DE2852657A1

DE2852657A1 - Verfahren zur herstellung metallischer formkoerper

Info

Publication number: DE2852657A1
Application number: DE19782852657
Authority: DE
Inventors: Siegfried Ing Grad Rauh; Adolf Dipl Ing Weber
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Verwaltungs Stiftung
Priority date: 1978-12-06
Filing date: 1978-12-06
Publication date: 1980-06-12
Also published as: DE2852657C2; IT7927685A0; FR2443662B1; IT1127667B; CH642287A5; FR2443662A1; IL58857A0; NL7908682A; IL58857A; GB2037202A; SE447455B; SE7909840L; AT369681B; ATA765879A; US4296180A; GB2037202B

Description

DIEHL GMBH & CO., Stephanstr. 49, 8500 Nürnberg

Verfahren zur Herstellung metallischer Formkörper

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung metallischer Formkörper nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Nach der DE-PS 24 60 013 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 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 reproduzierbar, da beim Preßvorgang die Bettungsmesse 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.

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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.

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 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

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- greine hohe Energie durch die fragmentierte Innehülle 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 Tnnenhülle 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 Teilehen 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 70% der Teilchenoberfläche umschließt und dadurch bei der Detonation die Teilchen mit relativ geringem spezifischen Flächendruck beaufschlagt und nicht zerstört werden,

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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 abgereichertem Uran überraschenderweise ein Abstandsraster nicht unbedingt erforderlich ist, weil durch die bis zu 7O?aige 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 12 aus Schwermetall, gehärtetem Stahl oder abgereichertem Stahl 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

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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,

Fig. 5 den Ausschnitt IV nach Fig. 3 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 AuSenhülse aus Stahl C 45, 11 Innenhülse aus Stahl C 45, 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. Diese besitzt für die Kugeln 12 eine durch Absätze 18 begrenzte Eindrehung 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 langer als die Eindrehung 15 und decken die gesamte Länge der Eindrehung^ab.

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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 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 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 Figuren 1 oder 2. Zuerst wird der Abstand 6 zu Null, indem die Innenoberfläche 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 22¹ wird seitlich abgedrängt.

Der Grundkörper 3 bzw. die durch den Dorn 7 abgestützte Innenhülse 11 besitzt entsprechend der Einformung der Kugeln Zonen 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 Verformunssarbeit (Druckspannung). Nach dem Schmieden geben die Kugeln 12 einen Teil der Verformungsarbeit an die Außenhülse 1t) und zum geringen Teil an ihre Unterlage (Innenhülse 11 bzw. Grundkörper 3) ab. Diese von den genannten Teilen

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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

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Formkörpern mit in metallischer Bettungsmasse eingelagerten diskreten Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen einem metallischen Grundkörper (3) und einer.metallischen Außenhülse (10) liegenden
Teilchen (12)

durch kaltes Rundschmieden der Außenhülse

sowohl in den Grundkörper als auch in die Außenhülse eingebettet werden,

indem die Schmiedebacken (8) gleichzeitig die gesamte Länge der Außenhülse entsprechend der in Achsrichtung des Formkörpers (2) gesehene Länge der Teilchenanordnung bei Rotation des Formkörpers beaufschlagen.

2. Formkörper nach 'Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Grundkörper (3) aus Vollmaterial besteht.

3. Formkörper 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.

4. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen als Kugeln (12) ausgebildet sind und aus Schwermetall, Hartmetall, gehärtetem Stahl oder abgereichertem
Uran bestehen.

5. Vorrichtung zum Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (10) aus einer kaltschmiedbaren Stahllegierung, wie St37 oder C45 besteht.

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6. Vorrichtung zum Verfahren nach Anspruch 1,, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (10) aus einem schmiedbaren Nichteisenmetall, wie Messing bzw. Aluminium besteht.

7. Vorrichtung zum Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (3) aus dem Stahl C45 besteht,

S. Formkörper nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (12) in einem Abstandsraster (22) mit kompressiblen Stegen (22·) gehalten sind.

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