CC BY
102
USE OF X-RAY COMPUTING TOMOGRAPHY FOR IDENTIFICATION OF DIESEL ENGINE CYLINDER STICKING CAUSE
E.A. Dronov, V.I. Barakhov, V.N. Samochkin
Capabilities of X-ray computing tomography are illustrated in the article by example of identification of Tulamashzavod diesel engine sticking causes. Submitted here are remedies with use of X-ray tomography in the process of design and development of diesel engine and its manufacturing technology.
Key words: diesel engine cylinder, quality of manufacture, X-ray computing tomography.
Dronov Evgeny Anatolyevich, candidate of economics sciences, docent, director general, sekretaratulamash.ru, Russia, Tula, PC "Tulamashzavod",
Barakhov Vladimir Ivanovich, candidate of technical sciences, key specialist, potmz2a tulamash.ru, Russia, Tula, PC "Tulamashzavod",
Samochkin Vladimir Nikolayevich, doctor of economics sciences, professor, director, samochkina tulamash.ru, Russia, Tula, "Tulamashzavod"
УДК 621.792
АППАРАТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИИ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ПАТРОНОВ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ
О.Г. Клинков, Е.Е. Швалева
Выбраны аппаратно-технические решения технологии герметизации патронов стрелкового оружия анаэробными герметиками. Проведен сравнительный анализ существующих герметиков. Проработана технология УФ-отверждения анаэробных герметиков посредством введения фотоинициирующей добавки в рецептуру герметика. Успешно проведен ряд испытаний, подтверждающих перспективность выбранной и разработанной технологии.
Ключевые слова: герметизация патронов, технология герметизации, анаэробный герметик, УФ-отверждение, фотоинициирующая добавка.
Производство патронов стрелкового оружия в настоящее время осуществляется на высокопроизводительных автоматических линиях. Процесс герметизация патронов является неотъемлемой технологической частью всего производства. Основная цель процесса герметизации состоит в предотвращении проникновения влаги внутрь капсюля и патрона, что может вызвать коррозию и осечку при стрельбе.
47
В настоящее время в большинстве патронов стрелкового оружия применяется герметик марки «ACH». Герметизирующий поясок наносят поверхностным слоем на место стыка пули и дульца гильзы при помощи специального ролика, не способного дозировать герметик в зазор на необходимую глубину, и в капсюльном гнезде по месту стыка гильзы и капсюля. Отверждение герметика достигается в естественных условиях при комнатной температуре в течение 240 секунд и осуществляется за счёт нанесённого на поверхность пояска. Использование герметика «ACH» не вызывает особых нареканий, однако, этот герметик не обеспечивает полной герметизации патронов (показатель надёжности составляет около 85 %).
Для обеспечения 100 %-ной герметизации в ряде патронов используются анаэробные герметики. При использовании герметиков такого типа в кольцевом зазоре между колпачком капсюля и капсюльным гнездом герметик полимеризуется под действием анаэробной инициирующей системы. Такой состав должен иметь низкую вязкость, обеспечивающую возможность его затекания в зазор по кольцевой канавке, отверждаться на поверхности до отсутствия липкости. При отверждении образующийся полимер должен обладать сочетанием определенной эластичности, твердости, адгезионной прочности, чтобы при ударе бойка по капсюлю не происходило отслаивание герметика и залипание бойка.
Анаэробный герметик марки «Анатерм-50У» достаточно давно используется для герметизации специальных подводных патронов МПС, СПС и 12,7-мм двухпульного патрона 1CJI. Точечное нанесение герметика по месту стыка пули и дульца гильзы осуществляется при помощи пневматических дозаторов. При этом количество нанесенного герметика, его кинематическая вязкость ((40-60)-10"6 м2/с) и смачиваемость обеспечивают проникновение герметика на необходимую глубину 3-4 мм и распределение по всему диаметру патрона. Нанесение герметика по месту установки капсюля происходит аналогично. Отверждение пояска герметика на поверхности патрона при контакте с воздухом длится не менее 48 часов, что препятствует проведению монтажных операций и упаковке патронов в условиях производства. Вследствие этого, габариты производственных помещений должны позволять хранить большое количество загерметизированных патронов до их полного отверждения. Также отличительный поясок по местам контакта гильзы с капсюлем-воспламенителем и пулей, необходимый для визуального контроля качества герметизации патрона виден только под УФ-освещением, что увеличивает трудоемкость контрольной операции за счет добавления дополнительного оборудования (УФ-лампа) и дополнительных действий котроллера. При всех минусах основным достоинством герметика «Анатерм-50У» является то, что он обеспечивает надёжную 100 %-ную герметизацию патронов.
48
Для сокращения времени отверждения пояска герметика был опробован метод отверждения анаэробных герметиков с помощью ультрафиолетового излучения. При этом анаэробные герметики на основе реакцион-носпособных акриловых олигомеров, а также УФ-отверждаемые акриловые жидкие одноупаковочные композиции, в состав которых входят фото-инициирующие добавки, находят широкое применение в различных отраслях (зубное протезирование, ЭБ-прототипирование и т.д.). Их отличительной особенностью является длительная жизнеспособность при хранении в воздухопроницаемой таре и быстрое отверждение в зазорах между металлическими поверхностями. При этом анаэробный герметик не отверждает-ся на поверхности деталей из-за ингибирования радикальной полимеризации кислородом воздуха.
В табл. 1 показан результат сравнительного анализа анаэробных герметиков, в том числе с применением фотоинициирующих добавок, отображены характерные технические особенности.
При разработке УФ-отверждаемых анаэробных композиций для патронов стрелкового оружия необходимо учитывать комплекс предъявляемых свойств к конечному материалу: проникновение в зазор на необходимую глубину, быстрое анаэробное схватывание, быстрое УФ-отверждение на поверхности, возможность контроля нанесения, образование полимера, обеспечивающего разборность соединения, стойкость полимера к воздействию оружейной смазке, стабильность свойств полимера при хранении, и др.
В период с 2012 по 2014 годы АО «ЦНИИТОЧМАШ» (г. Подольск) была успешно выполнена опытно-конструкторская работа «Погерпол», финансируемая Минпромторгом РФ. Разработанные в рамках этой работы технологии предназначены для совершенствования производства вооружения и военной техники: повышения характеристик выпускаемых изделий, обеспечения производства современными материалами, выпускаемыми российской промышленностью, сокращения трудоемкости производства, улучшения качества продукции, повышения конкурентоспособности изделий, улучшение свойств и заданных характеристик боеприпасов.
Стоит отметить, что рецептуры всех вариантов герметиков, одинаковые по сути, отличаются лишь видом и количеством мономеров и включают в себя:
1) основу (акрилатсодержащие мономерные продукты);
2) загуститель (акрилосодержащие олигомерные продукты);
3) ускорительную систему (сахарин, диметил-п-толуидин и т.д.);
4) инициатор (гидроперекись кумила);
5) стабилизирующую систему;
6) пластификатор (диизододецилфталат);
7) фотоинициирующую систему (дитретбутилантрахинон, изобути-ловый эфир бензоина и т.д.);
8) красители (люминофор, родамин и т.д.).
Таблица 1
Сравнительный анализ анаэробных герметиков
Наименование фирмы, страна производитель Марка герметика (основа герметика) Основные особенности
1 2 3
Loctite, Henkel Corporation, США МарокЬ-366и Ь-661 (основа - олигоуретанакрила-ты) Вязкость при 25°С - 10000 мПа-с. Отверждается при облучении УФ-светом с длиной волны не ниже 280 нм
Hernon, США иИгаЬопс1™736 (основа - модифицированный акрилат) Вязкость при 25°С - 20000 мПа-с. Отверждается при облучении УФ-светом с длиной волны не ниже 365 нм
иИгаЬопс11М758 (основа - модифицированный акрилат) Вязкость при 25°С - 300 мПа-с. УФ-светом с длиной волны не ниже 365 нм
DELO, Германия БЕЬО-МЬ; БЕЛ 33 (основа - модифицированный уретанакрилата) Вязкость - 700 мПа-с. Время первоначального анаэробного отверждения - 3-6 мин. Время полного набора прочности - 24 ч. Минимальное время облучения при УФ-отверждении составляет 25 с
Permabond, США иУ 7141 Вязкость - 1000-2000 мПа-с. Время анаэробного отверждения 30-60 мин. Время набора рабочей прочности при анаэробном отверждении составляет 3-6 ч.
РегтаЬопё А1062 - использо-вуется в производстве патронов стрелкового оружия Вязкость при 25°С - 20 мПа-с Обладает флуоресценцией для инспекционной идентификации, отвержденный материал имеет высокие прочностные показатели: прочность на сдвиг при склеивании стекла с металлом 14-17 МПа, прочность при растяжении 20 МПа. Имеет регистрацию в НАТО.
Идеологический подход к созданию анаэробного герметика ускоренного отверждения, выбранный авторами, можно разбить на 4 этапа.
На первом этапе пробовали разработать композицию путем введения эффективной фотоинициирующей системы в рецептуру серийно выпускаемого герметика «Анатерм-50 У». В качестве УФ-отверждающей добавки были испробованы фотоинициаторы внутренного отверждения Ь:ga-сиге 184 и Ь^асиге 819. При опробовании опытных композиций герметик оказался нестабильным и высокочувствительным к УФ-свету, при этом гомогенность композиции не достигалась и в процессе отверждения отделялась жидкая фаза.
На втором этапе был доработан герметик «Анатерм-50УФ» посредством замены дефицитных компонентов на доступные. Таким способом в сотрудничестве с НИИ Полимеров разработан анаэробный герметик марки «Анатерм-50УФ». Аналогично композиции «Анатерм-50У», герметик обеспечивает надёжную 100 %-ную герметизацию патронов. В естественных условиях этот герметик отверждается 48 часов, но под воздействием
УФ-излучения отверждение пояска герметика в зоне контакта с воздухом обеспечивается за время не менее Э мин, что не является приемлемым в процессе серийного производства.
На третьем этапе была оптимизирована и доработана разработанная рецептура «Анатерм-51Ф», включающая ряд новых компонентов, не освоенных в промышленном производстве. Это и стало главной проблемой на данном этапе.
И на последнем этапе с учетом всех недостатков предыдущих композиций в сотрудничестве с НИИ Полимеров был разработан анаэробный герметик, выбор рецептуры которого осуществляли по следующим значимым характеристикам:
- глубина проникания герметика по стыку пули с гильзой Э - 5 мм;
- усилие извлечения пули - наличие герметика не должно увеличивать усилие извлечения пули более чем на 10 кгс;
- времени отверждения при УФ-облучении не должно превышать 30 секунд.
По результатам опробования была выбрана оптимальная рецептура и изготовлена опытная партия герметика «Анатерм-52УФ», который обеспечивает отверждение пояска под действием УФ-облучения в условиях контакта с атмосферой до 30 с, что соответствует условиям применения герметика в массовом производстве патронов.
Герметик выбранного варианта по результатам определения технических характеристик превосходит используемые отечественные герметики марок «АСН», «Анатерм-50У», «Анатерм-50УФ» и находится на уровне наиболее близкого зарубежного аналога - анаэробного герметика УФ - отверждения производства США (марки «РегшаЬопё А-1062»).
Сравнительные результаты герметиков приведены в табл. 2.
Из табл. 2 следует, что герметик «Анатерм-52УФ» по герметичности превосходит штатный, а по времени отверждения пояска герметика под действием УФ-облучения в зоне контакта с атмосферой превосходит предыдущее поколение анаэробных герметиков отечественного производства и не уступает лучшим зарубежным образцам.
В процессе отработки рецептуры герметика и процесса герметизации были опробованы различные технологии и аппаратно-технические решения по нанесению и отверждению герметика. Предварительные проработки аппаратурной реализации узла отверждения показали, что наиболее вероятным расположением излучателей по отношению к патрону в процессе отверждения является одностороннее облучение в направлении, перпендикулярном оси патрона, при этом равномерность потока излучения по периметру зоны герметизации достигалась вращением патронов.
Нанесение герметика производили при помощи электропневматического дозатора жидких веществ. В качестве объекта испытаний были выбраны патроны 7Н6. Герметик наносили на патроны, расположенные
51
горизонтально, как в статическом положении, так и при вращении. Вращение патронов производили в устройстве для сушки патронов. При нанесении герметика в статическом положении вращение патронов производили после одноминутной выдержки, необходимой для проникания герметика в зазор между пулей и гильзой, и размещали в камере УФ-отверждения.
Таблица 2
Сравнительные результаты герметиков_
Показатели герметизирующего материала
Наименование показателей Штатный АСН А 1062 Фирмы РегшаЬопё, США АН-50У АН-50УФ АН-52УФ
Внешний вид Однородная Однородная Однород- Однород- Однородная
жидкость жидкость зе- ная жид- ная жид- жидкость
красного цвета леного цвета кость жел- кость красного цвет
(по ОСТ В3- того или красного
1940-80 на коричнево- цвета
основе смолы го цвета с
АСН) люминесценцией
Кинематическая вяз-
кость при темпера (туре (20±,5)° С, м2/с, не более - 20-10-6 (40-60)-10-6 (25-60)-10-6 50-10-6
Время отверждения на
поверхности под воз-
действием УФ-
излучения интенсивностью 24 мВт/см2, не
более
- на стыках элементов Отверждается Э0 с Отвержда- 120 с 30 с
патрона, за 240 с без ется на
- на латунном образце облучения 20 с воздухе в течение 48 час 90 с 20 с
Влияние герметика на
усилие извлечения пу- - 5-8 3-8 3-8 3-6
ли, кгс, не более
Глубина проникания в
зазоры соединения с тугой посадкой, мм, - 3-4 3-4 3-4 3-4
не менее
Герметичность патрона, % 85 100 100 100 100
Максимальный срок обеспечения 25 Не указан 25 25 40 подтверждается УКИ
герметичности патро- по специаль-
нов, лет ной программе
Краткие сведения о Основу герме- - МДЭМ, МДЭМ, МДЭМ, ПЭТН,
рецептуре тика составляет смола АСН ДМЭГ, ДАКТА, ТБТ, сахарин, ГПК, ластар, люмино-форм ДАИФ, ДМПТ, ГПК, ДДДФ, ДТБА, ИБЭБ, родамин УДА, щавелевая кислота, родамин, люминофор, сахарин, трилон Б, АБ-Б1ТОЬ ТРО, АББИОЬ СРК
Отверждение герметика проводили в камере ультрафиолетового облучения производства США («UV LAB CHAMBER» фирмы «SPDI») при расстоянии от излучателя до поверхности диафрагмы 70 и 90 мм, что соответствует плотности УФ-излучения 400 и 800 Вт/м (рис. 1). Данная технология не позволяет отверждать в камере более 4 патронов единовременно, в связи с небольшим объемом внутреннего пространства и устройством для вращения образцов, рассчитанном именно на это количество.
Рис. 1. Камера ультрафиолетового отверждения «UVLAB CHAMBER»
Для определения возможности отверждения герметика при помощи подвода локальных источников ультрафиолета нами был проведен сравнительный анализ производителей УФ-излучателей с необходимыми длинами волн. Анализ показал, что ведущей фирмой в области изготовления мощных УФ-светодиодных излучателей является японская фирма «Hama-matsu Photonics» (рис. 2). Производимые этой фирмой УФ-светодиодные излучатели (серий LC-L2 и LC-8) позволяют получить излучения с длинами волн 365 и 385 нм, достигающие плотности свыше 100.000 Вт/м , что существенно превосходит значения, необходимые для отверждения герме-
'у
тика марки «Анатерм -52УФ» (800 Вт/м ).
Рис. 2. УФ-светодиодные излучатели «Hamamatsu Photonics»
53
При отработке процесса отверждения герметика использовали опытную лабораторную шнековую установку герметизации (рис.3) и УФ-излучатели, обеспечивающие плотность потока излучения от 500 до 4500 Вт/м2. Подбор оптимальных условий отверждения герметика производили по расстоянию до излучателей. Из серии проведённых экспериментов был выбран оптимальный режим отверждения герметика.
Рис. 3. Лабораторная шнековая установка герметизации
Между тем такая технология имеет существенные ограничения, такие как:
- шнек, перемещая патроны, не обеспечивает равномерное вращение, а, значит, не гарантирует УФ-облучение со всех сторон образцов;
- габаритные размеры установки, а именно ее часть, отвечающая за нанесение герметика не позволяют проводить герметизацию патронов с большими габаритными размерами, чем патрон 7Н6, в то время как целевым патроном для использования рассматриваемого герметика являются специальные патроны МПС и СПС;
- данная установка не позволяет обеспечить должный уровень безопасности.
Нерешенность указанных выше проблем и необходимость реализации существующих технологических задач привели к появлению следующего аппаратно-технического комплекса. Патроны СП-10, герметизировались анаэробным герметиком «Анатерм-52УФ» на специально подготовленном станке герметизации специальных патронов ГСП.16.0582ПС (рис. 4), доработанном для нанесения анаэробного герметика УФ - отверждения посредством:
- установки частотного преобразователя для плавной регулировки скорости вращения барабана в целях обеспечения необходимых времени экспозиции патронов в поле излучения четырех локальных УФ-источников в течение 30 с;
- оснащения установки программируемым автоматическим дозатором Fisnar SL101N с дозирующим наконечником-иглой с кисточкой;
- установки дополнительного ролика для обеспечения вращения патронов во время операции нанесения герметика (рис. 5);
- установки 4 источников - УФ-светодиодные излучатели серий LC-L2 установки фирмы «Hamamatsu Photonics» (рис. 6) освещающих поясок герметика на патроне сверху с расстояния 45.. .50 мм , что обеспечи-
2
вает плотность УФ-излучения около 2000 Вт/м ;
- установки защитного кожуха защищающего работников от УФ-излучения.
С использованием данного комплекса была изготовлена партия патронов СП-10 объемом 4500 шт. В процессе изготовления партии оптимизировались технологические параметры:
- объем капли герметика по выполнению требований по соответствию геометрических размеров по «каморе»;
- время экспозиции и отверждения путем изменения частоты вращения барабана с обеспечением высыхания «пояска».
Рис. 4. Общий вид станка герметизации специальных патронов ГСП.16.0582ПС, доработанной для проведения анаэробной герметизации патронов СП-10
55
Рис. 5. Узел нанесения Рис. 6. Узел отверждения
анаэробного герметика с УФ-излучателями
Изготовленная партия проверена на соответствии КД документации на патрон СП-10. Проведены испытания в соответствии с программой. Результаты испытаний положительные.
Проведенный анализ аппаратно-технических решений показал, что размещение и создание необходимых условий облучений нанесенного герметика возможно при реализации УФ-отверждения одной из двух технологий:
1) отверждение производится с помощью интегральной лампы в не-ком объеме, полностью заполненным УФ-светом высокой мощности;
2) Отверждение производится при помощи подвода в место нанесения герметика локального УФ-источника и достигается сконцентрированностью и плотностью потока.
Применение второй технологии, а именно использование локального подвода УФ-источников, которые имеют малые габариты и позволяют отверждать герметик за короткое время воздействия, позволяет предположить, что существует возможность внедрения таких систем на существующее промышленное оборудование.
Клинков Олег Геннадиевич, инженер-технолог 1-й категории, [email protected], Россия, Подольск, АО «ЦНИИТОЧМАШ»,
Швалева Елена Евгеньевна, инженер-технолог 2-й категории, [email protected], Россия, Подольск, АО «ЦНИИТОЧМАШ»
EQUIPMENT-SPECIFIC SOLUTIONS SEALING TECHNOLOGIES FOR THE CARTRIDGES OF SMALL ARMS
O.G. Klinkov, E.E. Shvaleva 56
Equipment-specific solutions of Sealing technologies for the Cartridges of Small Arms by Anaerobic Adhesives have been selected. A comparison study of existing sealants was made. UV-technology anaerobic sealants cure was elaborated by introducing photoini-tiating additives in the adhesive formulation. Successfully made a series of tests, confirming the prospects of selected and developed technology.
Key words: аmmunition sealing, encapsulation technology, anaerobic adhesive, cures upon exposure to UV-light, photoinitiating additive.
Klinkov Oleg Gennadyevich, technical engineer 1st degree, oleg.klinckovayandex.ru, Russia, Podolsk, JSC "TSNIITOCHMASH",
Shvaleva Elena Evgenyevna, technical engineer 2nd degree, elena shvalevaa mail.ru, Russia, Podolsk, JSC "TSNIITOCHMASH"
УДК 535.32
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОТКАЗНОСТИ ВЗРЫВАТЕЛЯ ПУТЁМ УПРОЧНЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ ЗАЛИВКИ
РАДИОЭЛЕМЕНТОВ
В.Я. Савицкий, Г. А. Хватов, М.А. Глазков
Проведен анализ зарубежных и отечественных разработок многофункциональных взрывателей. Обоснована целесообразность поликомпозитной заливки на основе углеродных нанотрубок элементов электронного блока. Разработана методика определения собственных частот упругих механических колебаний электронного блока взрывателя. Проведен анализ спектральной плотности ускорения и собственных частот упругих механических колебаний электронного блока взрывателя при выстреле. Даны рекомендации по повышению безотказности интеллектуального взрывателя.
Ключевые слова: математическое моделирование, полимерная заливка радиоэлементов, импульсное изменение ускорения, возбуждение колебаний, автономные блоки, электронный блок взрывателя, собственные частоты.
При разработке современных взрывателей к выстрелам танковых пушек (ТП) и самоходных артиллерийских орудий (САО) наметилась тенденция к замене механических устройств отработки временных интервалов на электронные блоки. Артиллерийские снаряды традиционно оснащались взрывателями четырех типов - "ударными", "ударными с замедлением", "дистанционными" и "неконтактными". Механические узлы во всех перечисленных типах взрывателей постепенно вытесняются электронными блоками, позволяющими все четыре вида действия объединить в одном многофункциональном устройстве. В некоторых областях применения
