车体模具铸造GG铸造与焊接-坦克炮塔的制造» 环保产品资料网


装甲防护是坦克的基本特征。在反应装甲和主动防护技能呈现以前,坦克的防护能力主要是靠车体和炮塔本身的装甲供给的。坦克炮塔的装甲结构经历了铆接-铸造、焊接-焊接的发展历程。现代坦克炮塔主要的结构形式是铸造与焊接。本文试图从坦克发展史和技能的角度,对这两种结构方式的特点进行一下简要的阐发。
大家知道,坦克诞生于熬头次世界大战中。早期坦克的装甲厚度大都在6-30毫米摆布,接纳的主要是铆接的形式。好比最早装有扭转炮塔的法国雷诺FT-17坦克,炮塔和车体都是由均质装甲板铆接而成的,装甲倾角很小,厚度只有6-16毫米。坦克刚呈现时,尚无专门研制的反坦克武器,列国陆军主要依靠地面压制火炮进行反坦克作战,火炮初速低,威力不大;坦克制造技能水平也不高,制造方便、厚度不大的铆接装甲可以或许餍足要求
一战之后,随着坦克动力和材料方面的发展,坦克的技能水平有了很大的提高。列国陆军起头大量使用反坦克炮和坦克进行反坦克作战,坦克炮和反坦克炮的口径起头慢慢增大,由20毫米、37毫米、45毫米、47毫米慢慢增大到50毫米、57毫米甚至76.2毫米(如苏联T-28和T-35重型坦克),接纳了专门用于反坦克的穿甲弹,连步卒也大量装备了13.2和14.5毫米反坦克枪。
由于反坦克武器威力的快速增大,坦克的装甲厚度也需要不断增加,大厚度的装甲难以再接纳铆接的形式,而便于用铸造和焊接的方式实现。于是在二战起头前,部分坦克起头接纳铸造装甲,起头形成了铸造和焊接这两种不同的炮塔结构形式。如闻名的T-34坦克,炮塔为群体铸造而成,车体则接纳均质装甲板焊接而成;德国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型坦克接纳的是焊接炮塔;美国M3B1、M4和法国S-35坦克的炮塔和部分车体组件都是铸造的。二战期间,反坦克武器的威力和坦克的装甲防护力都得到了大幅度的提高,以苏联坦克为例,T-34/85坦克炮塔正面装甲厚度达到90毫米,IS-2重型坦克则达到102毫米。可以说,在二战中,除了崇尚紧密机械的德国外,铸造炮塔已被苏、美普遍接纳
在尾翼稳定脱壳穿甲弹呈现以前,普通穿甲弹是主要的反坦克弹种。普通穿甲弹可以分为尖头穿甲弹、钝头穿甲弹和被帽穿甲弹。尖头穿甲弹头部较尖,碰击装甲板时冲击力集中,易于将装甲刺破和形成空洞,适合射击较软的均质装甲,在射击硬度较大或表白硬化的装甲板时弹丸头部容易破碎,碰击有一定倾角的倾斜装甲时容易跳飞。钝头穿甲弹头部较平钝,碰击装甲时接触面较大,弹丸头部单元面积上承受的反效用力较尖头穿甲弹小,可以减轻弹丸头部的损坏,射击倾斜装甲板时不容易跳飞,适合射击硬度较大的装甲。被帽穿甲弹则是在较尖的头部外面焊接一个韧性较好、外形平钝的被帽,减少跳飞,被帽在碰击装甲并破损的同时,也给装甲表面造成一定的损坏,有利于完整的尖型弹体继续穿甲。在接纳普通穿甲弹和早期脱壳穿甲弹的情况下,杰出的防护外形是坦克装甲防护的重要因素,在综合性能上铸造炮塔比焊接炮塔有一定的优势。在二战后世界列国设计的熬头、二代坦克接纳的多数都是焊接车体和铸造炮塔,如苏联T-54、T-55、T-6二、英国“酋长”、法国BMX-30、日本61、74式和德国“豹”1坦克;中国的59、69、88系列坦克接纳的也都是铸造炮塔。美国M47、M48、M60坦克的车体和炮塔则都延续了M4坦克的制造要领,全部接纳铸造。
铸造炮塔均为群体铸造成型,生产比力容易。简单地说,就是预先按照炮塔的形状制作好模具,将炽热的钢水从炼钢炉中倒入模具,冷却后再进行一些必要的修整,炮塔的铸造就完成了。
铸造炮塔的各部分装甲是群体圆滑过渡的,炮塔各部分的厚度和倾斜角都得到合理配置,可以形成杰出的防护外形,通过形体防护来提高装甲的抗弹能力。装甲具有一定的倾斜角,不单能使普通穿甲弹易于跳飞,而且能使弹丸穿过装甲所颠末的距离增加。鄙人图所示的倾斜装甲中,装甲厚度实际相当于 (其中,b为装甲板厚度,α为弹丸轴线与装甲板法线之间的夹角,称为“着角”或“法线角”,),显然要大于装甲板厚度,提高了装甲的抗弹能力,而且法线角越大,等效装甲厚度越大。而焊接炮塔在接纳与铸造炮塔同样倾角的前提下,装甲的结构重量要比铸造炮塔高。
在防弹外形上,铸造炮塔比焊接炮塔有优势,这一点儿对于防护普通穿甲弹尤其有效。由下表中列出的二战后几种坦克铸造炮塔装甲配置情况可以看出,铸造炮塔都具有杰出的防弹外形,而且当时苏联坦克的防护能力比美国坦克要强。另外,铸造炮塔的装甲利用率高,在达到同样的装甲厚度前提下,铸造炮塔的重量要比焊接炮塔轻。但是,铸造装甲钢的疏密程度要比轧制装甲钢低,就是说同样厚度的装甲板,铸造装甲的抗弹能力比轧制装甲差。一般认为,同样厚度的装甲板,铸造装甲的抗弹能力是轧制装甲板的90%,即100毫米铸造装甲板抗弹能力约相当于90毫米轧制装甲板。而且铸造装甲对铸造的质量要求很高,在铸造历程中形成的砂眼、气孔和夹砂等缺陷都会严重的影响装甲的防护能力。同时铸造装甲对热处理的要求也很严酷。在二战时期生产的苏式坦克,因为生产场地和设备前提不好,以及为增加产量而简化了生产的工艺,生产出的坦克铸造炮塔内部缺陷较多,理论上无法被穿甲弹洞穿的装甲,在战斗中却经常被击穿。
二战后,由于普通穿甲弹难以击穿当时坦克的装甲,列国加紧研制新式穿甲弹,先后研制了扭转稳定超速脱壳穿甲弹和尾翼稳定脱壳穿甲弹。为了连结弹丸的扭转稳定性,普通穿甲弹弹丸和扭转稳定超速脱壳穿甲弹弹芯的长径比(长度与直径的比率)不能超过4-5,穿甲能力的提高受到限制;而尾翼稳定脱壳穿甲弹长径比可以达到13-15以上(目前已超过30),初速也普遍达到1500-1800米/秒,在65度以内的着角下不易跳飞,并有明显的向装甲板法线方向转正的现象,接纳了钨合金、贫铀等高疏密程度材料作为弹芯材料,弹丸单元横断面积内的动能大,穿甲能力得到飞速提高。目前,钨合金穿甲弹在2000米距离上垂直穿甲厚度可以达到600-700毫米以上,贫铀穿甲弹可以获得更大的穿甲厚度。铸造炮塔的装甲厚度和倾斜角,已无法抵御尾翼稳定脱壳穿甲弹的攻击。碎甲弹特别适合射击较远距离上的倾斜装甲目标,能在均质装甲内表面产生崩落的碎片。由于装药、引信、药型罩、隔板的改进和串联战斗部的呈现,破甲弹的破甲能力也有了很大提高,破甲厚度由二战时期的约2倍口径提高到6倍口径以上。
尾翼稳定脱壳穿甲弹、碎甲弹的呈现和破甲弹破甲能力的大幅度提高,要得单纯的均质装甲难以餍足防护的要求,铸造装甲外形防护的成效也愈来愈不明显。于是列国相继起头研制复合装甲并应用到坦克上。复合装甲基本可以分为金属复合装甲、金属与非金属复合装甲两类,层数由双层和多层不等,通常外层为高硬度低韧性金属材料、内层为低强度高韧性金属材料,如果接纳非金属材料则夹在中间。因为铸造炮塔的各部分都为曲面,并且是一体成形,夹层内部空间形状庞大,限制了复合夹层内材料的结构和材料的类型。复合装甲呈现后,坦克炮塔呈现了铸造与焊接并存、以焊接结构为主的形式,如苏联T-64、T-7二、T-80坦克仍然接纳铸造炮塔,而美国M1系列坦克、德国“豹”2坦克等则接纳焊接炮塔。
是由多块匀质装甲板(或者铸件)焊接组成的,工艺比铸造炮塔庞大。焊接炮塔的生产需要大型设备来完成装甲板的轧制和成型,并且在组焊历程中需要使用工装来完成定位,而且需要大量谙练的焊接人员和焊接设备。而焊接炮塔各部分厚度差别较大的装甲板的组焊,还需要特殊的设备和谙练的技能工人来完成加工。所以,焊接炮塔的生产周期一般都比铸造炮塔要长。焊接炮塔接纳的轧制装甲板不会呈现砂眼、气孔和夹砂等问题,防护能力稳定而且一致。但是如果在生产中处理不好或者呈现焊接缺陷,焊接炮塔的焊缝将是一个弱点,在战斗中不主动能穿甲弹命中时,即使装甲没有被击穿,焊缝也有可能崩裂。
焊接炮塔因为内部空间较大,而且夹层空间规整,有利于接纳比力庞大的复合材料结构,通过不同材料以不同形式的组合来提高装甲抗弹能力。所以在接纳复合装甲的情况下,焊接炮塔与铸造炮塔相比具有较大的优势,列国新研制的坦克多数都接纳焊接炮塔。固然,这并不能说明铸造炮塔就不能接纳复合装甲。苏联T-64、T-7二、T-80坦克的铸造炮塔就接纳了金属与非金属材料的复合装甲。有资料称,T-72坦克的复合装甲为三层结构,内外两层分别为装甲钢板,中间为多层瓷陶与金属的夹层。早期接纳复合装甲的坦克,由于复合材料技能上的不足,在防护水平上焊接炮塔与铸造炮塔相比并不占优势,美国M1和早期德国“豹”2坦克的炮塔防护水平就不犹如时期的苏联T-7二、T-80坦克的炮塔防护。但是因为接纳焊接结构的装甲比铸造装甲间的夹层厚度要大,而且夹层空间比力规则,从而可以接纳更加庞大的复合材料结构和更多的高性能材料。随着金属和非金属复合材料性能的提高,焊接炮塔在防护上的优势就体现了出来。美国接纳贫铀装甲的M1B1HB坦克和德国“豹”2B4坦克列装后,装甲防护能力就起头超过苏式坦克,而且接纳焊接炮塔的坦克的装甲防护力还有近一步提高的空间,并且便于接纳模块装甲组件。而接纳铸造结构的复合装甲就很难在防护上取得进一步发展,俄罗斯此刻也已起头研究焊接炮塔和顶置火炮坦克。
铸造炮塔与焊接炮塔比具有生产工艺简单、群体结构完整的优点,而焊接炮塔在接纳复合装甲的情况下防护能力比铸造炮塔要高。所以目前在俄罗斯T系列接纳的铸造炮塔和美、欧接纳的焊接炮塔这两种主要炮塔结构外,还呈现了一种铸造和焊接混合结构的炮塔,即炮塔基本结构接纳铸造的形式(称为基体或基础装甲),充分发挥群体铸造结构的优势,同时在主迎弹面上接纳焊接结构的复合装甲模块(这类复合装甲模块与M1上的固定面板和模块化夹层组成的结构不同,是把面、背板和复合夹层组合成群体的装甲模块组件)。复合装甲模块可以更换,便于接纳新研制的复合装甲,使装甲防护能力得到不断的提高,也便于更换损坏的装甲模块,尽快修复战伤坦克。这样就可使铸造和焊接结构互相取长补短,形成群体上优于单纯的铸造或者焊接炮塔的新结构形式。
我国坦克炮塔结构发展趋势与世界列国基本一样,我国第1、2代坦克接纳了与国外1、2代主流坦克相同的铸造炮塔,96式和99式坦克接纳了铸、焊混合结构炮塔和复合装甲。
可以说铸造炮塔和焊接炮塔并不存在谁比谁先进的问题,它们都是按照战术和技能的发展来发展的。从二战后列国坦克的发展来看,在以装甲钢为主要防护手段的时期,铸造炮塔是列国普遍接纳的结构形式,在复合装甲呈现后,就形成了铸造和焊接并存的情况,目前看来焊接炮塔结构形式的性能更好。无论铸造炮塔、焊接炮塔还是混合结构炮塔,都可以通过接纳反应装甲、主动防护技能来进一步提高坦克的防护力。按照坦克技能的发展,随着主动防护技能和新式坦克武器的发展,无人炮塔或者顶置火炮坦克就会呈现,目前意义上的坦克炮塔也许会成为汗青,坦克的装甲防护又将进入一个新的时期。

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