Росія втрачає на фронті величезну кількість артилерійських настанов – вже до кінця цього літа вони можуть закінчитися, якщо міноборони не знайде джерело масових поставок.
Відновлювати розбиту артилерію складно через проблеми з оптикою, механізмами прицілів та стволами. Артилерійські стволи – особлива частина установки. Вони є змінним обладнанням, їх виготовляють незалежно від виготовлення гармат та змінюють у процесі зношування (як колеса або акумулятори в автомобілях). Потреба артилерійських стволах у процесі інтенсивних бойових дій дуже висока. Санкції, введені проти Росії, мінімізували доступ виробників до високоточного обладнання (верстати, зокрема хонінгувальні, деяке обладнання термообробки та інше).
Нижче показані відмінності артилерійських стволів та особливості їх виготовлення для загального розуміння проблеми.
Дивиться також:
Російська артилерія: скільки виготовлено/відремонтовано, коли закінчиться – оновлюється щодня
У чому різниця гладких та нарізних артилерійських стволів
Гладкі та нарізні артилерійські стволи мають різні конструктивні особливості, які визначають їхні переваги та сфери застосування. Нижче наведено порівняння їхніх переваг із акцентом на ключові аспекти.
Переваги гладкоствольних артилерійських стволів
1. Універсальність боєприпасів:
Гладкоствольні гармати можуть використовувати широкий спектр боєприпасів, зокрема кумулятивні, бронебійні підкаліберні снаряди, а також керовані ракети (наприклад, ПТКР типу «Рефлекс» у танковій гарматі 2А46). Це робить їх особливо ефективними для сучасних танків.
2. Вища початкова швидкість снаряда:
Відсутність нарізів зменшує тертя в каналі ствола, що дозволяє досягати вищої початкової швидкості снарядів (до 1700–1800 м/с для підкаліберних снарядів), що підвищує пробивну здатність.
3. Відносна простота виготовлення стволів:
Виробництво гладких стволів менш трудомістке, оскільки не потрібна нарізка. Це знижує витрати та спрощує технологічний процес.
4. Довговічність:
Гладкі стволи зазнають меншого зносу через відсутність нарізів, які з часом зношуються від тертя. Це особливо важливо при стрільбі потужними боєприпасами.
5. Менша маса:
Стволи з гладким каналом зазвичай легші за нарізні аналогічного калібру, що полегшує їх інтеграцію в мобільні платформи, такі як танки.
6. Ефективність для сучасних танкових систем:
Гладкоствольні гармати (наприклад, 120-мм гармата Rheinmetall L/55 або 125-мм 2А46) оптимізовані для сучасних танкових боєприпасів, таких як бронебійні оперені підкаліберні снаряди (БПС), які не потребують обертання для стабілізації, а використовують аеродинамічні стабілізатори.
7. Менше накопичення нагару:
Гладка поверхня каналу ствола менш схильна до накопичення залишків порохових газів, що спрощує чищення.
Сфери застосування: Гладкоствольні гармати переважають у сучасних танках (наприклад, Т-90, Leopard 2, M1 Abrams) завдяки універсальності та високій пробивній здатності.
Переваги нарізних артилерійських стволів
1. Висока точність на великих дистанціях:
Нарізи надають снаряду обертання, що забезпечує кращу стабільність у польоті та вищу точність, особливо на дальніх дистанціях (понад 2–3 км). Це критично для артилерійських систем, таких як гаубиці (наприклад, 155-мм M777).
2. Ефективність для осколково-фугасних снарядів:
Нарізні стволи краще підходять для стрільби осколково-фугасними снарядами, які потребують обертання для стабільності та ефективного розльоту осколків.
3. Можливість використання спеціальних боєприпасів:
Нарізні гармати ефективні для стрільби снарядами з готовими уражаючими елементами або снарядами з програмованим підривом, які потребують стабільного обертання для точного спрацювання.
4. Краща балістика для далекобійної артилерії:
Нарізні стволи забезпечують стабільну траєкторію для артилерійських систем, таких як самохідні гармати (наприклад, 2С19 «Мста-С»), що дозволяє вражати цілі на відстані 20–40 км (залежно від боєприпасу).
5. Традиційна ефективність для певних систем:
У деяких арміях (наприклад, британській із танком Challenger 2, оснащеним 120-мм нарізною гарматою L30) нарізні стволи залишаються актуальними через сумісність із певними типами боєприпасів, таких як HESH (високофугасні протитанкові снаряди).
Порівняння та обмеження
Гладкоствольні стволи:
Переваги: Вища швидкість снаряда, універсальність, простота виробництва, довговічність.
Недоліки: Менша точність на надвеликих дистанціях, обмежена ефективність для деяких типів артилерійських снарядів (наприклад, осколково-фугасних), які потребують обертання.
Застосування: Танки, протитанкові гармати, системи для стрільби керованими ракетами.
Нарізні стволи:
Переваги: Висока точність, ефективність для артилерійських систем і спеціальних боєприпасів.
Недоліки: Вищий знос нарізів, складніше та дорожче виробництво, менша початкова швидкість снарядів через тертя.
Застосування: Гаубиці, самохідна артилерія, деякі танкові гармати (наприклад, у Challenger 2).
Гладкоствольні стволи переважають у сучасних танкових системах завдяки універсальності, високій швидкості снарядів і простоті виробництва. Вони ідеальні для боротьби з бронетехнікою та використання керованих боєприпасів.
Нарізні стволи залишаються кращими для артилерійських систем, де потрібна висока точність на великих дистанціях і ефективність осколково-фугасних снарядів.
Вибір між гладкими та нарізними стволами залежить від конкретного призначення гармати, типу боєприпасів і тактичних вимог.
Ось яка технологія виготовлення гладких та нарізних артилерійських стволів
Виготовлення гладких і нарізних артилерійських стволів — це складні технологічні процеси, які мають спільні етапи, але відрізняються через особливості конструкції стволів.
Гладкі артилерійські стволи
Гладкі стволи не мають внутрішніх нарізів, що спрощує їхнє виготовлення, але вимагає високої точності для забезпечення герметичності та міцності.
Використовують високоякісну сталь (наприклад, леговані марки з високою міцністю, такі як AISI 4140 або 4340) або спеціальні сплави, які витримують високий тиск і температуру.
Матеріал повинен мати високу пластичність і стійкість до корозії.
Формування заготовки:
Заготовку отримують шляхом кування або лиття. Кування забезпечує кращу міцність завдяки ущільненню структури металу. Заготовка зазвичай циліндрична, з надлишком металу для подальшої обробки.
Механічна обробка:
Розточування: Використовують верстати з ЧПК (числовим програмним керуванням) для створення гладкого внутрішнього каналу ствола. Внутрішня поверхня ретельно шліфується для забезпечення рівності та зменшення тертя.
Зовнішня обробка: Точіння на токарних верстатах для формування зовнішньої геометрії ствола.
Термообробка*: Загартування та відпуск для підвищення міцності й зносостійкості.
Фінішна обробка: Полірування внутрішньої поверхні для зменшення опору при русі снаряда.
Покриття (наприклад, хромування) для захисту від корозії та зносу.
Контроль якості: перевірка на дефекти (ультразвуковий контроль, магнітна дефектоскопія).
Збірка:
Установка казенної частини, затвора та інших елементів. Для гладкоствольних гармат (наприклад, танкових) часто використовують моноблочну конструкцію або складові стволи з вкладними трубами.
Нарізні артилерійські стволи
Нарізні стволи складніші у виготовленні через необхідність створення внутрішніх нарізів, які надають снаряду обертання для стабілізації в польоті.
Аналогічно гладким стволам, використовують високоякісну сталь або спеціальні сплави, які витримують високий тиск і знос від тертя нарізів.
Формування заготовки: Як і для гладких стволів, заготовку отримують куванням або литтям. Кування є переважним через кращу міцність.
Заготовка має бути ідеально симетричною для забезпечення рівномірності нарізів.
Механічна обробка:
Розточування каналу: Спочатку створюють гладкий канал ствола за допомогою глибокого свердління.
Нарізка: Виготовлення нарізів виконується кількома методами:
Різання: Використання спеціальних різців (брошей) для вирізання спіральних канавок. Цей метод застосовується для гармат з великим калібром.
Кування нарізів: Холодне або гаряче кування з використанням дорна (матриці з профілем нарізів), що формує нарізи шляхом деформації металу. Метод поширений для гармат малого та середнього калібру.
Електроерозійна обробка: Для високоточних стволів може застосовуватися електрохімічна або електроерозійна обробка для створення нарізів.
Зовнішня обробка: Точіння та шліфування для формування зовнішньої поверхні.
Термообробка*: Загартування, відпуск або нормалізація для забезпечення міцності та пружності. Особлива увага приділяється зонам нарізів, які зазнають найбільшого навантаження.
Фінішна обробка: Полірування нарізів для зменшення тертя та зносу.
Хромування або нанесення інших покриттів для захисту від корозії та ерозії, спричиненої газами.
Перевірка геометрії нарізів (кут, глибина, крок) за допомогою оптичних або лазерних систем.
Контроль якості: Використовують неруйнівні методи (ультразвук, рентген) для виявлення мікротріщин або дефектів.
Перевірка на відповідність балістичним вимогам (наприклад, випробування тиском).
Збірка:
Установка казенника, затвора, а також (за потреби) вкладної труби. Для сучасних нарізних гармат часто застосовують автоскріплення (нагрівання зовнішньої оболонки ствола для щільного прилягання до внутрішньої труби).
Основні відмінності
Нарізи: Гладкі стволи не потребують нарізки, що значно спрощує процес. Нарізні стволи вимагають додаткових етапів для створення точних спіральних канавок.
Точність: Нарізні стволи потребують вищої точності обробки, оскільки геометрія нарізів впливає на стабільність і дальність стрільби.
Сучасні тенденції
У сучасних технологіях дедалі частіше застосовують автоматизовані верстати з ЧПК, лазерні системи для контролю якості та комп’ютерне моделювання для оптимізації конструкції.
Для підвищення зносостійкості використовують композитні матеріали або спеціальні покриття (наприклад, карбідні).
Гладкоствольні гармати переважають у танковій артилерії через універсальність (можливість використання керованих ракет) і простоту виробництва.
* Термообробка
Термообробка артилерійських стволів є критично важливим етапом виробництва, оскільки вона забезпечує необхідну міцність, твердість і зносостійкість, зберігаючи при цьому геометричні характеристики ствола. Нижче розглянуто типи печей, що використовуються для термообробки, та технології, які запобігають деформації стволів.
Типи печей для термообробки артилерійських стволів
Шахтні печі:
Застосування: Широко використовуються для термообробки довгих циліндричних деталей, таких як артилерійські стволи, завдяки їхній здатності забезпечувати рівномірний нагрів по всій довжині.
Особливості:
Вертикальне розташування стволів у печі (наприклад, підвішування) зменшує ризик деформації під власною вагою.
Використовуються для гартування, відпалу та нормалізації.
Можуть мати контрольовану атмосферу (наприклад, інертний газ, як азот або аргон), щоб запобігти окисленню поверхні.
Приклади: Електричні шахтні печі з резистивним нагрівом або газові шахтні печі.
Переваги: Рівномірний нагрів, можливість обробки довгих деталей (до 3-5 м), контроль температури.
Камерні печі:
Застосування: Використовуються для менших стволів або їхніх частин (наприклад, казенників), а також для відпалу чи нормалізації.
Особливості:
Зазвичай горизонтальні, з можливістю розміщення кількох деталей.
Застосовуються для термообробки в захисній атмосфері або у вакуумі для уникнення окислення.
Часто використовуються для фінішної термообробки (наприклад, низькотемпературного відпуску).
Переваги: Гнучкість у використанні для різних розмірів деталей, можливість точного контролю температури.
Недоліки: Менш ефективні для дуже довгих стволів через ризик деформації при горизонтальному розташуванні.
Вакуумні печі:
Застосування: Використовуються для високоточних стволів, особливо в сучасних гарматах, де потрібна максимальна чистота поверхні та мінімальна деформація.
Особливості:
Нагрів у вакуумі виключає окислення і забезпечує високу чистоту металу.
Застосовуються для гартування, відпалу або спеціальних процесів, таких як цементація.
Переваги: Висока точність, мінімальний ризик деформації, відсутність газового забруднення.
Соляні ванни:
Застосування: Іноді використовуються для локального гартування або нагріву окремих частин ствола (наприклад, казенної частини).
Особливості:
Деталь занурюють у розплавлену сіль, яка забезпечує швидкий і рівномірний нагрів.
Застосовується для високоточного гартування.
Переваги: Швидкий нагрів, можливість локальної обробки.
Недоліки: Обмежена довжина оброблюваних деталей, складність очищення від солей.
Індукційні нагрівальні установки:
Застосування: Використовуються для локального гартування або нагріву зовнішньої поверхні ствола.
Особливості:
Нагрів здійснюється за допомогою електромагнітної індукції, що дозволяє точно контролювати зону нагріву.
Часто застосовується для зміцнення зовнішньої поверхні ствола або зон біля нарізів.
Переваги: Висока швидкість, локалізація нагріву, мінімальна деформація.
Недоліки: Не підходить для повного нагріву довгих стволів.
Технології для збереження геометричних властивостей під час термообробки
Щоб запобігти деформації стволів (викривленню, зміні діаметра чи геометрії нарізів), застосовують такі технології:
Вертикальне розташування в шахтних печах:
Стволи підвішують вертикально, щоб мінімізувати деформацію під власною вагою. Це особливо важливо для довгих стволів (наприклад, танкових гармат довжиною 3-5 м).
Контрольоване нагрівання та охолодження:
Поступовий нагрів: Температуру підвищують повільно, щоб уникнути теплових напружень.
Рівномірне охолодження: Використовують контрольовані середовища для гартування (масло, полімерні розчини або повітря), щоб уникнути різких перепадів температури, які можуть спричинити тріщини або викривлення.
Ступінчасте гартування: Застосовують послідовне охолодження в різних середовищах (наприклад, спочатку в маслі, потім на повітрі) для зменшення напружень.
Використання фіксаторів і оснащення: Стволи закріплюють у спеціальних тримачах або шаблонах, які підтримують їхню форму під час нагріву та охолодження.
Для нарізних стволів можуть використовувати внутрішні дорни (вставки), які запобігають деформації каналу ствола.
Вакуумна або захисна атмосфера:
Вакуумні печі або печі з інертним газом (азот, аргон) запобігають окисленню та появі поверхневих дефектів, які можуть вплинути на геометрію.
Автоскріплення (автофретаж):
Після термообробки застосовують автоскріплення — процес, при якому ствол піддається надвисокому тиску зсередини, щоб створити залишкові напруження, які компенсують деформації та підвищують міцність. Це особливо актуально для нарізних стволів.
Точний контроль температури:
Використовують сучасні системи моніторингу з термопарами та комп’ютерним управлінням для забезпечення рівномірного нагріву по всій довжині ствола.
Уникають перегріву, який може призвести до зміни мікроструктури металу та деформації.
Попереднє напруження:
У деяких випадках стволи перед термообробкою піддаються механічному напруженню (наприклад, стисненню), щоб компенсувати можливі деформації під час нагріву.
Фінішна механічна обробка:
Після термообробки проводять додаткове шліфування або хонінгування, щоб виправити мінімальні відхилення в геометрії, особливо в нарізних стволах.
Особливості для нарізних стволів
Нарізи створюють додаткові труднощі, оскільки нерівномірний нагрів може призвести до їхньої деформації. Тому:
Використовують повільне охолодження після гартування.
Застосовують спеціальні дорни або вставки для збереження геометрії нарізів.
Проводять додаткові перевірки (лазерна або оптична метрологія) для контролю кроку та глибини нарізів після термообробки.
Сучасні тенденції
Використання комп’ютерного моделювання (наприклад, метод скінченних елементів) для прогнозування теплових деформацій і оптимізації режимів термообробки.
Застосування лазерного гартування для локального зміцнення зон ствола без впливу на загальну геометрію.
Автоматизовані системи контролю температури та атмосфери в печах для максимальної точності.
Для термообробки артилерійських стволів найчастіше використовують шахтні печі (для довгих стволів), камерні печі (для менших деталей або фінішної обробки) та вакуумні печі (для високоточних стволів). Щоб зберегти геометричні властивості, застосовують вертикальне розташування, контрольоване нагрівання/охолодження, фіксатори, автоскріплення та точний контроль температури. Для нарізних стволів додатково використовують дорни та ретельну перевірку геометрії нарізів.