Versprödung des ersten Werkstoffes am Bodenabschnitt – also auch am Rand des Patronenhülsenbodens – vermieden, weil das überetektische Silizium nicht an den Korngrenzen abgeschieden wird. Dadurch besteht nicht die Gefahr, dass die Patronenhülse beim Herausziehen aus dem Patronenlager nach Abgabe des Schusses bricht.Since a heat or annealing treatment of the cartridge case is avoided, embrittlement of the first material at the bottom portion - including at the edge of the cartridge case bottom - avoided because the überetektische silicon is not deposited at the grain boundaries. As a result, there is no risk that the cartridge case breaks when pulling out of the chamber after delivery of the shot.
Vorzugsweise ist die Dicke der Schicht aus dem ersten Werkstoff größer als die Dicke der Schicht aus dem zweiten Werkstoff des zur Umformung hergestellten Werkstücks. Beispielsweise kann die Dicke der Schicht des ersten Werkstoffes 12 bis 14 mm und die Dicke der Schicht des zweiten Werkstoffes 6 bis 8 mm betragen.Preferably, the thickness of the layer of the first material is greater than the thickness of the layer of the second material of the workpiece produced for forming. For example, the thickness of the layer of the first material 12 to 14 mm and the thickness of the layer of the second material 6 to 8 mm.
Beim Umformen des Werkstücks zur Herstellung der Patronenhülse wird zunächst eine zylindrische Hülse hergestellt, beispielsweise durch einen ein- oder mehrstufigen Fließpressvorgang. Anschließend wird der Durchmesser des Endabschnitts mit dem offenen Ende der zylindrischen Hülse verringert, die Hülse wird im Endabschnitt also eingezogen. Dieses Einziehen erfolgt insbesondere ohne vorherige Wärmezufuhr. Nach dem Einziehen wird die Patronenhülse durch einen Trennvorgang auf die gewünschte Länge zurechtgeschnitten. Vor oder nach dem Einziehen wird der Bodenabschnitt umgeformt. Dabei kann beispielsweise ein Zündloch und/oder eine Auswerferrille hergestellt werden.When forming the workpiece for producing the cartridge case, a cylindrical sleeve is first produced, for example by a one-stage or multi-stage extrusion process. Subsequently, the diameter of the end portion is reduced with the open end of the cylindrical sleeve, the sleeve is thus retracted in the end portion. This retraction takes place in particular without prior heat. After retraction, the cartridge case is cut to length by a separation process to the desired length. Before or after drawing in, the bottom section is reshaped. In this case, for example, a ignition hole and / or an ejector groove can be produced.
Bei allen dieser Verbindungsverfahren kann sehr kostengünstig eine stabile Verbindung zwischen den beiden Werkstückteilen vor dem Umformen erreicht werden. Das Umformen selbst kann mit hohen Hubzahlen erfolgen.In all of these connection methods, a stable connection between the two workpiece parts can be achieved very cost-effectively before forming. The forming itself can be done with high stroke rates.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. Die Beschreibung beschränkt sich auf wesentliche Merkmale der Erfindung. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description. The description is limited to essential features of the invention. The drawing is to be used as a supplement. Hereinafter, embodiments of the invention will be explained in detail with reference to the drawing. Show it:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Patronenhülse
Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens soll eine leichte und dennoch ausreichend stabile Patronenhülse
Aus diesen beiden Werkstoffen W1, W2 wird ein Werkstück
Das Werkstück
In den einen Formabschnitt
Es ist dabei zusätzlich möglich, auf bewegliche Wände oder Wandabschnitte der Gussform
Es wird somit ein Werkstück
Zur Herstellung des Werkstücks
Beim Verbindung der beiden Werkstücketeile
Beispielsgemäß ist daher vorgeschlagen, die Metalloxidschicht
Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der
Alternativ hierzu kann die Metalloxidschicht
In
Eine weitere Verbindungsmöglichkeit der beiden Werkstückteile
Über eine Spule wird ein Magnetfeld M erzeugt, das zumindest auf das erste Werkstückteil
In den
Ausgehend von dem Werkstück
Anschließend wird in einem zweiten Schritt aus dem Becher
Die zylindrische Hülse
Das Einziehen der zylindrischen Hülse
Wie in
Die in den
Schließlich wird im letzten Schritt (
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Patronenhülse
Die beiden Werkstoffe W1, W2 werden zur Herstellung eines Werkstücks
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 2020
- Patronenhülsecartridge case
- 2121
- Bodenabschnittbottom section
- 2222
- Mantelabschnittshell section
- 2323
- Hohlraumcavity
- 2424
- offenes Endeopen end
- 2525
- Werkstückworkpiece
- 3030
- Gussformmold
- 3131
- Trennwandpartition wall
- 3232
- Formabschnittmold section
- 3333
- Formabschnittmold section
- 3737
- erstes Werkstückteilfirst workpiece part
- 3838
- zweites Werkstückteilsecond workpiece part
- 3939
- erste Fügeflächefirst joining surface
- 4040
- zweite Fügeflächesecond joint surface
- 4141
- Metalloxidschichtmetal
- 4242
- Zwischenlageliner
- 4646
- Erhebungsurvey
- 4747
- Spitzetop
- 5555
- Bechercups
- 5656
- zylindrische Hülsecylindrical sleeve
- 5757
- Zwischenstufeintermediate stage
- 5858
- Zündlochtouchhole
- 5959
- Endabschnittend
- 59a59a
- konischer Teilconical part
- 59b59b
- zylindrischer Teilcylindrical part
- 6060
- AuswerferrilleAuswerferrille
- DD
- Drehachseaxis of rotation
- FF
- Druckkraftthrust
- MM
- Magnetfeldmagnetic field
- W1W1
- erster Werkstofffirst material
- W2W2
- zweiter Werkstoffsecond material
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