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现代火炮的炮管是怎样制造出来的?

发布时间:2019-10-17 03:40
作者:体育投注平台

  现代火炮所使用的钢材不论是加农炮还是榴弹炮所用钢材牌号基本是一致,也就那么几个牌号,要知道研制一种炮管钢需要十几年甚至几十年的时间,上万次的实验和大量的资金投入才行。

  目前来看,各国制造火炮用钢材的化学成分都差不多,我国由于冶金设备这些年有些进步,钢材当中磷硫的含量要求反而更严格,从材质上来说比英美要略微好一些,这也反应出我国炮管用钢材的质量要比几十年前有了显著提高。

  那么,炮管是怎样生产出来的?钢铁工业进入到1960年代后炮管钢采用电弧炉冶炼,1980年代之后有加入了电渣重熔炉进行第二次冶炼,这样可以限制的提高炮管的质量。

  电弧炉是目前钢铁工业必备的冶金设备,大部分高档钢材都有它来进行冶炼,由于电能是“二次能源”,不存在有害物质的带入,所以它冶炼出来的钢水会更加纯净。图片里就是电弧炉冶炼钢水到出钢的生产流程3D模拟图,右侧是电弧炉、中间是盛钢桶、左面是电弧炉冶炼完毕后出钢。

  电弧炉冶炼完成的钢液,要浇铸成图片里的这种棒材,如果想要进一步提高质量也可以浇铸成钢锭,再由“初轧机”开坯成圆钢坯,这样的棒材表面光滑和内部致密,更适合电渣重熔炉使用。那么为啥要制成圆钢棒材?电渣重熔炉的原理就和我们日常所看到的电焊是一样的,这根圆钢棒材就相当于“电焊条”,只不过粗一些罢了,电渣重熔炉根据二次冶炼钢锭的大小的需要,使用几十或者几百根这样的圆钢棒材。

  电渣重熔炉外观就是这个样子,有三到四个电加热臂,臂的前端有卡头将圆钢棒材夹住→将圆钢棒材垂直插入电渣重熔炉中→通电开始加热、熔化→熔化的钢液一点点累积,最后形成一个大型电渣重熔钢锭。

  由于需要后续的锻造工序,电渣重熔钢锭是多棱型的,这样才能便于锻造。通常情况下大口径炮管钢锭在30吨以上,只有这样大的钢锭才能经过多次锻打使内部更加致密,也只有致密的钢材制造出来的炮管,才能经受发射药的高温高压和炮弹弹丸高速摩擦。

  大型锻造钢锭要经过万吨级别(至少三万吨)的锻造机进行锻压,将钢锭锻造出炮管粗坯,万吨级别锻造机是重要的工业设备,世界上只有少数几个国家可以将它制造出来,它不仅仅是锻造炮管,大型钢铁结构件、承重件、飞机主梁、大型发电机转子…都需要采用万吨级别锻造机锻造,才能精确成型。

  炮管粗坯要再次使用旋转精锻机锻造拉长,达到需要的炮管长短,旋转精锻机更是高档设备,价值上千万美元,还需要出口许可证!不是任何国家都可以购买得到的专业设备。

  炮管精坯锻造完成需要矫直,这道工序非常重要,如果没有这一步加工出来的炮管再装到舰炮上射击精度变得很差!甚至会出现几百米的“密位”偏差!

  炮管精坯锻造和热处理、矫直完成后,需要进行外表面和内部精车工序,要将氧化层切削掉。

  初步精整后炮管进入到很关键的一步工序,就是“自紧工艺”!所谓“自紧工艺”就是使用机械或者液压手段将炮管内部塑性变形,而外表仍然在弹性极限内,当“自紧”过程结束后,炮管内部产生残余压应力、炮管外部产生残余拉应力,当炮弹发射时会产生高膛压,炮管内壁的残余压应力会部分抵消发射药气体所带来的拉应力,从而改善炮管内层的金属受力状况。图片上是液压自紧机,中间那根钢棒是为了减少充液量的芯棒。

  自紧工艺示意图,A是自紧前,B是通过液压或者机械手段让炮管内壁挤压受力,C自紧后内壁变得更加致密。

  炮管自紧的技术难点就是密封,密封有两种方式一种是静态密封多用于低压,另一种是自紧密封,内腔液体充满后随着压力的升高而自密封。

  通过自紧过程后的粗加工炮管进入到内壁切削工序,就是要达到炮管壁要求的厚度,为下一步拉至膛线做准备。

  进入到最后的膛线加工工序,膛线加工完全是经验积累,因为是深孔加工工艺,外面根本看不到里面的状况,只能由高级技师去观察刀杆的振动起伏、切削冷却油的温度去判断膛线是否在正常切削…每一年因为膛线加工失败而报废的炮管有上万吨之多!所以,现代火炮动辄数百万美元不是乱要价的。

  通过上面这些粗略的图片说明,就能看出来火炮炮管的生产流程非常的繁琐和复杂,需要巨大制造设备的资金投入才能将它制造出来!这些需要上百年的国力支撑和工业化时间。

  目前世界可以制造从20毫米口径→155 毫米(甚至是203毫米)口径火炮的国家不超过10个,并且仍旧是二百年前那些可以制造火炮的国家!现代以来只有一个国家通过艰苦卓绝的努力才挤进了这个队伍!

  而炮火炮不只是炮管这一项制造,比如:自行火炮,它还需要各种各样的机械设备和电器电子设备所组成,能制造火炮的国家一定是军事科技强国!这需要上百年的工业积累,现在世界上响当当的:德国莱茵金属、瑞典博福斯、瑞士厄利空、意大利奥托.梅莱拉…都是由于上百年制造火炮的历史!

  所以,制造火炮需要上百年的资金投入和技术积累才能有资格制造出来先进的火炮。


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