開示の内容 〔優先権〕
本出願は、「CONTOURED THICKNESS BLANK FOR AMMUNITION CARTRIDGES」の名称で、２０１０年７月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／３６４，２６３号の優先権を主張し、この仮特許出願の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。 〔背景〕
弾薬は、それぞれが弾丸、火薬、および導火線を包装する、一般には真鍮で作られた、金属製ケースまたはカートリッジを含む。 充填されたカートリッジは、小火器の発射チャンバに正しく適合するように形成される。 このような真鍮のカートリッジの製造は、ヘビーゲージの真鍮のカップを焼きなまし、多段階プレス構造を通じてそのカップをカートリッジの最終形状になるよう深絞りすることを含むことが、一般に知られている。 真鍮の処理は、絞りおよび再絞りプロセス（drawing and re-drawing processes）中にカートリッジの側壁にしごき加工をし（ironing）、基部に対してそれらの壁をテーパー状にすることをさらに含み、複数の中間焼きなましを深絞りプロセス相互間に行う。 十分低い加工硬化比率および低い摩擦力を有する真鍮は、複数の焼きなましおよび側壁しごき加工プロセスと共に使用することができ、強い側壁しごき加工（heavy sidewall ironing）を含むこのような深絞りプロセスに適している。 一方、鋼は、高い加工硬化比率、高い強度、および高い摩擦力などの特性を有している。 これらの特性は、かじり（galling）および引っかき傷（scoring）の問題を引き起こす場合があり、これらは、典型的には、ダイスの寿命の低下を生じ、反復される再絞りおよび焼きなまし工程中の強い側壁しごき加工を困難にし、かつ一般に実現不可能にする。 また、炭素鋼がカートリッジを形成するのに使用されてきたが、そのようなカートリッジは、さびを防ぐために、ワックスがけ、または保護コーティングの塗布を含んだ。 本明細書は、本発明を具体的に指し示し、明確に主張する請求項で締めくくられているが、本発明は、添付図面と関連して理解される特定の実施例に関する以下の説明から、よりよく理解されるであろうと考えられる。 添付図面では、同様の参照符号は、同じ要素を識別している。 これらの図面は、限定的とすることを決して意図しておらず、本発明の様々な実施形態が、図面に必ずしも描かれていないものを含む種々の他の方法で実行され得ることが企図される。 本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明のいくつかの態様を示しており、説明と相まって、本発明の原理を説明するのに役立つ。 しかしながら、本発明は示される厳密な構成に限定されるものではないことが、理解される。 〔詳細な説明〕
本発明の特定の実施例に関する以下の説明は、本発明の範囲を限定するために使用されるべきではない。 本発明の他の実施例、特徴、態様、実施形態、および利点は、以下の説明から当業者には明らかとなるであろう。 認識されるように、本発明は、本発明から逸脱しない、他の異なる明白な態様が可能である。 したがって、図面および説明は、性質が例示的なものであるとみなされるべきであり、限定的なものではない。 〔ブランク〕
図１は、第１の状態にある例示的なカートリッジブランク（１０）を示し、図２は、例えば第１の絞り加工作業後に円筒形状に絞り加工されたカートリッジ（１２）として、第２の状態にあるカートリッジブランク（１０）を示す。 以下でさらに説明するような第１の状態へと形成された、例示的な曲線状の厚さのブランク（１０）が、中央ボタン（１４）および外側領域（１６）を有するものとして、図１に示されている。 より厚い中央ボタン（１４）は、第２の状態において、円筒形カートリッジの基部となる。 外側領域（１６）は、ボタン（１４）の厚さの最低５０％圧延されており（reduced）、カートリッジ（１２）を円筒形態に絞り加工する際に、側壁のしごき加工を最小化する。 図２に示すように、また、以下で説明するように、図１のブランク（１０）は、図２のカートリッジ（１２）を形成するようにさらに処理されて、ボタン（１４）は、円筒形カートリッジ（１２）の基部（１８）になる。 ブランク（１０）は、オーステナイトのステンレス鋼を含むがこれに制限されない金属で形成され得る。 オーステナイトのステンレス鋼は、当業者には既知である。 これは、クロムおよびニッケルを含む合金であり、主要相としてオーステナイトを有する。 この合金は、他の鋼と比べて、高い延性、低い降伏応力、および高い引っ張り強さを呈する。 オーステナイトのステンレス鋼の組成は、例えば、おおよそ０．０４５％以下の重量パーセントのＣ、０．６０％以下の重量パーセントのＳｉ、約０．０３％〜０．０６％の重量パーセントのＮ ２ 、約１．０％〜約１．４％の重量パーセントのＭｎ、約１７．２％〜約１７．８％の重量パーセントのＣｒ、約３．１％〜約３．４％の重量パーセントのＣｕ、約８．１％〜約８．４％の重量パーセントのＮｉ、０．０３５％以下の重量パーセントのＰ、０．００２％以下の重量パーセントのＳ、および０．４％以下の重量パーセントのＭｏを含み得る。 あるいは、オーステナイトのステンレス鋼の組成は、例えば、おおよそ０．０３５％の重量パーセントのＣ、０．４５％の重量パーセントのＳｉ、０．０４５％の重量パーセントのＮ ２ 、１．２％の重量パーセントのＭｎ、１７．５％の重量パーセントのＣｒ、３．２５の重量パーセントのＣｕ、８．２５％の重量パーセントのＮｉ、低い重量パーセントのＰおよびＳ、ならびに０．２％の重量パーセントのＭｏを含み得る。 前述した組成は以下の表１に示しており、Ｍは最大量である。
冷間圧延され焼きなましされた状態で、このようなオーステナイトのステンレス鋼は、０．２％の降伏強さ＝３１．５ｋｓｉ；極限引っ張り強さ（ＵＴＳ）＝７７．５ｋｓｉ；合計破断伸び（total elongation to fracture）（５．０８ｃｍ（２インチ）の元のゲージ長さに基づく）＝５２．５％、およびｎ値（最終段階まで１０％（10% to Ult.））＝０．４０４、および６８ＨＲＢＷの硬度を含む機械特性を有することができる。 このような特性は、ＡＳＴＭ Ｅ ８およびＡ ３７０に従って実施される、標準単軸引張試験から回収することができる。 ｎ値または歪み硬化指数は、同時に得られるが、判断方法は、ＡＳＴＭ Ｅ６４６の下でカバーされている。 以下で説明する実施例で試験される材料、および前述のオーステナイトのステンレス鋼は、例えば、溶解され、約１２３２．２２℃〜約１２７１．１１℃（約２２５０°Ｆ〜約２３２０°Ｆ）で熱間圧延され、約１０６５．５６℃〜約１０９３．３３℃（約１９５０°Ｆ〜約２０００°Ｆ）でストリップ焼きなましされ（strip annealed）、冷間圧延され、最終的に約１０６５．５６℃（約１９５０°Ｆ）で焼きなましされることができる。 ブランクは、当技術分野で既知のあらゆる方法により準備され得る。 図３〜図７は、第１の状態にあるブランク（１０）を準備する方法を示す。 第１の状態では、ブランクは、ボタン（１４）を取り囲む外側領域（１６）を含んでよく、外側領域（１６）は、中央ボタン（１４）の厚さの約５０％〜８０％の範囲の厚さを有する。 例えば、図２に示すような側壁（２０）は、約０．３８１〜０．６３５ｍｍ（約０．０１５〜０．０２５インチ）の範囲であってよく、基部（１８）は、側壁の厚さを超える厚さを有し得る。 このような、より大きな相対的厚さは、図１の第１の状態から、外側領域（１６）が側壁（２０）を形成する図２の第２の状態へと外側領域（１６）を位置付ける形成プロセス中に、最小のしごき加工を必要とする。 別の実施例では、ブランクは、ボタン（１４）を取り囲む外側領域（１６）を含んでよく、外側領域（１６）は、中央ボタン（１４）の厚さの約５０％〜６０％の範囲の厚さを有する。 ブランクは、図３または図４に示すようにスピン形成され得る。 図３を参照すると、圧延機のアーム（２２）は、シャフト（２４）およびヘッド（２６）を含み、シャフト（２４）の各長さ方向軸（Ａ）を中心として回転することができる。 各ヘッド（２６）は、概ね台形の形状であるが、他の形状が、当業者には明らかとなり得る。 ヘッド（２６）は、第１の概ね水平なブランク接触表面（２８）と、反対側の第２の表面（３０）と、第１の表面（２８）および第２の表面（３０）のそれぞれの端部においてそれら表面の間に配された第３の表面（３２）および第４の表面（３４）と、を含む。 第３の表面（３２）および第４の表面（３４）は、互いに概ね平行であり、軸（Ａ）は、第３の表面（３２）および第４の表面（３４）に実質的に垂直である。 ブランク（１０）は、機械接触表面（３６）と、反対側の下側表面（３８）と、を含む。 表面（３６、３８）は、互いに概ね平行に配される。 ブランク（１０）は、ヘッド接触表面（３６）に実質的に垂直な中心軸（Ｂ）を含む。 ブランク（１０）は、圧延機の１つまたは複数のアーム（２２）がそれぞれの長さ方向軸（Ａ）を中心に回転する間、中心軸（Ｂ）を中心に回転し、回転アーム（２２）のヘッド（２６）のブランク接触表面（２８）は、ブランク（１０）の機械接触表面（３６）に対して作用して、ボタン（１４）および外側領域（１６）を形成する。 ボタン（１４）は、外側領域（１６）より厚い厚さを有している。 あるいは、アーム（２２）は、ブランク（１０）が静止したままである間に回転することもできる。 あるいは、図４に示すように、圧延機は、長さ方向軸（Ｃ）を有するシャフト（４２）と、例えば矢印（Ｄ）の方向に示すように、シャフト（４２）の長さ方向軸（Ｃ）を中心として回転可能な環状アーム（４４）と、を含み得る。 ブランク（１０）は、この例示的なバージョンでは、ブランク（１０）が中心軸（Ｂ）を中心として回転する間に回転アーム（４４）の一部がブランク（１０）の機械接触表面（３６）に対して作用するので、前述したように、ボタン（１４）および外側領域（１６）を含むように形成される。 あるいは、アーム（４４）は、ブランク（１０）が静止したままである間に回転することもできる。 ブランクは、垂直圧縮荷重下で冷間成形、温間成形、加熱成形、または鍛造によって圧縮成形され得る。 図５に示すように、ブランク（１０）は、プレス（５０）の下方ブロック（４８）の上面（４６）上に置かれることができる。 プレス（５０）の上方ブロック（５２）は、第１の部分（５４）、第２の部分（５６）、および第３の部分（５８）を含むことができ、第２の部分（５６）は、第１の部分（５４）と第３の部分（５８）との間に配される。 第１の部分（５４）および第３の部分（５８）は、実質的に矩形または正方形の形状であってよいが、他の形状も、本開示の範囲内に含まれる。 第１の部分（５４）および第３の部分（５８）は、矢印（Ｅ）の方向に駆動されると、外側領域（１６）を形成するようにブランク（１０）を圧迫するよう、実質的に線形の底面を有し得る。 第２の部分（５６）は、孔（６６）を画定する壁（６０、６２、６４）を含み、穴（６６）は、ブランク（１０）を圧迫してボタン（１４）を形成するように寸法決めされ構成されている。 プレスの２つの半部は、ブランク（１０）を形成するように、当技術分野で既知の方法で、接合される。 さらに、このプロセスは、３ダイス圧縮工作機械のデザイン（three-die compression tooling design）を使用することを含み得る。 第１および第２のダイスは、上部プレスの下面が、図６に示すように、底部プレスの上面に対して傾き得ることを除いて、図５に示したものと似ているように見え得る。 例えば、図５は、上部プレスと底部プレスとの間の平坦な平行表面を示す。 図６は、上部プレスと底部プレスとの間に非平行表面を有するダイスを示す。 第１のダイスは、図６の透視図で示すように、例えば、底部プレス（１２６）の平坦な上面（１２４）を含むことができる。 第１のダイスは、上部プレス（１３０）の、傾斜した下面（１２８）をさらに含んでよく、下面（１２８）は、角度（Ｎ）で底部プレス（１２６）の平坦な上面（１２４）に対して傾いている。 角度（Ｎ）は、例えば１°であってよく、２つのプレスが圧縮された場合に、上部プレスの傾斜した下面の外側端部が下部プレスの上面から約０．４５７ｍｍ（約０．０１８インチ）動かされる。 あるいは、角度（Ｎ）は、約０．１°〜約５°の範囲であってよい。 第１および第２のダイスによる安定した２つの形成段階（firm two forming stages）に加えられる勾配は、例えば、外側へのブランク材料の流れを助けることができる。 それは、この材料が、底部プレスの上面に対する上部プレスの下面の前記傾斜により、徐々に動いて、外側に推し進められることができるためである。 あるいは、図７に示すような、例示的な研削動作を使用してブランク（１０）を形成することができる。 ブランク（１０）は、下向きの力（Ｆ）によりブロック（６８）を下げるように、吸引または真空保持され得る。 図７に示すように、アーム（７０）は、中央孔（７２）を含み、中央孔（７２）を通ってシャフト（７４）が延在している。 シャフト（７４）は、実質的に水平な長さ方向軸（Ｇ）を含み、この長さ方向軸（Ｇ）を中心として、シャフト（７４）は、矢印（Ｈ）の方向に回転する。 例えば互いに噛み合う歯車機構（不図示）による、このような回転は、実質的にシャフト（７４）の長さ方向軸（Ｇ）に垂直な方向に、矢印（Ｉ）で示すように、上下の垂直運動をもたらし得る。 あるいは、シャフト（７４）は、軸（Ｇ）に実質的に垂直な方向において回転不可能に（non-rotably）動いて、アーム（７０）の同様の動きをもたらし得る。 アーム（７０）は、ブランク（１０）が、例えば矢印（Ｊ）の方向に、中心軸（Ｂ）を中心として回転すると、外側領域（１６）を作るようにブランク（１０）とこすれ合う位置に動く。 さらに、かつ／または、代わりに、アーム（７０）は、回転可能または回転不可能であってよいブランク（１０）とこすれ合う間に下方ストロークを生じてよい。 あるいは、図８に示すように、ブランクは、スピン形成動作により、円筒形カートリッジ形状に直接形成されても良い。 例えば、約１．５２４ｍｍ（約０．０６インチ）厚さの、ブランク（１００）などの平坦なブランクが、下方支持体（１０２）上にスピン形成されて、円筒形状にされてよい。 スピニング機（１０４）は、シャフト（１０６）と、シャフト（１０６）から延びるアーム（１０８）と、を含んでよく、シャフトおよびアームは共に、シャフトおよびアーム組立体（１１０）を形成する。 シャフトおよびアーム組立体（１１０）は、シャフトおよびアーム組立体（１１０）の長さ方向軸（Ｋ）を中心として回転してよく、ブランク（１００）は、図７に示すように静止したままであってよいか、あるいは、ブランク（１００）の長さ方向軸を中心として同時に回転することができる。 シャフトおよびアーム組立体（１１０）は、矢印（Ｌ）の方向へ下方に動いて、図７の透視図に示す、円筒形カートリッジ（１１４）の側壁（１１２）を形成することができる。 例えば、ブランク（１１０）の外側領域（１１６）は、矢印（Ｍ）の方向へ下向きに形成されて、側壁（１１２）を形成することができる。 あるいは、図９に示すように、底部幅より狭い上部幅を有する曲線状プランジャー（１１８）が、最終カートリッジ形状に必要とされる、円筒形カートリッジ（１２２）の長さ（１２０）に沿った厚さ変動を可能にするように使用されてよい。 このプロセスは、円筒形状を作り出す追加の中間工程を必要とせずに単一の動作で行われることができ、これにより、例えば、３〜４つの中間焼きなまし工程を排除することができる。 さらに、単純な曲線状の平坦なブランクから円筒形状を形成するのに別の状況では必要とされる、初期絞り加工作業のうちの３つを、以下に示すように排除することができる。 オプションとして、中央ボタンは、約０．５０８ｍｍ（約０．０２０インチ）厚さの円形平面になるまで約１．０１６ｍｍ（約０．０４インチ）厚さで真鍮をかぶせられることができる。 あるいは、ブランクを形成する工作機械（７６）を使用することができる。 このような工作機械は、図１０に示すように、インサート（７８）およびブロック（８０）を含む。 インサート（７８）は、例えばＤ-２工具鋼で作られ、直径５．０８ｃｍ（２インチ）、厚さ９．５２５ｍｍ（３／８インチ）である中央プレートを有し、６１ＨＲＣの硬度を有することができる。 ブロック（８０）は、例えば０−６工具鋼で作られ、５９ＨＲＣの硬さを有することができる。 インサート（７８）のうち少なくとも１つは、その内部を通って延びる中央孔（８２）を含むことができる。 中央孔（８２）は、例えば直径１２．７ｍｍ（０．５インチ）であってよい。 ブロック（８０）は、ブロック（０１）の止まり穴（blind bores）（８６）内へ受容されるように構成されたガイドピン（８４）を含み得るが、ガイドピン（８４）は、ブロック（８０）内に画定されブロック（８０）を通って延びる孔に受容されるように構成され得る。 代わりの例示的な工作機械は、2 Meridian Blvd., Wyomissing, PA, 19610-1339のCARPENTER TECHNOLOGY CORPORATIONにより製造される、Carpenter 883（Ｈ１５型）工具鋼から作られ、これは、極度の強靱性を必要とする適用に使用可能な、５％クロム熱間加工工具鋼である。 例えば、Ｈ１５型工具鋼は、加熱成形および／または鍛造に使用される能力を有することが知られている。 このような鋼工具では、形成は、静的荷重の下、室温で行われ得る。 ダイスおよび材料を加熱することを試みるオプションが工作機械に与えられる。 しかしながら、Ｈ１５型工具は、工作機械が荷重表面への亀裂および歪みに耐えるので、冷間成形に対して良好に機能する（すなわち表面は、平坦で平行なままである）。 本明細書の教示を考慮すれば当業者には明らかであるように、このような工作機械のあらゆる形状を使用することができる。 例えば、このような工作機械は、適切な寸法のブランクを作るように寸法決めされた、円筒形ブロックを含むことができる。 代わりの例示的な工作機械は、０．５５％の炭素、３．２５％のクロム、および１．４％のモリブデンを含む、空気焼入グレードの工具鋼である、Ｓ−７を含み得る。 費用および所望の生産寿命（production life）などの要因に基づいて、本明細書の教示を考慮すれば当業者には明らかであるように、任意の工具鋼を使用することができる。 前述した工作機械を、熱処理することができる。 前述したＨ１５型工作機械などの例示的な工作機械を熱処理する方法は、工具または工作機械をステンレス鋼のバッグに密封することを含む。 これらのバッグは、焼きなましプロセス中、工作機械の表面酸化を最小限に抑える。 工作機械は、ステンレス鋼バッグなどのカバーまたは保護ホルダーによって焼きなまし中に物理的に、または、制御雰囲気（controlled atmosphere）によって化学的に、焼きなまし中の酸化から保護されるべきである。 例えば、制御雰囲気中では、バッグは不要であろう。 工具鋼を収容するバッグは、７６０℃（１４００°Ｆ）で４時間、炉の中に直接置かれ、１０℃（５０°Ｆ）／時の増分で７６０℃（１４００°Ｆ）から１０１０℃（１８５０°Ｆ）へ加熱され、６時間にわたり１０１０℃（１８５０°Ｆ）で保持される。 バッグは次に、炉から取り出され、３４３．３３℃（６５０°Ｆ）まで空気冷却される。 ３４３．３３℃（６５０°Ｆ）で、バッグは炉の中に置かれ、１０℃（５０°Ｆ）／時の増分で９３．３３℃（２００°Ｆ）まで冷却され、その後、４８．８９℃（１２０°Ｆ）までもう一度空気冷却される。 焼き戻しは、工作機械を６時間、５３７．７８℃（１０００°Ｆ）で炉の中に置き、その後室温まで空気冷却することにより行われる。 最後に、工作機械の表面を磨く。 中央穴を含む工作機械に関して、ブロックの硬度は、約５４ＨＲＣ〜６３ＨＲＣの範囲であってよく、中央穴なしでは、硬度は、約４８〜４９であってよい。 概して、硬度が増すと、強度も増すが、材料は、よりもろくもなる。 硬度に基づく推定の降伏強さは、約２００ｋｓｉ〜２２０ｋｓｉの範囲であってよい。 中間焼きなまし工程と共に工作機械を使用することが、以下の実施例で提示されるが、ブランクに対する最初の作業動作後にさらなる焼きなまし工程のない、焼きなましされたブランクの使用は、本開示の範囲内である。 〔ブランクの、カートリッジへの例示的な形成〕
図１のブランク（１０）は、図２の円筒形カートリッジ（１２）として示される第２の状態へと形成され、そして、例えば、最終のまっすぐな壁の円筒形寸法を得るための、複数回の絞り圧延（draw reductions）後に最終的な円筒形態へと形成され得る。 例えば、５．０８ｃｍ（２インチ）の直径を有するブランクのため、０．２５４ｍｍ（０．０１インチ）厚さで、前述した組成で、オーステナイトのステンレス鋼に対して行われる作業は、連続的な形成段階で以下の結果を有し得る：（１）１．７の絞り比（draw ratio）および２．９７２ｃｍ（１．１７インチ）の直径、（２）１．３３の絞り比および２．２３５ｃｍ（０．８８インチ）の直径、（３）１．３３の絞り比および１．６８９ｃｍ（０．６６５インチ）の直径、（４）１．３３の絞り比および１．２７ｃｍ（０．５００インチ）の直径、（５）１．３２の絞り比および０．９６０ｃｍ（０．３７８インチ）の直径。 前記のように測定された絞り圧延は、各形成段階後に最終直径で初期直径を割ったものに等しい。 このような５段階の連続的圧延は、例えば、前述したような特定のオーステナイトのステンレス鋼が、形成段階相互間に中間焼きなましを必要としない場合があることを除いて、真鍮カートリッジの絞り加工で当業者に知られている。 ５段階プロセスを記載したが、さらに積極的な４段階プロセスを使用し、圧延のうちの１つを排除することも本開示の範囲内であり、これは、各段階後に２、１．４、１．４、１．３３の絞り比を生じ得る。 さらに必要とされる形成作業には、以下が含まれる：（１）圧延したネック直径を形成する作業、（２）カートリッジのリムを形成する作業、（３）例えば導火線キャップを受容するように構成される領域をリムに作製する作業。 使用されるこれらの形成作業は、本明細書の教示を考慮すれば明らかとなるであろう、当業者に既知のものであってよい。 〔実施例〕
以下の実施例に記載されるブランクは、予め焼きなましされた。 初期ブランクは、５０％〜６０％の冷間圧延を経て、その後完全焼なましが続く材料から形成された。 〔実施例１〕
形成プロセスは、高炭素鋼より低い加工硬化で低い強度を有し、例えば約０．０５〜０．１５Ｃの範囲を有する、形成しやすい低炭素鋼に対して試された。 600 Kip Tinius Olsen一般的検査機器および硬度ブロックを使用して、例えば、最初は、５．２３２ｃｍ（２．０６インチ）の直径および１．０１６ｍｍ（０．０４インチ）の厚さをもともと有するブランクを用いて、低炭素鋼に対してトライアルを行った。 １００Ｋｉｐで開始して、ブランクは、５０Ｋｉｐの増分で荷重を受け、最終的なブランクは、中心部分が５．６３９ｃｍ（２．２２インチ）の直径および０．７８７ｍｍ（０．０３１インチ）の厚さで、エッジまで徐々にテーパー状になって、エッジでは、０．５３３ｍｍ（０．０２１インチ）の厚さを有していた。 ３．８８６ｃｍ（１．５３インチ）の直径の、より小さいブランクを次に試験し、同じ量の力で、より高い圧縮応力を得た。 より小さいブランクの最終直径は、４．３１８ｃｍ（１．７０インチ）で、最終的な中心の厚さは、０．７８０ｍｍ（０．０３０７インチ）であり、最終的なエッジの厚さは、０．４０６ｍｍ（０．０１６インチ）であった。 〔実施例２〕
ＡＳＴＭ規格Ｔ３０１ ステンレス鋼のブランクを形成した。 Ｔ３０１ ステンレス鋼のブランクは、前述したオーステナイトのステンレス鋼の組成に近い機械的性質を有していたが、Ｔ３０１ ステンレス鋼のブランクは、より高い加工硬化比率を有していた。 Ｔ３０１ ステンレス鋼のブランクは、３．８８６ｃｍ（１．５３インチ）の元の直径と、１．１９９ｍｍ（０．０４７２インチ）の元の厚さとを有していた。 １００Ｋｉｐの増分で３００Ｋｉｐまで進むと、４．１２８ｃｍ（１．６２５インチ）の最終直径、１．１４３ｍｍ（０．０４５インチ）の最終中央厚さ、０．９９１ｍｍ（０．０３９インチ）の最終的なクォーターエッジ厚さ（quarter edge thickness）を得た。 硬度ブロックは、圧縮工具として使用されたので、成形されなかったが、例えば実質的に平坦であった。 硬度ブロックは、この適用に最も適した硬度範囲にあると考えられたために、使用された。 使用した硬度ブロックは４２ＨＲＣであり、形成が終了した後でわずかに変形した。 これらのブロックは、６２ＨＲＣのブロックで置き換えられた。 このプロセスが繰り返され、３５０Ｋｉｐまで荷重を加え、４００Ｋｉｐで除荷した（unloading）。 最終直径は４．１６６ｃｍ（１．６４インチ）で、硬度は、８５〜１００ＨＲＢであった。 ９９６．１１℃（１８２５°Ｆ）で焼きなましされると、硬度は５３〜５８ＨＲＢまで低下した。 最終的に４００Ｋｉｐまで荷重を加えた後、最終直径は、４．４７０ｃｍ（１．７６インチ）で、最終中央厚さは、１．０９２ｍｍ（０．０４３）インチであり、最終エッジ厚さは、０．７６２ｍｍ（０．０３０インチ）であり、最終硬度は、９０〜９３ＨＲＢであった。 ６２ＨＲＣの硬度ブロックは、結局は亀裂が入り、より厚いブロックであればそのような亀裂を防げると考えられる。 Ｓ−７ 工具鋼から生産され、最大１．０８９×１０ ９ ｇ（２４０万ポンド）の力を生じる他の工作機械が、その後使用され、亀裂は生じなかった。 〔実施例３〕
ＡＳＴＭ規格Ｔ３０５ ステンレス鋼のブランクを形成した。 硬度ブロックは、圧縮プレートで置き換えられ、圧縮プレートは、１つの平坦なプレートと、１．２７ｃｍ（０．５インチ）直径の中央穴を有するプレートと、を含んでいた。 これらのプレートは、利用可能なＤ-２ 工具鋼から機械加工された。 工作機械は次に、ボタン（１４）を作るために中央開口部を含むように機械加工され、取り換え可能な圧縮インサートを備えて設計された。 基部が、０−６ 工具鋼から作られ、インサートは、Ｄ−２ 工具鋼から作られ、基部およびインサートは双方、高い５０ＨＲＣの硬度範囲にあった。 Ｔ３０５ ステンレス鋼のブランクが、５０Ｋｉｐの増分で２５０Ｋｉｐまで荷重を加え、各増分間には完全に除荷することにより形成された。 厚さを３つの場所：中央（「Ｔ１」）、ボタンから３．１７５ｍｍ（１／８インチ）（「Ｔ２」）、外側エッジから３．１７５ｍｍ（１／８インチ）（「Ｔ３」）、で測定した。 最終測定値は以下のとおりであった：直径＝４．０８９ｃｍ（１．６１インチ）、Ｔ１＝１．２１９ｍｍ（０．０４８インチ）、Ｔ２＝１．０５２ｍｍ（０．０４１４インチ）、Ｔ３＝０．９９１ｍｍ（０．０３９インチ）。 材料は、次に、３００Ｋｉｐ、３５０Ｋｉｐ、４００Ｋｉｐまで荷重を加えられ、以下の最終測定値を生じた：直径＝４．１４０ｃｍ（１．６３インチ）、Ｔ１＝１．２１９ｍｍ（０．０４８インチ）、Ｔ２＝１．０１６ｍｍ（０．０４０インチ）、Ｔ３＝０．９９１ｍｍ（０．０３９インチ）。 位置Ｔ２における硬度は、およそ５９．３ＨＲＡ（９６．５ＨＲＢ）であり、位置Ｔ３における硬度は、約６１．３ＨＲＡ（２２ＨＲＣ）であった。 この試験は、工作機械の亀裂と、中央ボタンのくぼみ（dimpling up）を結果として生じた。 くぼみは、材料が圧縮中に開放領域内へ押し込まれた結果であった。 よって、所望の肥厚は、望ましくない座屈と共に生じ、結果として、より丈夫な工作機械を有し、かつ開口部の高さを制御する必要性が認識された。 例えば、ロッドが、工作機械のインサートの初期トライアル開口穴に挿入されて、ボタンを形成し、適切な隙間をもたらした。 スペーサーを使用して、垂直方向においてブランクに対して工作機械の高さを制御し、材料が座屈するのを防いだ。 高さは、固定されるか、または例えば、スペーサーによって調節可能であってよい。 〔実施例４〕
１．２７ｃｍ（０．５インチ）の中央開口部を有するプレートまたはインサートが、くぼみに対処するため、工作機械の上端部および底端部双方に対して使用された。 高さを制御するインサートが、片側に対してのみ使用された。 直径が３．８１ｃｍ（１．５インチ）の別のブランクが、５０Ｋｉｐの増分で２５０Ｋｉｐまで荷重を加えられ、以下の最終測定値を結果として生じた：直径＝４．０６４ｃｍ（１．６インチ）、Ｔ１＝１．２７ｍｍ（０．０５０インチ）、Ｔ２＝１．０７７ｍｍ（０．０４２４インチ）、Ｔ３＝２．２８６ｍｍ（０．０９０インチ）。 中央ボタンは、ひどくくぼみはしなかったが、膨らんで、上面は完全に平坦な状態にとどまらなかった。 追加の詰め木が、工作機械の中央開口部に挿入されたロッドの上面に加えられ、インサートの高さを下げ、隙間を下方に調節した。 〔実施例５〕
標準グレードのＴ３０５ ステンレス鋼のボタンブランクを使用した。 ボタンは、室温で４回冷間圧延され、各圧縮サイクル後に１０００℃（１８５０°Ｆ）で中間焼きなましを行った。 ブランクは、第１サイクルにおいて４００Ｋｉｐまで荷重を加えられ（表面積に対し約２０５ｋｓｉの応力）、次に３００Ｋｉｐまで荷重を加えられ（表面積に対し約１５１ｋｓｉの応力）、その後３５０Ｋｉｐまで荷重を加えられ（表面積に対し約１４８ｋｓｉの応力）、次に３７５Ｋｉｐまで荷重を加えられた（表面積に対し約１５５ｋｓｉの応力）。 ４つのサイクルの後、平均薄化が３９．７％と測定された。 焼きなまし温度は、各焼きなましプロセスについて、３０分間にわたり９９６．１１℃（１８２５°Ｆ）であった。 第１の作業動作について、元の直径は、３．８１ｃｍ（１．５インチ）であり、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の元の厚さはそれぞれ１．１９４ｍｍ（０．０４７インチ）に等しかった。 第１の作業動作後の最終測定値は以下のとおりである：直径＝４．１４０ｃｍ（１．６３インチ）、Ｔ１＝１．２１９ｍｍ（０．０４８インチ）、Ｔ２＝１．０５２ｃｍ（０．４１４インチ）、Ｔ３＝０．９９１ｍｍ（０．０３９インチ）。 Ｔ２での硬度は、焼きなまし前が９７ＨＲＢであり、９９６．１１℃（１８２５°Ｆ）での焼きなまし後は、５４ＨＲＢと測定された。 第２の作業動作について、最初の測定値は、前述した第１の作業動作の最終測定値と同じであった。 第２の作業動作の最終測定値は以下のとおりである：直径＝４．３１８ｃｍ（１．７インチ）、Ｔ１＝１．２３４ｍｍ（０．０４８６インチ）、Ｔ２＝０．９３２ｍｍ（０．０３６７インチ）、Ｔ３＝０．８４３ｍｍ（０．０３３２インチ）。 焼きなまし後の硬度は、Ｔ２で６２．５ＨＲＢと測定された。 第３の作業動作について、最初の測定値は、前述した第２の作業動作の最終測定値と同じであった。 第３の作業動作の最終測定値は以下のとおりである：直径＝４．５２１ｃｍ（１．７８インチ）、Ｔ１＝１．２５５ｍｍ（０．０４９４インチ）、Ｔ２＝０．８３８ｍｍ（０．０３３インチ）、Ｔ３＝０．７４９ｍｍ（０．０２９５インチ）。 Ｔ２での硬度は、焼きなまし前で８８ＨＲＢと測定され、９９６．１１℃（１８２５°Ｆ）での焼きなまし後は、７６ＨＲＢであった。 第４の作業動作について、最初の測定値は、前述した第３の作業動作の最終測定値と同じであった。 第４の作業動作の最終測定値は以下のとおりである：直径＝４．７２４ｃｍ（１．８６インチ）、Ｔ１＝１．２４５ｍｍ（０．０４９インチ）、Ｔ２＝０．７６７ｍｍ（０．０３０２インチ）、Ｔ３＝０．６７３ｍｍ（０．０２６５インチ）。 工作機械のインサートは、基部が破砕する前に、形成プロセス下で、最初に亀裂が入った。 使用した力は、最大で１．８１４×１０ ８ ｇ（４００，０００ポンド）であった。 ボタンブランクは、約３．８１ｃｍ（約１．５インチ）から約４．８２６ｃｍ（約１．９インチ）に拡張し、２回の中間焼きなましで約４０％の薄化を達成した。 〔実施例５〕
低い加工硬化特性の、前述したようなオーステナイトのステンレス鋼組成物が、ブランクへと形成された。 オーステナイトのステンレス鋼は、１．５２４ｍｍ（０．０６０インチ）厚さまで圧延され、別の一式のトライアルで焼きなましされた。 材料は、３．８１ｃｍ（１．５インチ）直径のブランクへと機械加工され、これらのブランクは、第１の圧縮サイクルにおいて厚さが約２０％低減した。 前述した例示的な方法によって熱処理された工作機械を使用し、ボタンブランクが中間焼きなましを受け、以下に示すように、さらに数回厚さが低減された。 使用したシーケンスは以下のとおりであった：３５０Ｋｉｐの圧縮力を加え、その後１０６５．５６℃（１９５０°Ｆ）で材料を焼きなまし、次に４２５Ｋｉｐまで荷重を加え、１０６５．５６℃（１９５０°Ｆ）で焼きなまし、続いて、４７５Ｋｉｐまで荷重を加え、１０６５．５６℃（１９５０°Ｆ）で焼きなまし、最後に、５００Ｋｉｐで荷重を加えて、１０６５．５６℃（１９５０°Ｆ）で焼きなました。 各圧延後、４４．７ＨＲＡの初期硬度は、５４．２ＨＲＡ〜約６３．５ＨＲＡの範囲の量まで増加し、各焼きなまし後には、表２で以下に示すように４０．６ＨＲＡ〜４４．１ＨＲＡの範囲の量まで低下した。 粒状構造が、４回目の焼きなまし後に調べられ、元の材料の粒状構造と一致していることが分かった。 表２は、各圧延および焼きなまし後に硬度について取られた測定値を示す。 コードは、試験された４つの異なるボタン検体を表すので、コード８は、試験された第１のボタンを指し、コード１６は、試験された第２のボタンを指し、コード３５は、試験された第３のボタンを指し、コード４６は、試験された第４のボタンを指す。
再び試験シーケンスを参照すると、１回目の圧延後、中央厚さは、１．５９８ｍｍ（０．０６２９インチ）と測定され、外側領域の薄化パーセンテージは、１９．７９％と測定され、直径は、４．１６６ｃｍ（１．６４インチ）と測定された。 ２回目の圧延後、中央厚さは、１．６５９ｍｍ（０．０６５３インチ）と測定され、外側領域の薄化パーセンテージは、３２％と測定され、直径は４．４４５ｃｍ（１．７５インチ）と測定された。 ３回目の圧延後、中央厚さは、１．７３０ｍｍ（０．０６８１インチ）と測定され、外側領域の薄化パーセンテージは、４１．２４％と測定され、直径は４．７５０ｃｍ（１．８７インチ）と測定された。 ４回目の圧延後、中央厚さは、１．７６５ｍｍ（０．０６９５インチ）と測定され、外側領域の薄化パーセンテージは、４６．５０％と測定され、直径は４．９５３ｃｍ（１．９５インチ）と測定された。 さらに、いくつかのシーケンスは、最終的に６００Ｋｉｐまで荷重を加えられ、このような高い力は、さらに約５％の薄化、または５０％超の合計薄化を結果として生じる。 例えば、ボタンブランクは、各形成段階後に中間焼きなましを行って、４回冷間圧延され、各段階で約１８０ｋｓｉの応力レベルまで圧縮された。 合計圧延レベルは、約５．３３４ｃｍ（約２．１インチ）の最終直径で５０％超の薄化で達成された。 本発明の様々な実施形態を図示し説明してきたが、本明細書に記載した方法およびシステムのさらなる改作物が、本発明の範囲から逸脱せずに、当業者による適切な改変により達成されるであろう。 そのような潜在的な改変のうちいくつかについては言及しており、他のものについては、当業者に明らかであろう。 例えば、前述した実施例、実施形態、幾何学的特徴、材料、寸法、比率、工程などは例示的なものである。 したがって、本発明の範囲は、以下の請求項の観点から考慮されるべきであり、明細書および図面に示し説明した構造および動作の詳細に限定されないことが理解される。 〔実施の態様〕
（１） 弾薬カートリッジにおいて、
（ａ）第１の厚さを有する基部と、
（ｂ）第２の厚さを有する外側領域であって、前記第１の厚さは、少なくとも５０％の割合だけ前記第２の厚さより厚い、外側領域と、
を備え、
前記カートリッジは、オーステナイトのステンレス鋼を含み、
前記基部および前記外側領域は、一体構造の１片のオーステナイトのステンレス鋼を含む、カートリッジ。
（２） 実施態様１に記載のカートリッジにおいて、
前記第２の厚さは、前記第１の厚さより約５０％〜８０％薄い、カートリッジ。
（３） 実施態様１に記載のカートリッジにおいて、
前記第２の厚さは、前記第１の厚さより約５０％〜６０％薄い、カートリッジ。
（４） 実施態様１に記載のカートリッジにおいて、
前記オーステナイトのステンレス鋼は、約１７．２〜約１７．８の重量パーセントのＣｒ、約３．１〜約３．４の重量パーセントのＣｕ、および約８．１〜約８．４の重量パーセントのＮｉを含む、カートリッジ。
（５） 弾薬カートリッジを形成する方法において、
（ａ）ボタンおよび外側領域および中心軸を有するブランクを形成する工程であって、前記外側領域は、前記ボタンを周辺で取り囲み、前記ブランクの前記外側領域および前記ボタンはそれぞれ、前記中心軸に対して実質的に垂直な実質的に線形の底面を有する、工程と、
（ｂ）前記外側領域が前記中心軸に実質的に平行になるまで、前記中心軸に向かう方向へと下向きに前記外側領域の前記底面を形成する工程と、
を含む、方法。 （６） 実施態様５に記載の方法において、
前記ブランクを形成する工程は、スピン形成すること、または圧縮成形することのうちの少なくとも一方を含む、方法。
（７） 実施態様５に記載の方法において、
前記ブランクを形成する工程は、研削することを含む、方法。
（８） 実施態様５に記載の方法において、
前記ブランクは、予め焼きなましされる、方法。
（９） 実施態様５に記載の方法において、
前記ブランクを形成する工程は、一対のブロックおよび一対のインサートを含む工作機械により圧縮成形することを含み、各ブロックは、それぞれのインサートを受容するように構成される、方法。
（１０） 実施態様９に記載の方法において、
少なくとも１つのインサートが、その内部に中央孔を含む、方法。
第１の状態にある、本開示の実施例による弾薬カートリッジブランクの断面図を示す。 第２の形成済みカートリッジ状態にある、図１の弾薬カートリッジブランクの断面図を示す。 例示的なスピン形成動作の正面図を示す。 別の例示的なスピン形成動作の正面図を示す。 例示的な圧縮成形動作の正面図を示す。 代替の例示的な圧縮成形動作についてダイスの正面図を示す。 例示的な研削動作の正面図を示す。 さらに別の例示的なスピン形成動作の正面図を示す。 例示的なプランジャー、およびそのプランジャーにより形成された円筒形カートリッジの正面図を示す。 例示的な工作機械の分解組立斜視図を示す。 |
