KR20220110154A - 장형 카트리지 케이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 선행하는 풀림 단계없이 최종 인발될 수 있고, 그렇지않고 복수의 후방 압출 단계에 놓이지 않으면 찢어짐을 피하기 위해 최종 인발 전에 풀림처리가 필요했던 중간 블랭크를 얻기 위하여 복수의 후방 압출 단계에서 일정 길이의 와이어 스탁으로부터 튜브를 후방 압출하는 단계를 포함하는, 카트리지 케이스 블랭크를 형성하는 방법을 개시한다.

Description

장형 카트리지 케이스{LONG CARTRIDGE CASE}

본 발명은 카트리지 케이스의 제조에 대한 것이다.

총기 카트리지를 위한 황동 케이스는 통상적으로 수많은 단계와 연속적인 기계를 거쳐서 제조된다. 종래에 있어서, 케이스는 복수의 단계에서 찻종으로 형성되고(cupped) 이어서 인발되는 황동 스트립 스탁(brass strip stock)으로부터 형성된다. 상기 인발 단계들 사이에 풀림 단계(annealing steps)가 일반적으로 필요한데, 특히 소총 케이스와 같은 비교적 긴 장형 케이스가 제조되는 경우에 그러하다. 상기 스트립 스탁 방식은 높은 스크랩 비율을 생성하고, 풀림을 위하여 에너지가 필요하며, 규격상 변형되기 쉽고, 상당한 바닥 공간을 차지한다.

단단한 와이어로부터 카트리지 케이스를 위한 중공의 얇은 벽의 중간 블랭크를 냉간 성형하는 기술이 알려져 있다. 이러한 공정은 스크랩을 감소시키고, 비교적 짧은 카트리지 케이스에 적용될 때, 상기 블랭크를 풀림처리할 필요를 잠재적으로 없애준다.

예컨대, 직경에 비하여 2배 내지 2.5배 더 긴 길이를 갖는 비교적 긴 카트리지 케이스는, 종래 기술에 있어서, 상기 케이스가 인발되기 전에, 많지 않은 경우 적어도 하나의 풀림 단계를 필요로 할 수 있다. 종래에서 정확한 풀림처리가 없으면, 앞서의 인발 동안에 전개된 경화 작업 때문에 인발 공정 동안에 케이스 튜브 벽이 찢어질 수 있다. 풀림 과정은 제조 비용을 증가시키는데, 제조 비용에는 관련 장비, 에너지, 시간 지연 및 노동이 포함된다.

본 발명은, 중간 풀림(annealing) 단계를 포함하지 않고, 와이어 스탁으로부터 비교적 길고 얇은 벽 카트리지 케이스 블랭크를 형성하기 위한, 방법 및 툴링(tooling)을 제공한다.

본 발명은 복수의 단계에서 블랭크 튜브(blank tube)를 후방 압출(backward extrude)하기 위하여 냉간 성형 기계에서 한 세트의 진행식 툴을 이용한다. 상기 블랭크 튜브 벽의 가공 경화(work hardening)는 상기 복수의 단계의 후방 압출 기술을 사용함으로써 감소될 수 있다는 것이 발견되었다. 결국, 충분히 인발된 튜브 벽의 두께가 사전에 풀림(annealing) 단계나 상기 블랭크의 단계들을 요구하지 않고 얻어질 수 있다.

본 발명에 따른 기술은 종래 기술의 복수의 인발 작업에서 일어나는 것으로부터 상기 블랭크 튜브 벽에서 가공 경화를 감소시킨다. 본 발명은, 소성 변형 또는 변형을 단일 후방 압출 단계에서 형성된 튜브 벽 길이의 섹션으로만 제한한다. 앞서서 압출된 튜브 벽 길이 섹션은, 이어지는 길이 섹션이 후방 압출될 때, 더 변형되지 않고 작업물이 더 경화되지 않는다.

그리하여 본 발명의 기술은, 종래의 인발 공정 사이에서 이제까지 필요한 튜브 벽 두께로 마무리 인발될 수 있는 긴 장형의 카트리지 케이스를 얻을 수 있다.

도 1a - 도 1e는 본 발명을 구현하는 카트리지 케이스 블랭크 형성 공정을 도식적으로 나타낸다.
도 2는 바람직한 길이로 다듬질된 충분히 인발된 카트리지 케이스 블랭크의 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1a - 도 1e에 도시된 공정을 실행하기 위하여 진행식 냉간 성형 기계에 적용된 예시적인 툴링이다.

이하에서는 도 1a - 도 1e, 도 2, 도 3을 참조하여, 카트리지 케이스 블랭크(10)의 제조에 사용된 기본 공정 단계를 설명한다. 초기의 블랭크(10)는 진행식 냉간 성형 기계(14)의 절단 스테이션(12, 도 3)에서 절단기에 의해 공급재료인 와이어 스탁(11)으로부터 절단된다. 상기 성형 기계(14)는 산업계에서 공지된 구조이고, 예컨대 미국 특허 US4,898,017호에 보여지는 것과 같고, 아래에서 더욱 상세하게 설명할 것이다. 상기 초기의 블랭크(10)는 절단된 단부면에서 일반적으로 최소의 변형을 갖는 원기둥 형태를 가진다. 통상적으로, 상기 와이어 스탁(11)은, 다른 합금이나 금속들이 사용될 수 있지만, 황동이 주로 사용된다. 적절한 황동의 예는 CDA 260이다. 상기 블랭크(10)는, 최종 예비 인발된 튜브 길이의 약 1/3의 길이의 튜브 길이 섹션(17, 도 1a 참조)을 생성하기 위하여 블랭크가 후방 압출되는 제1 워크스테이션(16)으로 나타낸 워크스테이션으로 이송된다. 그 다음, 상기 블랭크(10)는, 이어지는 제2 스테이션(18)로 이송되어, 거기서 상기 길이 섹션(17)의 내경보다 더 작은 내경을 갖는, 최종 예비 인발된 튜브 길이의 약 1/3 길이의 다른 길이 섹션(19)을 추가하기 위하여 후방 압출된다. 그 다음, 상기 블랭크(10)는 이어지는 제3 스테이션 (20)으로 이송되어, 거기서 선행하는 길이 섹션(19)의 내경보다 더 작은 내경을 갖는, 최종 예비 인발된 튜브 길이의 약 1/3 길이의 다른 길이 섹션(21)을 추가하기 위하여 후방 압출된다. 상기 블랭크(10)는 이어지는 제4 워크스테이션(22)으로 이송되어, 거기서 인발 펀치(24) 또는 맨드렐을 가진 두 개의 인발 다이(23)를 통하여, 바람직하게는 약 0.2 mm 내지 약 0.5 mm 사이의, 더욱 바람직하기로는 약 0.3 mm의 최종 벽 두께로 최종 인발될 수 있고, 거기서 블랭크 튜브(25)가 마우스(27, 도 2)를 형성하기 위하여 마무리될 수 있다.

바람직하기로는, 본 발명에 따라, 복수의 후방 압출 후에, 도 1e에 도시된 바와 같이, 튜브 섹션(25)에서 최종 벽 두께와 예비 마무리 길이(pre-trim length)에 도달하기 위하여 블랭크에서 단지 하나의 인발 단계가 실행될 필요가 있다. 기술한 바와 같이, 블랭크(10)는, 풀림 단계나 단계들을 필요로 하지 않으면서 어떠한 병형상의 보틀링(bottling, necking)과 테이퍼링(tapering)을 하기 전에 최종 마무리 전 튜브 길이와 튜브 벽 두께의 크기로 인발된다. 예시적으로, 단일의 풀림 공정은 황동 블랭크가 260-371℃(500-700°F)에서 30분 내지 45분 또는 그 이상 가열되기를 필요로 할 수 있고, 예를 들어, 기존의 가공 경화 조건을 완화하기 위하여 그리라여 적절한 냉각 기간을 필요로 할 수 있다. 통상적으로, 카트리지 케이스는, 카트리지 헤드(26)에 개방 단부를 향하여 감소해지는 튜브 벽 두께와 관련있는 테이퍼진 내경을 갖는다. 인발 펀치(24)는, 종래와 같은 것으로, 상기 카트리지 케이스의 최종 내측 프로파일과 일치하는 테이퍼진 프로파일을 가진다. 본 발명의 하나의 실시예는, 블랭크 튜브(25)의 후방 압출 섹션(17, 19, 21)의 단계를 형성하는 단계를 포함하여 하나의 직경으로부터 다음 직경으로의 천이 라인 또는 단계가, 상기 인발 펀치(24)의 프로파일에 바람직하게는 근접하도록 한다 (그리고 궁극적으로 인발된 케이싱 블랭크 튜브(25)의 내경을 변화시킨다). 이러한 바람직한 구성은 도 1d와 도 1de)에 도시되어 있고, 도 1de는 도 1d에 표시된 영역의 확대도이다. 인발 툴 또는 인발 펀치(24)가, 도 1d에 보인 바와 같이 후방 압축 섹션(17, 19, 21)에 처음 놓일 때, 두 개의 유리한 조건이 존재한다. 윤활제(30)가 상기 인발 펀치(24)와 블랭크(10) 사이의 클리어런스 공간에 잡혀있다. 상기 블랭크 내측 표면과, 상기 튜브 벽과 인발 펀치(24)에 걸쳐 인발 다이(23)의 상대 이동을 진행시키는 상기 인발 펀치(24) 사이에 작은 국부 영역의 접촉에 의하여 표면 마찰이 감소된다.이러한 조건은 상기 인발 다이(23)와 상기 블랭크 튜브 섹션(25) 사이의 힘을 감소시킴으로써 인발 작업에 유리하고, 그리하여 상기 브랭크 튜브 섹션이 찢어지는 경향을 감소시키게 된다.

도 1e는 개방 단부에 특징적인 불규칙 에지(31)를 갖는 인발된 카트리지 케이스(10)를 나타낸다. 도 2는 상기 불규칙 에지(31)가 다듬어진 다음 인발된 카트리지 케이스 블랭크(10)를 나타내는 것으로, 통상적으로 L/D(직경) 비가 적어도 3이다. 통상적으로, 언급된 바와 같이, 상기 튜브 섹션(25)의 다듬어진 단부에서 측정된 블랭크의 벽 두께는 약 0.4 mm 또는 그 이하가 될 것이다. 바람직하게는, 다듬질되어 나간 튜브 섹션의 길이는 나머지 다듬질된 길이(L)의 약 1/8보다 크지 않다.

도 3은 진행식 냉간 성형 기계를 평면도로 개략적으로 나타낸 것으로, 본 발명을 실시하기 위하여 위에서 개략적으로 설명한 툴링이 장착된다. 상기 성형 기계(14)는 도면 번호 37로 개략적으로 나타낸 정지 볼스터(stationary bolster) 또는 다이 브레스트(die breast)와, 도면 번호 38로 개략적으로 도시한 램 또는 슬라이드를 구비한다. 램(38)은 다이 브레스트(37)를 향하여 그리고 이로부터 왕복이동하고, 도 3에서 다이 브레스트(37)에 가장 가까운 전방 데드 센터(front dead center)에 있는 것이 도시되었다. 공급재료인 와이어 스탁(11)은 절단 스테이션(12)로 공급되고, 여기서 스탁의 길이는 상기 블랭크(10)를 형성하기 위하여 절단된다. 네 개의 워크스테이션(16, 18, 20, 22)은 상기 절단 스테이션(12)의 좌측에 표시된다. 산업계에서 알려진 바와 같이, 상기 블랭크(10)는, 상기 램(38)이 상기 다이 브레스트(37)로부터 멀어지는 순환 주기 동안에 이송기구(도시 안됨)에 의하여 스테이션에서 스테이션으로 연속적으로 이송된다.

제1 스테이션(16)에서, 상기 블랭크(10)는 직경 면에서 상기 블랭크보다 약간 더 큰(예컨대 0.02-0.05mm) 다이(43)에 수용된 상기 블랭크(10)는, 펀치에 의해 정해진 내경을 갖는 제1 튜브 길이 섹션(17)을 생성하기 위하여 제1 직경의 펀치(44)에 의하여 후방 압출된다. 통상적으로, 각각의 후방 압출에서, 상기 블랭크 외경은 관련된 상기 다이의 내경까지 점점 커질 것이다. 상기 펀치와 다이(44, 43)는, 예시적으로, 상기 제1 튜브 길이 섹션(17)에서 약 0.5 mm와 1 mm 사이의 튜브 벽 두께를 생성할 수 있는 크기를 가질 수 있다.

제2 스테이션(18)에서, 상기 블랭크(10)는 다이(46)에 수용되고 펀치(47)에 의하여 후방 압출된다. 상기 다이(46)는 바람직하게는, 앞선 즉 제1 스테이션(16)으로부터 수용되는 블랭크(10)의 외경보다 약간 큰(예컨대, 0.02-0.05 mm) 내경을 갖는다. 상기 펀치(44)의 직경은 상기 제1 펀치(44)의 직경보다 다소 작아서, 바람직하게는 상기 인발 펀치의 구조를 근접하게 따르게 된다. 상기 다이(46)와 펀치(47)는 상기 블랭크가 후방 압출되도록 배치되어, 상기 펀치(47)에 의해 정해진 대로, 제1번째로 형성된 튜브 길이 섹션(17)의 내경보다 다소 작은 내경을 갖는 튜브 벽 섹션(19)을 형성하도록 되고, 길이는 앞서 인발된 튜브 길이의 약 1/3의 길이를 갖도록 된다. 제3 스테이션(20)에서는, 상기 블랭크(10)는 다이(48)에 수용되어 펀치(49)에 의하여 후방 압출된다. 앞에서와 같이, 상기 다이(48)는 바람직하게는 앞서의 스테이션(18)으로부터 수용된 블랭크의 외경보다 약간 큰(예컨대, 0.02-0.05 mm) 내경을 갖는다. 상기 펀치(49)의 직경은, 상기 인발 펀치의 구조를 바람직하게 근접하게 따르기 위하여 앞에서 설명된 것과 같이 앞서의 펀치(47)의 직경보다 다소 작다. 상기 다이(48)와 펀치(49)는, 상기 블랭크가 후방 압출되도록 배치되어, 상기 펀치(49)에 의해 정해지는 대로 제2 튜브 섹션(19)의 내경 보다 다소 작은 내경을 갖는 제3 튜브 섹션(21)을 형성하게 된다. 상기 스테이션(16, 18, 20)에서 상기 펀치와 다이는 바람직하게는 탄화물 합금(carbide)이다.

상기 펀치와 다이 세트는, 튜브 섹션의 연속적인 후방 섹션 사이의 단계들에서 상기 블랭크의 인발 전 튜브 섹션의 내경이, 상기 인발 펀치가 앞서 인발된 블랭크의 바닥에 대하여 안착될 때, 블랭크 헤드로부터, 동일한 축방향 위치에서 상기 인발 펀치의 직경과 같거나 상기 직경보다 예컨대 0.75mm까지 약간 더 크게 되어 있다. 다른 환경에서, 본 발명은, 후방 압출 단계와 인발 펀치와 다이의 형상에 근접한 일치성을 확대시키지 않고 성공적으로 실행될 수 있다. 일반적으로, 연속하는 후방 압출 펀치와 다이 세트를 구비하여, 다이는 선행하는 후방 압출 펀치와 다이 세트의 다이의 직경보다 더 큰 내경을 가질 것이고, 펀치는 선행하는 후방 압출 펀치와 다이 세트의 펀치의 직경보다 더 작은 외경을 가질 것이다.

복수의 후방 압출에 의하여 형성된 튜브를 갖는 블랭크(10)는 인발 스테이션(22)으로 이송되고 거기서 블랭크는, 예컨대 램(38) 위에서 운반된 인발 펀치(24)에 의하여 두 개의 인발 다이(23)를 통하여 인발된다. 결과적인 튜브는 상기 인발 스테이션(22)에서 최종적으로 또는 완전히 인발되는 것으로 생각될 수 있을 것이다.

앞의 설명은, 최종 인발 단계가 실행되기 전에 상기 블랭크를 풀림할 필요없이 최종적으로 인발을 완성할 수 있는 비교적 긴 장형의 카트리지 케이스를 생산할 수 있는 성형 단계와 공구를 기술한다. 직경(외경)에 대한 길이(가공 후 길이)의 비로 긴 장형의 카트리지 케이스를 정확히 특징짓는 것은 어려우나, 탄약에 대한 어떤 분석에서는 2 내지 1/2보다 큰 비율로, 바람직하게는 약 3 대 1 또는 그 이상으로, 더욱 바람직하게는 3.2 대 1 또는 그 이상으로 특정하기도 한다. 직경에 대한 길이 비에 관계없이, 본 발명의 복수의 후방 압축 단계는, 튜브 섹션이 찢어지는 것을 방지하기 위하여 최종 인발 전에 풀림을 필요로 하는 카트리지 케이스의 생산에 유용하다.

도 1a 내지 도 1e 및 도 3을 참조하여 설명한 공정은, 하나 또는 2조식 냉간 성형 기계에서 실행될 수 있는 것보다 간결성을 위하여 덜 복잡하다. 성형 기계(14)는, 앞에서 설명한 워크스테이션 전에, 이후에 또는 중간에 관련된 공구를 구비하고 추가의 워크스테이션을 구비할 수 있고, 및/또는 예시된 스테이션(16, 18, 20, 22)에서 추가의 성형 특징부와, 이들 스테이션에 사용되는 추가의 공구를 구비할 수 있다. 상기 블랭크(10)의 헤드(26)는 폐쇄된 것으로 도시되어 있으며, 플래쉬를 위하여 뚫려 있다면, 구멍은 유효하게 폐쇄되는 것으로 생각될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 선행하는 풀림 공정없이 최종 인발에서 찢어짐을 피하기 위하여 복수의 후방 압출이 2회의 후방 압출 또는 3회 이상의 후방 압출로 실행될 수도 있다. 최종적으로 인발된 블랭크는, 카트리지 튜브가 병형상으로 형상화(bottled or necked)되거나 테이퍼질 수 있도록 풀림 처리될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 예시적으로 설명되어 있으며, 본 명세서에 포함되어 있는 공정한 기술 범위에 벗어나지 않고, 세세한 항목을 추가하거나 변경하거나 제거함으로써 다양한 변경이 가능하다는 것도 자명하다. 따라서 본 발명은 첨부된 청구범위에서 필수적으로 한정된 것을 제외하고 본 발명의 명세서에 기재된 특정한 항목에 한정되는 것이 아님을 언급해 둔다.

Claims (11)

1. 초기에 블랭크를 형성하기 위하여, 공급재료로부터 일정 길이의 와이어를 절단하는 단계와, 상기 블랭크의 하나의 단부로부터 원형 튜브를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 튜브는 연속적으로 작아지는 크기의 펀치를 사용하는 적어도 3개의 개별적인 후방 압출 단계에 의하여 형성되는, 장형 카트리지 케이스 블랭크를 제조하는 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   각각의 연속하는 후방 압출 단계는 펀치로 실행되고, 상기 펀치는 그 전 단계에서 사용되는 펀치보다 직경이 더 작고, 그 결과로 블랭크 튜브가 점점 작아지는 내경을 갖는 3 개의 분리된 섹션으로 형성되는, 장형 카트리지 케이스 블랭크를 제조하는 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 3개의 후방 압출 단계는 동일한 기계에서 실행되는, 장형 카트리지 케이스 블랭크를 제조하는 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 후방 압출된 블랭크는 동일한 기계에서 최종 인발되는, 장형 카트리지 케이스 블랭크를 제조하는 방법.
   
5. 선행하는 풀림 단계없이 최종 인발될 수 있는 중간 블랭크를 얻기 위하여, 연속적으로 작아지는 크기의 펀치를 사용하는 별도의 복수의 후방 압출 단계에서 일정 길이의 와이어 스탁으로부터 튜브를 후방 압출하는 단계를 포함하는, 소총에 사용되는 긴 카트리지 케이스 블랭크를 형성하는 방법.
   
6. 적어도 3개의 원형 펀치와 다이 세트를 포함하고, 각각의 세트는 블랭크 튜브 섹션을 후방 압출하도록 되어 있고, 상기 세트 중의 두번째 세트는 상기 세트 중의 첫번째 세트에서 형성된 블랭크를 수용하고 상기 세트 중의 상기 첫번째 세트의 펀치보다 크기가 작은 펀치를 사용하여 후방 압출하도록 되어 있고, 상기 세트 중의 세번째 세트는 상기 두번째 세트에서 형성된 블랭크를 수용하고 상기 두번째 세트의 펀치보다 크기가 작은 펀치를 사용하여 후방 압출하도록 되어 있는, 진행식 성형 기계에서 장형 카트리지 케이스 블랭크 튜브를 형성하기 위한 펀치 및 다이 키트.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 세트는, 상기 블랭크 튜브의 유효하게 폐쇄된 단부와 개방 단부 사이에서 3 개의 축방향으로 연장되고 단이 있는 내측 원통형 표면들을 갖는 중간 블랭크를 제조하도록 구성되고 배치되어 있고, 상기 원통형 표면들 중의 작은 직경의 원통형 표면은 상기 유효하게 폐쇄된 단부에 인접하고, 상기 원통형 표면들 중의 큰 직경의 원통형 표면은 상기 개방 단부에 인접하게 되어 있는, 진행식 성형 기계에서 장형 카트리지 케이스 블랭크의 튜브를 형성하기 위한 펀치 및 다이 키트.
   
8. 제6항에 있어서,
   인발 펀치를 구비하고, 펀치와 다이의 상기 세트는, 연속하는 후방 압출 사이의 단계에 의하여 내측에 단이 있는 원통형 튜브를 갖는 선행 인발된 블랭크를 형성하도록 구성되고 배치되어 있고, 상기 원통형 튜브는 상기 인발 펀치가 상기 선행 인발된 블랭크에 안착될 때 상기 인발 펀치의 외측에 인접하거나 접촉하도록 되어 있는, 진행식 성형 기계에서 장형 카트리지 케이스 블랭크의 튜브를 형성하기 위한 펀치 및 다이 키트.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 튜브는 길이 대 직경 비율이 2보다 큰 블랭크를 형성하기 위하여 연속적으로 작아지는 크기의 펀치를 사용하는 적어도 3개의 개별적인 후방 압출 단계에 의하여 형성되는, 장형 카트리지 케이스 블랭크를 제조하는 방법.
   
10. 제5항에 있어서,
    상기 중간 블랭크는 길이 대 직경 비율이 2보다 큰, 소총에 사용되는 긴 카트리지 케이스 블랭크를 형성하는 방법.
    
11. 제6항에 있어서,
    상기 세트들은 길이 대 직경 비율이 2보다 큰 카트리지 블랭크를 제조하도록 구성된, 진행식 성형 기계에서 장형 카트리지 케이스 블랭크의 튜브를 형성하기 위한 펀치 및 다이 키트.

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