EP0012322B1 - Verfahren zur Herstellung metallischer Formkörper, insbesondere Geschosse, mit in metallischer Bettungsmasse eingelagerten diskreten Teilchen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung metallischer Formkörper, insbesondere Geschosse, mit in metallischer Bettungsmasse eingelagerten diskreten Teilchen Download PDF

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EP0012322B1
EP0012322B1 EP79104862A EP79104862A EP0012322B1 EP 0012322 B1 EP0012322 B1 EP 0012322B1 EP 79104862 A EP79104862 A EP 79104862A EP 79104862 A EP79104862 A EP 79104862A EP 0012322 B1 EP0012322 B1 EP 0012322B1
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metallic
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Adolf Weber Te Neunkirchen Bondsrepubliek Duitsla
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    • F42B12/20—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type
    • F42B12/22—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type with fragmentation-hull construction
    • F42B12/32—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type with fragmentation-hull construction the hull or case comprising a plurality of discrete bodies, e.g. steel balls, embedded therein or disposed around the explosive charge
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • Y10T428/12097—Nonparticulate component encloses particles

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of metallic moldings with discrete particles embedded in metallic bedding compound.
  • a method for producing shaped bodies with discrete particles embedded in metallic bedding compound is known.
  • the particles are attached to a metallic support and coated with a bedding compound made of a metal powder.
  • the carrier is isostatically pressed with the particle of the coating and then sintered.
  • Bullet splinters produced by this process show a good splintering effect.
  • the production of this splinter casing is economically complex, since after the sintering there are often bumps of several millimeters in the outer casing which have to be eliminated by a machining process.
  • the raw outer diameter of the splinter casing must be chosen to be relatively large in order to be able to remedy such defects. The amount of material removed from the fragment shell is therefore relatively high.
  • the splintering effect is not reproducible in every case, since during the pressing process the bedding compound reaches the spaces between the particles to different depths.
  • Another disadvantage is that the sintering process can impair the metallurgical properties of the materials used, such as hardness and toughness.
  • the thermal process mentioned limits the number of materials that can be used for discrete particles.
  • a splinter body for splinter projectiles is known from DE-C-2129196.
  • Spherical fragments are filled between two tubular bodies arranged one inside the other.
  • the inner tube body is pressed into the cavities between the splitters by high-pressure forming.
  • the tubular body is pre-fragmented and plated together with the splitters to form a split shell.
  • the high pressure forming can be shocked, e.g. B. by explosion forming or by pressing using a calibration bolt.
  • Such a reshaping has the disadvantage that, due to the degree of deformation moving within a wide range, the splintering effect cannot be reproduced to the extent necessary that very high specific surface pressures occur due to the reshaping force which is not to be uniformly distributed over the splinter shell and which, for example, harden the balls Steel, such as ball bearing steel, break and that the deformation stresses the material of the inner shell beyond the yield strengths and there is an unforeseeable reduction in strength. This reduction also affects the splintering effect.
  • the invention has for its object to provide a molded body for fragments that can be produced economically and has a reproducible splintering effect.
  • the solution to this problem is characterized in the claims.
  • the deformation of the outer shell in the outer shell causes stresses which, together with the compressive stress of the balls, result in a substantial increase in the fragment energy in the particles and the outer shell fragments.
  • the inner shell can be very thin, so that the detonation of the stored explosives requires as little deformation work as possible for the inner shell and as much energy as possible is passed on to the particles through the fragmented inner shell. Due to the deformability applied from the outside, the inner shell is deformed via the outer shell and the particles in the form of spheres. This causes work hardening in the area of the spherical caps deformed by the balls.
  • the particles are molded into the base body in the radial direction and therefore result in zones of higher hardness and therefore greater strength in their area, between the narrow zones of which there is lower strength.
  • the zones of low strength determine fragmentation. Fragmentation therefore requires less energy than an inner shell of uniformly high strength.
  • the empty volume between the base body and the outer shell and the particle is minimized and thus a lot of mass, specifically mass of high density, is available as an energy carrier.
  • the discrete particles are reproducibly pressed against one another and deform in a definite manner in the elastic range or in the elastic range and in the plastic range.
  • Damil transfers the particles essential for the fragmentation of the outer shell to the detona. tion energy fully in the area of their molding into the outer shell, since there is a zonal strength increase in the same way as in the inner shell.
  • the material of the outer and inner shell encloses the particles up to 70% of the particle surface unc.
  • the particles are detonated with a relatively low specific surface pressure4 and not destroyed.
  • the outer shell can also be made of a forged non-ferrous metal, such as measurement or aluminum.
  • the cold deformation does not change the hardness of the discrete particles, because there is no thermal stress.
  • a spacing grid is surprisingly not only necessary for the discrete particles made of hardened steel, heavy metal or depleted uranium, because up to 70% embedding of the balls by the material of the inner and outer shell causes the particles to break when plastically deformed does not occur.
  • a spacing grid is necessary because it is not plastically deformable.
  • the spacing grid is absolutely necessary for balls made of hard metal, since hard metal is not deformable.
  • the spacing grid guarantees the desired embedding of the balls in the material of the parts surrounding them, without the hard metal balls being destroyed.
  • the figures refer to 1 device for circular kneading, 2 molded bodies, 3 base bodies made of solid material, 4 rotating clamping head, 5 mandrel holders, 6 spacers, 7 mandrels, 8 kneading jaws, 10 outer sleeves made of steel C45, 11 base sleeves made of steel C45, 12 hardened balls made of ball bearing steel 100 Cr6, 13 and 14 zones of different pressures, 15 recesses, 18 shoulders, 19 kneading surfaces, 20 manufacturing diameters, 21 diameters, 22 spacing grids, 22 'webs, 23 spacing, 24 inner surface, 25 initial pitch circle, 27 precast circle.
  • the inner sleeve 11 is clamped into the clamping head 4 of the device 1 for circular kneading, which is only indicated.
  • this has a recess 15 delimited by paragraphs 18.
  • the balls 12, the outer sleeve 10 and the inner sleeve 11 are radial due to the fixed or rotating mandrel 7 supported.
  • the kneading jaws 8 have a concave kneading surface 19 with a radius which corresponds approximately to the manufacturing diameter 20 (FIG. 5) of the outer sleeve 10. In addition, funnel-shaped surfaces 19 'are provided. In the axial direction of the molded body 2, the kneading jaws 8 are significantly shorter than the recess 15 extending in the axial direction.
  • the diameters 21 of the base body 3 or inner sleeve 11 correspond to the finished diameter 20.21 'is the tube diameter.
  • the base body 3 according to FIG. 1 is present, it is fastened in the clamping head 4. Opposite to this, a device-side mandrel or a front retainer (not shown) engage on the base body 3.
  • the known kneading process takes place.
  • the kneading jaws 8 simultaneously hit the rotatingly driven molded body 2 according to FIGS. 1 or 2.
  • the distance 6 becomes zero by pressing the inner surface 24 of the outer sleeve 10 against the balls 12.
  • the balls form into the sleeves 10, 11 or sleeve 10 and base body 3 to an increasing extent until the final state is reached according to FIG. 5.
  • the distance 23 becomes zero, since the output pitch circle 25 becomes the smaller finished part circle 27 during forging.
  • the balls 12 are pressed against one another - a compressive stress arises under the balls, and the material of the webs 22 'is laterally displaced.
  • the base body 3 or the inner sleeve 11 supported by the mandrel 7 has zones 13 of higher strength and zones 14 of lower strength corresponding to the shaping of the balls 12.
  • the outer sleeve 10 contains tensile stresses which are caused by deformation of the balls 12 in the elastic or elastic and plastic range.
  • the balls 12 are pressed during kneading and save part of the deformation work (compressive stress). After kneading, the balls 12 release part of the deformability to the outer sleeve 10 and to a small extent to their base (inner sleeve 11 or base body 3). This deformability, which is absorbed by the parts mentioned, generates correspondingly high tensile stresses in them.
  • the tensile stresses are greater in the outer sleeve 10 than in the inner sleeve 11.
  • the molded body 2 may still be slightly turned over and the base body 3 still to be machined to to obtain a sleeve corresponding to the inner sleeve 11 according to FIG. This is followed by machining operations in order to be able to provide the molded body 2 with the projectile parts provided for it.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung metallischer Formkörper mit in metallischer Bettungsmasse eingelagerten diskreten Teilchen.
  • Nach der DE-C-2460 013 ist ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern mit in metallischer Bettungsmasse eingelagerten diskreten Teilchen bekannt. Die Teilchen sind an einem metallischen Träger befestigt und mit einer Bettungsmasse aus einem Metallpulver umhüllt. Der Träger wird mit dem Teilchen der Umhüllung isostatisch verpreßt und anschließend gesintert. Nach diesem Verfahren hergestellte Splitterkörper für Geschosse zeigen eine gute Splitterwirkung. Die Herstellung dieser Splitterhülle ist jedoch wirtschaftlich aufwendig, da nach dem Sintern in der Außenhülle häufig Unebenheiten von mehreren Millimetern vorhanden sind, die durch ein zerspanendes Bearbeitungsverfahren beseitigt werden müssen. Um die vorgesehene Kallbergröße einhalten zu können, muß daher der Roh-Außendurchmesser der Splitterhülle relativ groß gewählt werden, um derartige Mängel beseitigen zu können. Der Zerspanungsanteil an der Splitterhülle ist daher relativ hoch. Daneben ist die Splitterwirkung nicht in jedem Fall reproduzierbar, da beim Preßvorgang die Bettungsmasse unterschiedlich tief in die Zwischenräume zwischen den Teilchen gelangt.
  • Nachteilig ist auch, daß der Sintervorgang die metallurgischen Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe wie Härte, Zähigkeit beeinträchtigen kann. Außerdem begrenzt der genannte thermische Prozeß die Anzahl der für diskrete Teilchen in Frage kommenden Werkstoffe.
  • Weiterhin ist durch die DE-C-2129196 ein Splitterkörper für Splittergeschosse bekannt. Zwischen zwei ineinander angeordneten Rohrkörpern sind kugelförmige Splitter eingefüllt. Durch Hochdruckumformung des Innenrohrkörpers wird dieser in die Hohlräume zwischen den Splittern eingepreßt. Dabei werden die Rohrkörper vorfragmentiert und mit den Splittern zu einer Splitterhülle zusammenplattiert. Die Hochdruckumformung kann schockartig, z. B. durch Explosionsumformung oder aber durch Pressen mittels eines Kalibrierbolzens erfolgen.
  • Eine derartige Umformung hat den Nachteil, daß wegen des sich innerhalb einer zu großen Bandbreite bewegenden Verformungsgrades die Splitterwirkung nicht im erforderlichen Ausmaß reproduzierbar ist, daß durch die auf die Splitterhülle nicht gleichmäßig zu verteilende Umformkraft sehr hohe spezifische Flächendrücke auftreten, die die Kugeln aus beispielsweise gehärtetem Stahl, wie Kugellagerstahl, zerbrechen und daß die Umformung das Material der Innenhülle über die Streckgrenzen hinaus beansprucht und dadurch eine nicht vorhersehbare Minderung der Festigkeit vorliegt. Diese Minderung beeinflußt auch die Splitterwirkung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Formkörper für Splittergeschosse zu schaffen, der wirtschaftlich herstellbar ist und eine reproduzierbare Splitterwirkung besitzt. Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen gekennzeichnet.
  • Durch die Erfindung wird vorteilhaft erreicht, daß durch die Verformung der Außenhülle in der Außenhülle Spanhungen auftreten, die zusammen mit der Druckspannung der Kugeln eine wesentliche Steigerung der Splitterenergie bei den Teilchen und den Außenhüllensplittern ergeben. Die Innenhülle kann dabei sehr dünn sein, so daß bei der Detonation des eingelagerten Sprengstoffes möglichst wenig Verformungsarbeit für die Innenhülle erforderlich ist und möglichst eine hohe Energie durch die fragmentierte Innenhülle an die Teilchen weitergegeben wird. Durch die von außen aufgebrachte Umformbarkeit wird über die Außenhülle und die in Form von Kugeln vorliegenden Teilchen eine Verformung der Innenhülle bewirkt. Diese bewirkt eine Kaltverfestigung im Bereich der durch die Kugeln verformten Kalotten. Die Teilchen werden dabei in radialer Richtung in den Grundkörper eingeformt und ergeben daher in deren Bereich Zonen höherer Härte und dadurch höhere Festigkeit, zwischen deren schmale Zonen niedriger Festigkeit liegen. Die Zonen niedriger Festigkeit bestimmen die Fragmentierung. Für die Fragmentierung ist daher weniger Energie erforderlich als bei einer Innenhülle gleichmäßig hoher Festigkeit.
  • Das Leervolumen zwischen dem Grundkörper und der Außenhülle und dem Teilchen ist minimiert und somit steht viel Masse, und zwar speziell Masse hoher Dichte als Energieträger zur Verfügung.
  • Durch die Verformung liegen Formkörper hoher Maßgenauigkeit und mit ausgezeichnetem Rundlauf vor, d. h., der Zerspannungsanteil ist sehr gering und die für eine hohe Treffwahrscheinlichkeit mit maßgebenden statischen und dynamischen Unwuchten sind vernachlässigbar klein.
  • Die diskreten Teilchen sind reproduzierbar aneinander gepreßt und verformen sich definierl im elastischen Bereich oder im elastischen Bereich und im plastischen Bereich. Damil übertragen die für die Fragmentierung dei Außenhülle wesentlichen Teilchen die Detona. tionsenergie voll im Bereich ihrer Einformung ir die Außenhülle, da in gleicher Weise eine zonale Festigkeitssteigerung wie in der Innenhülle vorliegt.
  • Das Material der Außen- und Innenhülle umschließt je nach Kaliber des Formkörpers die Teilchen bis zu 70% der Teilchenoberfläche unc dadurch werden bei der Detonation die Teilcher mit relativ geringem spezifischem Flächendruc4 beaufschlagt und nicht zerstört.
  • Nachdem sämtliche Teile des Formkörper: kalt verformbar sind, eignen sich zur Verarbeitung viele Werkstoffe. Die Außenhülle kann neben einer kaltschmiedbaren Stahllegierung auch aus einem schmiedbaren Nichteisenmetall, wie Messung bzw. Aluminium, bestehen.
  • Durch die Kaltverformung ist die Härte der diskreten Teilchen keinen Änderungen ausgesetzt, denn es liegt keine thermische Belastung vor.
  • Trotz der Kaltverformung ist nur für die diskreten Teilchen aus gehärtetem Stahl, Schwermetall oder abgereichertem Uran überraschenderweise ein Abstandsraster nicht unbedingt erforderlich, weil durch die bis zu 70%ige Einbettung der Kugeln durch das Material der Innen- und Außenhülle ein Zerbrechen der Teilchen bei plastischer Verformung nicht auftritt. Bei Teilchen aus Hartmetall ist dagegen ein Abstandsraster nötig, da es plastisch nicht verformbar ist.
  • Der Abstandsraster ist unbedingt für Kugeln aus Hartmetall nötig, da Hartmetall nicht verformbar ist. Hierbei garantiert der Abstandsraster die gewünschte Einbettung der Kugeln in den Werkstoff der sie umgebenden Teile, ohne daß die Hartmetallkugeln zerstört werden.
  • Für die in gewissen Grenzen verformbaren Kugeln aus Schwermetall, gehärtetem Stahl oder abgereicherten Uran ist mit dem Abstandsraster eine noch bessere Einbettung als ohne den Abstandsraster möglich. Die Kugeln werden erst nach einem gewissen Einbettungsgrad aneinandergepreßt. Dadurch ist es möglich, nach dem gegenseitigen Berühren der Kugeln den Formkörper zusätzlich noch zu verformen, um, einen noch höheren Einbettungsgrad zu erhalten.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt in vereinfachter Darstellung
    • Fig. 1 einen Formkörper im Ausgangszustand mit einem Grundkörper aus Vollmaterial,
    • Fig.2 2 einen Teil einer Vorrichtung zum Rundkneten mit einem Formkörper und einer Innenhülse als Grundkörper,
    • Fig. 3 einen Querschnitt III-III nach Fig. 2 in prinzipieller Darstellung,
    • Fig. 4 einen vergrößert herausgezeichneten Ausschnitt IV nach Fig. 2 ohne Schmiedebacken bzw. ohne Dorn,
    • Fig. 5 den Ausschnitt IV nach Fig. 3 im Fertigzustand.
  • In den Figuren sind bezeichnet mit 1 Vorrichtung zum Rundkneten, 2 Formkörper, 3 Grundkörper aus Vollmaterial, 4 rotierender Spannkopf, 5 Dornhalter, 6 Abstand, 7 Dorn, 8 Knetbacken, 10 Außenhülse aus Stahl C45, 11 Grundkörper als Innenhülse aus Stahl C45, 12 gehärtete Kugeln aus Kugellagerstahl 100 Cr6,13 und 14 Zonen unterschiedlichen Druckes, 15 Eindrehung, 18 Absätze, 19 Knetfläche, 20 Fertigungsdurchmesser, 21 Durchmesser, 22 Abstandsraster, 22' Stege, 23 Abstand, 24 Innenoberfläche, 25 Ausgangsteilkreis, 27 Fertigteilkreis.
  • In den Spannkopf 4 der nur angedeuteten Vorrichtung 1 zum Rundkneten ist die Innenhülse 11 eingespannt Diese besitzt für die Kugeln 12 eine durch Absätze 18 begrenzte Eindrehung 15. Die Kugeln 12, die Außenhülse 10 und die Innenhülse 11 sind durch den feststehenden oder mitlaufenden Dorn 7 radial abgestützt.
  • Die Knetbacken 8 weisen eine konkave Knetfläche 19 mit einem Radius auf, der in etwa dem Fertigungsdurchmesser 20 (Fig. 5) der Außenhülse 10 entspricht. Daneben sind trichterförmige Flächen 19' vorgesehen. In axialer Richtung des Formkörpers 2 sind die Knetbacken 8 wesentlich kürzer als die sich in Achsrichtung erstreckende Eindrehung 15.
  • Die Durchmesser 21 von Grundkörper 3 bzw. Innenhülse 11 entsprechen dem Fertigdurchmesser 20.21' ist der Rohr-Durchmesser.
  • Liegt anstelle der Innenhülse 11 nach Fig. 2 der Grundkörper 3 nach Fig. 1 vor, so ist dieser in dem Spannkopf 4 befestigt. Gegenüberliegend greifen an dem Grundkörper 3 ein vorrichtungsseitiger Dorn oder ein Stirnhaiter (nicht gezeichnet) an.
  • Nachdem die Außenhülse 10 über die in einem Abstandsraster 22 mit kompressiblen Stegen 22' mit dem Abstand 23 liegenden Kugel übergeschoben und in der Vorrichtung 1 montiert ist, erfolgt der bekannte Knetvorgang. Hierbei schlagen die Knetbacken 8 gleichzeitig auf den Rotierend angetriebenen Formkörper 2 nach den Fig. 1 oder 2. Zuerst wird der Abstand 6 zu Null, indem die Innenoberfläche 24 der Außenhülse 10 an die Kugeln 12 angepreßt wird. Dann formen sich die Kugeln in die genannten Hülsen 10, 11 bzw. Hülse 10 und Grundkörper 3 in zunehmendem Maße ein, bis nach Fig. 5 der Endzustand erreicht ist. Der Abstand 23 wird zu Null, da der Ausgangsteilkreis 25 beim Schmieden zum kleineren Fertigteilkreis 27 wird- Die Kugeln 12 werden aneinandergepreßt - es entsteht unter den Kugeln eine Druckspannung -, und das Material der Stege 22' wird seitlich abgedrängt.
  • Der Grundkörper 3 bzw. die durch den Dorn 7 abgestützte Innenhülse 11 besitzt entsprechend der Einformung der Kugeln 12 Zonen 13 höherer Festigkeit und Zonen 14 niedriger Festigkeit. Ebenso die Außenhülse 10. Zusätzlich enthält die Außenhülse 10 Zugspannungen, die hervorgerufen sind durch Verformung der Kugeln 12 im elastischen oder elastischen und plastischen Bereich. Die Kugeln 12 werden beim Kneten gedrückt und speichern einen Teil der Verformungsarbeit (Druckspannung). Nach dem Kneten geben die Kugeln 12 einen Teil der Verformbarkeit an die Außenhülse 10 und zum geringen Teil an ihre Unterlage (Innenhülse 11 bzw. Grundkörper 3) ab. Diese von den genannten Teilen aufgenommene Verformbarkeit erzeugt in diesen entsprechend große Zugspannungen. Die Zugspannungen sind in der Außenhülse 10 größer als in der Innenhülse 11.
  • Nach dem Kneten ist der Formkörper 2 gegebenenfails noch geringfügig zu überdrehen und der Grundkörper 3 noch zu bearbeiten, um eine der Innenhülse 11 entsprechende Hülse nach Fig. zu erhalten. Daran schließen sich Bearbeitungsvorgänge an, um den Formkörper 2 mit den dazu vorgesehenen Geschoßteilen versehen zu können.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung metallischer Formkörper mit in metailischer Bettungsmasse eingelagerten diskreten Teilchen (12), dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen einem metaltischen Grundkörper (3) und einer metallischen Außenhülse (10) liegenden Teilchen (12) durch kaltes Rundkneten der Außenhülse sowohl in den Grundkörper als auch in die Außenhülse eingebettet werden, indem alle Knetbacken (8) gleichzeitig, jedoch nach und nach die gesamte Länge der Außenhülse - (10) im Bereich der Teilchenanordnung bei Rotation des Formkörpers (2) beaufschlagen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (3) aus Vollmaterial besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (3) als dünnwandige Innenhülse (11) ausgebildet ist und von innen durch einen entfernbaren Dorn (7) radial abgestützt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen als Kugeln (12) ausgebildet sind und aus Schwermetall, Hartmetall, gehärtetem Stahl oder abgereichertem Uran bestehen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (10) aus einer kaltschmiedbaren Stahllegierung, wie St37 oder C45 besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (10) aus einem schmiedbaren Nichteisenmetall, wie Messing bzw. Aluminium, besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (3) aus Stahl C45 besteht.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (12) in einem Abstandsraster (22) mit kompressiblen Stegen (22') gehalten werden.
EP79104862A 1978-12-06 1979-12-04 Verfahren zur Herstellung metallischer Formkörper, insbesondere Geschosse, mit in metallischer Bettungsmasse eingelagerten diskreten Teilchen Expired EP0012322B1 (de)

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DE19782852658 DE2852658A1 (de) 1978-12-06 1978-12-06 Verfahren zur herstellung metallischer formkoerper

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EP0012322A1 EP0012322A1 (de) 1980-06-25
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