內膛光滑如鏡子，穿鋼鐵如打豆腐，中國最強坦克炮工藝曝光

軍情 11-08

【軍武次位面】：風林火山

火炮,曾被譽為"戰爭之神"。儘管戰爭形態發生了翻天覆地的變化,曾經作為工業化時代象徵的巨炮鐵甲,似乎已不再主宰今天的戰場。但如果翻檢各國軍隊歷史,仍會發現:從加農炮、榴彈炮,到迫擊炮、火箭炮;從坦克炮、反坦克炮,到航炮、艦炮,火炮在現代三軍中依然無處不在。然而,火炮是如何製造出來的呢?

現代意義上的火炮是一個由彈藥、發射裝置、火控系統和行動系統組成的武器綜合系統,其中系統的主體是發射裝置,也就是我們習慣上所稱的"火炮"。火炮結構從大的方面說分為炮身和炮架,自行火炮還包括底盤部分。在複雜的火炮結構中,炮身是最重要的組成部分。炮身又由身管(即我們常說的"炮管")、炮尾、炮閂等部件組成,其中身管是重中之重。可以說,身管賦予了火炮最重要的戰鬥性能,是火炮戰鬥力的主體。

牽引式火炮基本結構

火炮射擊時,身管的工作環境極為惡劣。火藥燃氣讓這裡的溫度高3000℃以上,高溫不僅會嚴重燒蝕身管,而且可能引起身管變形，高膛壓火炮炮膛內壁的壓強高達500至700兆帕,身管必須要有足夠的強度和韌性,否則會發生脹膛或膛炸等危險事故。為了充分利用火藥燃氣的推力,賦予彈丸足夠的速度，炮彈必須和身管緊密接觸,彈丸前進過程中和身管的直接摩擦在所難免,但過大的摩擦不僅會影響彈丸的初速,而且還會造成彈丸飛行不穩定，在火炮進行連續速射時,以上的問題更為嚴重。由此可見,高溫、高壓、摩擦、腐蝕是火炮身管生產必須直面的四大難題。

火炮開火瞬間需要承受極高的膛壓

身管加工的第一個難題是材料的選擇和冶煉。火炮發射時內膛的高溫高壓絕非普通鋼材所能勝任,身管的材料需要有超乎尋常的耐高溫性能、卓越的強度和優良的韌性,同時也要充分考慮火炮大量生產的成本因素。現代火炮身管材料都採用合金鋼,常以中碳鎳鉻鑰系合金鋼為主,也有增加少量的釩做改性鋼。過去很長時間裡,炮鋼曾一度是中國火炮生產的"瓶頸"。因為鎳是炮鋼中一種不可缺少的元素,可以極大改善炮鋼的韌性,但從資源上講,中國又是一個嚴重缺鎳的國家。

59式130mm加農炮

建國初期中國火炮生產曾得到蘇聯的援助,炮鋼生產艱難起步。但中蘇關係惡化後,蘇方撤走了科技人員和資源援助,中國的炮鋼生產頓時陷入困境。但中國人從來都不會被困難嚇倒,經過科技人員艱苦卓絕的努力,研製成功了一系列用稀土或釩元素代替鎳元素的炮鋼,支持了中國的火炮生產。改革開放後,國際環境大為改善,含鎳炮鋼也不再被視為火炮生產的"瓶頸"。

火炮身管的鍛造

在談及炮鋼材料時,還必須提到電渣重熔技術。因為像坦克炮一類的高膛壓火炮對內膛的耐燒蝕性能、強度和韌性有極高的要求,這就對鋼材的精鍊提出超乎尋常的要求。電渣重熔就是為了滿足炮鋼的精鍊要求而誕生的一種精鍊工藝,精鍊過的特種鋼再經過電溢重熔可以去掉鋼材中殘留的少量硫、磷等對火炮強度和韌性有害的元素,使的純度更高,滿足火炮身管的生產要求。電渣重熔鋼目前主要應用於高膛壓火炮生產,專業人士甚至可以根據工廠的電渣重熔鋼生產量推斷出兵工企業高膛壓火炮的生產情況。

中國125mm坦克炮內膛加工

在普通人看來,火炮身管只是一個能發射彈丸的部件:但對於炮廠工人來說,炮管則被視為一根最難加工的"長管",尤其是身管內膛的成型過程。身管膛孔的加工方法是先用一種配用超長鑽頭的大型鑽床鋯出一個孔;接者到鏜床上將這個孔逐步鏜削成型。機械加工中一般將長徑比大於10以上的孔加工稱為深孔加工，熟悉火炮的朋友們可能都知道,現代榴彈炮、坦克炮、反坦克炮的身管長度一般為30-55倍口徑(即長徑比為30:1-55:1),而小口徑高射炮的身管長度更是在100倍口徑左右,都屬於加工難度很的"深孔"。深孔加工的精度和困難之處於"探"。

105mm線膛炮內部

在深孔加工過程中,操作者無法直接觀察切削等過程,同時還需保證加工要達到很高的精確度,而且細長的管件在加上過程中也易發生彎曲變形,故加工難度極大。由於身管的內膛加工質量與整門火炮的射擊精度、壽命安全等密切相關,因此對加工後的尺寸公差、彎曲度、粗糙度等方面要求極高。可以說深孔加工是火炮製造工藝方面有別於普通機械製造的突出特點。引人注意的是,執行深孔加工任務的機床無一例外都是體形龐大的專用機床,加工炮管膛孔能達到很高的精度,是火炮加工的"專才"。但是如果遇到工廠沒有火炮生產任務的時候,這些昂貴的"大傢伙"就只能長時間休息,或者幹些牛刀半雞般的小活。為提高炮管強度,同時降低火炮重量,高膛壓火炮大多採用自緊身管,自緊工藝是在鏜孔直徑基本達到要求,即在內膛半精加工的過程中進行。身管自緊是在普通單筒身管內通過特殊工藝使炮管由內向外產生一定的塑性變形,這樣身管外層對內層產生壓力,在射擊時,這種壓力就像在身管外又增加了無數層薄筒,使身管的承壓能力增大,可以有效減小身管厚度,降低火炮重量。

俄羅斯125mm坦克炮

20世紀60年代後,身管自緊技術成熟並真正受到重視,英國L7型105毫米線膛炮率先採用了身管自緊技術。之後,德國"豹"I坦克、美國M60坦克的主炮都普遍開始採用身管自緊加工工藝。現在的坦克炮、反坦克炮等製造過程中均採用該技術。中國從20世紀70年代中期開始在火炮生產中應用身管自緊技術,83式105毫米坦克炮、89式120毫米反坦克炮和125毫米坦克炮等均採用自緊身管。

線膛炮內膛

滑膛炮內膛

自緊工藝完成後,接下來要對內膛進行拋光等精加工工藝。如果是線膛炮,還要拉制膛線。拉制膛線就是要在身管膛壁上拉出符合設計要求的曲線溝槽。拉制時拉刀順著與身管軸線平行的方向前進,而炮管則繞軸線作旋轉運動,這樣拉出的膛線就是旋轉膛線。對於現代火炮，內膛的加工成型並不是加工過程的終結,為了提高火炮的耐磨性和抗腐蝕,火炮身管內膛還要進行鍍鉻工藝處理,這樣可以有效增加身管的使用壽命。由於身管未來還要加裝熱護套、炮口裝置,尾部要連接炮尾等,在加工過程中要加工相應的連接螺紋和排氣孔等。

德國130mm坦克炮

在火炮的各零部件生產完成以後,都要集中到總裝車間進行生產裝配。火炮是一個大型的複雜系統,零部件中除了火炮機械零件外,還有火控系統的光學、電子產品,自行火炮還有底盤系統。不同類型的分系統一般不在同一個廠家生產,而是由多個廠家各負責一些分系統的生產,彼此為協作關係。比如火炮廠一般只生產火炮機械戰鬥部分,火控系統等光電設備由有相應生產能力的廠家負責,底盤由專門生產軍用車輛的廠家生產。系統的總裝一般由其中的一個廠家負責(一般是火炮生產廠或底盤生產廠),協作的生產廠家將其生產的部件運送到總裝廠完成總裝。