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(11) | EP 0 012 323 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Verfahren zur Herstellung metallischer Formkörper, insbesondere Geschosse, mit in metallischer Bettungsmasse eingelagerten diskreten Teilchen |
| (57) Ein Formkörper mit in metallischer Bettungsmasse eingelagerten Kugeln als Splitterkörper
für Geschosse ist durch Sintern teuer in der Herstellung. Durch kaltes Drückwalzen
besteht eine kostengünstige Herstellung. Daneben wird eine wesentliche Steigerung
der Splitterenergie bei der Detonation des Formkörpers erreicht. In einen Hohlraum
zwischen einem Grundkörper (15, 31) und einer Aussenhülse (8) werden vor dem Bearbeitungsvorgang
Kugeln (25) eingebracht. Die spanlose Bearbeitung durch kaltes Rundkneten der Aussenhülse
presst das Material des Grundkörpers und der Aussenhülse zwischen die Kugel-Hohlräume
ein, verdichtet den Grundkörper und die Aussenhülse, verspannt die Aussenhülse und
die Kugeln. Dadurch kann die aus dem Grundkörper herzustellende Innenhülse sehr dünn
sein. Die Vorspannung der Kugeln und der Aussenhülse ergibt zusammen mit der dünnen
Innenhülse eine hohe Energieübertragung von dem Sprengstoff auf die Hülsensplitter
und die Kugeln. |
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung metallischer Formkörper mit in metallischer Bettungsmasse eingelagerten diskreten Teilchen.
[0002] Nach der DE-PS 24 60 o13 ist ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern mit in metallischer Bettungsmasse eingela- gerten 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 und 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 Kalibergröße 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 reporduzierbar, da beim Preßvorgang die Bettungsmasse unterschiedlich tief in die Zwischenräume zwischen den Teilchen gelangt.
[0003] 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.
[0004] Weiterhin ist durch die DE-PS 21 29 196 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 elektromagnetisch oder aber durch Pressen mittels eines Kalibrierbolzens erfolgen.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] Durch die Erfindung wird vorteilhaft erreicht,
daß durch die Verformung der Außenhülle in der Außenhülle Spannungen auftreten, die zusammen mit der Druckspannung der Kugeln eine wesentliche Steigerung der Splitterenergie bei den Teilchen und den Außenhüllensplittern ergeben, daß die Innenhülle sehr dünn sein kann, 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 Umformkraft 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 denen 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,
daß das Leervolumen zwischen dem Grundkörper und der Außenhülle und den Teilchen minimiert ist und somit viel Masse und zwar speziell Masse hoher Dichte als Energieträger zur Verfügung steht,
daß durch die Verformung Formkörper hoher Maßgenauigkeit und ausgezeichnetem Rundlauf vorliegen, d.h. der Zerspanungsanteil ist sehr gering und die für eine hohe Treffwahrscheinlichkeit mit maßgebenden statischen und dynamischen Unwuchten sind vernachlässigbar klein,
daß die diskreten Teilchen reproduzierbar aneinander gepreßt sind und sich definiert im elastischen Bereich oder im elastischen Bereich und im plastischen Bereich verformen. Damit übertragen die für die Fragmentierung der Außenhülle wesentlichen Teilchen die Detonationsenergie voll im Bereich ihrer Einformung in die Außenhülle, da in gleicher Weise eine zonale Festigkeitssteigerung wie in der Innenhülle vorliegt,
daß das Material der Außen- und Innenhülle je nach Kaliber des Formkörpers die Teilchen bis zu 7o % der Teilchenoberfläche umschließt und dadurch bei der Detonation die Teilchen mit relativ geringem spezifischen Flächendruck beaufschlagt und nicht zerstört werden,
daß sämtliche Teile des Formkörpers kalt verformt werden, daher viele Werkstoffe, wie auch Verbundwerkstoffe, zur Verarbeitung geeignet sind,
daß durch die Kaltverformung die Härte der diskreten Teilchen keinen Änderungen ausgesetzt
ist, denn es liegt keine thermische Belastung vor
und daß trotz der Kaltverformung für die diskreten Teilchen aus gehärtetem Stäl, Schwermetall
oder abgereichertem Uran überraschenderweise ein Abstandsraster nicht unbedingt erforderlich
ist, weil durch die bis zu 7o %-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.
[0008] 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.
[0009] Für die in gewissen Grenzen verformbaren Kugeln aus Schwermetall, gehärtetem Stahl oder abgereichertem 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.
[0010] Durch das Verfahren nach dem Anspruch 2 ist gewährleistet, daß ein gleichmäßig hoher Füllungsgrad der Zwischenräume zwischen den Teilchen mit Material der Außenhülse erreicht wird und der Faserverlauf einstückig (nicht unterbrochen) ist.
[0012] Es zeigen in vereinfachter Darstellung
Fig. 1 einen Teil einer Vorrichtung zum Drückwalzen und einen Formkörper im Schnitt
Fig. 2 einen Teilausschnitt nach Fig. 1
Fig. 2a eine weitere Ausführung einer Vorrichtung zu Fig. 1 im Teilschnitt
Fig. 3 eine Vorrichtung zum Drückwalzen.
[0013] In der Zeichnung bedeuten: 1 eine an sich bekannte Vorrichtung zum Drückwalzen, 2 Rolle, 3 bis 5 Konen, 6 Drückeinrichtung mit Antrieb, 7 Formkörper, 8 Außenhülse, 9 Roh-Durchmesser, 1o Fertig-Durchmesser, 11 Überstand, 12 Innendurchmesser, 15 Grundkörper, 16 Bund, 17 Absatz, 18 Eindrehung, 19, 19' Zwischenräume, 25 Kugeln, 26 Abstandsraster, 26' Stege, 27 Ausgangsteilkreis, 27' Fertigteilkreis, 28 Zentrierung, 29 Abstand.
[0014] An dem Absatz 17 des Grundkörpers 15 liegt die Außenhülse 8 an. Die Außenhülse 8 ist vor dem kalten Umformungsvorgang entsprechend der aus Fig.1 hervorgehenden strichpunktierten Linien mit einer Stufe 13 versehen und endet bei 14. Der Bund 16 weist den Fertig-Durchmesser 1o auf, ebenso der Grundkörper 15 ab dem Absatz 17. Der Innendurchmesser 12 der Außenhülse 8 ist so bemessen, daß die Außenhülse 8 leicht über die in der Eindrehung 18 durch Stege 26' getrennt angeordneten Kugeln 25 schiebbar ist. Die Eindrehung 18 besitzt eine radiale Tiefe entsprechend der Kugeln 25.
[0015] Der Grundkörper 15 ist in nicht gezeigter Weise in einen Spannkopf der Vorrichtung 1 eingesetzt. Gegenüberliegend greift ein nicht gezeichneter vorrichtungsseitiger Dorn in die Zentrierung 28 des Grundkörpers 15 ein.
[0016] Die Vorrichtung 1 zum Drückwalzen besitzt drei Rollen 2 mit nicht näher bezeichneter radialer Zustellvorrichtung entsprechend der Anordnung nach Fig. 3.
[0017] Beim Drückwalzen des aus Außenhülse 8, Kugeln 25 und Grundkörper 15 bzw. Innenhülse 31 (Fig. 2a) bestehenden Formkörpers 7 sind die drei Rollen 2 auf den Fertig-Durchmesser 1o eingestellt.
[0018] Der in Pfeilrichtung A drehende Formkörper 7 wird kontinuierlich in Pfeilrichtung B zwischen die Rollen 2 bewegt. Dabei verformen die durch den Formkörper 7 in Pfeilrichtung C drehenden Rollen 2 die Außenhülse 8 ab der Stufe 13 bis zum Absatz 17 gemäß den Figuren 1 und 2. Das Material der Außenhülse 8 wird in die Zwischenräume 19 zwischen den Kugeln 25 gedrückt. Dabei formen sich die Kugeln 25 in das Material des Grundkörpers 15 ein, indem dieses Material in die Zwischenräume 19' verdrängt wird. Hierbei verlängert sich die Außenhülse 8 bei dem Drückvorgang entsprechend dem nur beispielhaft dargestellten Überstand 11 (Fig. 1). Der Überstand 11 wird am Absatz 17 durch die darüber laufenden Rollen 2 abgeschert. Nach Abschluß der Verformung ist, um einen Formkörper zur Verwendung als Geschoßsplitterhülle zu erhalten, der Grundkörper 15 bis auf die strichpunktierte Linie 32 auszudrehen.
[0019] Durch den auf die Kugeln 25 ausgeübten Druck werden diese - ausgehend vom Ausgangsteilkreis 27 - in radialer Richtung in den Grundkörper 15 so weit bewegt, bis das Material des Grundkörpers 15 und die aneinander gedrückten Kugeln 25 einen gleichgroßen Gegendruck hervorrufen. Die Kugeln 25 liegen dann auf dem Fertigteilkreis 27' und unterliegen einer Druckspannung. Diese Druckspannung unterwirft die Außenhülse 8 einer Zugspannung.
[0020] Die Größe des Abstandes 29 (Dicke der Stege 26' des Abstandsrasters 26) ist abhängig davon, welches Material für den Grundkörper 15 und die Kugeln 25 verwendet wird. Dieser Abstand ist so zu wählen, daß bei dem beschriebenen, einzigen Rollenüberlauf die gegenseitige Anlage der Kugeln 25 und eine erwünschte Druckspannung der Kugeln ohne Zerstörung derselben erreicht wird. Das Material der Stege 26' wird bei der Verformung seitlich in die noch verbleibenden Zwischenräume abgedrängt.
[0021] Der Grundkörper 15 bzw. die durch einen entfernbaren Dorn 31' abstützbare Innenhülse 31 besitzt entsprechend der Einformung der Kugeln Zonen 21 höherer Festigkeit und Zonen 22 niedriger Festigkeit. Ebenso die Außenhülse 8. Zusätzlich enthält die Außenhülse 8 Zugspannungen, die hervorgerufen sind durch Verformung der Kugeln 25 im elastischen oder elastischen und plastischen Bereich. Die Kugeln 25 werden beim Verformungsvorgang gedrückt und speichern einen Teil der Verformungsarbeit (Druckspannung). Nach dem Verformen geben die Kugeln 25 einen Teil der Verformungsarbeit an die Außenhülse 8 und zum geringen Teil an ihre Unterlage (Innenhülse 31 bzw. Grundkörper 15) ab. Die von den genannten Teilen aufgenommene Verformungsarbeit erzeugt in diesen entsprechend große Zugspannungen. Die Zugspannungen sind in der Außenhülse 8 größer als im Grundkörper 15 bzw. Innenhülse 31. Die mit 22' nur angedeutete Zone ist noch unvollendet, da der Verformungsvorgang noch nicht beendet ist.
daß die zwischen einem metallischen Grundkörper (15) und einer metallischen Außenhülse(8) liegenden Teilchen (25) durch kaltes Drückwalzen der Außenhülse (8) sowohl in den Grundkörper (15) als auch in die Außenhülse eingebettet werden,
indem die Rollen (2) in einem oder mehreren Überläufen über den Formkörper (7) das Material von Außenhülse und Grundkörper in die Zwischenräume (19, 19') zwischen den Teilchen einformen.
die Außenhülse (8) an einem Absatz (17) des Grundkörpers (15) anliegt und - in Verformungsrichtung D gesehen - der Grundkörper (15) nach dem Absatz (17) etwa den Fertig-Durchmesser (10) aufweist.