RU2542082C1

RU2542082C1 - Bullet-proof bolt

Info

Publication number: RU2542082C1
Application number: RU2014109122/12A
Authority: RU
Inventors: Антон Владимирович Бровкин; Игорь Константинович Дробышевский; Любовь Леонидовна Кузнецова; Артем Сергеевич Панков; Михаил Викторович Чернышов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение специальных материалов"
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-02-20

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: bullet-proof bolt includes bar and head. The bolt is made of high-strength steel subjected to thermal hardening to 400-600 HB, and bolt head features at least one groove along its perimeter with the width of 0.1-0.5 of bolt head height and depth of 0.05-0.25 of bolt head diameter.

EFFECT: improved connection reliability for structures designed to provide protection against bullets or shells.

2 cl

Description

Изобретение относится к устройствам для соединения металлоконструкций, а именно к крепежным элементам. Более конкретно, изобретение относится к устройствам для соединения конструкций, предназначенным для обеспечения защиты от пуль или осколков снаряда, требующих применения специальных болтов, удовлетворяющих требованиям пулестойкости.The invention relates to devices for connecting metal structures, namely to fasteners. More specifically, the invention relates to devices for connecting structures designed to provide protection against bullets or shell fragments, requiring the use of special bolts that satisfy the requirements of bullet resistance.

Известен болт преимущественно класса прочности 8.8 и более, выполненный способом холодной объемной штамповки из низкоуглеродистой стали с содержанием железа и примесей в виде одного или нескольких элементов из группы хром, ванадий, молибден, медь, никель, кремний, титан, подвергнутый термическому упрочению в другом технологическом процессе и имеющий значения предела прочности и относительного удлинения при разрыве не ниже нормируемых, а произведение значений предела прочности и относительного удлинения составляет более 10000 МПа (Патент на полезную модель RU 115423, 27.04.2014).Known is a bolt of predominantly strength class 8.8 or more, made by cold forging of low carbon steel with iron and impurities in the form of one or more elements from the group of chromium, vanadium, molybdenum, copper, nickel, silicon, titanium, subjected to thermal hardening in another technological process and having values of tensile strength and elongation at break not lower than normalized, and the product of values of tensile strength and elongation is more than 10,000 MPa (Patent a useful model RU 115 423, 27.04.2014).

Данная полезная модель не решает задачу обеспечения пулестойкости болта. Высока вероятность пробития преграды пулей в области предложенного болтового соединения любым из двух способов: срез головки болта со стержня в области их соединения или непосредственное пробитие головки вдоль оси болта по механизму выбивания пробки. Указанную задачу не решить только подбором материала для изготовления болта. Необходимо регламентировать форму, размеры головки, параметры гладкой части резьбового стержня.This utility model does not solve the problem of providing bulletproof bolt. There is a high probability of a bullet breaking through the barrier in the area of the proposed bolt connection in any of two ways: cutting the bolt head from the rod in the area of their connection or directly breaking the head along the bolt axis by the mechanism of knocking out the plug. The specified task cannot be solved only by the selection of material for the manufacture of the bolt. It is necessary to regulate the shape, size of the head, the parameters of the smooth part of the threaded rod.

Известен болт, содержащий головку и стержень с гладкой и резьбовой частью. Головка болта выполнена грибовидной формы, при этом отношение ее максимального диаметра к высоте выбрано равным (2,4-2,6):1, а головка болта в плане имеет круглую, овальную или эллипсовидную форму. Прилегающая к головке гладкая часть стержня болта выполнена комбинированной, сначала цилиндрической, переходящей в сужающуюся коническую и затем снова в цилиндрическую, при этом длина каждой из этих гладких частей стержня болта соответствует толщине соединяемых болтом элементов, а соотношение диаметров цилиндрических гладких частей стержня болта выбрано равным 1:(0,95-0,98), причем меньший диаметр гладкой части стержня болта составляет 1,10-1,12 от максимального диаметра резьбовой части стержня болта, при этом болт выполнен из конструкционной хромистой стали (Патент на изобретение RU 2219391, 20.12.2003).Known bolt containing a head and a rod with a smooth and threaded part. The bolt head is made mushroom-shaped, while the ratio of its maximum diameter to height is chosen equal to (2.4-2.6): 1, and the bolt head in the plan has a round, oval or ellipsoidal shape. The smooth part of the bolt rod adjacent to the head is made combined, first cylindrical, turning into a tapering conical and then again into a cylindrical one, while the length of each of these smooth parts of the bolt rod corresponds to the thickness of the elements connected by the bolt, and the ratio of the diameters of the cylindrical smooth parts of the bolt rod is chosen equal to 1 : (0.95-0.98), and the smaller diameter of the smooth part of the bolt rod is 1.10-1.12 of the maximum diameter of the threaded part of the bolt rod, while the bolt is made of structural chromium steel (patent RU 2219391, 20.12.2003).

Предложенный болт также не предназначен для защиты от пробивания пулей или осколком снаряда, форма головки болта и ее малая высота по отношению к диаметру не обеспечивают достаточной прочности для сохранения целостности при прямом попадании ударника и не позволяют избежать прострела по механизму выбивания пробки.The proposed bolt is also not designed to protect against penetration by a bullet or a fragment of a projectile, the shape of the head of the bolt and its small height in relation to the diameter do not provide sufficient strength to maintain integrity when the hammer strikes directly and do not allow a cross through the mechanism of knocking out the plug.

Известен болт, предназначенный для крепления броневой защиты, взятый авторами за прототип, у которого нижняя часть головки, примыкающая к стержню, выполнена шестигранной формы, а верхняя ее часть имеет форму конуса (Патент на полезную модель RU 101114, 10.01.2011).A known bolt intended for mounting armor protection, taken by the authors as a prototype, in which the lower part of the head adjacent to the rod is made in the form of a hexagon and its upper part has the shape of a cone (Patent for utility model RU 101114, 01/10/2011).

Недостатком данного болта является ослабленная зона перехода от головки к резьбовой части, не обеспечивающая необходимый уровень пулестойкости при попадании пули в головку болта под углом 30-60° относительно оси болта: пуля, попавшая в головку под таким углом, срежет ее со стержня.The disadvantage of this bolt is the weakened transition zone from the head to the threaded part, which does not provide the necessary level of bullet resistance when a bullet enters the bolt head at an angle of 30-60 ° relative to the axis of the bolt: a bullet that hits the head at this angle cuts it off the rod.

Задачей настоящего изобретения является исключение вероятности пробития крепежного соединения при попадании пули или осколка в головку болта под различными углами без увеличения материалоемкости и без усложнения процесса сборки конструкций.The objective of the present invention is to eliminate the likelihood of a breakdown of the fastening connection when a bullet or a splinter hits the bolt head at different angles without increasing the material consumption and without complicating the assembly process of structures.

Техническим результатом является увеличение надежности крепежного соединения конструкций, предназначенных для обеспечения защиты от пуль или снарядов.The technical result is to increase the reliability of the fastening connection of structures designed to provide protection from bullets or shells.

Указанный технический результат достигается за счет того, что болт выполнен из высокопрочной стали, термообработанной на твердость 400-600 НВ (43-60 HRC), а головка болта по периметру имеет не менее одной проточки шириной 0,1-0,5 высоты головки болта и глубиной 0,05-0,25 диаметра головки болта.The specified technical result is achieved due to the fact that the bolt is made of high-strength steel, heat-treated for hardness 400-600 HB (43-60 HRC), and the bolt head along the perimeter has at least one groove with a width of 0.1-0.5 of the height of the bolt head and a depth of 0.05-0.25 diameter of the bolt head.

Указанный диапазон твердости характеризует прочностные характеристики болта, необходимые для его работоспособности в условиях динамических нагрузок, создаваемых ударником. При значениях твердости ниже 400 НВ (43 HRC) болт подвергается чрезмерной пластической деформации под воздействием ударных нагрузок, а при значениях твердости выше 600 НВ (60 HRC) становится хрупким, что ведет к недостаточной живучести при взаимодействии с высокоскоростным ударником.The specified range of hardness characterizes the strength characteristics of the bolt necessary for its performance under dynamic loads created by the hammer. At hardness values below 400 HB (43 HRC), the bolt undergoes excessive plastic deformation under the influence of shock loads, and at hardness values above 600 HB (60 HRC) it becomes brittle, which leads to insufficient survivability when interacting with a high-speed impactor.

Проточка, выполненная по периметру головки болта, создает зону, ослабленную по сравнению с местом соединения головки со стержнем, выступая таким контролируемым концентратором напряжений, что при попадании пули в головку болта разрушается его наружная часть по линии проточки, а внутренняя часть головки болта сохраняет целостность и продолжает выполнять свои крепежные функции.A groove made along the perimeter of the bolt head creates a zone weakened in comparison with the place where the head connects to the shaft, acting as such a controlled stress concentrator that when a bullet enters the bolt head, its outer part along the groove line is destroyed, and the inner part of the bolt head maintains integrity and continues to carry out its fixing functions.

Проточка должна быть достаточно глубокой для формирования выраженного концентратора напряжений. При этом выполнение проточки глубиной менее 0,05 диаметра головки болта не создаст необходимой ослабленной зоны, и разрушение болта может произойти по месту соединения головки со стержнем; выполнение проточки глубиной более 0,25 диаметра головки болта увеличивает вероятность случайного разрушения болта, не связанного с попаданием в него пули или осколка.The groove should be deep enough to form a pronounced stress concentrator. In this case, the implementation of a groove with a depth of less than 0.05 of the diameter of the bolt head will not create the necessary weakened zone, and the destruction of the bolt can occur at the junction of the head with the rod; making a groove with a depth of more than 0.25 of the diameter of the bolt head increases the likelihood of accidentally breaking a bolt that is not associated with a bullet or fragment falling into it.

При выполнении проточки шириной более 0,5 высоты головки болта, высота внутренней части головки становится недостаточной для прочного и надежного удержания соединяемых элементов. Выполнение проточки шириной менее 0,1 высоты головки болта сложно технологически, что связано с инструментальными ограничениями ширины выполняемого проточки.When making a groove with a width of more than 0.5 of the height of the bolt head, the height of the inner part of the head becomes insufficient for a strong and reliable retention of the connected elements. Performing a groove with a width of less than 0.1 of the height of the bolt head is difficult technologically, which is associated with instrumental limitations of the width of the groove.

Для предотвращения пробивания конструкции в области болтового соединения при неоднократном попадании пули или осколка в головку болта следует выполнять несколько проточек, каждая из которых позволит избежать пробития в случае очередного попадания.In order to prevent penetration of the structure in the area of the bolt joint when a bullet or a fragment repeatedly hits the bolt head, several grooves should be made, each of which will allow to avoid penetration in the event of another hit.

Предлагаемая конструкция пулестойкого болта допускает выполнение головки шестигранной или цилиндрической формы, а стержня - с полной резьбой или частичной.The proposed design of the bulletproof bolt allows the execution of a hexagonal or cylindrical head, and the rod with full thread or partial.

Однако наличие на стержне гладкой безрезьбовой части позволяет исключить возможность излома болта по резьбе, являющейся ослабленной зоной по отношению к остальным элементам болта. Длина гладкой части должна быть не менее 0,1 длины стержня, что необходимо для создания протяженной зоны контакта между стержнем болта и стенкой отверстия соединяемого материала. Максимальная длина гладкой части зависит от толщины соединяемого материала.However, the presence of a smooth threaded part on the rod eliminates the possibility of a bolt breaking along the thread, which is a weakened zone with respect to the other elements of the bolt. The length of the smooth part must be at least 0.1 of the length of the rod, which is necessary to create an extended contact zone between the bolt rod and the hole wall of the material to be joined. The maximum length of the smooth part depends on the thickness of the material being joined.

Диаметр гладкой части следует выбирать из интервала 1,1-1,3 диаметра резьбовой части, поскольку диаметр меньше 1,1 диаметра резьбы не дает решающего преимущества в прочности по сравнению резьбовой частью, а диаметр больший 1,3 диаметра резьбы влечет увеличение диаметра головки болта, необоснованно увеличивая материалоемкость.The diameter of the smooth part should be selected from the interval 1.1-1.3 of the diameter of the threaded part, since the diameter less than 1.1 of the diameter of the thread does not give a decisive advantage in strength compared to the threaded part, and a diameter greater than 1.3 of the diameter of the thread entails an increase in the diameter of the bolt head , unreasonably increasing material consumption.

Применение галтели радиусом не менее 0,5 мм в месте соединения головки болта со стержнем позволяет избежать чрезмерной концентрации напряжений при боковых ударах и, как следствие, среза головки.The use of a fillet with a radius of at least 0.5 mm at the junction of the bolt head with the rod avoids excessive stress concentration during side impacts and, as a result, a cut of the head.

На основе предлагаемого технического решения была изготовлена партия болтов из стали 40Х, термообработанной на твердость 500 НВ (52 HRC), с плоской шестигранной головкой под ключ 17, высотой 7,5 мм, вокруг головки болта была выполнена одна проточка глубиной 4 мм и шириной 1,5 мм. Стержень был выполнен с резьбой М10, с гладкой частью длиной 3 мм диаметром 12 мм.Based on the proposed technical solution, a batch of bolts was made of steel 40X, heat-treated for a hardness of 500 HB (52 HRC), with a 17 turnkey flat hex head, 7.5 mm high, around the head of the bolt one groove was made with a depth of 4 mm and a width of 1 5 mm. The rod was made with M10 thread, with a smooth part 3 mm long with a diameter of 12 mm.

Данная партия болтов была испытана на пулестойкость в испытательном центре НИИ Специальных материалов, структурном подразделении ЗАО «НПО специальных материалов», аккредитованном Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.22CЗ08) по 3 классу пулестойкости (ГОСТ Р 51112-97): АК-74, калибр 5,45, патрон 7Н6 с пулей ПС со стальным НТУ сердечником и АКМ, калибр 7,62, патрон 57-Н-231 с пулей ПС со стальным НТУ сердечником. Испытания показали, что при попадании пули в головку болта с различных направлений под углами от 0° до 60° к оси болта происходит ее разрушение по шейке проточки, при этом болт сохраняет свою функциональность.This batch of bolts was tested for bullet resistance at the test center of the Research Institute of Special Materials, a structural unit of ZAO NPO Special Materials, accredited by the Federal Agency for Technical Regulation and Metrology (accreditation certificate No. POCC RU.0001.22CЗ08) for class 3 bullet resistance (GOST R 51112- 97): AK-74, caliber 5.45, cartridge 7N6 with a PS bullet with a steel NTU core and AKM, caliber 7.62, cartridge 57-N-231 with a PS bullet with a steel NTU core. Tests have shown that when a bullet enters the bolt head from various directions at angles from 0 ° to 60 ° to the axis of the bolt, it is destroyed along the neck of the groove, while the bolt retains its functionality.

Claims

1. The bulletproof bolt, comprising a rod and a head, characterized in that the bolt is made of high strength steel, heat-treated for a hardness of 400-600 HB, and the bolt head along the perimeter has at least one groove with a width of 0.1-0.5 of the height of the bolt head and a depth of 0.05-0.25 diameter of the bolt head.

2. The bulletproof bolt according to claim 1, characterized in that the rod contains a smooth part with a length of at least 0.1 of the length of the rod, a diameter of 1.1-1.3 of the diameter of the threaded part, and a fillet with a radius not made at the junction of the bolt head with the rod less than 0.5 mm.