Научно-производственная фирма "ИМКАС"

Разработка конструкции и технологии изготовления глушителей из титановых сплавов для стрелкового оружия

Н.А. КОНОВАЛОВ, О.В ПИЛИПЕНКО, А.Д. СКОРИК,
В.И. КОВАЛЕНКО, А.И. ЗАГРЕБА, С.В. ПИХОТЕНКО, А.А. ЯКОВЛЕВ

В статье приведена информация о разработке ведущими зарубежными фирмами конструкций и технологии изготовления глушителей звука выстрела стрелкового оружия из титановых сплавов и характеристики некоторых из них. Показана целесообразность замены традиционного материала для изготовления глушителей – нержавеющей стали – на сплавы на основе титана. Целью работы было создание конструкции глушителей звука выстрела стрелкового оружия из титановых сплавов и отработка технологии изготовления деталей и глушителя в целом, о чем в доступных источниках информации, в том числе зарубежных, сведений нет. Обоснован выбор марок титановых сплавов, используемых в конструкции глушителя.

Приведено описание разработанной конструкции глушителя и даны сведения об основных технологических процессах и характеристиках режущего инструмента, применяемого при механической обработке деталей глушителя. Описана технология сборочно-сварочных работ при изготовлении рассекателя пороховых газов и глушителя в целом. Дана информация об используемых оборудовании и режимах сварки, вакуумно-термической обработки, операциях и оснастке по контролю геометрических характеристик изготовленного глушителя. Приведены сведения о методике натурных испытаний изготовленных глушителей и  информация об их результатах. Дана информация о глушителях из титановых сплавов, созданных авторами для различных типов ручного стрелкового оружия. В результате выполненной работы впервые созданы отечественные глушители звука выстрела стрелкового оружия и технология их изготовления из титановых сплавов, не уступающие по своим характеристикам лучшим зарубежным аналогам.

Вступление

До недавнего времени самым распространенным материалом для изготовления глушителей звука выстрела стрелкового оружия была нержавеющая сталь 08Х18Н10Т (марка 304 по классификации США) [1 – 3].

В последние несколько лет ведущие фирмы по разработке и изготовлению глушителей звука выстрела стрелкового оружия стали переходить на конструкции из титановых сплавов.

Так, в [4 – 10] приведены сведения  и даны характеристики глушителей звука выстрела из титановых сплавов, созданных специализированными фирмами в последнее время для оружия различного калибра.

Например, глушитель «Титан-QD» фирмы Advanced Armament Corporation изготовлен из титанового сплава Grade 5 (аналог отечественного сплава ВТ6) на оружие калибра .338LM и имеет массу 570 г против 1080 г у такого же глушителя из нержавеющей стали, редукцию 32 дБ, длину 254 мм, диаметр 47 мм и цену ~ 1995$ [4].

Представленный в 2012 году [5] глушитель этой же фирмы, «300-ТМ» при калибре оружия .300WM/7,62NATO имеет массу 400 г, длину 240 мм, диаметр 38 мм, редукцию 28 – 33 дБ и цену ~ 1795 $. Материал глушителя – титановые сплавы Grade 5 (ВТ6) и Grade 9 (близок по характеристикам к ПТ-3В). В 2012 году этой фирмой был представлен также глушитель Titan-Ti под калибр оружия .338WM; .300WM, изготовленный из титановых сплавов Grade 5 и Grade 9, массой 600 г, длиной 254 мм, диаметром 47 мм, редукция –38 дБ, цена – 1695 $.

Имеют в своем активе глушители из титановых сплавов фирмы AWC System Technology [6], GEMTECH [7], Sure Fire [8] и другие.

О разработке конструкций и технологии изготовления глушителей звука выстрела стрелкового оружия из титановых сплавов и их применении армейскими подразделениями и подразделениями специального назначения в Российской Федерации, Украине и других странах бывшего СССР сведений в доступных авторам источниках информации нет.

Преимущества титановых сплавов для использования в конструкциях глушителей высокотемпературных импульсных сверхзвуковых потоков подтверждаются их изготовлением и использованием для глушения шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания фирмами HONDA, Suzuki, Yamacha, Kawasaki, Nissan, несмотря на их высокую цену (~ 6,0 – 8,0 тысяч долларов) [11, 12].

Широкое использование титановых сплавов объясняется их преимуществами перед другими конструкционными материалами по удельной прочности, жаростойкости в сочетании с высокой коррозионной стойкостью. Сплавы титана хорошо свариваются, в настоящее время создана и освоена технология их обработки резанием, термической и вакуумно-термической обработки [13].

Механические свойства титановых сплавов характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности. Например, титановый сплав ВТ1-0 имеет sв = 375 – 540 МПа, s0,2 = 295 – 410 МПа, d ³ 20% и по этим характеристикам не уступает ряду углеродистых и Сr – Ni коррозионностойких сталей [14 – 19].

Так что вывод работы [16]: «По комплекту физико-механических свойств титановые сплавы являются универсальным конструктивным материалом, сочетая нехладноломкость алюминия и аустенитных сталей, высокую коррозионную стойкость лучших медноникелиевых сплавов и нержавеющих сталей, немагнитность, прочность и удельную прочность более высокие, чем у большинства конструкционных материалов», сделанный почти полвека назад, подтверждается широким применением титановых сплавов в конце ХХ – начале ХХI века [20 – 25].

В последние годы выполняется совместная программа стран NATO, США и Великобритании по интенсификации использования сплавов титана в системах вооружений и обороны [24]. Предполагается поставить на вооружение гранатометы, ручные огнеметы, выполненные из титановых сплавов, разрабатываются орудийные пламегасители из этих материалов [24], титановые сплавы за рубежом используются для изготовления деталей стрелкового оружия [25]. Мировая отраслевая структура потребления титановых сплавов имеет следующий вид (%): военная техника – 13, гражданское самолетостроение – 34, потребительские товары – 8, промышленность – 45 [23]. В США около 40% потребления титановых сплавов приходится на авиакосмическую и 16% – на оборонную промышленность [23].

Авторами создан и описан [26] компактный глушитель звука выстрела для автоматов АКС-74У, используемых подразделениями специального назначения, конструкция которого защищена патентом Украины на изобретение № 93693 [27].

Задачей, решаемой авторами, было создание на его концептуальной базе глушителя, в конструкции которого учтены особенности технологии изготовления изделий из титановых сплавов, разработка и освоение этой технологии, изготовление экспериментальных образцов глушителей и их натурные испытания. Разработанный глушитель получил индекс ПСУЗВ-11Т.12-5,45, его конструкция представлена на рис. 1 и рис. 6.

Марки и химический состав титановых сплавов определены ГОСТ 19807-91 [28]. Заготовки для изготовления глушителей выбирались по ГОСТ 22897-86 [29] для труб и ГОСТ 26 492-85 [30] для прутков.

При этом, исходя из технологичности, удельной прочности и коррозионной стойкости, а также доступности необходимой номенклатуры полуфабрикатов и заготовок, с учетом применяемости титановых сплавов определенных марок в конструкциях зарубежных глушителей (Grade 5, Grade 9 по классификации США) для использования в конструкции ПСУЗВ-11Т.12-5,45 были выбраны титановые сплавы марок ВТ1-0; ВТ5; ВТ5-1; ВТ6 [28].

Технологические процессы

Основные технологические процессы при изготовлении глушителей из титановых сплавов – обработка резанием (механообработка): точение, сверление, нарезание резьбы, фрезерование; травление; сварка; термообработка; правка; пескоструйная обработка; контроль качества выполненных техпроцессов и выполнения требований чертежно-технической документации к габаритно-массовым и геометрическим характеристикам полученного изделия.

Обработка резанием – основная по трудоемкости технология изготов­ления ПСУЗВ. При ее выполнении были учтены такие требования к безопасности проводимых работ [31].

Механическую обработку деталей из титановых сплавов проводили на отдельном участке на металлорежущем оборудовании: токарных, сверлильных, фрезерных станках, оборудованных для подачи смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ).

В общем, технологический процесс механической обработки  резанием титановых сплавов включал:

  • ознакомление с технологическим маршрутом обработки;
  • получение необходимых средств технологического оснащения и инструмента (режущего и измерительного);
  • проверку качества режущего инструмента;
  • подготовку системы подачи СОЖ, заправку системы станка;
  • выполнение обработки с обязательной подачей в зону резания СОЖ.

Вредными и опасными факторами при первичной обработке титановых сплавов являются воспламеняемость стружки при температуре 700 – 800°С, взрывоопасность при концентрации пыли титановых сплавов более 45 г/м3, а также токсичность компонентов СОЖ.

При обработке деталей ПСУЗВ не допускалось применение режущего инструмента с тупой режущей кромкой. износ по задней поверхности режущей части инструмента не превышал 0,3 – 0,5 мм.

Помещение, в котором выполнялась обработка деталей из титановых сплавов, было оснащено приточно-вытяжной вентиляцией.

При обработке деталей из титановых сплавов не назначались подачи менее 6,0 мм/об, припуск менее 0,1мм, со скоростями резания более 100 мм/мин. При точении титанового сплава ВТ1-0 допускалась скорость резания до 150 мм/мин. [32, 33, 34].

«Для производственной обработки титана необходимы жесткие и мощные станки, соответствующие режущие инструменты, программируемая траектория перемещения инструмента, жесткие зажимные устройства для закрепления обрабатываемых деталей и эффективная система охлаждения» [35].

Теплофизические свойства титановых сплавов обуславливают возникновение  высокой температуры в месте контакта срезываемого слоя с передней поверхностью режущего инструмента.

В зоне резания без применения принудительного охлаждения температура достигает такого уровня, при котором в срезаемом и поверхностном слоях обрабатываемой детали возникает комплекс сложных физико-химических процессов:

  • Из-за высокой активности титана к атмосферным газам, уже при температуре 600 – 700°С срезаемый слой интенсивно поглощает кислород, а при температуре 800°С и выше – азот. В результате в этом слое происходят фазово-структурные изменения, утрачивается пластичность и происходит выкрашивание срезаемого слоя [36].
  • Кроме того, сплавы на титановой основе оказывают высокое абразивное воздействие на инструмент вследствие содержания в них высокотвердых включений в виде окислов нитридов и карбидов.

Перечисленное приводит к повышенному износу режущего инструмента, а также к появлению наростообразования, схватывания и задиров [37].

Однако при использовании современных технологий, оборудования и инструмента, титановые сплавы можно обрабатывать так же успешно, как и конструкционные стали [37 – 42]. Основные закономерности, рекомендации по режимам механообработки деталей из титановых сплавов и используемому инструменту даны еще в 1970 году [34] и сохраняют свое значение и до настоящего времени.

При обработке деталей для ПСУЗВ из титановых сплавов условия резания выбирали, учитывая, кроме необходимой производительности, требуемое качество обработанной поверхности и прилегающего к ней слоя, а также возможные упрочнение, остаточные напряжения, точность обработки, шероховатость поверхности, стойкость режущего инструмента.

С целью повышения эффективности точения заготовок деталей ПСУЗВ, предварительно с внешней поверхности заготовок (прутков) удалялась окисная пленка и корка путем их опескоструивания с последующим травлением. Для сохранения исходных свойств титанового сплава пескоструйная обработка выполнялась при малой скорости воздушной струи, чтобы температура обрабатываемой поверхности не превышала 427°С [43]. Об удалении поверхностного слоя свидетельствовал равномерный светло-серый цвет поверхности прутков.

После этого заготовки подвергали травлению при температуре 20 – 30°С в водном растворе, содержащем 16% азотной и 5% фтористо-водородной кислот, а затем промывали в воде. Продолжительность травления определяли по виду заготовок: их поверхность должна была иметь глянцевый металлический блеск. Эта обработка существенно облегчала последующее точение, увеличивая стойкость резцов с твердосплавной пластиной из ВК8 ~ в 3 раза.

Основные характеристики режимов  резания и используемого инструмента

Точение

  • Черновое точение. Резцы оснащались пластинами из твер­дых сплавов ВК12Та, ВК8Та, ВК8. Геометрия режущей части резца: фаска вдоль главной режущей кромки f = 0,5...0,7 мм; передний угол на фаске gf = 0 ¸ 5°, на остальной части передней поверхности g = 8 ¸ 10°, задние углы a = a1 = 15°; углы в плане j = 45°, j1 = 15°; радиус при вершине R = 0,6 ¸ 0,8 мм; угол наклона главной режущей кромки l = 0 ¸ 5°. Параметры режима резания: v = 7 ¸ 25 м/мин; s = 0,25 ¸ 0,40 мм/об; t = 2 ¸ 8 мм. При выполнении данной операции применяли в качестве смазочно-охлаждающей жидкости эмульсию стандартного состава, пода­ваемую непрерывно и обильно обычным способом (поливом).
  • Чистовое и получистовое точение. При получистовом непрерывном точении применялись резцы, осна­щенные пластинами из твердых сплавов ВК4, ВК6, ВК6М, ВК8, ВК8Та, ВК12Та, а при чистовом – резцы с пластинами из сплавов ВК2, ВК4, ВК6М, ВК6, ВК8, ВК8Та. Геометрические параметры отличались от при­веденных для чернового точения лишь величинами переднего угла на фаске и угла наклона главной режущей кромки, которые принимались равными соответственно gf  = 0 ¸ 5° и l = 0°. При непрерывном точении рез­цами, оснащенными пластинами из твердых сплавов указанных марок, в зависимости от технологических требований и структуры сплава обраба­тываемой заготовки принимались следующие режимы резания: v = 20 ¸ 100 м/мин; s = 0,1 ¸ 0,2 мм/об; t = 0,3 ¸ 1,0 мм.

Фрезерование

Фрезерование при изготовлении деталей глушителя использовалось для получения 12 пазов шириной по 4 мм в кольцевой цилиндрической поверхности, выполненной заодно с конусами 6, 7 (рис. 1) по ранее проточенной поверхности, и было чистовым. Использовались фрезы из быстрорежущей стали, легированной кобальтом (Р8М3К6С; Р18Ф2К8М) [44]. В качестве СОЖ применялась Р3-СО7К8, массовая доля 5 – 8%, расход 6 – 8 литров в минуту.

Принимались следующие режимы резания:

v = 5 ¸ 15 м/мин; Sz = 0,05 ¸ 0,12 мм/зуб; t = 0,5 ¸ 2,0 мм.

Сверление

В деталях ПСУЗВ сверлением выполнялись отверстия диаметрами 2,5; 4,0; 5,0; 6,5 и 7,0 мм, а также технологическое отверстие для последующей расточки внутренней поверхности штуцера 5 под нарезание резьбы М24×1,5. При этом использовались сверла из быстрорежущей стали по ГОСТ 10902-77 [45].

Геометрические параметры сверл были: g = 0 ¸ 3°; a = 12 ¸ 15°; 2j = 120 ¸ 130°; w = 25 ¸ 30°, а режимы резания – v = 3 ¸ 7 м/мин; s = 0 ¸ 0,03 мм/об.

Критерием затупления сверла считался износ на участках задних поверхностей 0,4 – 0,5 мм.

При сверлении применялась СОЖ Р3-СО7К8.

Нарезание резьбы

В изготовляемом ПСУЗВ нарезался один вид резьбы и в одной детали – штуцере, М24×1,5 – внутренняя резьба. Оно осуществлялось с помощью специально заточенного резца с твердосплавной пластиной из ВК-8. Геометрия режущей части резца была: g = 0°, задние углы a = 10 – 15°; a1 = a2 =10 – 12°; угол при вершине в плане e = 59°30' – 59°45'. Нарезание резьбы осуществлялось в несколько проходов: так как резьба имела шаг 1,5 мм, то ее выполняли за 4 – 5 черновых и 2 – 3 чистовых прохода. При этом скорость резания выбиралась в пределах 15 – 25 м/мин. При этом в зону резания подавалась СОЖ. Критерием затупления резца считался износ по задней поверхности у вершины, равный 0,25 – 0,35 мм.

Сварка

Детали и сборки из титановых сплавов, образующие конструкцию ПСУЗВ-11Т.12-5,45, соединены между собой с помощью сварки.

Для титана и его сплавов применяется дуговая сварка в среде инертных газов, электронно-лучевая, плазменная, автоматическая под слоем флюса, электрошлаковая, высокочастотная, контактная, диффузионная, холодная, взрывом, прокаткой биметаллов [46].

Для изготовления ПСУЗВ-11Т.12-5,45 выбрана технология аргоно-дуговой сварки (сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде защитного газа – аргона – с подачей в зону сварки присадочной проволоки).

Процессы сварки и контроля качества сварных соединений регламентируются рядом стандартов, требования которых выполнялись при разработке конструкции и технологии изготовления глушителя [47 – 51].

В [52] отмечается «Независимо от типа сплавов при сварке конструкций рекомендуется вести процесс в камерах с защитной атмосферой либо обеспечивать тщательную устойчивую защиту всей зоны сварки. Нарушение этих условий приводит к значительному газонасыщению металла шва, особенно его поверхностных слоев. При сварке в контролируемой атмосфере увеличение общего содержания газов в металле шва незначительно, а содержание водорода вследствие его десорбции и диффузного перемещения в околошовную зону снижается».

Все технологические операции по сварке ПСУЗВ-11Т.12-5,45 проводились в камере с контролируемой атмосферой (рис. 3). Камера заполнялась аргоном высшего сорта по ГОСТ 10157-73 [53].

В камере создавалась и поддерживалась в процессе сварки инертная среда заданной чистоты. Обеспечивалась циркуляция аргона, загрязненного в процессе сварки, из камеры в очистку, а очищенного – обратно в камеру.

Предусмотрено два способа заполнения камеры аргоном. При первом способе камера вакуумировалась до давления 10–3 мм рт. ст., после чего заполнялась аргоном. При втором способе заполнение камеры происходило вытеснением из нее воздуха при наполнении аргоном. Во время работы внутри камеры поддерживалось избыточное давление аргона 0,1 ¸ 0,3 кгс/см2.

С целью обеспечения высокого качества сварных швов предварительно контролировали соответствие металла заготовок, присадочной проволоки, вольфрамовых электродов, защитных газов требованиям стандартов, сертификатов и заводских документов.

В процессе промежуточного контроля проверяли качество подготовки кромок деталей под сварку, правильность сборки согласно конструкторской документации и технологическому процессу, состояние сварочного оборудования и приспособлений.

Перед подачей на сварку детали подвергались травлению в растворе состава (мл/л): 220 – 300 плавиковой кислоты HF, 480 – 500 азотной кислоты HNO3. Время травления составляло 1,5 – 2,0 часа при температуре 25 – 30°С. Затем следовало осветление в растворе состава (мл/л): 600 – 700 HNO3 и 85 – 100 HF в течение 3 – 5 мин. [54].

Непосредственно перед сваркой места сварки на ширине 15 мм зачищали мелкой наждачной бумагой и промывали бензином Б-70 с последующим обезжириванием этиловым спиртом-ректификатом с использованием бязи.

При проведении сварки использовали горелку типа РГА [46], вольфрамовый неплавящийся электрод по ГОСТ 23949-80 [55] и присадочную проволоку из ВТ1-0 по ГОСТ 27265-87 [56].

Рабочая часть вольфрамового электрода была заточена на угол 45° и притуплена до диаметра 0,5 – 0,8 мм, присадочная проволока прошла вакуумный отжиг и была обезжирена этиловым спиртом-ректификатом.

Таблица 1 – Режимы ручной аргоно-дуговой сварки титана неплавящимся электродом в среде аргона

Толщина
свариваемого металла

Диаметр
вольфрамового электрода

Сила
сварочного тока, А

Диаметр
присадочной
проволоки, мм

Число
проходов

мм

2

2 – 3

70 – 100

1,5 – 2,0

1,0

4

3,0

130 – 140

1,5 – 2,0

1,0 – 2,0

6

3,0

160 – 180

2,0 – 3,0

2,0 – 3,0

8

4,0

180 – 220

2,0 – 3,0

3,0 – 6,0

10

5,0

220 – 260

2, 0 – 3,0

8,0 – 10,0

При этом выполнялись требования:

  1. Сварку вели постоянным током прямой полярности.
  2. Дугу зажигали касанием вольфрамового электрода к свариваемому изделию только при наличии гелия с избыточным давлением 0,1 ¸ 0,3 кгс/м2 в камере.
  3. При наплавлении валика вольфрамовый электрод размещали под углом 70 – 85 ° к поверхности свариваемого изделия, а присадочную проволоку – под углом 90 – 100° к оси электрода.
  4. Вылет вольфрамового электрода был равен 6 – 8 мм; длина дуги поддерживалась в пределах 1 – 2 мм.
  5. Присадочный материал вводился в зону сварки равномерно, без поперечных колебаний, опираясь концом стержня на край сварочной ванны.
  6. Горелку перемещали равномерно-поступательно без поперечных колебаний.
  7. Дугу гасили выключением сварочного тока кнопкой, расположенной на горелке, предварительно заплавив кратер.

После сварки и остывания изделие вместе с оснасткой (сборочно-сварочным приспособлением) извлекалось из камеры и проводили контроль качества сварных швов в соответствии с ДСТУ ISO17637:2003 [50]; ДСТУ ISO 3834-2001 [48]; ДСТУ 3491-96 [49]; ГОСТ Р ИСО 5817-2009 [47].

Внешний осмотр проводился после тщательной очистки сварочного соединения от шлака, брызг и других загрязнений. При осмотре выявляли: непровар, наплывы, прожоги, незаваренные кратеры, подрезы, трещины в сварных швах и в зоне термического влияния, пористость, смещение свариваемых элементов, правильность формы, размеров и расположения сварных швов, их соответствие чертежам, стандартам, техническим условиям. Осмотр проводили без применения лупы или с помощью лупы с увеличением до 10 раз. Границы трещин выявляли после шлифовки дефектного участка наждачной бумагой и травления [58].

Блестящая серебристая поверхность шва свидетельствует о хорошей защите и удовлетворительных свойствах шва. Цвета побежалости, желто-голубой цвет шва или появление на нем серых налетов либо бурых пятен указывает на плохую защиту. Такая поверхность характерна для швов, имеющих пониженную пластичность и вязкость вследствие загрязнения примесями, в основном газами.

При проектировании глушителя и выполнении сварочных работ применялись конструкторские и технологические приемы, позволяющие максимально уменьшить остаточные сварочные напряжения и деформации [59].

Назначались минимальные сечения сварных швов (уменьшение наплавленного металла в конструкции), симметричное относительно центра тяжести поперечного сечения расположение швов, применены прерывистые швы при сварке рассекателя и глушителя в целом. Применялось жесткое сборочно-сварное приспособление, что обеспечивало создание деформаций, обратных сварочным. Назначались наиболее экономичные режимы, что обеспечивало снижение погонной энергии сварки. Применялась рациональная последовательность сборочно-сварных операций. После сварки проводилась холодная механическая правка рассекателя на монтажной плите, что обеспечивало пластическую деформацию изделия, устраняющую сварочные напряжения и отклонения от требуемой формы.

Кроме того, проводилась термическая (вакуумно-термическая) обработка-отжиг рассекателя и изделия в целом.

Для выбранных с целью использования в конструкции глушителя титановых сплавов отжиг – единственный вид термической обработки, который обеспечивает снятие внутренних напряжений, образовавшихся в процессе термического цикла сварки, а также стабилизацию структуры сварного соединения с целью получения оптимальных свойств в отожженном состоянии и сохранения их неизменными после длительного нагрева при рабочих температурах. Вакуумный отжиг обеспечивает также дегазацию сварного соединения от водорода [52, 60].

Для выбранных титановых сплавов применяются два вида термической обработки – полный отжиг и неполный отжиг.

Отжиг сварных соединений титановых сплавов состоит из нагрева до температуры рекристаллизации или до температуры фазового превращения, выдержки при заданной температуре и последующего охлаждения, медленного с печью или ступенчатого.

Для отжига после сварки рассекателя пороховых газов глушителя в целом использовалась вакуумная установка (электропечь), принцип работы которой заключается в нагреве обрабатываемого изделия в вакууме (10-3 мм рт.ст.)до определенной температуры, выдержки при этой температуре и охлаждения.

Для рассекателя пороховых газов проводили неполный, а для глушителя в целом – полный отжиг.

Полный отжиг состоял из нагрева до температуры выше температуры начала рекристаллизации, но ниже температуры полиморфного превращения, выдержки при указанной температуре и последующего охлаждения.

Неполный отжиг проводился по указанной схеме, но при температуре ниже температуры рекристаллизации.

Температура полного и неполного отжига, которая применялась при термообработке, приведена в табл. 2 [61].

Таблица 2 – Температура термической обработки

Марка сплава

Неполный отжиг, °С

Полный отжиг, °С

Листы и детали из них

Прутки, поковки, профили и детали из них

ВТ1-00

ВТ1-0

450 – 490

520 – 540

670 – 690

ВТ5-1

500 – 600

800 – 850

 

Время выдержки при установленной температуре отжига приведено в табл. 3 [61].

Таблица 3 – Время выдержки при температуре полного отжига

Максимальная толщина
(диаметр), мм

Время выдержки, мин.

до 1,5 (вкл)

10

1,8 – 2,0

15

6,0 – 15,0

30

15,0 – 25,050

50

25,0 – 35,0

1ч. 10 мин.

35,0 – 50,0

1 ч. 30 мин.

Одна садка отжигалась по режиму детали с максимальной толщиной (диаметром). Разница в толщине (диаметрах) деталей и заготовок, помещенных в одной садке, не превышала 30 мм.

Время прогрева термообрабатываемых изделий до заданной температуры отжига установили согласно рекомендациям [61], табл. 4.

Таблица 4 – Время прогрева заготовок до заданной температуры отжига

Диаметр или толщина заготовки (детали), мм

Время, мин.

min

max

3 и менее

5

10

10

10

15

20

10

20

30

15

30

60

20

40

Основные конструктивные узлы рассматриваемого глушителя звука выстрела – рассекатель пороховых газов и гильза (корпус). Изготовление ПСУЗВ идет в такой последовательности.

Конструктивный элемент глушителя звука выстрела стрелкового оружия, определяющий эффективность шумоглушения, точность и кучность стрельбы – рассекатель по­роховых газов. У ПСУЗВ-11Т 12-5,45 (рис. 1) он состоит из крышки 1, втулок 2, 3, 4, штуцера 5, и конусов 6, 7. Сборка и сварка рассекателя осуществляются в специальном сборочно-сварочном приспособлении.

Конструктивные узлы глушителя звука выстрела ПСУЗВРис. 1

На сборку и сварку подаются (рис. 1, 2):

  • крышка 1, изготовленная из прутка титанового сплава ВТ1-0 Æ41 по ГОСТ 26492-85 путем точения на токарно-винто­резном станке 16К20 с использованием резца из твердого сплава ВК-8 с указанными в разделе «Точение» настоящей статьи заточкой, режимами резания и подачей в зону резания СОЖ. В крышке путем сверления с использованием сверл [45] и кондуктора с указанной в разделе «Сверление» настоящей статьи заточкой и режимами сверления выполнены 12 отверстий Æ3 мм, равномерно расположенные по окружности Æ22;
  • втулки 2, 3 и 4, выполненные точением из  трубы Æ 38 × 2, сплав ВТ1-0 ГОСТ 22 837-86, втулка 2 имеет длину 17 мм, 3 – 28 мм, 4 – 66 мм; в боковой поверхности втулок путем сверления с использованием кондуктора выполнены радиальные отверстия Æ5;
  • конусы 6 и 7, выполненные точением из прутка Æ41, сплав ВТ1-0 по ГОСТ 26492-85; все конусы имеют длину 26 мм, конусность 60° и максимальный наружный диаметр ~ 40,0 мм, конусы 7 отличаются от остальных наличием на их боковой поверхности сквозного отверстия; по продольной оси конусов просверлены отверстия Æ 6,5; на большем основании конуса образован ряд выступов, которые представляют собой части цилиндрического кольца, выполненного заодно с конусом и полученные путем торцевого фрезерования в нем двенадцати продольных пазов шириной по 4 мм каждый, причем выступы расположены симметрично относительно основания конуса (выступают за плоскости основания на 3 мм в каждую сторону);
  • штуцера 5, выполненные токарной обработкой из прутка Æ 41, сплав ВТ1-0 по ГОСТ 26492-85, длиной 25 мм, максимальным диаметром 40 мм и центральным отверстием Æ 7 мм.

  конструктивные узлы глушителя звука выстрела фото
Рис. 2

Перед сборкой все детали проходят травление при температуре 20 – 30°С в растворе, содержащем 16% азотной и 5% фтористо-водородной кислот, затем промываются водой, сушатся и обезжириваются этиловым спиртом.

Детали, составляю­щие рассекатель пороховых газов, устанавливаются в сборочно-сварочное приспособление и жестко фиксируются в нем в последовательности, показанной на рис. 1. Места под сварку зачищаются и обезжириваются бензином Б-70 и этиловым спиртом, после чего приспособление с ус­тановленным в нем рассекателем помещается в сварочную камеру (рис. 3), заполняемую аргоном. Свар­ку ведут аргонно-дуговым способом непла­вящимся вольфрамовым электродом с подачей в зону сварки отожженной присадочной проволоки из сплава ВТ1-00 ГОСТ 27265-87 при выполнении требований к технологии и режимам, изложенным в разделе «Сварка» настоящей статьи. Сварку выполняют в местах, отмеченных на рис. 1 черным цветом.

Места под сварку зачищаются и обезжириваются бензином Б-70 и этиловым спиртом, после чего приспособление с ус­тановленным в нем рассекателем помещается в сварочную камеру
Рис. 3

После выполнения сварки и остывания изделия вместе с камерой, его извлекают и проводят визуальный контроль качества сварных швов. Швы должны быть ровными и блестящими без цветов побежалости и серого налета. При необходимости более тщательного контроля качества сварки, шов зачищают мелкой наждачной бумагой и осматривают в десятикратную лупу. Внешний вид рассекателя после сварки представлен на рис. 4.

Фото - Внешний вид рассекателя ПСУЗВ глушителя звука выстрела после сваркиРис. 4

Далее проводят термообработку рассекателя (отжиг в вакуумной камере) при вакуумировании ее до давления 10-3 мм рт. ст. и при параметрах, указанных в разделе «Термообработка» настоящей статьи.

После термообработки рассекателя проводят контроль его основных габаритных размеров, прямолинейности продольной оси и наличия других ненормативных остаточных деформаций.

В случае недопустимого отклонения от прямолинейности продольной оси рассекатель подвергают холодной правке механическим способом на монтажной плите до получения требуемых геометрических характеристик.

После этого рассекатель устанавливают на токарно-винторезный станок и протачивают его наружную поверхность до диаметра 40 мм для обеспечения собираемости с гильзой (рис. 5).

рассекатель устанавливают на токарно-винторезный станок и протачивают его наружную поверхность для обеспечения собираемости с гильзой
Рис. 5

После протачивания рассекатель подвергают травлению в растворе указанного ранее состава, промывают в воде, сушат и обезжиривают этиловым спиртом.

схема окончательной сборки прибора снижения уровня звука выстрелаРис. 6

На рис. 6 приведена схема окончательной сборки прибора снижения уровня звука выстрела ПСУЗВ-11Т 12-5,45. На сборку подаются гильза (I) и рассекатель (II) (рис. 7). Полученное изделие – ПСУЗВ (III). Гильза выполнена из трубы Æ45×2,5, материал – сплав ВТ1-0, ГОСТ 22897-86. Наружный диаметр 43 мм получают протачиванием трубы на токарно-винторезном станке проходным резцом с твердосплавной режущей пластиной из сплава ВК-8. На поверхности гильзы на длине ~ 98 мм выполнено сетчатое рифление 0,8 по ГОСТ 21474-75. Внутренний диаметр трубы оставляют в состоянии поставки (40 мм). В пяти поперечных сечениях гильзы выполнены по четыре цилиндрических радиальных отверстия Æ 2,5 мм, равномерно расположенные по окружности на одних и тех же образующих наружной цилиндрической поверхности. Перед сборкой гильзу подвергают травлению, сушке и обезжириванию.

Сборка ПСУЗВ, глушителя. прибор снижения уровня звука выстрела фото сборки
Рис. 7

Рассекатель (II) устанавливают в гильзу (I) и закрепляют в сборочно-сварочном приспособлении, которое помещают в сварочную герметичную камеру, заполненную аргоном.

Сварку ведут аргонно-дуговым способом неплавящимся вольфрамовым электродом с подачей в зону сварки присадочной проволоки по технологии и режимам, указанным в разделе «Сварка» настоящей статьи.

Для уменьшения сварочных напряжений и деформаций сначала выполняют сварку гильзы с рассекателем в пяти поперечных сечениях, в которых под сварку образованы отверстия Æ 2,5 мм, затем накладывают кольцевые сварные швы по торцевым плоскостям «Сварка Б» и «Сварка В». После остывания сборочно-сварочное приспособление с установленным в нем изделием изымают из сварочной камеры и визуально контролируют качество сварных швов согласно [47 – 50], для выявления дефектов используют лупу с десятикратным увеличением. Внешний вид изделия после сварки представлен на рис. 8.

Внешний вид глушителя уровня звука выстрела ПСУЗВ после сварки фото
Рис. 8

Завершение процесса обработки

После сварки изделия осуществляют его термообработку – вакуумный отжиг, который ведут в вакуумированной до 10-3 мм рт. ст. камере при режимах, указанных в разделе «Термообработка» настоящей статьи.

После проведения вакуумной термической обработки контролируют основные габаритные размеры устройства и закрепляют его в кулачковом патроне токарно-винторезного станка, после чего в штуцере нарезают резьбу М 24×1,5 согласно разделу "нарезания резьбы" настоящей статьи.

В дальнейшем, используя эту резьбу как базовую, изделие в специальном приспособлении помещают в кулачковый патрон токарно-винторезного станка и протачивают до Æ42 его наружную цилиндрическую поверхность в местах, свободных от сетчатой накатки, а также в сечениях по накатке, в которых выполнены сварные швы. С этой же установки выполняют сверление (развертывание) внутреннего проходного отверстия глушителя от исходного Æ6,5 мм в конусах до Æ 7,0 мм.

После этого на специальном приспособлении-имитаторе проводят контроль соосности и углового отклонения (биения) продольной оси ПСУЗВ и канала ствола оружия.

В дальнейшем наружную поверхность изделия подвергают пескоструйной обработке и покрывают термостойкой краской.

Готовое изделие – ПСУЗВ11Т.12-5,45

Внешний вид полученного прибора снижения уровня звука модели ПСУЗВ11Т.12-5,45 приведен на рис. 9.

ПСУЗВ-11Т.12-5,45 должен иметь следующие характеристики: длина – 195 мм, максимальный диаметр – 42 мм, масса – не более 450 г, радиальное биение в выходной плоскости глушителя – не более 0,3 мм, эффективность – 30 – 32 дБ.

прибор снижения (глушитель) уровня звука (выстрела) ПСУЗВ11Т.12-5,45 фото
Рис. 9 

Согласно ТУ У 88.057.004-98 приборы снижения уровня звука выстрела для автоматов и ручных пулеметов Калашникова по Программе проведения исследований экспериментальных образцов приборов снижения уровня звука выстрела (ПСУЗВ) для автомата Калашникова и их модификаций, ПИ- ПСУЗВ/АК-01-217 и в соответствии с Методикой проведения исследований эффективности снижения уровня звука выстрела экспериментальными образцами приборов ПСУЗВ в стрелковом автоматическом оружии (автоматы Калашникова АК и АКМ, МИ-ПСУЗВ-7/АК-01-217) от каждой партии из 10 приборов один испытывался натурной стрельбой сверхзвуковыми патронами с целью определения эффективности снижения уровня звука выстрела, точности и кучности стрельбы, ресурса эксплуатации.

Таблица 5

Оружие

ПСУЗВ

Автомат АК-74, кал. 5,45 мм

ПСУЗВ-01Т.12-5,45,
ПСУЗВ-02Т.12-5,45,

ПСУЗВ-03Т.13-5,45,
ПСУЗВ-11Т.12-5,45

Автомат АКМ, кал. 7,62 мм

ПСУЗВ-04Т.13-7,62,
ПСУЗВ-07Т.13-7,62,
ПСУЗВ-12Т.12-7,62

Карабин Blaser, кал. .223

ПСУЗВ-11Т.12-5,56

Карабин Blaser R93,
кал. 5,56 мм

ПСУЗ-07Т.12-5,56

Карабин М16, кал. 5,56 мм 

ПСУЗВ-04Т.12-5,56,
ПСУЗВ-11Т.12-5,45

Карабин Oberland OA-15,
кал. 5,56 мм

ПСУЗВ-04Т.12-5,56

 

Карабин SAKO, кал. 5,56 мм

ПСУЗВ-11Т.12-5,56

Карабин Savage
Arms Rem. .223, кал. 5,56 мм

ПСУЗВ-27Т.12-5,56

Карабин САЙГА МК-01, 
кал. 7,62 мм

ПСУЗВ-25Т.12-7,62

 

Карабин САЙГА МК-03,
кал. 7,62 мм

ПСУЗ-08Т.12-7,62,
ПСУЗВ-25Т.12-7,62

Карабин Blaser R93,
кал. 7,62 мм

ПСУЗВ-03Т.12-7,62,
ПСУЗ-08Т.12-7,62,

ПСУЗВ-10Т.12-7,62,
ПСУЗВ-19Т.12-7,62

Карабин  Browning Bar,
кал. 30-06

ПСУЗВ-19ТБ.12-7,62

Карабин ТИГР мод. SA02,
кал. 7,62 мм

ПСУЗВ-01Т.13-7,62

 

Карабин Blaser, кал. 9,3 мм

ПСУЗВ-15Т.12-9,3,
ПСУЗВ-26Т.12-9,3

 

Выводы

Проведенные испытания показали, что разработанная конструкция и технология изготовления ПСУЗВ из титановых сплавов не ухудшают их характеристики по сравнению с ранее изготовленными глушителями из нержавеющих сталей. При этом масса глушителя уменьшилась почти в два раза.

С использованием особенностей разработанной конструкции ПСУЗВ для автомата АКС-74У и технологии его изготовления была выполнена чертежно-техническая документация, проведены изготовление и успешная отработка конструкции глушителей из титановых сплавов для стрелкового оружия (табл. 5).

Таким образом, разработана конструкция и отработана технология изготовления ПСУЗВ из титановых сплавов для стрелкового оружия различного назначения и разных калибров, не уступающих по эффективности, живучести, точности и кучности стрельбы и габаритно-массовым характеристикам лучшим зарубежным образцам глушителей звука выстрела из титановых сплавов.

 

Литература

  1. Ручное огнестрельное оружие бесшумного боя. Приборы снижения уровня звука выстрела для автоматов. Проектирование и экспериментальная отработка / Н. А. Коновалов, О. В. Пилипенко, А. Д. Скорик, Ю. А. Кваша, В. И. Коваленко. – Днепропетровск : Институт технической механики НАН Украины и НКА Украины, 2008. – 303 с.
  2. Paulson Alan C. Silencer. History and Performance. Volume 1. Sporting and tactical Silenсer / Alan C. Paulson. – USA, Boulder, Colorado : Paladin Press, 1996. – 412 p.
  3. Paulson Alan C. Silencer. History and Performance. Volume 2. GQB, Assault Riffle and Sniper Technology / Alan C. Paulson, N. R. Parker, Peter G. Kokalis – USA, Boulder, Colorado : Paladin Press, 2002. – 429 p.
  4. Проспект фирмы AAC (Advanced Armament Corporation), 2009.
  5. Проспект фирмы AAC (Advanced Armament Corporation), 2012.
  6. Проспект фирмы AWC System Technology, 2012.
  7. Проспект фирмы GEMTECH, 2012.
  8. Проспект фирмы Sure Fire, 2011.
  9. [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ресурсу http://www.minissippianto.arms.com/titanq-3381m-and-lower-silencer-p-2512.html.
  10. Модернизация снайперской винтовки М24 // Зарубежное военное обозрение. – 2010. – № 12. – С. 18 .
  11. [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ресурсу  http://www.cbrclub.ru/index.php?showtopic.32147.
  12. [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ресурсу  http://www.news.drom.ru/NISMO-Nissan-Skyline-GT-R-5268.html.
  13. [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ресурсу  http://www.cvetrommetall.ru/titanovyy-prokat.
  14. [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ресурсу  http://www.lmetal.com/info/directories/titanium/tisplav
  15. [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ресурсу  http://www.nauka spb.ru/spravochniki/DemoMetall/3-17.html.
  16. Титановые сплавы в машиностроении / Б. Б. Чечулин, С. С. Ушков, И. Н. Разуваева, В. Н. Гольдфайн. – Л. : Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1977. – 248 с.
  17. Колачев Б. А. Титановые сплавы разных стран. Справочник / Б. А. Колачев, И. С. Полькин, В. ДТалалаев. – М. : ВИЛС, 2000. – 316 с.
  18. Ильин А. А. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник / А. А. Ильин, Б. А. Колачев, И.  С. Полькин. – М. : ВИЛС, МАТИ, 2009. – 520 с.
  19. Цветные металлы: алюминий, медь, титан. Справочник бизнесмена / В. А. Гнатуш, М. Ю. Григорак, Г. В. Жук и др. Под ред. В. А. Гнатуша. – К. : Внешторгиздат, 2007. – 397 с.
  20. Пономарев Ю. И. Титановые сплавы в ракетной и космической технике / Ю. И. Пономарев// Титан. – 1998. – № 10. – С. 23 – 27.
  21. Применение титановых сплавов для авиационных конструкций / А. Г. Братухин, Н. Ф. Аношкин, В. Н. Моисеев и др. // Титан. – 1993. – № 1. – С. 77 – 81.
  22. Применение титана в народном хозяйстве / С. Г. Глазунов, С. Ф. Важенин, Г. Д. Зюков-Батырев, Я. Л. Ратнер. – Киев : Техніка, 1975. – 200 с.
  23. Рачук В. С. Применение титановых сплавов в жидкостных ракетных двигателях [Электронный ресурс] / В. С. Рачук, А. И. Дмитренко. – Режим доступа к статье http://engine/aviaport.ru/issiues/63/page42/html.
  24. [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ресурсу http://www.protown.ru/information/hide/5615.html.
  25. [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ресурсу http://www. grandpartner63.ru/assets/files/titan.pdf.
  26. Глушитель звука выстрела для автоматов подразделений специального назначения / Н. А. Коновалов, О. В. Пилипенко, Г. А. Поляков, А. Д. Скорик, Г. Л. Гунько, М. А. Якименко, В. И. Коваленко / Техническая механика. – 2012. – № 2. – С. 50 – 76.
  27. Пат. на изобретение 93693 Украина, МПК7 F41A21/30, F41A17/00. Глушник звуку пострілу стрілецької зброї / Коновалов Н. А., Пилипенко О. В., Пугач Е. О., Скорик О. Д., Стрельников Г. О., Авдєєв А. Н. – а 2009 13359 ; заявл. 20.12.2005 ; опубл. 25.08.2011, Бюл. №16. – 4 с.
  28. ГОСТ 1907-91. Титан и титановые сплавы, обрабатываемые давлением. Марки.
  29. ГОСТ 22897-86. Трубы бесшовные холодноформированные из сплавов на основе титана.
  30. ГОСТ 26492-85. Прутки катаные из титана и титановых сплавов. Технические условия.
  31. Примірна інструкція з охороні праці під час механічної обробки титанових сплавів [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ресурсу http://www.instructor.ucoz.net/publ/primirna.
  32. [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ресурсу http://www.4ne.ru/rezka-metallov/rezanie-titanovyh-splavov.html.
  33. Корягин С. И. Способы обработки материалов : Учебное пособие / С. И. Корягин, Н. В. Пименов, В. К. Худяков. – Калининград, Калининградский ун-т, 2000. – 448 с.
  34. Кривоухов В. А. Обработка резанием титановых сплавов / В. А. Кривоухов, А. Д. Чубаров. – М. : Машиностроение, 1970. – 180 с.
  35. Albert M. Обработка титана /MAlbert // Modern Mashine Shop. – 2010. – Июль. – С. 26 – 28.
  36. Резніченко С. М. Прогнозування сил різання при точінні титанового сплаву ВТ-22 / С. М. Резніченко // Процеси механічної обробки в машинобудуванні. – 2011. – Вип. 10. – С. 313 – 319.
  37. Глазунов С. Г. Конструкционные титановые сплавы / С. Г. Глазунов, В. Н. Моисеев. – М. : Металлургия, 1974. – 368 с.
  38. Братухин А. Г. Технология производства самолетных конструкций / А. ГБратухин. – М. : Машиностроение, 1995. – 448 с.
  39. Шифрин А. Ш. Обработка резанием коррозионностойких, жаропрочных и титановых сплавов и сталей / А. Ш. Шифрин, Л. МРезницкий– М. : Машиностроение, 1989. – 176 с.
  40. Белоконь Б. С. Особенности разработки технологических процессов для изготовления дисков компрессоров из титановых сплавов / Б. С. Белоконь, А. И. Дерий, В. В. Третьяк // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. – 2011. – № 1 (49). – С. 77 – 83.
  41. Mey M. Frsen im Greuzbereich / M. Mey // Werkstatt + Betrieb. – 2012. – № 3. – С. 40 – 42.
  42. Albert M. Обработка титана / M. Albert // Modern Mashine Shop. – 2010. – Июль. – С. 72 – 75.
  43. Rossman E. Очистка деталей из титана / E. Rossman // Cutting Tool Engineering. – 2009. – № 8. – С. 25.
  44. ГОСТ 23249-38. Фрезы концевые для обработки деталей из высокопрочных сталей, титановых и легких сплавов на станках с программным управлением.
  45. ГОСТ 10902-77. Сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком. Средняя серия. Основные размеры (DIN 338). Для нержавеющих сталей, легированных сталей, титана, серия 1016.
  46. Гуревич С. М. Справочник по сварке цветных металлов / С. М. Гуревич. – Киев : Наукова думка, 1981. – 608 с.
  47. ГОСТ Р ИСО 5817-2009. Сварка. Сварные соединения из стали, никеля, титана и их сплавов, полученные сваркой плавлением (исключая лучевые способы сварки). Уровни качества.
  48. ДСТУ ISO 3834-2001. Вимоги до якості зварювання. Зварювання плавленням металевих матеріалів.
  49. ДСТУ 3491-96. Дефекти з'єднань при зварюванні металів плавленням. Класифікація, позначення та визначення.
  50. ДСТУ ISO 17637-2003. Неруйнівний контроль зварних з'єднань. Візуальний контроль з'єднань, виконаних зварюванням плавленням.
  51. ГОСТ 14771-69. Швы сварных соединений. Электродуговая сварка в защитных газах. Основные типы и конструктивные элементы.
  52. Сварные соединения титановых сплавов / В. Н. Моисеев, Ф. Р. Куликов, Ю. Г. Кириллов и др. – М. : Металлургия, 1979. – 246 с.
  53. ГОСТ 10157-73. Аргон газообразный жидкий.
  54. Псарас Г. Г. Сварщику цветных металлов. Справ. пособие. – 2-е изд. / Г. Г. Псарас, А. И. Ежель. – Донецк : Донбасс, 1985. – 174 с.
  55. ГОСТ 23949-80. Электроды вольфрамовые сварочные неплавящиеся. Технические условия.
  56. ГОСТ 27265-87 Проволока сварочная из титана и титановых сплавов. Технические условия.
  57. [Электронный ресурс]. – Режим доступа к ресурсу http:www.svarka.ukrtechno.info/index.php?mod-text&uitxt=414&prim.
  58. Сапиро Д. С. Справочник сварщика. Пособие для сварщиков, мастеров, технологов, конструкторов. – 2-е изд. / Д. С. Сапиро. – Донецк : Донбасс, 1978. – 228 с.
  59. Винокуров В. А. Сварочные деформации и напряжения / В. А. Винокуров. – М. : Машиностроение, 1968. – 236 с.
  60. Лясоцкая В. С. Термическая обработка сварных соединений титановых сплавов / В. С. Лясоцкая. – М. : Экомет, 2003. – 352 с.
  61. Стандарт ЦКБА 018-2007. Арматура трубопроводная. Термическая обработка заготовок и деталей из титана и титановых сплавов. Типовой технологический процесс [Электронный ресурс]. – НПФ "ЦКБА", 2007. – 9 с. – Режим доступа к ресурсу http:www.opengost.ru/8213-st-ckba-018-2007-armatura-truboprovodnaya-termicheskaya-obrabotka-detaley-iz-titana-i-titanovyh-splavov.html.