特种材料之火炮

特种材料之火炮身管加工

一、概述：

火炮身管最基本的作用就是在一定的速度下将弹丸发射到指定的地点，因此身管是包含有弹丸和发射药的火炮?弹药系统的一部分。

身管内部由膛线部分和药室两部分组成。火炮根据身管有无膛线可分为两种，一种内有膛线，可以使弹丸旋转以稳定弹丸飞行姿势，即线膛炮；另一种没有膛线，即滑膛炮。另外，承受发射时产生的高压的主体构造有以下几种：单纯的单层身管构造、为了增大炮管强度而进行自紧处理的单层身管构造、多层身管构造

二. 炮管材料

早期火炮身管是将细铁棒束成圆筒形，并在外圈套上铁箍而成。经历了青铜、铸铁、黄铜等铸成的单层炮管时代后，随着19世纪后半期转炉炼钢法的发明，火炮开始采用大型铸钢炮身。不久之后，又制造出高强度的合金钢铸造身管，用于代替铸钢身管。此外，在不增加重量的前提下采用高强度的身管材料制造出多层身管、自紧身管。但是，在简单使用高强度材料的时候，射击会使产生的裂缝迅速增大，只发射少数炮弹就能使身管报废，火炮寿命相当短。因为钢铁强度增大的同时，延展性和韧性降低，使火炮身管变脆。为了防止延展性和韧性降低，增大其强度，不但要改进合金成分，还要减少不纯物质和非金属杂质的含量，人们开始采用真空冶炼和电渣重熔技术来改良炼钢法。同时，改进热处理工艺，制造出强度高而且延展性、韧性极佳的身管材料。

现代战争要求火炮具有高初速、高射速，因而要求炮管材料向高强度、高韧性、耐烧蚀、耐磨损方面发展。主要采用自紧、真空处理、重熔精炼等工艺来提高炮管的性能。90年代以来，美国一直在研究应用复合材料和耐热材料来改善炮管的性能。

国外复合材料在火炮上的应用研究

近年来.美、德、英、法、俄罗斯等国家的火炮轻量化研究己列为重l从科研项日.其日标是在确保不降低战技性能的前提下力求使火炮实现轻量化.这也是提高作战部队、尤其是轻型部队和快速反应部队战略战术机动性的主要途径。在这项研究中.高强度纤维及树脂基复合材料发挥了重要作用。其应用部位为火炮身管、炮管热护套、摇架、牵引杆以及其他部件.如仪表备附件、电绝缘件、防盾板、紧塞垫等。这些轻质部件的研制成功.为火炮轻量化研究奠定了良好基础.估计.不久将会有大量轻质火炮供部队使用。

（1）轻质复合炮管．

为了减轻火炮质量.保持火炮的战技性能.延长其使用寿命.将树脂基复合材料、轻质金属材料用」几火炮身管的研究.多以陶瓷材料作内衬。在其研究中.多以先进的石墨/环氧树脂基复合材料、碳纤维、高强度玻纤或高性能有机纤维复合材料为研究重点从.该种炮管质量轻、耐腐蚀、耐烧蚀性好.可满足未来火炮的高技术化要求。在这方而先进国家己做了大量的工作并取得了重大进展。如美国专利介绍的纤维增强复合材料炮管,可用来全部代替或部分代替以前的金属炮管。该种管状结构质量轻、强度好.可经受住炮弹发射系统产生的瞬时管压。加拿大专利介绍了一种可用于炮管制造的玻璃纤维增强剂,该种炮管是用树脂基体和玻纤复

合材料制成的,并使用了金属衬里,所用衬里可以是铝!钢!不锈钢或钛。瑞典陆军研制出钛合金内衬的碳纤维增强塑料复合结构的炮管可减重25%以上。

（2）新型复合材料火炮

瑞典用玻璃纤维和聚丙烯等纤维增强聚醋或环氧树脂制造线膛炮或发射装置。以色列采用高强度复合材料试制的一种轻型自行火炮。炮重减到20 t以卜，用C 一130运输机即可远距离运送。南非国家防务部队(SANDF)一直在投资发展新型火炮，现己进入概念车演示阶段，并计划采用高强度轻质材料进一步减轻现役火炮的质量。西班牙、荷兰等一也都在采用新材料对火炮进行改进，以使其火炮尽快满足现代战争的需要。美国有出120 mm炮管材料为石墨/环执复合材料结构。马丁一玛丽埃塔公司系统公司研制的120 mm复合材料炮管是复合材料结构.内衬为氧化镐陶瓷。该炮管比钢制炮管轻50% .其弹道性能与钢制炮管相同。

三、身管的主要制作技术和制作工序

身管制作，从材料制造(钢铁制造、锻造、热处理等)，到自紧前加工、内外径加工、自紧处理、内膛研磨、药室加工、膛线加工、外壁精加工、螺丝和沟槽的加工、内部的表面处理、完成时的检查、射击试验、射击后检查，需要经过数十道工序。而且，为了保证产品质量，各个工序中都必须进行严格的试验、检查。身管材料

早期火炮身管是将细铁棒束成圆筒形，并在外圈套上铁箍而成。经历了青铜、铸铁、黄铜等铸成的单层炮管时代后，随着19世纪后半期转炉炼钢法的发明，火炮开始采用大型铸钢炮身。不久之后，又制造出高强度的合金钢铸造身管，用于代替铸钢身管。此外，在不增加重量的前提下采用高强度的身管材料制造出多层身管、自紧身管。但是，在简单使用高强度材料的时候，射击会使产生的裂缝迅速增大，只发射少数炮弹就能使身管报废，火炮寿命相当短。因为钢铁强度增大的同时，延展性和韧性降低，使火炮身管变脆。为了防止延展性和韧性降低，增大其强度，不但要改进合金成分，还要减少不纯物质和非金属杂质的含量，人们开始采用真空冶炼和电渣重熔技术来改良炼钢法。同时，改进热处理工艺，制造出强度高而且延展性、韧性极佳的身管材料。

机械加工

身管的加工包括深孔加工、膛线加工、药室加工，加工时必须注意要确保身管的垂直度。

为了确保钻出的孔的尺寸精度和表面光洁度，研削等精细加工是不可缺少的，所以要有适合各种类型炮管的研削工具。

膛线的加工是一种独特的加工方式，所使用的是钻头和刀具。要使用钻头反复加工数十次，才能达到所规定的膛线深度。使用刀具时，用机械调节刀具的进刀量，进刀量每增加一次，就对膛线进行一次加工，直到达到所规定的膛线深度。目前采用数控机床，使切削工具边旋转边往前切削，从而切削出合格的膛线。膛线的加工是整个身管制造中最重要的工序之一，不仅需要高品质、高精度的特殊机器和工具，还要求作业者有高超的技能。随着材料的强度越来越高，对这些条件的要求也越来越高。

1. 粉末冶金技术

粉末冶金技术是指采用金属或其它粉末材料，经过混粉、压坯、烧结、成型和后处理等工艺过程制造各种多孔、半致密或全致密兵器零件与制品的技术。兵器粉