RU2819725C1 - Method of making cartridge case from aluminum alloy for small arms - Google Patents

Method of making cartridge case from aluminum alloy for small arms Download PDF

Info

Publication number
RU2819725C1
RU2819725C1 RU2023110557A RU2023110557A RU2819725C1 RU 2819725 C1 RU2819725 C1 RU 2819725C1 RU 2023110557 A RU2023110557 A RU 2023110557A RU 2023110557 A RU2023110557 A RU 2023110557A RU 2819725 C1 RU2819725 C1 RU 2819725C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
semi
finished product
aluminum alloy
annealing
finished
Prior art date
Application number
RU2023110557A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Александрович Лобов
Екатерина Олеговна Фролова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова)
Application granted granted Critical
Publication of RU2819725C1 publication Critical patent/RU2819725C1/en

Links

Abstract

FIELD: weapons and ammunition.
SUBSTANCE: invention relates to production of ammunition for small arms. Flat round billet is obtained from rolled sheet from aluminum alloy with magnesium content of 4.5–6.5 wt.%. It is stamped to form a bowl-shaped semi-finished product. Semi-finished product is folded into a cap in a matrix with a lead-in part located at an angle. Stretching with wall thinning is performed to produce a hollow semi-finished product. At final transitions, drawing is carried out without interoperational annealing. Hardness variable along the height of the housing is obtained, which has a maximum value at the slope of the housing and smoothly decreases towards the bottom part. Semi-finished product edge is cut, recess is formed in bottom part for primer, seed holes are pierced, annealed and case neck is formed by crimping. Then semi-finished case product is coated with protective coating.
EFFECT: simplified manufacturing process of aluminum alloy case with preset hardness distribution for its stable functioning.
4 cl, 6 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области боеприпасов стрелкового оружия, в частности, к технологии изготовления металлических гильз для унитарных патронов применяемых, например, в автоматах, винтовках, пулеметах и т.д.The invention relates to the field of small arms ammunition, in particular, to the technology of manufacturing metal cartridges for unitary cartridges used, for example, in machine guns, rifles, machine guns, etc.

Типовая гильза включает дульце, скат, корпус и дно с фланцем. Технология их изготовления должна обеспечивать не только соблюдение формы и размеров, установленных чертежом, но и определенный закон распределения механических характеристик, в частности твердости, по длине корпуса, от которого зависит надежность функционирования и отсутствие разрушения при выстреле. Наибольшая твердость должна обеспечиваться в центральной части корпуса гильзы, нижняя, придонная часть корпуса менее упрочненная, а зона сопряжения корпуса со скатом должна иметь твердость еще меньше, вследствие отжига краевой части полуфабриката перед обжимом (Данилин Г.А., Огородников В.П., Заволокин А.Б. Основы проектирования патронов к стрелковому оружию; Балт.гос.техн. ун-т.СПб., 2005, стр. 205).A typical sleeve includes a neck, a slope, a body and a bottom with a flange. The technology for their manufacture must ensure not only compliance with the shape and dimensions established by the drawing, but also a certain law of distribution of mechanical characteristics, in particular hardness, along the length of the body, on which the reliability of operation and the absence of destruction when fired depends. The greatest hardness should be ensured in the central part of the liner body, the lower, bottom part of the body is less strengthened, and the interface between the body and the slope should have even less hardness, due to annealing of the edge part of the semi-finished product before crimping (Danilin G.A., Ogorodnikov V.P., Zavolokin A.B. Basics of designing cartridges for small arms; Baltic State Technical University, St. Petersburg, 2005, p. 205).

Действующая на предприятиях Российской Федерации технология производства гильз основана на применении листового проката из стали (марок 11ЮА, 18ЮА), гильзовой латуни (марок Л68, Л70) или биметалла (сталь 18кп покрытая с двух сторон слоем томпака Л90) и не претерпела существенных изменений с прошлого века (Малов А.Н. Производство патронов стрелкового оружия. М.: Оборонгиз. 415 с, стр. 31). Значения твердости корпуса штатных стальных и биметаллических гильз примерно равны 160…225 HV, латунных - 125…170 HV. Алюминиевые сплавы в России для изготовления гильз применяют значительно реже и в основном для боеприпасов к травматическому оружию. Среди зарубежных патронов гильзы из алюминиевых сплавов применяют несколько шире, в том числе и в патронах автоматического оружия.The current technology for the production of sleeves at enterprises in the Russian Federation is based on the use of rolled sheets of steel (grades 11YuA, 18YuA), sleeved brass (grades L68, L70) or bimetal (steel 18kp coated on both sides with a layer of tombak L90) and has not undergone significant changes since the past century (Malov A.N. Production of small arms cartridges. M.: Oborongiz. 415 p., p. 31). The body hardness values of standard steel and bimetallic sleeves are approximately equal to 160...225 HV, for brass - 125...170 HV. Aluminum alloys in Russia are used much less frequently for the manufacture of cartridges and mainly for ammunition for traumatic weapons. Among foreign cartridges, aluminum alloy casings are used somewhat more widely, including in automatic weapon cartridges.

Известен патрон для травматического пистолета «ОСА» (RU 2095742) содержащий цельнометаллическую гильзу из алюминиевого сплава. Такая гильза не содержит дульца, имеет сильно увеличенную толщину стенок по сравнению с гильзами боевого оружия и соответственно не пригодна для применения в подобном оружии.A known cartridge for a traumatic pistol "OSA" (RU 2095742) containing an all-metal sleeve made of aluminum alloy. Such a sleeve does not contain a muzzle, has a greatly increased wall thickness compared to cartridge cases of military weapons and, accordingly, is not suitable for use in such weapons.

Известен способ изготовления гильз к боевому стрелковому оружию из высокопрочного алюминиевого сплава типа Al-Cu-Mg-Si, при этом сплав должен содержать примерно от 0,9 до 2,2, более предпочтительно, примерно от 1,2 до 2,0% кремния; примерно от 0,6 до 1,5%, более предпочтительно, примерно от 0,85 до 1,0%>магния; и примерно от 9,0 до 2,1%, более предпочтительно, примерно от 1,2 до 1,8%) меди (US 3706118). Технология изготовления основана на применении штучной заготовки цилиндрической формы отрезанной от прутка и отожженной, затем продольным обратным выдавливанием получается чашеобразный полуфабрикат, далее он также отжигается при температуре 315…385°С, а с помощью вытяжки с утонением через несколько матриц формируется удлиненный корпус. После этого полуфабрикат подвергают фактически закалке при температуре от 532 до 546°С и далее в комбинированном штампе формируют углубление в донной части под капсюль-воспламенитель, а также дульце гильзы. На заключительной стадии полуфабрикат может быть подвержен старению при температуре от 154 до 176°С с выдержкой в течение 10-24 часов.There is a known method for manufacturing cartridges for small arms combat weapons from a high-strength aluminum alloy of the Al-Cu-Mg-Si type, the alloy should contain from about 0.9 to 2.2, more preferably from about 1.2 to 2.0% silicon ; about 0.6 to 1.5%, more preferably about 0.85 to 1.0% magnesium; and about 9.0 to 2.1%, more preferably about 1.2 to 1.8%), copper (US Pat. No. 3,706,118). The manufacturing technology is based on the use of a cylindrical piece blank cut from a rod and annealed, then a cup-shaped semi-finished product is obtained by longitudinal reverse extrusion, then it is also annealed at a temperature of 315...385°C, and an elongated body is formed by drawing with thinning through several dies. After this, the semi-finished product is actually subjected to hardening at a temperature from 532 to 546 ° C and then a recess is formed in the combined stamp in the bottom part for the igniter primer, as well as the barrel of the cartridge case. At the final stage, the semi-finished product can be subjected to aging at temperatures from 154 to 176°C for 10-24 hours.

Недостатками способа является использование на начальном этапе процесса холодного продольного выдавливания из прутковой заготовки. Такая технология при определенной экономии металла приводит к очень высоким нагрузкам на пуансон и снижает стойкость инструмента в 2,5 и более раз. Кроме этого, указанный состав материала позволяет определить ближайшие аналоги - сплавы АК6 и АК8, которые плохо поддаются холодной обработке давлением, обладают низкой коррозионной стойкостью и предназначены в основном для ковки и горячей штамповки. В указанном способе полуфабрикат после вытяжки разупрочняется при нагреве под проведение упрочняющей закалки. Соответственно корпус гильзы является равномерно упрочненным только за счет термообработки, что может привести к нарушению условий функционирования. Штамповка дна и обжим закаленного полуфабриката также негативно скажутся на стойкости рабочего инструмента данных операций в виду высокого сопротивления материала деформированию. Способ основан на применении труднодеформируемого сплава, требует сложной термообработки и не является оптимальным для массового производства.The disadvantages of this method are the use of cold longitudinal extrusion from a rod blank at the initial stage of the process. This technology, with a certain saving of metal, leads to very high loads on the punch and reduces the tool life by 2.5 times or more. In addition, the specified composition of the material allows us to determine the closest analogues - alloys AK6 and AK8, which are difficult to cold work, have low corrosion resistance and are intended mainly for forging and hot stamping. In this method, the semi-finished product after drawing is softened when heated for hardening hardening. Accordingly, the liner body is uniformly strengthened only due to heat treatment, which can lead to a violation of operating conditions. Stamping the bottom and crimping the hardened semi-finished product will also negatively affect the durability of the working tool for these operations due to the high resistance of the material to deformation. The method is based on the use of a difficult-to-deform alloy, requires complex heat treatment and is not optimal for mass production.

Известен способ изготовления гильзы из сплава 7475, содержащего от 5,2 до 6,2% цинка, от 1,9 до 2,5% магния, от 1,2 до 1,9% меди, от 0,18 до 0,25%) хрома, а остальное алюминий и примеси (US 3984259). Способ основан на применении высокопрочного труднодеформируемого алюминиевого сплава (ближайший аналог - сплав В95) с высоким комплексом требований к получению исходного проката и его микроструктуры - длительная гомогенизация слитка, термообработка, горячая экструзия в пруток с последующим отжигом. Затем пруток разрезается на штучные заготовки, в 1-2 перехода формируется чашка с применением продольного выдавливания, далее следует несколько операций вытяжки для формирования корпуса. Формоизменяющие операции проводятся при комнатной температуре, но с обязательным межоперационным отжигом после каждого перехода при температуре 357…468°С и с медленным охлаждением при скорости примерно 30°С в час до температуры 232°С. Готовый корпус закаливают и искусственно состаривают для обеспечения необходимой твердости. Край корпуса отжигают и проводят обжим дульца гильзы.A known method of manufacturing a sleeve from alloy 7475 containing from 5.2 to 6.2% zinc, from 1.9 to 2.5% magnesium, from 1.2 to 1.9% copper, from 0.18 to 0.25 %) chromium, and the rest is aluminum and impurities (US 3984259). The method is based on the use of a high-strength, difficult-to-deform aluminum alloy (the closest analogue is alloy B95) with a high set of requirements for the production of the original rolled product and its microstructure - long-term homogenization of the ingot, heat treatment, hot extrusion into a rod followed by annealing. Then the rod is cut into piece pieces, a cup is formed in 1-2 transitions using longitudinal extrusion, followed by several drawing operations to form the body. Form-changing operations are carried out at room temperature, but with mandatory interoperational annealing after each transition at a temperature of 357...468°C and with slow cooling at a rate of approximately 30°C per hour to a temperature of 232°C. The finished body is hardened and artificially aged to ensure the required hardness. The edge of the body is annealed and the sleeve neck is crimped.

Недостатками способа являются сложная технология получения сплава, большое количество термообработки и жесткие требования к скоростям охлаждения. Также большие нагрузки на инструмент при выполнении операций холодной штамповки ввиду высокой прочности сплава, приведут к его низкой стойкости. Хотя на прямую в описании не указано количество вытяжных переходов, но высокая прочность сплава в холодном состоянии позволяют сделать вывод о большом количестве операций и трудоемкости их проведения. Кроме этого, в качестве недостатков можно отметить необходимость закалки для упрочнения корпуса, что исключает деформационное упрочнение гильзы по определенному закону с переменной твердостью по высоте. Технология весьма сложна и энергозатраты, что скажется и на повышении себестоимости гильз.The disadvantages of this method are the complex technology for producing the alloy, a large amount of heat treatment and stringent requirements for cooling rates. Also, large loads on the tool when performing cold stamping operations due to the high strength of the alloy will lead to its low durability. Although the description does not directly indicate the number of exhaust transitions, the high strength of the alloy in the cold state allows us to conclude that there are a large number of operations and the complexity of their implementation. In addition, the disadvantages include the need for hardening to strengthen the body, which eliminates strain hardening of the liner according to a certain law with variable hardness along the height. The technology is very complex and energy-consuming, which will also affect the increase in the cost of sleeves.

Также известен способ изготовления гильз из сплава системы Al-Cu-Mg (CN 110106410 В), содержащего 4-6% меди, 1-4% магния, 0,1-0,6% марганца, 0-0,05%) кремния, 0-0,05%) железа и остальное алюминий. Сплав для гильзы получают по технологии 3D-напыления и быстрого отверждения. Технология получения основана на холодном продольном выдавливании из прутковой заготовки за 4 перехода при скоростях от 30…40 мм/с на первом переходе до 15…8 мм/с на последнем. Штамповка донной части и обжим дульца соответствуют известным техническим решениям.There is also a known method for manufacturing sleeves from an alloy of the Al-Cu-Mg system (CN 110106410 B), containing 4-6% copper, 1-4% magnesium, 0.1-0.6% manganese, 0-0.05% silicon , 0-0.05%) iron and the rest aluminum. The alloy for the sleeve is produced using 3D sputtering and rapid curing technology. The production technology is based on cold longitudinal extrusion from a bar billet in 4 transitions at speeds from 30...40 mm/s at the first transition to 15...8 mm/s at the last. Stamping of the bottom part and crimping of the barrel correspond to known technical solutions.

Недостатками является сложная технология изготовления сплава путем 3D-напыления. Сплав является по сути дюралюминием и может применяться для изготовления гильз (например, гильза гранатометного выстрела 7П39 изготовлена из сплава Д16Т), однако неизбежны высокие нагрузки на инструмент при холодном продольном выдавливании. Также сложности представляет необходимость соблюдения требований по обеспечению скоростей деформирования, ограниченных значениями 40 мм/с и ниже, причем для разных операций технологической цепочки рекомендованные скорости также разные, что затруднит унификацию оборудования и применение многопозиционных станков, повысив стоимость производства гильзы.The disadvantages are the complex technology for manufacturing the alloy by 3D sputtering. The alloy is essentially duralumin and can be used for the manufacture of cartridges (for example, the cartridge case of a 7P39 grenade launcher round is made of D16T alloy), however, high loads on the tool during cold longitudinal extrusion are inevitable. Also difficult is the need to comply with the requirements for ensuring deformation rates, limited to values of 40 mm/s and below, and for different operations of the technological chain the recommended speeds are also different, which will complicate the unification of equipment and the use of multi-position machines, increasing the cost of liner production.

Известен способ изготовления глубоких полых тонкостенных изделий с горловиной, а именно баллонов высокого давления конструктивно напоминающих гильзу из листового проката марок АМг5 или АМг6 (RU 2699701). Технология основана на вырубке исходной заготовки, вытяжке без утонения за 3-5 переходов, вытяжке с утонением за 1-2 перехода для образования корпуса и обжимом горловины за 2-4 перехода. Все переходы выполняют с нагревом заготовок в печи до температуры рекристализации (315…340°С) при покрытии рабочего инструмента антифрикционной композицией с фторсодержащими поверхностно-активными веществами.There is a known method for manufacturing deep hollow thin-walled products with a neck, namely high-pressure cylinders structurally reminiscent of a sleeve made of rolled sheets of the AMg5 or AMg6 brands (RU 2699701). The technology is based on cutting out the initial blank, drawing without thinning in 3-5 transitions, drawing with thinning in 1-2 transitions to form the body and crimping the neck in 2-4 transitions. All transitions are performed by heating the workpieces in a furnace to the recrystallization temperature (315...340°C) while covering the working tool with an antifriction composition with fluorine-containing surfactants.

Недостатками способа является применение штамповки с нагревом, что для столь малых изделий, которыми являются гильзы, не позволит проводить нагрев вне штампа ввиду высокой скорости охлаждения и сильно усложнит технологию производства. Кроме того сплавы АМг5 и АМг6 являются термически неупрочняемыми, соответственно для обеспечения необходимой твердости корпуса необходимо проведение именно холодной пластической деформации.The disadvantages of this method are the use of stamping with heating, which for such small products, which are sleeves, will not allow heating outside the stamp due to the high cooling rate and will greatly complicate the production technology. In addition, the AMg5 and AMg6 alloys are not thermally hardenable; therefore, to ensure the required hardness of the body, it is necessary to carry out cold plastic deformation.

Ближайшим аналогом к предлагаемому способу является способ изготовления гильз из алюминиевого сплава холодной штамповкой (US 2220652). В качестве исходной заготовки используется плоская круглая в плане деталь, полученная из листового проката. Практически все производство гильз для российских боеприпасов ориентировано на применение листового проката, поэтому такие технологии потребуют минимальных изменений в парке оборудования и унификацию с существующими технологическими процессами производства стальных и латунных гильз. Материалом является дюралюминиевый сплав системы А1-Cu-Mg. Технология основана на свертке плоской заготовки в колпак, нескольких переходах вытяжки с утонением стенок с межоперационными отжигами после каждого перехода для снятия наклепа и придания необходимой формы корпусу, а также штамповку дна и обжим дульца. Необходимая твердость гильзы обеспечивается путем термообработки закалкой и старением после проведения вытяжных переходов.The closest analogue to the proposed method is a method for manufacturing aluminum alloy sleeves by cold stamping (US 2220652). The initial workpiece is a flat, round part obtained from rolled sheets. Almost all production of casings for Russian ammunition is focused on the use of rolled sheets, so such technologies will require minimal changes in the equipment fleet and unification with existing technological processes for the production of steel and brass casings. The material is a duralumin alloy of the A1-Cu-Mg system. The technology is based on rolling a flat workpiece into a cap, several stretching transitions with thinning of the walls with interoperational annealing after each transition to remove the hardening and give the required shape to the body, as well as stamping the bottom and crimping the barrel. The required hardness of the liner is ensured by heat treatment by hardening and aging after exhaust transitions.

Основным недостатком способа является невозможность обеспечения переменного закона распределения твердости по корпусу, вследствие разупрочнения штампованного полуфабриката после вытяжных операций отжигом и введением закалки со старением обеспечивающей равномерное упрочнение. Кроме того дюралюминиевые сплавы как правило имеют меньшую твердость в отожженном состоянии в сравнении алюминиево-магниевыми, при этом склонны к межкристаллитной коррозии и не предназначены к эксплуатации при температурах выше 200…250°С, тогда как пулеметный ствол при интенсивной стрельбе может быть разогрет до температуры 300°С и выше. Соответственно для гильзы необходимо обязательное нанесение защитного покрытия. Формообразование донной части на закаленном полуфабрикате повысит нагрузки на рабочий инструмент. Таким образом, способ не позволяет обеспечить переменную твердость корпуса, а дополнительная термообработка усложняет технологию производства.The main disadvantage of this method is the impossibility of ensuring a variable law of hardness distribution throughout the body, due to the softening of the stamped semi-finished product after drawing operations, annealing and the introduction of hardening with aging, which ensures uniform hardening. In addition, duralumin alloys, as a rule, have lower hardness in the annealed state in comparison with aluminum-magnesium alloys, while they are prone to intergranular corrosion and are not intended for operation at temperatures above 200 ... 250 ° C, while a machine gun barrel can be heated to a temperature of 300°C and above. Accordingly, the sleeve requires mandatory application of a protective coating. Shaping the bottom part on a hardened semi-finished product will increase the load on the working tool. Thus, the method does not provide variable hardness of the body, and additional heat treatment complicates the production technology.

Задачей заявляемого изобретения является разработка упрощенной технологии изготовления гильзы из высокопрочного алюминиевого сплава с обеспечением переменного распределения твердости по высоте корпуса, сопоставимой с твердостью штатных гильз из латуни или стали и снабженной защитным покрытием.The objective of the claimed invention is to develop a simplified technology for manufacturing a sleeve from a high-strength aluminum alloy providing a variable distribution of hardness along the height of the body, comparable to the hardness of standard sleeves made of brass or steel and equipped with a protective coating.

Поставленная задача решена тем, что в способе изготовления гильз из листового проката к патронам стрелкового оружия с получением вырубкой плоской круглой заготовки, сверткой в колпак с дном, вытяжкой с утонением полого полуфабриката, межоперационными отжигами, обрезкой кромки, штамповкой углубления в донной части под капсюль, пробивкой затравочных отверстий, отжигом и обжимом дульца, а в качестве материала гильзы используют алюминиевый сплав с содержанием магния 4,5…6,5%, после вырубки проводят подштамповку кружка, получая чашеобразный полуфабрикат с фланцем, имеющим двусторонний угол конусности на наружной поверхности, равный 40…100°, а на внутренней поверхности на 5…20° больше и конусное дно, точно соответствующее углу заходной части матрицы последующей свертки в колпак па глубину от 0,9 до 1,2 толщины дна исходной заготовки, а полуфабрикат гильзы, после проведения всех формоизменяющих операций, покрывается защитным покрытием толщиной 10…25 мкм по технологии электролиза, при этом твердость алюминиевого сплава корпуса гильзы имеет максимальное значение вблизи ската и плавно уменьшаться к дойной части на величину 10…20% от максимального значения, что обеспечивается заключительными переходами вытяжки, выполняемыми без термообработки.The problem was solved by the fact that in the method of manufacturing cartridges from rolled sheets for small arms cartridges by cutting out a flat round blank, rolling it into a cap with a bottom, drawing with thinning of the hollow semi-finished product, interoperational annealing, trimming the edge, stamping a recess in the bottom part for the capsule, by punching seed holes, annealing and crimping the barrel, and an aluminum alloy with a magnesium content of 4.5...6.5% is used as the sleeve material; after cutting, the circle is stamped, obtaining a cup-shaped semi-finished product with a flange having a double-sided taper angle on the outer surface equal to 40...100°, and on the inner surface there is a 5...20° larger conical bottom, exactly corresponding to the angle of the entrance part of the matrix of subsequent rolling into a cap to a depth of 0.9 to 1.2 times the thickness of the bottom of the original workpiece, and the semi-finished liner, after all form-changing operations, is covered with a protective coating 10...25 microns thick using electrolysis technology, while the hardness of the aluminum alloy of the liner body has a maximum value near the slope and smoothly decreases towards the bottom part by 10...20% of the maximum value, which is ensured by the final transitions of the hood, performed without heat treatment.

Перед нанесением покрытия гильзу может быть упрочнена аэроакустической обработкой при комнатной температуре путем звукового воздействия в 40 дБ, частотой 120 кГц с одновременным воздействием потока воздуха рассекаемого клином в течение 30…40 минут.Before coating, the liner can be strengthened by aeroacoustic treatment at room temperature by sound exposure at 40 dB, frequency 120 kHz with simultaneous exposure to an air flow cut by a wedge for 30...40 minutes.

После обработки на полуфабрикатможет быть нанесено медное или латунное защитное покрытие по технологии электролиза (например, по пат. РФ 2214483).After processing, a copper or brass protective coating can be applied to the semi-finished product using electrolysis technology (for example, according to RF Patent No. 2214483).

Полученным техническим результатом является упрощенная и максимально унифицированная с действующим производством технология изготовления гильзы из алюминиевого сплава с содержанием магния 4,5…6,5%, обеспечивающая заданный закон распределения твердости и требуемые значения твердости для стабильного функционирования.The obtained technical result is a simplified and maximally unified technology for manufacturing a sleeve made of aluminum alloy with a magnesium content of 4.5...6.5% with existing production, providing a given hardness distribution law and the required hardness values for stable operation.

Предлагаемый способ поясняется иллюстрациями.The proposed method is illustrated with illustrations.

На фиг. 1 показана исходная круглая заготовка, вырубаемая из листа.In fig. Figure 1 shows the original round blank cut from a sheet.

На фиг. 2 - возможные варианты геометрии детали, получаемой подштамповкой.In fig. 2 - possible options for the geometry of the part obtained by stamping.

На фиг. 3 - колпак после свертки.In fig. 3 - cap after folding.

На фиг. 4 - полуфабрикат после вытяжек с утонением.In fig. 4 - semi-finished product after hoods with thinning.

На фиг. 5 - полуфабрикат с отштампованным углублением в дне под капсюль. In fig. 5 - semi-finished product with a stamped recess in the bottom for the capsule.

На фиг. 6 - готовая гильза после операций пробивки отверстий, обжима и проточки канавки, образующей фланец с точками контроля твердости.In fig. 6 - finished liner after the operations of punching holes, crimping and turning a groove forming a flange with hardness control points.

Способ изготовления гильзы осуществляют следующим образом.The method of manufacturing the sleeve is carried out as follows.

Исходную плоскую круглую заготовку диаметром D0 и толщиной S0 (фиг. 1) на 15…30% меньше толщины дна готовой гильзы Sг (фиг. 6) получают вырубкой в штампе. Далее заготовку подвергают подштамповке, получая чашеобразный полуфабрикат с фланцем для облегчения последующей операции свертки (фиг. 2). Необходимость введения этой операции установлена опытным путем вследствие невысокой пластичности сплавов АМг5 и АМг6 в холодном состоянии и возможности появления трещин на радиусном участке колпака при его свертке сразу из плоской заготовки. При этом наружная поверхность дна полуфабриката подштамповки имеет двусторонний угол конусности αдн точно соответствующий углу заходной части матрицы последующей операции свертки, который выбирается по справочным рекомендациям из диапазона 8…16°, донная часть проталкивается в матрицу на глубину h от 0,9 до 1,2 толщины дна исходной заготовки, фланец имеет двусторонний угол конусности на наружной поверхности αнар выбираемый из диапазона 40…100°, а на внутренней поверхности αвн на 5…20° больше для формирования переменной толщины (фиг. 2, б). Угол наружной поверхности менее40° не целесообразен, т.к. при таких значениях заготовка уже формируется в колпачок без необходимости введения подштамповки (фиг. 2, в), а углы более 100° не обеспечивают достаточной деформации фланца для последующего сворачивания в колпачок за один переход (фиг. 2, а). Диаметр фланца D1 соответствует диаметру исходной заготовки D0. После подштамповки следует рекристаллизационный отжиг по стандартному режиму для алюминиево-магниевых сплавов(Т=315…340°С, выдержка 30…60 минут, охлаждение на воздухе). Далее формируется колпак диаметром D2 (фиг. 3) на операции свертки и затем отжигается по тому же режиму. Корпус гильзы требуемого диаметра D3 и высоты Н (фиг. 4) формируют за 3-5 переходов вытяжки с утонением стенки с межоперационными рекристализационными отжигами. При этом последние 1-2 перехода проводят без отжига для обеспечения деформационного упрочнения корпуса гильзы. Необходимая твердость корпуса должна быть переменной по высоте имея максимальное значение вблизи ската и плавно уменьшаться к донной части на величину 10…20% от максимального значения, что и обеспечивается на заключительных переходах вытяжки. Поскольку на алюминиевых сплавах не образуется окалина при нагреве до температуры рекристализации, то после отжига химическую обработку можно ограничить промывкой в воде с последующей сушкой.The initial flat round workpiece with a diameter D 0 and a thickness S 0 (Fig. 1) is 15...30% less than the thickness of the bottom of the finished sleeve S g (Fig. 6) is obtained by cutting in a stamp. Next, the workpiece is subjected to stamping, obtaining a bowl-shaped semi-finished product with a flange to facilitate the subsequent rolling operation (Fig. 2). The need to introduce this operation was established experimentally due to the low ductility of the AMg5 and AMg6 alloys in the cold state and the possibility of cracks appearing in the radius section of the cap when it is rolled up directly from a flat workpiece. In this case, the outer surface of the bottom of the semi-finished stamping product has a two-sided cone angle α bottom exactly corresponding to the angle of the leading part of the matrix of the subsequent folding operation, which is selected according to reference recommendations from the range 8...16°, the bottom part is pushed into the matrix to a depth h from 0.9 to 1, 2 thickness of the bottom of the initial workpiece, the flange has a double-sided taper angle on the outer surface α out selected from the range of 40...100°, and on the inner surface α out by 5...20° more to form a variable thickness (Fig. 2, b). An angle of the outer surface of less than 40° is not advisable, because at such values, the workpiece is already formed into a cap without the need to introduce understamping (Fig. 2, c), and angles of more than 100° do not provide sufficient deformation of the flange for subsequent folding into a cap in one transition (Fig. 2, a). The diameter of the flange D 1 corresponds to the diameter of the original workpiece D 0 . After stamping, recrystallization annealing follows according to the standard regime for aluminum-magnesium alloys (T = 315...340°C, holding time 30...60 minutes, cooling in air). Next, a cap with a diameter of D 2 is formed (Fig. 3) in a folding operation and then annealed in the same mode. The liner body of the required diameter D 3 and height H (Fig. 4) is formed in 3-5 drawing transitions with wall thinning with interoperational recrystallization annealing. In this case, the last 1-2 transitions are carried out without annealing to ensure strain hardening of the liner body. The required hardness of the body should be variable in height, having a maximum value near the slope and smoothly decrease towards the bottom by 10...20% of the maximum value, which is ensured at the final transitions of the hood. Since aluminum alloys do not form scale when heated to the recrystallization temperature, after annealing chemical treatment can be limited to washing in water followed by drying.

На финишном этапе у полуфабриката обрезают неровную кромку, формируют углубление под средства воспламенения за 1-2 перехода штамповки дна (фиг. 5), затем пробивают запальные отверстия, отжигают краевую часть заготовки, предпочтительно в проходном индукторе за 10…30 сек, формируют дульце с помощью 1-3 переходов обжима и протачивают канавку на фланце (фиг. 6). Геометрия инструмента всех операций холодной штамповки, кроме подштамповки, полностью соответствует стандартной для заводской технологии изготовления стальных или латунных гильз и позволяет максимально унифицировать производство. Количество переходов вытяжки и обжима может отличаться от традиционных технологий изготовления гильз и определяется расчетом по известным методикам. Введение дополнительной операции подштамповки не сказывается на увеличении трудоемкости технологического процесса, т.к. в сравнении с производством стальных или латунных гильз технология исключает большое количество химической обработки в виде травления в кислотах для снятия окалины, нанесение фосфатных покрытий и др.At the finishing stage, the uneven edge of the semi-finished product is cut off, a recess is formed for the ignition means in 1-2 transitions of stamping the bottom (Fig. 5), then ignition holes are punched, the edge part of the workpiece is annealed, preferably in a pass-through inductor for 10...30 seconds, a barrel is formed with using 1-3 crimping passes and machine a groove on the flange (Fig. 6). The geometry of the tool for all cold stamping operations, except for understamping, is fully consistent with the standard factory technology for manufacturing steel or brass sleeves and allows for maximum unification of production. The number of stretching and crimping transitions may differ from traditional sleeve manufacturing technologies and is determined by calculation using known methods. The introduction of an additional stamping operation does not affect the increase in the labor intensity of the technological process, because In comparison with the production of steel or brass sleeves, the technology eliminates a large amount of chemical processing in the form of etching in acids to remove scale, the application of phosphate coatings, etc.

После всех штамповочных операций полуфабрикат дополнительно упрочняют аэроакустической обработкой для придания значений твердости не уступающих латунным гильзам и сопоставимых со стальными. Данная обработка обеспечивает только количественное увеличение твердости в каждой точке, не меняя закон ее распределения. Обработка проводится в известной установке (например, по пат. RU 203378) при комнатнойтемпературе путем звукового воздействия в 40 дБ частотой 120 кГц с одновременным воздействием потока воздуха рассекаемого клином, установленным на расстоянии 50 мм в течение 30…40 минут. Опытным путем установлено, что данный режим оказывает максимальное упрочнение гильз из сплавов АМг5 и АМг6.After all stamping operations, the semi-finished product is additionally strengthened by aeroacoustic treatment to give hardness values not inferior to brass sleeves and comparable to steel ones. This treatment provides only a quantitative increase in hardness at each point, without changing the law of its distribution. The treatment is carried out in a well-known installation (for example, according to patent RU 203378) at room temperature by sound exposure of 40 dB with a frequency of 120 kHz with simultaneous exposure to an air flow cut by a wedge installed at a distance of 50 mm for 30...40 minutes. It has been experimentally established that this mode provides maximum strengthening of sleeves made of AMg5 and AMg6 alloys.

После обработки на гильзу наносят защитное покрытие по наружной и внутренней поверхности из меди или томпаковой латуни (с содержанием меди 80…96%) толщиной от 10 до 25 мкм. Такая толщина позволяет гарантировать сплошность покрытия и исключает появление царапин в тоже время не оказывает влияние на толщину стенок и диаметральных размеров, обеспечивая геометрию в требуемых допусках установленных чертежом.After processing, a protective coating is applied to the sleeve on the outer and inner surfaces of copper or tombac brass (with a copper content of 80...96%) with a thickness of 10 to 25 microns. This thickness allows us to guarantee the continuity of the coating and eliminates the appearance of scratches, while at the same time it does not affect the thickness of the walls and diametrical dimensions, ensuring the geometry within the required tolerances established in the drawing.

Конкретный пример реализации технологии проведен для гильзы автоматного патрона клб. 7,62×39 мм. Из листового проката марки АМг5 получали исходные круглые заготовки диаметром D0=20,8 мм и толщиной S0=3,2 мм, что на 24% меньше толщины дна готовой гильзы, равного 4,2 мм. Далее проводили подштамповку при следующих значениях двухсторонних углов αдн=12 , αнар=60°, авн=80° при проталкивании донной части на глубину h=3,8 мм. Полученный чашеобразный полуфабрикат отжигали в печи при температуре 340°С с выдержкой в течение часа и последующем охлаждении на воздухе. Затем полуфабрикат сворачивали в колпак наружным диаметром D2=15,7 мми повторно отжигали по тому же режиму. После этого осуществляли четыре перехода вытяжки с утонением стенки через две матрицы заводским инструментом используемым для вытяжки стальных гильз того же калибра. После первой и второй вытяжек выполняли отжиг по указанному режиму, а третью и четвертую вытяжки осуществляли без отжига. Диаметр полуфабриката после последней вытяжки D3=11,1 мм при высоте Н=44…50 мм. Затем неровная кромка обрезалась на токарном станке, полуфабрикат проходил штамповку донной части за два перехода, пробивку затравочных отверстий, отжиг краевой части, обжим дульца за один переход и проточку канавки образующей фланец. Все формоизменяющие операции проведены при комнатной температуре 20°С, в штампах жестким инструментом на прессовом оборудовании с использованием в качестве смазочного материала смеси минеральных масел загущенных натриево-кальциевым мылом высших жирных кислот с добавлением антиокислительной, противоизносной присадок, а также мелкодисперсного жаропрочного алюминиевого порошка и поликарбонфторида. Изготовленные полуфабрикаты гильзы упрочняли аэроакустической обработкой (ААО) при комнатной температуре 20°С в установке состоящей из сочлененных ресивера и резонатора путем звукового воздействия в 40 дБ частотой 120 кГц с одновременным воздействием потока воздуха управляемого клином и направленного на заготовки в течение 30 минут. Твердость образцов измеряли в точках 1, 2, 3 на расстоянии 5, 15 и 25 мм от дна гильзы (фиг. 6) на твердомере по шкале HV при нагрузке в 5 кгс. Результаты измерений приведены в таблице, из которой видно, что аэроакустическая обработка способствует дополнительному упрочнению холоднодеформированных гильз и за счет этого уменьшает вероятность их чрезмерного раздутия или разрыва при функционировании.A specific example of the implementation of the technology was carried out for the cartridge case of a KLB automatic cartridge. 7.62x39 mm. From sheet metal of the AMg5 grade, initial round blanks with a diameter D 0 = 20.8 mm and a thickness S 0 = 3.2 mm were obtained, which is 24% less than the thickness of the bottom of the finished sleeve, equal to 4.2 mm. Next, understamping was carried out at the following values of bilateral angles α bottom = 12, α top = 60°, and out = 80° when pushing the bottom part to a depth of h = 3.8 mm. The resulting cup-shaped semi-finished product was annealed in a furnace at a temperature of 340°C, held for an hour and then cooled in air. Then the semi-finished product was rolled into a cap with an outer diameter of D 2 = 15.7 mm and re-annealed according to the same regime. After this, four drawing transitions were carried out with wall thinning through two dies using a factory tool used for drawing steel sleeves of the same caliber. After the first and second stretches, annealing was performed according to the specified regime, and the third and fourth stretches were carried out without annealing. The diameter of the semi-finished product after the last drawing is D 3 = 11.1 mm with a height H = 44...50 mm. Then the uneven edge was cut on a lathe, the semi-finished product underwent stamping of the bottom part in two passes, punching of seed holes, annealing of the edge part, crimping of the barrel in one pass and turning of the groove forming the flange. All form-changing operations were carried out at room temperature 20°C, in dies with a rigid tool on pressing equipment using as a lubricant a mixture of mineral oils thickened with sodium-calcium soap of higher fatty acids with the addition of antioxidant, anti-wear additives, as well as fine heat-resistant aluminum powder and polycarbonate fluoride . The manufactured semi-finished liners were strengthened by aeroacoustic treatment (AAT) at room temperature 20°C in an installation consisting of an articulated receiver and resonator by sound exposure of 40 dB with a frequency of 120 kHz with simultaneous exposure to an air flow controlled by a wedge and directed at the workpieces for 30 minutes. The hardness of the samples was measured at points 1, 2, 3 at a distance of 5, 15 and 25 mm from the bottom of the sleeve (Fig. 6) on a hardness tester on the HV scale under a load of 5 kgf. The measurement results are shown in the table, from which it can be seen that aeroacoustic treatment contributes to additional strengthening of cold-deformed liners and thereby reduces the likelihood of their excessive swelling or rupture during operation.

После упрочняющей обработки полуфабрикаты по всей поверхности покрывали защитным слоем меди толщиной 12 мкм по технологии электролиза с выдержкой изделий в электролите в течение 2 мин, предварительном нанесении слоя меди толщиной 6 мкм при плотности тока 0,2 А/дм, повторной выдержке в течение 2 мин и заключительном нанесениислоя меди толщиной 6 мкм при плотности тока 0,4 А/дм2. Была изготовлена опытная партия из 10 гильз. Гильзы других калибров предлагается изготавливать аналогичным способом.After hardening treatment, the semi-finished products were coated over the entire surface with a protective layer of copper 12 μm thick using electrolysis technology with exposure of the products in the electrolyte for 2 minutes, preliminary application of a layer of copper 6 μm thick at a current density of 0.2 A/dm, repeated exposure for 2 minutes and the final application of a copper layer 6 μm thick at a current density of 0.4 A/dm 2 . A pilot batch of 10 cartridges was made. It is proposed to manufacture cartridges of other calibers in a similar way.

Новизной предложенного способа изготовления гильз является применение заготовки из алюминиевого сплава с содержанием магния 4,5…6,5%, упрочняющая аэроакустическая обработка звуковым полем и нанесение на гильзу защитного покрытия из меди или латуни по известной технологии электролиза.The novelty of the proposed method for manufacturing sleeves is the use of an aluminum alloy blank with a magnesium content of 4.5...6.5%, strengthening aeroacoustic treatment with a sound field and the application of a protective coating of copper or brass to the sleeve using well-known electrolysis technology.

Полученные гильзы имеют массу примерно в 3 раза меньше, в сравнении со стальными, обладают той же геометрией и сопоставимой твердостью изменяющейся по переменному закону вдоль корпуса, снабжены защитным покрытием, при этом предлагаемая технология, в части формоизменения заготовки, максимально унифицирована со стандартной заводской технологией изготовления гильз и все основные штамповочные операции могут быть реализованы на том же самом оборудовании.The resulting liners have a mass of approximately 3 times less in comparison with steel ones, have the same geometry and comparable hardness varying according to a variable law along the body, are equipped with a protective coating, while the proposed technology, in terms of shaping the workpiece, is maximally unified with standard factory manufacturing technology sleeves and all basic stamping operations can be carried out on the same equipment.

Достигнут технический результат, которым является упрощенная и максимально унифицированная с действующим производством технология изготовления гильзы из алюминиевого сплава с содержанием магния 4,5…6,5%, обеспечивающая заданный закон распределения твердости и требуемые значения твердости для стабильного функционирования.A technical result has been achieved, which is a simplified and maximally unified technology for manufacturing a sleeve from an aluminum alloy with a magnesium content of 4.5...6.5% with existing production, providing a given law of hardness distribution and the required hardness values for stable operation.

Claims (4)

1. Способ изготовления гильз из листового проката к патронам стрелкового оружия, включающий получение вырубкой из листового проката из алюминиевого сплава плоской круглой заготовки, свертку в колпак с дном, получение полого полуфабриката вытяжкой с утонением стенок, осуществляемой по переходам с межоперационными отжигами, обрезку кромки полуфабриката, штамповку углубления в донной части под капсюль, пробивку затравочных отверстий, отжиг и формирование дульца гильзы обжимом, отличающийся тем, что в качестве материала для изготовления гильзы используют алюминиевый сплав с содержанием магния 4,5-6,5 мас.%, после вырубки плоской круглой заготовки проводят ее подштамповку с получением чашеобразного полуфабриката с фланцем, имеющим двусторонний угол конусности, и конусным дном, при этом угол конусности наружной поверхности фланца равен 40-100°, угол конусности внутренней поверхности фланца на 5-20° превышает угол конусности наружной поверхности, осуществляют свертку в колпак чашеобразного полуфабриката в матрице с расположенной под углом заходной частью, а конусное дно чашеобразного полуфабриката получают соответствующим углу заходной части упомянутой матрицы, вытяжку с утонением стенок на заключительных переходах осуществляют без межоперационного отжига с получением переменной по высоте корпуса твердости, которая имеет максимальное значение у ската корпуса и плавно уменьшается к донной части на величину, составляющую 15-20% от максимального значения, а после формирования дульца полуфабрикат гильзы покрывают защитным покрытием толщиной 10-25 мкм по технологии электролиза.1. A method for manufacturing cartridges from rolled sheets for small arms cartridges, including producing a flat round billet from rolled sheets of aluminum alloy, rolling it into a cap with a bottom, producing a hollow semi-finished product by drawing with thinning of the walls, carried out through transitions with interoperational annealing, trimming the edge of the semi-finished product , stamping a recess in the bottom part for the capsule, punching seed holes, annealing and forming the barrel of the cartridge case by crimping, characterized in that an aluminum alloy with a magnesium content of 4.5-6.5 wt.% is used as the material for the manufacture of the cartridge case, after cutting a flat round billet is stamped to obtain a bowl-shaped semi-finished product with a flange having a double-sided taper angle and a conical bottom, while the taper angle of the outer surface of the flange is 40-100°, the taper angle of the inner surface of the flange is 5-20° higher than the taper angle of the outer surface, a cup-shaped semi-finished product is rolled into a cap in a matrix with an angled lead-in part, and the conical bottom of the bowl-shaped semi-finished product is obtained corresponding to the angle of the lead-in part of the said matrix; drawing with thinning of the walls at the final transitions is carried out without interoperational annealing to obtain a hardness variable along the height of the body, which has a maximum value at the slope of the body and smoothly decreases towards the bottom by an amount of 15-20% of the maximum value, and after the barrel is formed, the semi-finished liner is covered with a protective coating 10-25 microns thick using electrolysis technology. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве защитного покрытия используют медь.2. The method according to claim 1, characterized in that copper is used as a protective coating. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве защитного покрытия используют томпаковую латунь, содержащую от 80 до 96 мас.% меди.3. The method according to claim 1, characterized in that tombac brass containing from 80 to 96 wt.% copper is used as a protective coating. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия гильзу упрочняют аэроакустической обработкой при комнатной температуре путем звукового воздействия в 40 дБ с частотой 120 кГц с одновременным воздействием потока воздуха, рассекаемого клином, в течение 30-40 мин.4. The method according to claim 1, characterized in that before applying the coating, the sleeve is strengthened by aeroacoustic treatment at room temperature by sound exposure of 40 dB with a frequency of 120 kHz with simultaneous exposure to an air flow cut by a wedge for 30-40 minutes.
RU2023110557A 2023-04-25 Method of making cartridge case from aluminum alloy for small arms RU2819725C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2819725C1 true RU2819725C1 (en) 2024-05-23

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2220652A (en) * 1936-09-02 1940-11-05 Aluminium Ind Ag Manufacture of cartridge cases from aluminum alloys
RU2062166C1 (en) * 1992-09-08 1996-06-20 ПО "Тульский патронный завод" Method of making metallic hunter's cartridge case
RU2113309C1 (en) * 1996-03-26 1998-06-20 Евдокимов Анатолий Кириллович Method of manufacture of small arms cartridge cases
RU2176573C1 (en) * 2000-11-22 2001-12-10 ОАО "Тульский патронный завод" Method for manufacture of small arms cartridge case
RU2446909C2 (en) * 2010-03-17 2012-04-10 Закрытое акционерное общество "Барнаульский патронный завод" Method of producing cartridge cases for small arms
US10359261B2 (en) * 2014-07-11 2019-07-23 Jh Casings As Heat insulating coating for aluminium cartridge casings for hand guns
RU2777263C2 (en) * 2018-02-27 2022-08-01 Пбм Лимитед Metal cartridge for ammunition and its manufacturing method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2220652A (en) * 1936-09-02 1940-11-05 Aluminium Ind Ag Manufacture of cartridge cases from aluminum alloys
RU2062166C1 (en) * 1992-09-08 1996-06-20 ПО "Тульский патронный завод" Method of making metallic hunter's cartridge case
RU2113309C1 (en) * 1996-03-26 1998-06-20 Евдокимов Анатолий Кириллович Method of manufacture of small arms cartridge cases
RU2176573C1 (en) * 2000-11-22 2001-12-10 ОАО "Тульский патронный завод" Method for manufacture of small arms cartridge case
RU2446909C2 (en) * 2010-03-17 2012-04-10 Закрытое акционерное общество "Барнаульский патронный завод" Method of producing cartridge cases for small arms
US10359261B2 (en) * 2014-07-11 2019-07-23 Jh Casings As Heat insulating coating for aluminium cartridge casings for hand guns
RU2777263C2 (en) * 2018-02-27 2022-08-01 Пбм Лимитед Metal cartridge for ammunition and its manufacturing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3498221A (en) Aluminum cartridge case
US3984259A (en) Aluminum cartridge case
US7162942B2 (en) Bullet
US5009166A (en) Low cost penetrator projectile
US3706118A (en) Method for the manufacture of an aluminum cartridge case
US2462851A (en) Steel cartridge case manufacture
US20240042512A1 (en) Boron steel high-pressure cartridge case
RU2819725C1 (en) Method of making cartridge case from aluminum alloy for small arms
UA58628C2 (en) Billet for barrel of fire-arms, method of its production and barrel of fire-arms
KR20030077009A (en) Manufacturing process for making engine components of high carbon content steel using cold forming techniques
RU2446909C2 (en) Method of producing cartridge cases for small arms
EP1536899B1 (en) Method for manufacture of a metal shell, and a cup designed to serve as a blank
US4246844A (en) Method of forming high fragmentation mortar shells
US5105514A (en) Method of making a low cost penetrator projectile
RU2113309C1 (en) Method of manufacture of small arms cartridge cases
RU2179491C2 (en) Method for making blanks of missile bodies
RU2176573C1 (en) Method for manufacture of small arms cartridge case
RU2526659C1 (en) Production of barrel
RU2615959C1 (en) Thin-walled axisymmetric steel shell manufacturing method
US20240142206A1 (en) Deformation bullet for police and authority ammunition
US11814694B2 (en) Method for producing a highly heat-resistant weapon barrel provided with a twist profile
CN115584448B (en) Warm-cold composite step forming method for tantalum alloy liner
RU2530218C2 (en) Method of production of barrel of heavy machine gun
RU202778U1 (en) CARBIDE CORE
RU2062205C1 (en) Method of production of pieces with inner canal of unspecified form