DE2506883C1

DE2506883C1 - Process for the production of high explosive molded articles

Info

Publication number: DE2506883C1
Application number: DE19752506883
Authority: DE
Inventors: Heinrich Hofmann; Dietmar Kuehnl; Anton Dipl-Chem Dr Reichel; Theodor Rosendorfer
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1975-02-19
Filing date: 1975-02-19
Publication date: 1980-10-02
Also published as: GB1588621A; FR2436119A1; BE838727A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Hochbrisanz-Sprengstofformkörpern mit einem hohen Anteil an mindestens einem, bei der Herstellung nicht zu schmelzenden Hochbrisanz-Sprengstoff, insbesondere Hexogen, und mit einem geringeren Anteil an mindestens einem, bei der Herstellung zu schmelzenden, weniger wertvollen Sprengstoff, insbesondere TNT oder Bindern oder Wachsen, wobei als Ausgangsmaterial gekörnter Hochbrisanz-Sprengstoff dient, dessen Körner mit einem Überzug aus dem weniger wertvollen Sprengstoff oder mit einem Binder oder Wachs umgeben sind.The invention relates to a method for producing high-explosive molded articles with a high proportion of at least one high-explosive explosive that cannot be melted during manufacture, in particular hexogen, and with a smaller proportion of at least one in which Manufacture to be melted, less valuable explosives, especially TNT or binders or Waxing, with granular high-explosive explosives used as the starting material, the granules of which are also used a coating of the less valuable explosives or with a binder or wax.

Aus Hexogen und TNT bestehende Sprengstofformkörper sind in der deutschen Patentschrift 12 07 842 beschrieben. Hierbei wird der Sprengstoffkörper durch Vergießen einer erhitzten Suspension aus dem festen hochwertigen Sprengstoffanteil und aus dem geschmolzenen Sprengstoffanteil TNT hergestellt. Folgende besondere Verfahrensschritte sind dabei nach dem Einfüllen der Schmelze in die Gießform vorgesehen:Formed explosives consisting of hexogen and TNT are disclosed in German patent specification 12 07 842 described. Here, the explosive body is made by pouring a heated suspension from the solid high quality explosives and made from the melted explosives TNT. The following special process steps are provided after the melt has been poured into the casting mold:

a) Verdichten des festen Sprengstoffanteils der Suspension in der beheizten Form mittels eines hohlen, an seiner Stirnseite durchlässigen, ebenfalls beheizten Auflaststempels,a) Compaction of the solid explosive fraction of the suspension in the heated form by means of a hollow, also heated surcharge stamp, permeable on its front side,

b) nach Verdichten des festen Sprengstoffanteils Einwirken eines atmosphärischen Überdrucks auf den geschmolzenen Anteil und Entfernen des Auflaststempels durch diesen Überdruck undb) after the solid explosive component has been compressed, the action of an atmospheric overpressure the molten portion and removal of the load stamp by this overpressure and

c) weitere Unterdrucksetzung durch atmosphärischen Überdruck des geschmolzenen Anteils bis zu dessen Erstarrung.c) further pressurization of the molten fraction by overpressure of atmospheric pressure up to its solidification.

Auch aus der DE-OS 21 31 282 geht ein Herstellungsverfahren für aus den beiden Sprengstoffen Hexogen und TNT bestehenden Formkörpern hervor, wobei beide Sprengstoffe nur durch Schmelzen des TNT in eine Suspension verwandelt und dann vergossen werden.DE-OS 21 31 282 also describes a manufacturing process for hexogen from the two explosives and TNT existing moldings, both explosives only by melting the TNT in transformed into a suspension and then poured.

Auf diese Weise hergestellte Hochbrisanz-Sprengstofformkörper finden insbesondere Verwendung als Hohlladungen, von denen eine hohe Leistungsdichte, Rotationssymmetrie, chemisch-physikalische Homogenität und, um Rissefreiheit zu garantieren, Unempfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen und mechanische Belastungen gefordert wird. Erst die Erfüllung all dieser Eigenschaften garantiert die Ausbildung eines einwandfreien Hohlladungsstachels höchster Durchschlagsleistung. Das Verdichten des festen wertvollen Hexogens schafft die Voraussetzung für eine hohe spezifische Sprengleistung. Die Homogenität der Ladung und deren Rissefreiheit ergeben einen rotationssymmetrischen Kollaps der Metallauskleidung des Hohlladungstrichters, was in Verbindung mit der Detonationswellenlenkung, der Art der Auskleidung und dem Auskleidungswinkel zu einem langgestreckten, spitzen und damit durchschlagskräftigen Hohlladungs-Stachel mit exakt hintereinanderliegender Folge seiner Partikel führt.Highly explosive molded bodies produced in this way are used in particular as Shaped charges, of which a high power density, rotational symmetry, chemical-physical homogeneity and, in order to guarantee freedom from cracks, insensitivity to temperature fluctuations and mechanical ones Loads is required. Only the fulfillment of all these properties guarantees the formation of a flawless shaped charge spike with the highest penetration capacity. Compacting the solid valuable Hexogens creates the prerequisites for a high specific blasting performance. The homogeneity of the Charge and its absence of cracks result in a rotationally symmetrical collapse of the metal lining of the Hollow charge funnel, what in connection with the detonation wave steering, the type of lining and the liner angle to an elongated, pointed and thus powerful shaped charge spike with exactly one behind the other sequence of its particles leads.

Wie bereits erwähnt, werden solche Hochbrisanz-Sprengstofformkörper durch Vergießen einer Suspension mit den beiden in Rede stehenden Sprengstoffkomponenten hergestellt, wovon die eine dabei in flüssiger und die andere in fester Phase vorliegt. Das Vergießen solcher, in ihren Aggregatszuständen hybrider Sprengstoffmassen ist apparatemäßig nicht nur wirtschaftlich aufwendig und zeitraubend, sondern kann auch, wenn bestimmte Herstellungsparameter nicht eingehalten werden, zu einer nicht mehr tragbaren Qualitätsminderung oder zu gewissen Mangelerscheinungen bei den Sprengladungen führen.
Wie schon angedeutet, können extreme Temperatur-Schwankungen, denen die Gefechtsköpfe in Wüsten und arktischen Regionen ausgesetzt sind, große innere Spannungen im Sprengladungsformkörper und damit Rissebildungen verursachen. Diese Tendenz wird noch verstärkt dadurch, daß der chemische Sprengstoff wesentlich größere positive und negative Dehnungen aufweist als die aus Metall bestehende Gefechtskopfhülle. Außerdem sind die Sprengstoffe als solche in ihrer Chemie relativ rasch Alterserscheinungen unterworfen, die sich hauptsächlich ebenfalls in Rißbildungen zeigen.As already mentioned, such high-explosive molded bodies are produced by casting a suspension with the two explosive components in question, one of which is in the liquid phase and the other in the solid phase. The casting of such, in their aggregate states, hybrid explosive masses is not only economically expensive and time-consuming in terms of apparatus, but can also lead to an unsustainable reduction in quality or to certain deficiencies in the explosive charges if certain manufacturing parameters are not adhered to.
As already indicated, extreme temperature fluctuations to which the warheads in deserts and arctic regions are exposed can cause great internal stresses in the shaped explosive charge and thus the formation of cracks. This tendency is exacerbated by the fact that the chemical explosive exhibits significantly greater positive and negative expansions than the metal warhead cover. In addition, the chemistry of the explosives as such is subject to aging relatively quickly, which are also mainly shown in the form of cracks.

Besonders Längsrisse und Risse im vorderen Teil der Ladung, also in der Nähe der Trichterauskleidung, wirken sich insofern verheerend auf die Ausbildung eines durchschlagskräftigen Stachels aus, als im Bereich der Längsrisse die Detonationsfront örtlich vorauseilt und dadurch ein rotationsmäßig unsymmetrischer Kollaps zustande kommt, der einen zerstreuten Stachel mit nur einem Bruchteil der installierten Durchschlagsleistung aufbringt.Especially longitudinal cracks and cracks in the front part of the cargo, i.e. near the hopper lining, have a devastating effect on the formation of a powerful sting, as in the area the longitudinal crack precedes the detonation front locally and thus a rotationally asymmetrical one Collapse comes about, the one dispersed sting with only a fraction of the installed penetration power brings up.

Forschungen und Versuche haben bestätigt, daß verschiedene Parameter bei der gießtechnischen Herstellung von Hohlladungen für deren Unempfindlichkeit gegen Rißbildung und für ihre mechanische Festigkeit verantwortlich sind. So weiß man, daß beim Erstarren des in der Sprengstoffsuspension geschmolzenen TNT (Schmelzpunkt 80,6° C), abhängig von der Temperaturhöhe des Kristallisationspunktes, sich verschiedene Kristallformen des TNT mit unterschiedlichen Eigenschaften bilden. Liegt der Kristallisationspunkt über 70° C, z. B. bei 75° C, so entstehen langgezogene, grobe TNT-Kristalle mit gutem Verbindungsvermögen zu den benachbarten Hexogenkörnern und sehr geringer Rißanfälligkeit gegenüber inneren Spannungen aufgrund hoher Temperaturschwankungen und äußeren Gewalteinwirkungen, z. B. beim Verladen und während des Transports der Gefechtsköpfe. Dagegen liefern Kristallisationen mit niedriger Erstarrungstemperatur, z. B. 50 bis 65° C, ein feinkristallines Gefüge mit unbefriedigenden Festigkeitsergebnissen bzw. rißanfäl-Research and tests have confirmed that various parameters in the casting process production of shaped charges for their insensitivity to cracking and for their mechanical strength are responsible. So it is known that when the TNT melted in the explosive suspension solidifies (Melting point 80.6 ° C), depending on the temperature level of the crystallization point, different Form crystal forms of TNT with different properties. Is the crystallization point above 70 ° C, e.g. B. at 75 ° C, elongated, coarse TNT crystals are formed with good connectivity to the neighboring hexogeneous grains and very low susceptibility to internal stresses due to cracking high temperature fluctuations and external violence, e.g. B. during loading and during the transport of the warheads. In contrast, crystallizations with a low solidification temperature z. B. 50 to 65 ° C, a fine crystalline structure with unsatisfactory strength results or crack susceptibility

ORIGINAL INSPEOTEDORIGINAL INSPEOTED

ligen Ladungen. Die entscheidenden Parameter zur Steuerung der Temperaturhöhe des Erstarrungspunktes Für die TNT-Schmelze sind die Temperaturhöchstgrenze des geschmolzenen TNT und die Haltezeit, während der das bereits geschmolzene TNT auf dieser Höchsttemperatur verbleibt. Dies ist die Gießtemperatur, mit der die erhitzte Suspension in die Formen oder gleich in die Gefechtskopfhüllen eingegossen wird. Versuche haben gezeigt, daß eine zu lange Haltezeit auf Gießtemperatur, z.B. über vier Stunden, den Erstarrungspunkt nach tieferen Temperaturen hin (unter 70° C) genau so verlegt wie eine zu hohe Gießtemperatur, die aus diesem Grund 95° C, im Höchstfall 100° C, nicht überschreiten soll.ligen charges. The decisive parameters for controlling the temperature level of the solidification point For the TNT melt, the maximum temperature limit of the molten TNT and the holding time are during which the already melted TNT remains at this maximum temperature. This is the casting temperature, with which the heated suspension is poured into the molds or into the warhead shells. try have shown that too long a holding time at casting temperature, e.g. over four hours, affects the freezing point after lower temperatures (below 70 ° C) laid in exactly the same way as an excessively high casting temperature, which for this reason should not exceed 95 ° C, at most 100 ° C.

Wie nämlich Untersuchungen bestätigt haben, sind für die Kristallisation beim Abkühlen der Schmelze sogenannte Kristallisationskeime verantwortlich, von denen die Kristallisationsbildung ausgeht und dann sehr rasch abläuft. Die Kristallisationskeime selbst sind, so glaubt man erkannt zu haben, in der flüssigen Phase verbliebene einzelne Kristalle oder Kristallreste, die nur eine begrenzte Zeitdauer und nur bis zu einer gewissen Temperatur über dem Schmelzpunkt existieren und dann ganz verschwinden. Es besteht dabei eine Wechselwirkung zwischen dieser Temperatur und der Haltezeit, d.h., je höher diese Temperatur zum Schmelzen der weniger wertvollen Sprengstoffanteile bzw. die Gießtemperatur ist, desto kürzer muß die Haltezeit sein, während der die Schmelze auf dieser Temperatur verbleiben kann, um noch Kristallisationskeime in der Schmelze »überleben« zu lassen. Umgekehrt gilt: Je länger die benötigte Haltezeit ist, desto tiefer bzw. weniger hoch über dem Schmelzpunkt darf die Gießtemperatur liegen.As investigations have confirmed, are in favor of crystallization when the melt cools down so-called crystallization nuclei responsible, from which the crystallization starts and then very much expires quickly. It is believed that the crystallization nuclei themselves are in the liquid phase Remaining single crystals or crystal residues that only last a limited period of time and only up to a certain time Temperature above the melting point exist and then disappear entirely. There is one Interaction between this temperature and the holding time, i.e. the higher this temperature at the Melting of the less valuable explosives or the casting temperature, the shorter it has to be Hold time during which the melt can remain at this temperature in order to allow crystallization nuclei to "survive" in the melt. Conversely, the following applies: the longer the holding time required, the lower or less high above the melting point the casting temperature may be.

Andererseits besteht jedoch die Forderung, insbesondere bei industrieller Massenfertigung von Gefechtsköpfen, nach einer möglichst hohen Gießtemperatur, um die Suspension gut gießfähig (gießfreudig) zu halten, wodurch ein Gießling mit besserer Gießstruktur erreicht und die Sedimentationsfähigkeit gefördert bzw. die Sedimentationszeit bei gleicher Sedimentationsdichte herabgesetzt wird. TNT schmilzt bei 80,6° C. Die Toleranzzone für die zur Erzielung eines möglichst hohen Kristallisationspunktes nach oben begrenzten (möglichst niedrigen) Gießtemperaturen einerseits und für die hinsichtlich der Gießfreudigkeit der Sprengstoffsuspension erforderlichen (möglichst hohen) Gießtemperaturen andererseits ist bei einer industriellen Massenfertigung mit Rücksicht auf wirtschaftliche, d. h. möglichst große Gießmengen (Chargen) nicht allzu breit. Außerdem spielt noch, wie bereits erwähnt, die Haltezeit für die Gießtemperatur eine entscheidende Rolle, denn die Schmelze muß während der ganzen Gießzeit, auch dann noch, wenn die letzte der Formen vollgegossen wird und ferner während der nachfolgenden Sedimentation, der Auflastverdichtung und der atmosphärischen Verdichtung der einzelnen Suspensionsmassen in den Formen über ihrem Erstarrungspunkt flüssig gehalten werden.On the other hand, however, there is a requirement, especially in the industrial mass production of warheads, for the highest possible casting temperature, to keep the suspension easily pourable (easy to pour), resulting in a casting with a better pourable structure achieved and the sedimentation capacity promoted or the sedimentation time with the same sedimentation density is reduced. TNT melts at 80.6 ° C. The tolerance zone for achieving a possible high crystallization point upwardly limited (as low as possible) casting temperatures on the one hand and for the (as high as possible) casting temperatures required with regard to the ease of casting of the explosive suspension on the other hand, in an industrial mass production with regard to economic, i. H. As large as possible pouring quantities (batches) not too broad. In addition, as already mentioned, the Holding time for the casting temperature plays a decisive role, because the melt must during the whole Pouring time, even when the last of the molds is fully poured and also during the subsequent ones Sedimentation, the load compaction and the atmospheric compaction of the individual suspension masses be kept liquid in the molds above their freezing point.

Nun hat sich aber bei der industriellen Massenfertigung von Hochbrisanz-Sprengstofformkörpern gezeigt, daß die Einhaltung der erforderlichen relativ engen Herstellungstoleranzen in bezug auf die erwähnten Temperaturgrenzen und konstanten Haltezeiten, bedingt durch die differierende Chemie der Ausgangsstoffe, die apparativen Schwankungen und zulässigen Maß- und Meßungenauigkeiten der verwendeten Geräte, nicht immer möglich ist. Andererseits muß aber aus begreiflichen Gründen die volle militärische Effektivität eines jeden Gefechtskopfes für den Ernstfall auch ladungsseitig unbedingt garantiert sein.However, it has now been shown in the industrial mass production of high-explosive molded articles that that compliance with the required relatively tight manufacturing tolerances with respect to the mentioned Temperature limits and constant holding times, due to the different chemistry of the starting materials, the device fluctuations and permissible dimensional and measurement inaccuracies of the devices used, is not always possible. On the other hand, there must be full military effectiveness for understandable reasons of each warhead must be guaranteed in the event of an emergency, including on the cargo side.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein technisch einfacheres, wirtschaftlicheres, billiger arbeitendes, für die industrielle Massenfertigung geeigneteres und zeitsparenderes Herstellungsverfahren für Hochbrisanz-Sprengstofformkörper vorzuschlagen, das außerdem seitens der Produktion die volle militärische Einsatzleistung sicherstellt.The invention is therefore based on the object of providing a technically simpler, more economical, cheaper working, for industrial mass production more suitable and time-saving manufacturing process for To propose high-explosive molded explosives, which is also fully military on the part of the production Ensures operational performance.

is Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das einleitend angegebene Ausgangsmaterial für die Hochbrisanz-Sprengstofformkörper bei Raumtemperatur in eine Sprengladungsform oder gleich in die Gefechtskopfhülle eingefüllt und dort bis über die Schmelztemperatur des weniger wertvollen Sprengstoffs bzw. Binders oder Wachses erwärmt wird, so daß diese schmelzen, worauf die Schmelze relativ langsam abgekühlt wird.This object is achieved in that the starting material specified in the introduction for the high-explosive molded bodies at room temperature in an explosive charge form or in the warhead casing filled in and there up to above the melting temperature of the less valuable explosives or Binder or wax is heated so that they melt, whereupon the melt relatively slowly is cooled.

Dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren das Aufschmelzen der Sprengstoffsuspension außerhalb der Form oder Gefechtskopfhülle sowie das Gießen selber entfällt, wird in bezug auf den apparativen Aufwand eine wesentliche Vereinfachung der Herstellung und eine erhebliche Verkürzung der Herstellungszeiten erreicht. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist jedoch nicht nur wirtschaftlicher, sondern bringt auch qualitative Vorteile insofern mit sich, als die kritischen Temperaturen und Haltezeiten ohne weiteres eingehalten werden können und beherrschbar sind. Außerdem wird dem bei Hochbrisanz-Sprengstoffen zu beachtenden Sicherheitsrisiko in bezug auf die Begrenzung der Haltezeit der Höchsttemperatur bzw. Gießtemperatur voll Rechnung getragen, da diese nur relativ kurzzeitig, und zwar nur so lange bestehen muß, bis der zu schmelzende Sprengstoffanteil flüssig geworden ist.The fact that in the production process according to the invention the melting of the explosive suspension outside the mold or warhead cover and the casting itself is omitted, is with respect to the Apparatus expenditure a substantial simplification of the production and a considerable shortening of the Manufacturing times reached. However, the manufacturing process according to the invention is not only more economical, but also brings qualitative advantages insofar as the critical temperatures and holding times can be easily complied with and are controllable. In addition, this is the case with high-explosives Safety risk to be observed with regard to the limitation of the holding time of the maximum temperature and casting temperature are fully taken into account, as these only last a relatively short period of time, and indeed only for so long must exist until the explosive to be melted has become liquid.

Beim Aufheizen der Einfüllmasse in der Form kann erfindungsgemäß so verfahren werden, daß, ζ. Β. bei Hexogen und TNT, die Masse zuerst bis unter den Schmelzpunkt von TNT (80,6° C) so lange gehalten wird, bis die ganze Masse durch und durch diese Vorabtemperatur (75° C) eingenommen hat, und daß dann erst über die Schmelztemperatur von TNT auf etwa 92° C gegangen wird, so daß die zuletzt genannte Höchsttemperatur nur eine relativ kurze Zeit gehalten zu werden braucht, um die gesamte Schmelze auf diese Höchsttemperatur (92° C) zu bringen. Dadurch wird vermieden, daß periphere Teile der Ladung bzw. des zu schmelzenden Sprengstoffanteils TNT beim Aufheizen länger als erwünscht auf 92° C gehalten werden, was, wie bereits erwähnt, zum schädlichen Absenken des Kristallisationspunktes beim nachherigen Abkühlvorgang führen würde.
Anstelle von Hexogen kann Oktogen und anstelle von TNT kann Trinitrobenzol verwendet werden.When the filling compound is heated in the mold, the procedure according to the invention is such that, ζ. Β. with Hexogen and TNT, the mass is first held below the melting point of TNT (80.6 ° C) until the whole mass has taken this preliminary temperature (75 ° C) through and through, and only then above the melting temperature TNT is increased to about 92 ° C, so that the last-mentioned maximum temperature only needs to be maintained for a relatively short time in order to bring the entire melt to this maximum temperature (92 ° C). This avoids that peripheral parts of the charge or the explosive component TNT to be melted are kept longer than desired at 92 ° C. during heating, which, as already mentioned, would lead to a harmful lowering of the crystallization point during the subsequent cooling process.
Octogen can be used instead of hexogen and trinitrobenzene can be used instead of TNT.

Als Wachse können künstliche und natürliche Wachse und als Binder Kunststoffe in Form niedrig schmelzender Thermoplaste, wie Polyvinylchlorid, Polyäthylen und Polypropylen, verwendet werden.Artificial and natural waxes can be used as waxes and low-melting plastics can be used as binders Thermoplastics such as polyvinyl chloride, polyethylene and polypropylene can be used.

Claims

Claim:

Process for the production of high-explosive molded bodies with a high proportion of at least one high-explosive explosive that cannot be melted during manufacture, in particular Hexogenic, and with a smaller proportion of at least one to be melted during manufacture, less valuable explosives, especially TNT. or binding or waxing, being as The starting material is granulated high-explosive explosives, the granules of which are made with a coating the less valuable explosives or are surrounded with a binder or wax, thereby characterized in that this starting material is converted into an explosive charge form at room temperature or immediately filled into the warhead shell and there up to above the melting temperature of the less valuable explosives or binder or wax is heated so that they melt, whereupon the Melt is cooled relatively slowly.