双芯弹药 有关申请的相互参照
本申请要求美国专利申请系列号60/294,169(2001年5月29日提出)和10/010,009(2001年11月9日提出)的权益，两者题目均为“双芯弹药”。系列号60/294,169和10/010,009公布的内容全部结合这里作为参考，如同详细陈述。
【发明背景】
【发明领域】
本发明涉及了小型武器弹药，尤其是涉及了在普通口径的中心发火手枪和左轮手枪(总称为“手枪”)弹药中特别有用的子弹。
相关技术描述
现有各种各样的弹药筒尺寸，可以用于手枪、步枪或两者。其中主要的普通手枪弹药子弹为：.380 Automatic(通常也称为9mmKurz)、9mm Luger(通常也称为9×19和9mm Parabellum)、.40Smith & Wesson(S&W)、.45 Automatic(通常也称为Automatic ColtPistol(ACP))以及10mm Automatic子弹。手枪子弹的一般尺寸公布在Voluntary Industry Performance Standards for Pressure andVelocity of Centerfire Pistol and Revolver Ammunition for the Use ofCommercial Manufacturers ANSI/SAAMI Z299.3-1993(AmericanNational Standards Institute，New York，NY)中。更新的.375 Sig子弹也得到了承认。
在.45 ACP子弹使用了几十年之后，20世纪80年代美国陆军采纳了9mm Luger的全卵形、尖头、全金属壳(FMC、或全金属套(FMJ))子弹，作为军用随身武器的标准子弹。由美国军方采购的M882 9mmLuger子弹参数表示在美国军标MIL-C-70508中，其公布的内容全部结合这里作为参考，如同详细陈述。
过去，手枪子弹为全铅或包套铅构造。近年来，环境毒性的利害关系导致开发无铅的替代物。
铅子弹的各种粉末冶金替代物已公布在Mravic等的美国专利号5,399,187中。
Noordegraaf等的美国专利号5,500,183和Enlow等地6,016,754公布了锡基子弹及其芯的应用。
Olin Corporation和Valdez等的国际申请号PCT/US96/17664(WO97/20185)公布了许多无铅双芯手枪子弹。其中的例子为具有烧结铜-钨铁后芯和铅或碳化钙粉末前芯的子弹。
发明概述
本人开发了一种新颖的制造技术，并且用它制造了新颖的子弹。提供了一个套母体、一个第一芯母体和一个第二芯母体。把第一和第二芯母体插进套母体。把第二芯母体压到第一芯母体上，从而使第一芯母体变形，充满套母体的前部容积成为第一芯，而第二芯母体的变形比较小(如果有的话)。使套母体的后区变形来容纳第二芯母体成为第二芯。
优选实施例基本上形成为现有子弹的插入替代物。为了达到在给定卵形轮廓下所希望的质量，卵形区之后的子弹区域可能比被替代子弹稍长和可能在弹壳中位置稍深。一个竞赛用实施例表示了铅后芯和极轻前芯(如碳化物粉末)的特征。一个无毒实施例包括一个锡前芯和一个较硬后芯。第一芯母体可以成形为一个颗粒，尤其是一个球形颗粒。第二芯母体可以成形为具有一个圆柱区和一个或两个凸端区。
在以下附图和描述中陈述本发明实施例的细节。根据描述和附图，以及根据权利要求，本发明的其他特征、目的和优点将很明显。
附图简述
图1是手枪弹药筒的部分剖视图。
图2是用于图1弹药筒中的子弹剖视图。
图3到图7是图2子弹的中间制造阶段的纵向剖视图。
图8是第二子弹的纵向剖视图。
图9到图10是图8子弹的中间制造阶段的纵向剖视图。
在各附图中相同编号和名称表示相同部分。
优选实施例详述
图1表示了一个弹药筒20，包括一个弹壳22、一个子弹24、一个推进装药26和一个火帽28。最好是，弹壳和火帽是常规的尺寸和材料，如M882子弹的尺寸和材料。在所示的实施例中，弹壳由黄铜整体形成，绕着与子弹公用的中心纵向轴线100为对称。弹壳包括从前端32到后端34延伸的壁30。在壁的后端，弹壳包括一个头部36。头部具有前、后表面38和40。前表面38和壁30的内表面41确定了一个空穴，构成容纳推进装药26。头部具有表面44和46，确定了从后表面40向前延伸的近似圆柱形的火帽腔。头部具有一个表面48，确定了从火帽腔延伸到空穴的一个喷射孔。在所示实施例中，表面48和由此确定的喷射孔49为圆柱形，如均匀圆截面的圆柱形。
火帽28包括一个金属杯，成形为一个外套区和一个腹板区的整体组合，腹板区在外套后端上横跨外套。最好是，沿着腹板前表面，把无毒、无铅(如重氮二硝基环己二烯酮基)的火帽装药包含在杯内。在火帽装药的前面，横过金属杯设有一个砧座，它具有前、后表面，至少有一个通气孔在这些表面之间延伸。一个纸片或箔设在砧座的后表面上。
本人设想了提供改进精度的子弹的第一实施例，如用于打靶或竞赛。所示子弹24(图2)主要由金属套70、前芯72和后芯74组成。在工业界已经公认，如M882子弹采用的尖顶FMC设计存在固有的不精确性。影响精度的一个主要几何参数是子弹重心(CG)相对于鼻部表面的位置。当这个距离增加时自旋稳定子弹的精度提高。通常用于提高这个距离的方法是从鼻部去除芯的圆柱段(包括覆盖圆柱段的套材料)，重新配置质量到子弹后面以保持类似的重量。这通常称为空心尖顶设计。另一个方法是把鼻部修平，基本上建立一个弹丸顶部。子弹的阻力增加，因而改变了压力中心(CP)的位置。现在CP更接近前表面和更远离CG。CG和CP的位置差距愈大，子弹可以从任何初始侧向偏移更快稳定，因此更精确地跟随着由武器瞄准点确定的轨道。
用较低密度材料替代一部分如铅的高密度芯材来把CG后移，本发明第一实施例提高了精度。例如，前(鼻部)芯72可以是2.5格令(0.16克)的碳化钠，而后芯74可以是107.5格令(6.97克)的铅，以及套为14.0格令(0.91克)的黄铜。如果希望保持相似的质量则子弹稍长，但现在CG向后重新定位。例如，用于M882弹药筒的9mm(124格令(8.0克))FMC子弹的CG位于离鼻部表面1.00弹径，而第一实施例为1.18弹径(18％相对偏移)。在一次并排试验中，M882子弹在50码(45.7m)上平均10次射击偏差为3.6英寸(91mm)，而第一实施例仅有1.9英寸，提高了46％。这与由PRODAS计算估计的改进偏差相一致，PRODAS为Arrow Tech Associates制作的一个外弹道计算机程序。
在示例的制造方法中，套70初始形成一个较直的子弹杯形套(图3)。用一个保持希望内部轮廓的冲头(图中未示)把初始的套母体压入一个具有希望卵形和鼻部轮廓的模具(图中未示)。把套成形为一个第二母体阶段(图4)。至少沿着其前区的内外表面轮廓最好不会由于以后子弹成形操作而改变。把芯(尤其是芯母体)插进套的预成形件(图5)。一般说，两个芯的密度差别愈大，被组装子弹的CG重新向后定位将更显著。优选的鼻部芯材为粉末状碳化钠，压实成球形的芯母体颗粒。粉末可以包括少量石蜡或其他结合剂，以保持在初始操作期间颗粒的完整。其他材料也可以接受。它们最好是密度小于每立方厘米3.0克。还最好是比较惰性和无毒。最好为球形，因为当插进套预成形件时，其表面73与套内表面71接触，沿中心轴线(几何中心线)自动对准，从而保持整个CG位置在这个轴线上。
在其初始母体状态，后芯74有利地具有至少一个凸前表面75，可以具有相似的凸后表面76。一个圆柱形侧面77可以把两者结合。前后芯的对称性消除了在前芯母体附近确定唯一前端方向的需要。前表面的曲率半径Rc有利地在后芯母体半径R1(即把后芯成形为一个具有半球形端的倒球形)和约为后芯母体直径(即2R1)之间。由于有效地削弱了与平端圆柱有关的边缘，这个轮廓有助于避免在压实之前的操作时(如在插进之前或插进时)软铅芯损伤或变形。边缘的其他削弱方式，如依靠倒角，可以提供某些效果。
低密度颗粒的硬度/强度应该小于后芯母体，以便在压实时它被压碎回到其原始的粉末形式(图6)，由此变形成沿区域80的后芯前端表面轮廓和沿区域81的套内表面71卵形鼻部区。试验表明，在约5磅力(22N)下碳化钠球压碎，而直到作用至少50磅力(222N)时铅后芯才会变形，而此时球已经变形成充满为低密度材料分配的空间。当作用到后芯后表面的力增加时，后芯的直径膨胀，沿侧向充满套的内部容积(如在超过200磅力(890N)下)。然后子弹成锥形(图7)，以及采用标准成形工具和技术完成最终组装(图1)。
一般说，在给定密度下，低密度前芯的容积应该足以提供希望的CG后移。这通常为套内部容积的50％之下。5-40％的范围可能是合理的，10-20％更为精确。
可采取相似的制造过程来制造一个无铅无毒子弹124(图8)。主要例子复现了现有尖顶FMC子弹的重量和卵形轮廓，从而提供了一个插入替代物，它可以在卵形区之后具有稍微不同的长度。在一个实施例中，前芯172为软的延性材料(如硬度小于Brinell 10)。后芯174可能比前芯硬，密度至少为铅的75％。优选的材料为：用于前芯的锡；用于后芯的充钨尼龙树脂，密度10.2g/cc。示例的材料从明尼苏达州Winona的RTP公司可以得到，并认为包含了添加到钨中的少量铜。
一个示例的无铅M882替代物可以包括质量分别为12.0和98.0格令(0.78和6.35克)的前芯和后芯。用于前芯的其他材料可以包括橡胶、硅、打光油灰、以及如用于竞赛子弹中的压实惰性粉末。后芯可以包括镍、铜和部分烧结的压实铁/钨粉末。在使得后芯材料抵抗操作损伤的性质稍强于铅的范围内，芯更容易成形为没有凸端的圆柱。有利的是，除了无毒，这个子弹复现了被替代的铅芯子弹的穿透性能。特别希望子弹在更大程度上比铅芯子弹更不会穿透如执法人员穿的人体护甲(如聚酰胺纤维)。美国司法部的国家司法协会已经为人体护甲设定了最低的性能标准，如在NIJ标准0101.04警察人体护甲的弹道阻力”中详细说明。标准规定：除了需要用3A级来防止穿衣者伤害的44Magnum以外，2级人体护甲提供对所有手枪弹药的防护。按照NIJ标准进行的试验已经证实，2级人体护甲可阻止M882。但是，如果整个子弹芯由硬度大于Brinell10的材料组成，则将造成子弹鼻部轮廓没有变形，子弹将穿过护甲。这也会打破3A级的保护。在相似的条件下，锡基鼻部M882的替代子弹124满足NIJ要求。
一般说，前芯的容积应该足以使得在撞击时鼻部有足够的变形，不穿过希望级别的人体护甲。这通常在套内部容积的50％之下。5-40％的范围可能是合理的，10-20％更为精确。
以相似于竞赛子弹24的方式生产示例的无毒子弹124，但后芯母体174更接近圆柱形和开始时与套内表面而不是与前芯母体172接触(图9)。当在后芯母体的后表面上施加力时，前表面发生变形和跟随着套内表面的轮廓，然后前芯母体把锡压实在鼻部和后芯母体之前(图10)。例如需要100磅(445N)力来完全使锡球变形和500磅(2224N)力来扩张后芯母体充满子弹内部轮廓。如果初始的后芯母体直径太小，则将迫使锡向后到后芯母体和套之间，由此降低了它的效能。成形子弹的其余步骤(如形成锥形和最终组装)与用于竞赛子弹的步骤相似。
这里对给出的参数值均提供了英制和公制单位，前者是原始单位，后者是从它们换算的单位。
已经描述了本发明的一个或几个实施例。尽管如此，应该理解到，可以作出各种修改而不偏离本发明的精神和范围。例如，虽然某些优点可能在某些现有弹药口径和相应规范内特别适合，但本发明子弹可以应用于现在或将来的其他口径和规范。附加的特征，如密封片、涂层等对特定的应用也有用。因此，其他实施例均在以下权利要求的范围之内。