铸造与焊接:细品坦克炮塔的制造[组图]
发布时间: 2024-08-04 15:49:19作者: 开云最新版本下载
装甲防护是坦克的基本特征。在反应装甲和主动防护技术出现之前,坦克的防护要是靠车体和炮塔本身的装甲提供的。坦克炮塔的装甲结构经历了铆接-铸造、焊接-焊接的发展过程。现代坦克炮塔主要的结构及形式是铸造与焊接。本文试图从坦克发展史和技术的角度,对这两种结构方式的特点进行一下简要的分析。
大家知道,坦克诞生于第一次世界大战中。早期坦克的装甲厚度大都在6-30毫米左右,采用的主要是铆接的形式。比如最早装有旋转炮塔的法国雷诺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。坦克刚出现时,还没有专门研制的反坦克武器,各国陆军主要是依靠地面压制火炮进行反坦克作战,火炮初速低,威力不大;坦克制造技术水平也不高,制造方便、厚度不大的铆接装甲能够很好的满足要求。
一战之后,随着坦克动力和材料方面的发展,坦克的技术水平有了很大的提高。各国陆军开始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开始慢慢地增大,由20毫米、37毫米、45毫米、47毫米逐步增大到50毫米、57毫米甚至76.2毫米(如苏联T-28和T-35重型坦克),采用了专门用于反坦克的穿甲弹,连步兵也大量装备了13.2和14.5毫米反坦克枪。
由于反坦克武器威力的迅速增大,坦克的装甲厚度也要一直增加,大厚度的装甲难以再采用铆接的形式,而便于用铸造和焊接的方式实现。于是在二战开始前,部分坦克开始采用铸造装甲,开始形成了铸造和焊接这两种不同的炮塔结构及形式。如著名的T-34坦克,炮塔为整体铸造而成,车体则采用均质装甲板焊接而成;德国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型坦克采用的是焊接炮塔;美国M3A1、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,除了崇尚精密机械的德国外,铸造炮塔已经被苏、美普遍采用。
在尾翼稳定脱壳穿甲弹出现之前,普通穿甲弹是主要的反坦克弹种。普通穿甲弹可大致分为尖头穿甲弹、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,易于将装甲刺破和穿孔,适合射击较软的均质装甲,在射击硬度较大或表明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,弹丸头部单位面积上承受的反作用力较尖头穿甲弹小,能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。在采用普通穿甲弹和早期脱壳穿甲弹的情况下,良好的防护外形是坦克装甲防护的主要的因素,在综合性能上铸造炮塔比焊接炮塔有一定的优势。在二战后世界各国设计的第一、二代坦克采用的多数都是焊接车体和铸造炮塔,如苏联T-54、T-55、T-62、英国“酋长”、法国AMX-30、日本61、74式和德国“豹”1坦克;中国的59、69、88系列坦克采用的也都是铸造炮塔。美国M47、M48、M60坦克的车体和炮塔则都延续了M4坦克的制造方法,全部采用铸造。
铸造炮塔均为整体铸造成型,生产非常容易。简单地说,就是预先根据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整体圆滑过渡的,炮塔各部分的厚度和倾斜角都得到合理配置,能形成良好的防护外形,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,不但能使普通穿甲弹易于跳飞,而且能使弹丸穿过装甲所经过的距离增长。在下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。而焊接炮塔在采用与铸造炮塔同样倾角的条件下,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能够准确的看出,铸造炮塔都拥有非常良好的防弹外形,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条件下,铸造炮塔的重量要比焊接炮塔轻。但是,铸造装甲钢的密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发展要求很高,在铸造过程中形成的砂眼、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格。在二战时期生产的苏式坦克,因为生产场地和设备条件不好,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穿透的装甲,在战斗中却经常被击穿。