CH642287A5 - Verfahren zur herstellung metallischer formkoerper. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung metallischer Formkörper nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Nach der DE-PS 2 460 013 ist ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern mit in metallischer Bettungsmasse eingelagerten diskreten Teilchen bekannt. Die Teilchen sind an einem metallischen Träger befestigt und mit einer Bettungsmasse aus einem Metallpulver umhüllt. Der Träger wird mit den Teilchen und der Umhüllung isostatisch ver-presst 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 Ka-libergrösse einhalten zu können, muss daher der Roh-Aus-sendurchmesser der Splitterhülle relativ gross gewählt werden, um derartige Mängel beseitigen zu können. Der Zerspanungsanteil an der Splitterhülle ist daher relativ hoch. Daneben ist die Splitterwirkung nicht in jedem Fall reproduzierbar, da beim Pressvorgang die Bettungsmasse unterschiedlich tief in die Zwischenräume zwischen den Teilchen gelangt.
Nachteilig ist auch, dass der Sintervorgang die metallurgischen Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe wie Härte, Zähigkeit beeinträchtigen kann. Ausserdem begrenzt der genannte thermische Prozess die Anzahl der für diskrete Teilchen in Frage kommenden Werkstoffe.
Weiterhin ist durch die DE-PS 2 129 196 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 einge-presst. 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.
Eine derartige Umformung hat den Nachteil, dass wegen des sich innerhalb einer zu grossen Bandbreite bewegenden Verformungsgrades die Splitterwirkung nicht im erforderlichen Ausmass reproduzierbar ist, dass durch die auf die Splitterhülle nicht gleichmässig zu verteilende Umformkraft sehr hohe spezifische Flächendrücke auftreten, die die Kugeln aus beispielsweise gehärtetem Stahl, wie Kugellagerstahl, zerbrechen und dass die Umformung das Material der Innenhülle über die Streckgrenzen hinaus beansprucht und dadurch eine nicht vorhersehbare Minderung der Festigkeit vorliegt. Diese Minderung beeinflusst auch die Splitterwirkung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Formkörper für Splittergeschosse zu schaffen, der wirtschaftlich herstellbar ist und eine reproduzierbare Splitterwirkung besitzt. Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegeben.
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,
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dass das Material der Aussen- und Innenhülle je nach Kaliber des Formkörpers die Teilchen bis zu 70% der Teilchenoberfläche umschliesst und dadurch bei der Detonation die Teilchen mit relativ geringem spezifischem 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 sind, denn es liegt keine thermische Belastung vor,
und dass trotz der Kaltverformung für die diskreten Teilchen aus gehärtetem Stahl, Schwermetall oder abgereicher-tem Uran überraschenderweise ein Abstandsraster nicht unbedingt erforderlich ist, weil durch die bis zu 70%ige Einbettung der Kugeln durch das Material der Innen- und Aussenhülle ein Zerbrechen der Teilchen bei plastischer Verformung nicht auftritt. Bei Teilchen aus Hartmetall ist dagegen ein Abstandsraster nötig, da es plastisch nicht verformbar ist.
Der Abstandsraster ist unbedingt für Kugeln aus Hartmetall nötig, da Hartmetall nicht verformbar ist. Hierbei garantiert das Abstandsraster die gewünschte Einbettung der Kugeln in den Werkstoff der sie umgebenden Teile, ohne dass die Hartmetallkugeln zerstört werden.
Für die in gewissen Grenzen verformbaren Kugeln aus Schwermetall, gehärtetem Stahl oder 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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen in vereinfachter Darstellung:
Fig. 1 einen Formkörper im Ausgangszustand mit einem Grundkörper,
Fig. 2 einen Teil einer Rundschmiedemaschine mit einem Formkörper und einer Innenhülse,
Fig. 3 einen Querschnitt III-III nach Fig. 2 in prinzipieller Darstellung,
Fig. 4 einen vergrössert herausgezeichneten Ausschnitt IV nach Fig. 2 ohne Schmiedebacken bzw. ohne Dorn, und Fig. 5 den Ausschnitt IV nach Fig. 2 im Fertigzustand.
In den Figuren sind bezeichnet mit 1 Vorrichtung zum Rundschmieden, 2 Formkörper, 3 Grundkörper, 4 rotierender Spannkopf, 5 Dornhalter, 6 Abstand, 7 Dorn, 8 Schmiedebacken, 10 Aussenhülse aus Stahl C45, 11 Innenhülse aus Stahl C45,12 gehärtete Kugeln aus Kugellagerstahl 100Cr6, 13, 14 Druckzone, 15 Eindrehung, 18 Absätze, 19 Schmiedefläche, 20 Fertigdurchmesser, 21 Durchmesser, 22 Abstandsraster, 22' Stege, 23 Abstand, 24 Innenoberfläche, 25 Ausgangsteilkreis, 27 Fertigteilkreis.
In den Spannkopf 4 der nur angedeuteten Vorrichtung 1 zum Rundschmieden ist die Innenhülse 11 eingespannt. Die-
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se besitzt für die Kugeln 12 eine durch Absätze 18 begrenzte Eindrehung 15. Die Kugeln 12, die Aussenhülse 10 und die Innenhülse 11 sind durch den feststehenden oder mitlaufenden Dorn 7 radial abgestützt.
Die Schmiedebacken 8 weisen eine konkave Schmiedefläche 19 mit einem Radius auf, der in etwa dem Fertigdurchmesser 20 (Fig. 5) der Aussenhülse 10 entspricht. In axialer Richtung des Formkörpers 2 sind die Schmiedebacken geringfügig länger als die Eindrehung 15 und decken die gesamte Länge der Eindrehung 15 ab.
Die Durchmesser 21 von Grundkörper 3 und Innenhülse 11 entsprechen dem Fertigdurchmesser 20,21' ist der Roh-Durchmesser.
Liegt anstelle der Innenhülse 11 nach Fig. 2 der Grundkörper 3 nach Fig. 1 vor, so ist dieser in dem Spannkopf 4 befestigt. Gegenüberliegend greifen an dem Grundkörper 3 ein vorrichtungsseitiger Dorn oder ein Stirnhalter (nicht gezeichnet) an.
Nachdem die Aussenhülse 10 über die in einem Abstandsraster 22 mit kompressiblen Stegen 22' mit dem Abstand 23 liegenden Kugeln übergeschoben und in der Vorrichtung 1 montiert ist, erfolgt der Schmiedevorgang. Hierbei schlagen die Schmiedebacken 8 gleichzeitig auf den rotierend angetriebenen Formkörper 2 nach den Fig. 1 oder 2. Zuerst wird der Abstand 6 zu Null, indem die Innenoberflä-che 24 der Aussenhülse 10 an die Kugeln 12 angepresst wird. Dann formen sich die Kugeln in die genannten Hülsen 10, 11 bzw. Hülse 10 und Grundkörper 3 in zunehmendem Masse ein, bis nach Fig. 5 der Endzustand erreicht ist. Der Abstand 23 wird zu Null, da der Ausgangsteilkreis 25 beim Schmieden zum kleineren Fertigteilkreis 27 wird. Die Kugeln 12 werden aneinandergepresst - es entsteht unter den Kugeln eine Druckspannung - und das Material der Stege 22' wird seitlich abgedrängt.
Der Grundkörper 3 bzw. die durch den Dorn 7 abgestützte Innenhülse 11 besitzt entsprechend der Einformung der Kugeln Zonen 13 höherer Festigkeit und Zonen 14 niedriger Festigkeit. Ebenso die Aussenhülse 10. Zusätzlich enthält die Aussenhülse 10 Zugspannungen, die hervorgerufen sind durch Verformung der Kugeln 12 im elastischen oder elastischen und plastischen Bereich. Die Kugeln 12 werden beim Schmieden gedrückt und speichern einen Teil der Verformungsarbeit (Druckspannung). Nach dem Schmieden geben die Kugeln 12 einen Teil der Verformungsarbeit an die Aussenhülse 10 und zum geringen Teil an ihre Unterlage (Innenhülse 11 bzw. Grundkörper 3) ab. Diese von den genannten Teilen aufgenommene Verformungsarbeit erzeugt in diesen entsprechend grosse Zugspannungen. Die Zugspannungen sind in der Aussenhülse 10 grösser als in der Innenhülse 11.
Nach dem Schmieden ist der Formkörper 2 gegebenenfalls noch geringfügig zu überdrehen und der Grundkörper 3 noch zu bearbeiten, um eine der Innenhülse 11 entsprechende Hülse nach Fig. 2 zu erhalten. Daran schliessen sich Bearbeitungsvorgänge an, um den Formkörper mit den dazu vorgesehenen Geschossteilen versehen zu können.
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Claims (9)
1. Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers mit in eine metallische Bettungsmasse eingelagerten diskreten Teilchen, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Teilchen (12) zwischen einen metallischen Grundkörper (3) und eine metallische Aussenhülse (10) eingebracht werden, dass die diskreten Teilchen durch kaltes Rundschmieden der Aussen-hülsq (IG) sowohl in den Grundkörper (3) als auch in die Aussenhülse eingebettet werden, wobei Schmiedebacken (8) mit einer der gesamten axialen Erstreckung der Verformungszone entsprechenden Länge bei Rotation des Formkörpers gleichzeitig die Aussenhülle (10) beaufschlagen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) aus Vollmaterial besteht (Fig. 1).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) als dünnwandige Innenhülse (11) ausgebildet ist und von innen durch einen entfernbaren Dorn (7) radial abgestützt ist (Fig. 2).
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen (12) in einem Abstandsraster (22) zwischen dem Grundkörper und der Aussenhülse angeordnet und mit kompressiblen Stegen (22') gehalten werden (Fig. 4).
5. Nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 hergestellter Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Grundkörper (3) und die Aussenhülse (10) eingebetteten diskreten Teilchen als Kugeln (12) ausgebildet sind.
6. Formkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (12) aus Schwermetall, Hartmetall, gehärtetem Stahl oder abgereichertem Uran bestehen.
7. Formkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenhülse (10) aus einer kaltschmiedbaren Stahllegierung, wie St37 oder C45, besteht.
8. Formkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenhülse (10) aus einem schmiedbaren Nichteisenmetall, wie Messing bzw. Aluminium, besteht.
9. Formkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) aus Stahl C45 besteht.
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