我軍59-1型130毫米口徑加農炮正在怒吼,炮管是火炮的最主要部件,它的質量好壞直接影響到了火炮的使用壽命和射擊精度,所以各火炮製造大國都不遺餘力的強化炮管制造工藝,來提高火炮的性能,那麼火炮的炮管是怎樣生產出來的呢?
圖片裡是冶煉火炮鋼的主要生產設備「三相交流電弧爐」,橙色箭頭所指就是石墨電極,通常情況下冶煉炮管鋼要使用可熔煉25噸(T)~50噸鋼水之間的電弧爐才適宜,爐子太大容易出現攪拌不均勻,化學成分爐內偏析、小了鋼水冶煉太少生產效率太低,電弧爐冶煉的鋼水很純淨,各種有害物比較少,並且電弧溫度達到了6000℃,非常適合「氧化法」煉鋼。
電弧爐煉鋼的生產流程就是圖片上示意的這樣,炮管鋼液合金化之後,溫度合適了就可以出鋼,傾倒進盛鋼桶(鋼包)內進行爐後作業,需要將鋼水先鑄造鋼錠,再經過「開坯機」(初軋機)軋製成電渣重熔爐需要的各種規格直徑的自耗電極(圓形棒材)。
由於鑄造工藝水平提高了,目前可以採用連鑄方式直接生產出各種直徑的自耗電極。
圖片上就是電渣重熔爐所用的自耗電極,電渣重熔生產的原理和我們平時看見的電焊沒啥區別,只不過細焊條變成了粗鋼棒,由於電渣重熔爐冶煉的鋼錠都很大,最大的有430噸重!
這需要很多根自耗電極。
圖片上這個設備就是電渣重熔爐,有三到四個機械升降臂卡住自耗電極,機械臂內部有電纜、電流輸出設備…其原理和普通「電焊把」沒有區別,電渣重熔就是將一根根的自耗電極熔化最後累積成一個大型鋼錠,並且鋼錠內部很緻密缺陷很少,電渣重熔生產最大的好處就是可以生產出更大的鋼錠,單個重量普遍超過25噸,而一般的模鑄法澆鑄出來的鋼錠最大的也就十幾噸的重量。
電渣重熔爐生產出來的40多噸多稜型大型鍛造鋼錠,現在炮管用的鋼錠要比它還大。
電渣重熔還能出生產圓形鋼錠,隨著科技的進步,現代大型水輪發電機的轉子用單個鋼錠重量都要超過300噸級別,採用普通模鑄法或者沙坑鑄造方式根本生產不出來!
所以,電渣重熔生產方式是重型機械製造的基礎。
大型炮管鋼錠生產出來之後,下一步的工序就是使用萬噸級別的「液壓機」(油壓)將它鍛造成各種規格的炮管初坯,然後將其截成需要的尺寸,這個過程能耗非常大,幾十噸的鋼錠要將它加熱到紅熱狀態需要大量的燃料,比如:
煤氣或者天然氣,燒這麼一個大鋼錠所需的燃料至少夠一個1000人小區四五天的燃氣用量。
而萬噸級別油壓機(至少3萬噸等級)是重要的機械工業設備,世界上沒有幾個國家可以製造出來,並且是技術封鎖的,有錢也很難買得到!
凡是可以製造炮管生產工藝的國家,都必須自己掌握萬噸級別油壓機製造技術,僅這一項就將200多個國家和地區阻擋在了大口徑火炮製造的門檻之外!
炮管初坯還要進行中心穿孔工序,然後定尺以便下一步的精鍛鍛造工序。
3000噸級別的旋轉精鍛機,是把初坯加熱到紅熱狀態,使用四個重錘頭將初坯在勻速旋轉狀態下鍛造出炮管成品機械加工前所需要的尺寸,它是一個物理拉長的過程,旋轉精鍛機是高檔的專業設備,價值數千萬美元,還需要有出口許可證才能買得到,也是受嚴格限制的重型機械製造裝備。
炮管精坯鍛造完成後需要進行熱處理工藝,熱處理工藝是炮管生產的重中之重!
這道工序的技術高低直接影響到了炮管的質量,炮管的工作環境非常惡劣,既要經受發射藥的高溫高壓氣體的侵蝕,也要經受彈丸高速摩擦力,要是熱處理工藝欠佳炮管的使用壽命會很短。
炮管精坯熱處理完成之後要進行液壓矯直,這道工序也非常重要,炮管即便是出現肉眼看不到的彎曲度也會影響到火炮的射擊精度,很細微的彎曲有可能出現上百米的射擊誤差,要是出現這樣的情況火炮也就失去了精準性,甚至是使用價值!
戰場上是人命關天的,誰願意使用射擊精度很差的裝備?
液壓矯直後要對炮管精坯的表面和內壁進行初步切削,並且檢查是否有氣孔、沙眼、夾雜…等缺陷,如果缺陷有但是很少,可以採取技術手段將其消除,如果問題很嚴重只能報廢。
表面和內壁粗加工之後要進行炮管內壁鏜轉工序,就是將炮管內部切削成火炮需要壁厚。
圖片上是槍管鑽刀,炮管鑽刀外形與它是一樣的,只不過大小不同,深孔鑽刀的截面呈V字型,探進炮管進行切削時鋼屑會從V口處排出來,不會在管內積累形成積累。
外表和內壁切削加工後的炮管進入到非常關鍵的「自緊工藝」!
自緊工藝就是使用液壓或者機械手段將炮管內壁塑性變形,而外表仍然在彈性極限內,當自緊過程結束後炮管內壁會產生殘餘壓應力,炮管外部會產生殘餘拉應力,炮彈發射時會產生高膛壓,炮管內壁的壓應力會部分抵消發射藥氣體所帶來的拉應力,從而改善了炮管內壁的金屬受力狀況,圖片上就是液壓自緊機,那根鋼棒是內芯,為了減少液體的填充量,加一根棒芯即可以固定炮管又減少了填充液的用量。
自緊過程大概其就是圖片所表現的這樣,a是未自緊前的炮管,b是開始擠壓,這個過程就是液體在數百個大氣壓力下形成向外擴張力,但炮管外表不產生塑性變形,而內壁擠壓後鋼的密度會有很大的提高,c是自緊後炮管內壁的狀態。
炮管自緊後還要進行最後的穩定化熱處理,為了防止炮管受熱出現細微的彎曲,需要放在「豎爐」當中,在300℃的溫度內保持6個小時的時間。
穩定化熱處理之後開始進入到炮管制造最關鍵是膛線加工工序,圖片上這個設備叫做「深孔窺探儀」,將它的光纖探頭伸進管內進行每一平方毫米麵積的檢查,就是看看炮管內壁有沒有細微的裂紋,圖片上這臺設備別看體積不大,但是價值超過10萬塊錢。
巨型拉刀,拉刀是加工炮管膛線的主要工具,由於形狀複雜它的製造非常困難,上面需要安裝上千個金屬陶瓷刀頭(硬質合金)根據炮管直徑的不同它的直徑規格也有粗細,價格從萬餘美元到幾萬美元之間不等。
膛線的加工完全要靠高級技師的經驗,因為它是深孔加工工藝,外面根本看不到內部的切削情況,需要高級技師通過刀杆的振動和切削冷卻油的溫度進行判斷內部是否切削正常…這需要有幾十年的工作經驗積累才行!
即便是這樣世界各大火炮製造國家,每一年在這個工序上也要有上萬噸的廢品出現!
膛線加工完成後還要進行精磨工藝,就是將加工時所產生的金屬毛刺處理掉,再研磨成最終需要的炮管直徑精度,精磨工序之後還有「鍍鉻」工藝,使炮管更加耐高溫氣體腐蝕…。
通過前面這些簡要的圖片說明就可以了解到火炮炮管的製造是極其繁瑣的!它的製造完全是現代大工業的產物,沒有50年甚至上百年的重工業化根本製造不出來火炮!還需要國家每一年都要進行巨額資金投入形成產業鏈才行,而與這條產業鏈相關的工人、工藝師、工程師少則數百萬,多則上千萬,這些人的教育與培訓工作又要花費巨額資金,工廠的建設、設備的安裝、人員培訓,這三比費用至少要上千億的投入!
所以,目前世界上可以製造火炮的國家就那麼幾個,各個都是強大的工業化國家!而其他國家若是想自己製造火炮,就得進入艱苦卓絕漫長的工業化才行,否則根本沒有可能製造出來火炮。