Модернизация вооружения — одна из излюбленных сфер деятельности попаданца. А поскольку артиллерия, как известно, бог войны, то вполне естественно начать с нее. Например, внедрить глубокое сверление пушечных стволов.
Если не брать в расчет первые кованные бомбарды, пушки обычно отливали в глиняные формы с установленным стержнем, тоже глиняным, для формирования канала ствола, а затем подвергали более или менее качественной обработке сверлами и развертками.
Хотя такая технология и позволяла обойтись минимальной механической обработкой, процент брака был очень высокий из-за сложности точной установки стержня. Кроме того, при отливке образовывалось большое количество дефектов, которые выявлялись только при рассверливании или пробной стрельбе уже почти готовой пушки.
Поэтому в начале XVIII в. появилась новая технология, заключающаяся в отливке цельной болванки и высверливания канала ствола. При этом литьевые дефекты, концентрирующиеся при застывании металла в центре отливки, удаляются.
Изобретателем такой технологии считается швейцарский мастер Жан Мариц, работавший в Страсбурге. К концу века высверливание канала стало основным методом производства пушек.
Глубокое сверление было одним из ключевых элементов передовых систем артиллерии, сначала Вальера и затем Грибоваля. Высокое качество канала и минимальный зазор между снарядом и стволом позволили снизить массу порхоового заряда до 1/3 от массы ядра, и при этом увеличить начальную скорость, дальность и настильность стрельбы.
Тем не менее отливка со стержнем иногда применялась и позже (например, пушки из закаленного чугуна Родмана).
Пушечное сверло, пригодное для глубокого сверления и не уходящее в сторону, имеет вид цилиндра со срезанным сегментом и скошенной режущей кромкой.
Сверло закрепляется на штанге из железа. Перед началом сверления необходимо проточить направляющее отверстие, максимально точно соответствующее диаметру сверла, и глубиной как минимум в один калибр. Это отверстиие направляет цилиндрическую поверхность сверла, обеспечивая прямолинейность его движения.
Точность сверления существенно повышается, если приводить во вращение не штангу со сверлом, которая от этого может совершать лишние биения, а саму заготовку. Кроме того, нужно подавать большое количество воды, с добавлением мыла или соды, для смазки и охлаждения, и периодически извлекать стружки.
Просверленную болванку можно обточить снаружи, таким образом достигается равномерность толщины стенок.
Высверливание цельной болванки трубует достаточно мощного источника энергии, например, привода от водяного колеса, и занимает больше времени, чем рассверливание сформированного отливкой канала. Но суммарная производительность, за счет более простой технологии литья и снижения брака, скорей всего возрастет.
Таким образом, внедрение глубокого сверления, особенно при применении лучших по свойствам и менее дефицитных материалов (например, высокопрочного чугуна), позволит производить более легкие и прочные пушки, которые могут обеспечить значительное преимущество в столкновении с противником.
Кроме того, пушечное сверло будет полезным для сверления цилиндров водяных и воздушных насосов, гидравлических прессов и других полезных метанизмов. Сам принцип использования уже обработанной поверхности детали как направляющей применим и для других работ, например, расточки цилиндров большого диаметра.
Те же пушки Родмана намекают на проблему со стержнем — внутренняя поверхность остывает последней. С бронзой это большой косяк, емнип у отливок срезали большой кусок на конце дула, потому что он застывал последний, олово уже связывалось в остальной отливке и верхний кусок получался никакой.
Сделать стержень с охлаждением, сделать ветвящиеся нарезы, прокатать поверхность роликом, как делали в конце 19го и будет нарезная пушка с дульным заряжанием. С разрывными снарядами и доттером…
*и будет нарезная пушка
и будет приемлемая нарезная пушка из бронзы
При литье что бронзы, что чугуна всегда закладывается ощутимая прибыльная, часть, не только на усадку и концентрирование дефектов, но и для уменьшения количествп пузырей в теле за счет гидростатического давления — метр жидкого металла создает ощутимое давление. А в оловянной бронзе, если произойдет ликвация, прибыль и центр как раз обогащаются оловом.
Имхо, технология Родмана к бронзе абсолютно не применима, направленная кристаллизация и медленное охлажление как раз создадут условия для крупнокристаллической структуры и ликвации. А вот лить в чугунную изложницу вместо глины весьма полезно. Упрочнять нагартовкой — нужен очень мощьный пресс.
Что такое ветвящиеся нарезы?
// Чтобы затолкать снаряд в ствол, нужны прямые нарезы, иначе заталкивание в ствол будет очень длительной процедурой. А чтобы снаряд был устойчивым в полете, нужны крученые нарезы. В итоге и получаются ветвящиеся нарезы. По прямым нарезам снаряд загоняют в ствол, а при выстреле выступы входят в закрученные нарезы, которые от прямых нарезов ответвляются.
На снаряде делаются пара шпеньков из мягкого металла которые идут по нарезам. Вставляют прямо, вылетает криво. У Широкорада есть описания таких пушек где-то 50-60х.
// прибыль и центр как раз обогащаются оловом.
Значит казенная часть получается беднее оловом чем околодульная? Значит быстрее охлаждать надо. Потоньше стенки и обдув.
// Упрочнять нагартовкой — нужен очень мощьный пресс.
Обычный болт из магазина покрупнее вполне себе дает тонну. А теперь концентрируем эту тонну на десятках мм2 ролика.
//По прямым нарезам снаряд загоняют в ствол, а при выстреле выступы входят в закрученные нарезы, которые от прямых нарезов ответвляются.//
Это выглядит крайне странно. То есть нарезы или пересекаются друг с другом, или всего два нареза с очень небольшой крутизной? И что заставит снаряд идти по наклонным, а не прямым нарезам?
Это описание похоже сильно искаженную систему нарезов Армстронга, в которых два набора нарезов разной глубины. По глубоким нарезам снаряд идет с зазором, в казенной части глубокие объеденяются с менее глубокими боевыми. Еще проще и лучше в плане центрования снаряда французская система, с глубокими нарезами, имеющими скошенную боевую грань, на которую выступ снаряда наезжает сам, по инерции. Но возникает сильное расклинивающее давление, поэтому чугунные пушки переделывали у нас на систему Армстронга.
Опять же, все эти готовые выступы — тупиковая ветвь. Отвратительная обтюрация, быстрый разгар ствола, периодические заклинивания при заряжании или выстреле. Для 3-4 дюймов вполне годится принцип типа пули Минье. Или вообще казнозарядные орудия, требования к точности изготовления нк выше, чем для готовых выступов на снарядах.
Да, немного переврал, обе пары шли по спирали
Широкорад А.Б. Энциклопедия отечественной артиллерии p156 https://www.dropbox.com/s/aqpvey5ovk6fmtk/rifling_muzzleloader_cannon.jpg?dl=0
Вот первоисточник
https://ru.m.wikisource.org/wiki/%D0%92%D0%AD/%D0%92%D0%A2/%D0%9D%D0%B0%D1%80%D0%B5%D0%B7%D1%8B
Снаряд Гочкиса с расширяющейся ведущей рубашкой
http://www.civilwarartillery.com/projectiles/rifled/IIIA63.htm
И
http://www.civilwarartillery.com/projectiles/halfshells/IIA8.htm
Тут указано, что рубашка из свинца, но вообще их вроде как из цинка отливали.
//А теперь концентрируем эту тонну на десятках мм2 ролика.//
А взяв иголку и нажав от руки, можно получить давление в сотни/тысячи/десятки тысяч МПа. Но деформировать нужно не доли мм, а порядка 10-15 мм, чтобы еще хватило на чистовую развертку и нврезы. Поэтому сотни (а может и больше) тонн нужно не удельного давления, а абсолютного. Ролик (или пара оппозитных роликов) за сотни проходов может и нагартуют пвру миллиметров в глубину, но даже технически это сложно представить. Как хотя бы прокатить этот ролик и не дать соскочить в ранее прокатанную канавку, если все это болтается на длинной штанге?
Хотя если два или три ролика закрепить на штанге и заставить кататься по спирали, в станке типа сверлильного с медленной продольной подачей, то может и что то выйдет, если ролики выдержат. Даже без винта, просто проточить небольшой заходной конус, а ролики между проходами раздвигать клином или прокладками.
Сила действия= силе противодействия. На ролики тоже несколько тон давит. Значит пара проходом и все — сорвет резьбу или люфт будет! Я делал пресс на длинных болтах — недолго он работает)
// Поэтому сотни (а может и больше) тонн нужно не удельного давления, а абсолютного.
Откуда же сотни? Ну допустим у нас пятно в пару см2, но тогда даже одна сотня тонн это 50 катм, 5000 МПа, нолик явно лишний.
Так давить нужно не на пару квадратных сантиметров, а растягивать весь ствол — это совершенно другая ситуация.
Задачу растягивания ствола калибром 100 мм до 105-110 мм можно попытаться свести к такой дилетантской модели — растягивается кольцо бронзы с толщиной стенки 5 см и шириной 1 см (если воздействовать на меньщую ширину, то нагрузка все равно распределится на соседние участки). Это эквивалентно (на самом деле нет, хотя бы из геометрических соображений) растяжению стержня сечением 5 кв.см при напряжении выше предела такучести, который для БрО10 около 175 МПа, или 1750 кгс на кв.см. (а после первичной деформации 200 МПа и выше), причем это должно быть не просто приложение усилия, а именно пластическая деформация хотя бы на 1% за каждый проход, с превышением упругой деформации. Для 5 кв.см. соответственно 10 тонн, и это оценка снизу. Может, кто-то с инженерным образованием предложит более подходящую модель.
В предложенной Вами конструкции винт должен быть как минимум 30 мм, гайка на нем длиной 2-3 диаметра, оси для роликов тоже по 25-30 мм, роликов хотя бы 3 шт (два будут тупо в овал деформировать трубу в пределах ее упругих свойств), и это все из закаленных сталей. И как все это поместить в канале 100 мм?
С клиньями или подкладками попроще, но все равно не то.
//откуда сотни?//
Если вернуться к реальным источникам, то в технологии Ухациуса использовался гидравлический пресс на 100 тонн, причем для раздачи с 80 до 87 мм требовалось 6 проходов. После чего ствол еще дополнительно прокатывался.
Это никоим образом не поверхностная нагартовка на доли мм, а по сути холодная ковка всей толщины металла, что и приводиь к ощутимому улучшению свойств.
https://books.google.ru/books?id=0Z4FAAAAQAAJ&pg=PA330&lpg=PA330&dq=uchatius+press+for+bronze+gun&source=bl&ots=RagVdFPQw3&sig=ACfU3U0u8ogXjgS2geV_N3KyIQZvMOgpWQ&hl=ru&sa=X&ved=2ahUKEwiKg8XCxI7vAhXjkosKHWAdDi0Q6AEwCnoECAUQAQ#v=onepage&q=uchatius%20press%20for%20bronze%20gun&f=true
Э… детшнур по центру и гидроудар, с последующей «чистовой» сверловкой? 🙂
// Это никоим образом не поверхностная нагартовка на доли мм, а по сути холодная ковка всей толщины металла
Понятно, я то думал что нагартовка.
// Если вернуться к реальным источникам, то в технологии Ухациуса использовался гидравлический пресс на 100 тонн, причем для раздачи с 80 до 87 мм требовалось 6 проходов.
Ну уже сотня тонн. Делать с шагом в треть миллиметра уже убавим до тридцати. Что нибудь вроде балансира паровой с десятком тонн груза на одном плече.
И еще вариант с пайкой взрывом, сборкой трезвым, как дан предлагает.
//Делать с шагом в треть миллиметра//
Здесь нужно понять, хватит ли трети миллиметра для превышения упругой деформации и начала пластической. Если да — ок, если нет — после первого прохода канал вернется к начальному диаметру, как это собственно происходит после каждого штатного выстрела в пределах ресурса.
//с десятком тонн груза//
А почему тогда не просто гидравлический пресс? 10 тонный на столе помещается, 25 тонный напольный.
Или качать жидкость прямо в ствол, закрытый заглушкой
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Autofrettage
В общем, такая система: просверленная цилиндрическая заготовка закрывается пробками-заглушками и наполняется водой, а лучше маслом. В одной заглушке тщательно обработанное отверстие площадью 2-3 кв. см.(это самый сложный элемент) с притертым плунжером из закаленной стали. На плунжер давит пресс винтовой или рычажный в несколько тонн, в итоге внутри давление 200-400 МПа, воздействие постепенное и легко контролируемое по перемещению плунжера. Кроме автофреттирования заодно происходит гидравлическое испытание ствола на прочность и отсутствие пор. Затем протачивается наружняя поверхность в середине ствола и дульной части, где не нужны такие толстые стенки, и канал проходится начисто разверткой и нарезается.
грубо 12 фунтовка — 120 мм, 2500 мм длинны, треть мм увеличения диаметра это 300 см3. Те надо делать дырку в метр длинной или риск что
// хватит ли трети миллиметра для превышения упругой деформации и начала пластической
станет еще больше.
А главное
// закрывается пробками-заглушками
как пробку закрепить если на ней усилие в сотни тонн?
Ну и в отличии от механического способа тут слабая часть трубы будет расширяться быстрее сильной — пойдут деформации. Понятно что если есть запас то можно обточить, но увеличение запаса увеличивает потребное давление.
Решения есть. Например, сделать плунжер большей площади и на него давить вторым гидравлическим прессом.
Или поставить простейший шариковый клапан. Для вашей 120 мм пушки, с увеличением диаметра до 127 мм, нужно накачать 6 литров масла. Плунжер 5 кв.см. с ходом 30 см (10 тонн усилия для 200 МПа, хотя эта цифра от балды, это пиковое давление в современной пушке) за раз качает 150 мл, значит, хватит примерно 40 качков.
Крепление заглушек — тоже решаемая задача.
//слабая часть трубы будет расширяться быстрее//
Я специально указал, что заготовка цилиндрическая, диаметр казенной части остается, середина и дуло протачиваются.
Ничего не мешает скомбинировать механику с гидравликой. Одна заглушка с плунжером, подвижный конусный поршень.
И, наконец, самый попаданческий вариант. Ствол закрывается соответствующими заглушками, заполняется водой, и охлаждается до -20. Вода при замерзании расширяется примерно на 110% (как раз то, что нужно), давление при этом легко достигает 200 МПа, это самый простой способ получения высоких давлений.
Только все же бронза неподходящий материал. Пушки Ухациуса — обычно 87 мм, и не самые сильные заряды. Не уверен, что заданные вами параметры (120 мм и 2.5 м) доя бронзы в принципе возможны.
Высокопрочный чугун явно лучший кандидат, вот для него и метод Родмана подойдет (для крупных калибров), и предел прочности в 2-3 раза выше.
Лёд выглядит интересно, но направление кристаллизации даст кучу ньюансов… Наморозить пробки с концов и затем охлаждать центр?… Поместить в центр или ещё куда мешочек с солью, управляемости для?
Как такового льда там может и не быть, если охладить не ниже -20. Там трчка между фазами на диаграмме при -22 и 220 МПа.
А даже если и лед будет, у него предел текучести явно ниже, чем у металла, и давление все равно равномерно распределится.
Главный воспос в том, как меняются свойства бронзы при -20.
Ну, с текучестью металла сравнивать не надо — трубка на стержне это не 2 куска в равных условиях…
И лёд там по любому нужен для заглушек, иначе выпрет всё с торцов. Даже с ледяными пробками вероятно выпрет, но там можно поиграться…
Насчёт -20 для бронзы — сомневаюсь, что это что-то принципиально изменит, да и были бы проблемы с зимней стрельбой, если бы… Учесть возможность надо, но на «главный вопрос» не тянет ).
Ещё один вариант из той же схемы — деревянный или ещё какой стержень и размачивание. Скалы таким успешно ломали. Ещё вариант — СаО.
У льда механические свойства на 1-2 порядка ниже при той же температуре, так что все заполнит равномерно. Пробки ледяные — гарантированно не выдержат.
Главный вопрос потому, что нужно прикинуть напряжения осевые и по дуге для наружних и внутренних слоев в трубе. Может, там 200 МПа на пределе, а может, с большим запасом.
Размачивание деревяшки таких давлений создать не может.
Вместо льда еще висмут прокатит, но около 300 градусов температура плавления и всего 3% расширение.
// нужно прикинуть напряжения осевые и по дуге для наружних и внутренних слоев в трубе
Труба 2 см толщиной, 2 метра длиной, 100 мм внутренний диаметр, 2000 атм.
Получаем осевую силу 80 см2 * 2000 кгс = 160 тонн / 60 см2 = 260 МПа
Разрыв кольца по Барлоу = 10 см2 * 2000 кгс = 20 тонн / 4 см2 = 500 МПа
Осевые вроде нормально. А это
// и по дуге для наружних и внутренних слоев
я не совсем понял. Имеете в виду что внешние слои «прокует» слабее?
// Размачивание деревяшки таких давлений создать не может.
Там я так понимаю осмос работает, те максимум десятки атмосфер?
Напряжения в трубе под давлением имеют радиальную сжимающую и тангенциальную растягивающую составляюшие, а также осевую растягивающую. Во внутренних слоях радиальное и тангенциальное напряжения выше, и при толщине стенки примерно равной внутреннему диаметру постепенно сходят на нет. Поэтому степень пластической деформации внутренних слоев больше, чем в наружних, за счет чего и возникает эффект самоскрепления трубы.
Что такое метод кольца Барлоу?
Я слышал о методе Барлоу для рассчета предельного давления для сосудов, и его как раз можно приблизительно использовать для ствола: пусть бронза имеет исходный предел текучести 175 МПа, допустим, после обработки прочность вырастет до 250 МПа (в среднем по стенке), тогда получаем исходное предельное давление (которое выдержала бы просто литая пушка и которое нужна для начала деформации заготовки), и конечное (которое нужно достичь в конце автофреттирования ствола и при котором дальше можно ствол эксплуатировать)
80 мм, стенка 50 мм — 97/138 МПа
80 мм, стенка 80 мм — 116/167 МПа
120 ми, стенка 120 мм — 116/166 МПа
120 ми, стенка 200 мм — 135/192 МПа
Поэтому расширения замерзающей водой должно хватить.
// Что такое метод кольца Барлоу?
Разрыв кольца по формуле Барлоу.
// о методе Барлоу для рассчета предельного давления для сосудов
оно похоже и есть
> // Размачивание деревяшки таких давлений создать не может.
> Там я так понимаю осмос работает, те максимум десятки атмосфер?
Там работает гидратация сахарных полимеров, но во что это выливается механически, «в атмосферах» — затруднюсь сказать. Но скалы, повторюсь, рвёт успешно :).
Можно заменить/дополнить СаО (гашение извести), там энергии побольше, и усилие, предположительно, тоже. Железобетон им и щаз ломают.
Основная же проблема нелокализованного «распирания» чем-то текучим — оно не будет равномерным, где начнётся деформация — туда в основном всё и выпрет.
Ну и проблема пробок по прежнему не решена. Ледяные IMXO отчасти помогут, но им надо во что-то упираться.
Достаточно вставить пробки из металла и закрепить их поперечным штифтом, желательно стальным, диаметром чуть меньше калибра. Для заготовки ствола 80-120 мм по прикидочным рассчетам запас прочности 1.5-2 раза.
А лед при высоких давлениях течет. Не могу не процитировать отрывок из замечательной книжки, биографии Роберта Вуда
//Под этим невероятным давлением вокруг цилиндра выдавились тонкие, как
бумага, листки льда и несколько тонких, как иглы, льдинок выскочили прямо
сквозь чугунную болванку. Лед пробил себе дорогу через дефекты отливки. Но
это не ослабило давления, постоянная величина которого контролировалась
манометром пресса.
Вынув болванку из-под пресса и разогрев ее настолько, что ледяной
цилиндр начал таять, можно было удалить стальной поршень и вытрясти
замерзший ледяной цилиндр. Пуля была обнаружена в центре, в том самом месте,
куда ее положили, ясно этим показывая, что ни одной секунды лед в цилиндре
не существовал в виде «воды, образовавшейся под действием давления».//
В книжке Устройство и проектировпние стрелкового оружия есть (автор ВМ Кириллов, пенза 1963) формула для рассчета эффекта автофреттирования (стр 280).
По ней для ствола калибром 80 мм и толщиной стенки 80 мм из бронзы с пределом текучести 180 МПа получается максимальное допустимое давление до автофретирования 92 МПа, а после автофретирования, с пластической деформацией на половину толщины стенки получается 20 МПа (если не ошибся с рассчетами). То есть 22 МПа, создаваемых льдом, должно хватить, и допустимое давление при выстреле вырастет при этом в 2 раза.
Опечатка, 200 и 220 МПа, а не 20 и 22
Вспомнился метод передвижения стен, придуманный во Франции в наполеоновские времена. Перельман упоминал его в книге Физика на каждом шагу
// Молар пропустил через стены два ряда болтов, а снаружи прижал к ним якоря посредством прочных гаек. Когда это было исполнено, то на очагах под нижним рядом болтов был разведен огонь; болты нагрелись и удлинились. В этом положении болты выступили из стен наружу более, чем прежде, а следовательно, гайки могли быть снова навинчены вплотную. Это довинчивание гаек и составило работу первого утра.
Пусть у нас 6и метровый стержень. Половина внутри пушки, греем 3 метра снаружи до 300-400 градусов.
Тогда он удлинится на 350 * 15*10-6 полтора сантиметра. Тогда сантиметровый стержень выдаст 5 тонн в начале движения, 2.5 через 7 мм.
Для ста тонн нужен 6-7 см стержень, что уже ненамного меньше ствола (
Почему 5 тонн на см2? Это для термообработанной среднеуглеродистой стали, для кричного железа предел текучести 1.5-2 тонны на см2 (и сильно меньше при 400 градусах). То есть 6 см стержень выдаст 60 тонн от силы.
Далее, нужно нарезать 3 метра прямоугольной резьбы, хорошего качества, и гайку в 2-3 диаметра — иначе сорвет.
Если даже по 15 мм за цикл, то на весь ствол — 200 циклов. На 6 прогонов — 1200 циклов нагрев/охлаждение. По 20 минут на цикл (а скорей нужно больше) — потребуется полмесяца на один ствол.
// 3 метра прямоугольной резьбы, хорошего качества
Два набора отверстий с переменным шагом на креплении и стержне. Прямо вчера собирал кровать, там у стержней с переменной длинной такое устройство.
// Если даже по 15 мм за цикл, то на весь ствол — 200 циклов.
Да, вот количество циклов делают такое решение малопригодным, разве что для применения где достаточно короткого хода.
Если в стержне наделать отверстий, то он начнет деформироваться при еще меньшем усилии.
Конструкций можно много придумать, но обеспечить жесткую фиксацию, при этом с возможностью быстрого нагревания стержня и минимальными люфтами и упругими деформациями, которые эти 15 мм могут сожрать, крайне проблематично.
А самое главное, имея возможность изготовления пуансонов-протяжек (из хорошей стали с требуемой трчностью), можно уже и настоящие скрепленые стволы, с посаженным на горячую кожухом, производить — даже из бронзы.
Проще всего наверное все-таки ударным методом — груз падает и немного протягивает пуансон.
5000 атм, 50 мм калибр, расширяем на мм — итого 5000 кг на 15 см на тысячную метра = порядка сотни джоулей. В общем должно хватить довольно скромного груза в десятки кило.
*порядка тысячи Дж — не суть
А если боковые стенки пуансонов имеют форму шестигранного сверла то сразу и полигональную нарезку сделаем.
Вряд ли. Для начала добавьте в прикидку (приведенный расчет я честно говоря не понял) массу этой прошивки и ее момент инерции, а также трение между прошивкой и трубой. Затем упругую деформацию стержня диаметром 50 мм и метра полтора длиной — в лучшем случае аксиальную, но при таком соотношении длины к диаметру и дугой будет гнуться.
Прошивка без вариантов должна быть из высококачественной термообработанной стали, точность обработки рабочей части — навскидку не хуже 50 мкм. Не одна прошивка, а целый набор, и непонятно, насколько быстро износится. Что в такой ситуации мешает собственно из стали сами пушки делать?
> приведенный расчет я честно говоря не понял
5000 атм — давление деформации (на деле вдвое меньше, см цифры выше). Пуансон сдвигается на сантиметр и расширяет ствол на мм — итого для 50 мм ствола (для начала) получаем усилие 75 тонн при перемещении в 1 мм == 75 кг на 1 метр == 750 Дж — примерная энергия расходуемая на деформацию. С учетом реального давления — 400 Дж.
> при таком соотношении длины к диаметру и дугой будет гнуться.
Груз снизу.
> трение между прошивкой и трубой
70 тонн распирающего, со смазкой будет трение порядка десятой, 7 тонн трения, сдвиг на см — 700 Дж. В общем энергия того же порядка
> деформацию стержня диаметром 50 мм и метра полтора длиной — в лучшем случае аксиальную
Модуль Юнга 10,000 кг/мм2
Сечение 1500 мм2, длина 2000 мм. Итого стержень удлинится примерно на мм — на порядок меньше расстояния пройденного пуансоном.
> Прошивка без вариантов должна быть из высококачественной термообработанной стали, точность обработки рабочей части — навскидку не хуже 50 мкм
> Что в такой ситуации мешает собственно из стали сами пушки делать?
В реальности то было проще делать бронзовые пушки таким методом.
Пуансон конечно из закаленной стали — кольцо в сантиметр толщиной.
Точность обработки — мягко говоря сомневаюсь. Отполировать, смазать маслом и готово. Мелкие выступы быстро стешет.
—
И обычная бронзовая гладкостволка превращается в нарезное орудие с приемлемым ресурсом (за отсутствием у противника нарезных пушех и метода доттера можно и начальную скорость сбросить для ресурса).
>>Сечение 1500 мм2, длина 2000 мм. Итого стержень удлинится примерно на мм — на порядок меньше расстояния пройденного пуансоном.>>
Стрежень 2 метра маловат, ствол получится лишь метровый. Надо 3-4 метра, и еще добавить деформацию самой пушки — в итоге около 3 мм — съест треть хода. Массу стержня тоже стоит учесть, порядка нескольких десятков кг, на его разгон половина импульса падающего груза уйдет. Энергия в сотни джоулей должна передаться от груза к стержню, соответственно ударная поверхность груз-стержень тоже должна ведерживать такие нагрузки без разрушения или деформации.
>>Пуансон конечно из закаленной стали — кольцо в сантиметр толщиной.>>
Деформироваться будет то что под кольцом. У материала самого стержня предел текучести должен быть не менее 500 МПа (для приаеденного сечения 15 см2 и 75 тонн силы), это тоже должна быть закаленная сталь, у отожженной или нормализованной лишь 250-300 МПа. И сколько циклов переживет — в условиях ударных нагрузок лучше исходить из ударной вязкости, но это сложнее прикинуть.
>>И обычная бронзовая гладкостволка превращается в нарезное орудие с приемлемым ресурсом>>
Готовую пушку наполеоновских времен переделать не получится — нужно лить из бронзы другого состава, раскисленной фосфором (хотя подойдут и другие деформируемые медные сплавы — алюминиевая бронза, дельта-металл и т.д.) и в охлаждаемый кокиль. Только так достигается мелкозернистая структура отливки (эти пушки еще называли chilled bronze), иначе от обработки прошивкой мало толку будет.
>>В реальности то было проще делать бронзовые пушки таким методом.>>
В реальности делали лишь в одной Австро-Венгрии (в америке пытались, без особого успеха), недолго и лишь небольших калибров, до 100 мм. Использовали только потому, что сталь не умели нормально лить, в первую очередь — раскислять. Впрочем, быстро научились. Обработку пуансоном, кстати, и к стали пробовали применять, в итоге пришли к гидравлике — ее уже обсуждали.
Технология упрочнения бронзовых стволов очевидно весьма попаданческая, но имхо не в том варианте, который вы предлагаете.
Для того, чтобы герметично закрыть трубу при автофретировании, можно использовать уплотнение по типу обтюратора де Банжа
https://www.popadancev.net/kaznozaryadnoe-oruzhie-ne-dlya-nas/#comment-167513
Поскольку площадь грибка, на который оказывает давление жидкость, значительно больше площади, с которой грибок давит на прокладку, в пластичном материале прокладки возникает давление большее, чем в самой жидкости. Поэтому жидкость не может проникнуть между прокладкой и стенкой. Материал прокладки должен быть достаточно пластичным, но при этом обладать высокой вязкостью, чтобы саму прокладку не выдавливало наружу. Кроме пропитанного салом асбеста подойдет резина или другой подобный материал.
По похожему принципу устроено уплотнение Бриджмена, которое он использовал для исследований в области физики сверхвысоких давлений в начале XX в. Пытаясь сжать жидкости (например, воду), до давлений в тысячи атмосфер, он столкнулся с проблемой уплотнения поршня. При таких давлениях любые уплотнения текли, или же блокировали движение поршня. Перси Бриджмен использовал составной поршень с подвижным грибком, с несколькими прокладками из материалов с различной жесткостью. Например, первая прокладка делалась из резины, вторая — из меди или мягкой стали, а третья — из твердой стали.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Bridgman_seal
Такое уплотнение позволяло создавать давления до 40 ГПа, и по результатам своих исследований (например, обнаружение новых фаз льда) Бриджмен получил Нобелевскую премию.
//Значит быстрее охлаждать надо. Потоньше стенки и обдув.//
Охлаждать и стержень, и форму снаружи? Тогда все дефекты останутся в глубине стенки.
Бронза БрО10 и чугун (серый) имеют кардинально отличающиеся свойства. Предел прочности у них одинаковый, 200-250 МПа, но чугун лопнет при деформации менее 1%, а бронза — 5, а то и 10%. Соответственно, в бронзовой пушке наружняя поверхность играет не меньщую роль, чем внутренняя. Поэтому надо лить цельнотелую болванку в чугунеый кокиль, получая мелкозернистый металл, а центр с дефектами высверливать. И не забыть бронзу фосфором раскислить.
Если все же хочется предварительно напряженный ствол, просверленную и обточенную трубу можно облить металлом снаружи.
Вот собстенно про австрийские бронзовые пушки Ухациуса
https://www.google.com/url?q=https://www.nature.com/articles/016057a0.pdf%3Forigin%3Dppub&sa=U&ved=2ahUKEwi70-73i4jvAhXJBxAIHSA2BpkQFjADegQIAxAB&usg=AOvVaw2CXMtZeD6rHjOcK8v6xG9G
// но чугун лопнет при деформации менее 1%, а бронза — 5, а то и 10%. Соответственно, в бронзовой пушке наружняя поверхность играет не меньщую роль, чем внутренняя.
Китайцы делали пушки с сердцевиной из чугуна и оболочкой из бронзы. https://george-rooke.livejournal.com/974032.html
// Если все же хочется предварительно напряженный ствол, просверленную и обточенную трубу можно облить металлом снаружи.
Мож так и сделать толстую луковицу ствола )
//Рядом находится еще одно опытное орудие конструкции А. К. Нартова — 3-фунт. бронзовая пушка, отлитая в 1744 г. мастером Санкт-Петербургского арсенала Семеном Копьевым. Ствол отлит на медную трубу — «готовый калибр», в дульной части расширяется, образуя гранатный котел для стрельбы 8-фунт. гранатой. В этом орудии А. К. Нартов впервые осуществил свою идею «из пушек вне калибра разными бомбами и ядрами стрелять». Отливка же на «готовый калибр» должна была избавить ствол от раковин — углублений, образовавшихся при отливке стволов в результате попадания в форму воздушных пузырей. Однако из-за сложности изготовления новый способ отливки стволов не получил распространения.//
Недавно был в этом музее, разрезанный ствол есть в экспозиции
Так что про китайские пушки из чугуна/бронзы думаете? Я вот тоже не очень понимаю. Может бронза/медь просто предохраняла от разлета осколков?
Не могу сказать ничего определенного. Китайцы вообще часто использовали комбинированное литье, с разной степенью успеха. Есть и бронзовые мечи из высоко/низкооловянистой бронзы, пушки с железным стволом, облитым чугуном и т.д.
Вставлю свое афигенно важное мнение.
По моему попаданцу стоит сконцентрироваться на оружии пехоты и не пытается изобретать ничего тяжелее миномета. Там и цена прототипа меньше и рынок сбыта больше и эффект на тактике значительный. И главное больше свободы действий.
Артиллерия совершала качественный переход только в конце 19того начале 20того века с появлением скорострельных орудий и шрапнлели. А для этого нужна и литая сталь и бездымный порох и такое оборудование что ой. А до этого все что могла сухопутная артиллерия это либо стрелять по укреплениям которые никуда не сбегут либо по линиям пехоты. Которые тоже никуда не сбегут потому что генерал запретил. Встреча артиллерийской батареи 19ого века с пехотой действующей по современной тактике кочинит плачевно для батареи. Понятно что за пределами сферичнкого вакуума к ней не подойдут но и орудия ничего не сделают редкой цепи, эшилонированной в глубь.
Тут правда встаёт вопрос что надо сделать чтобы такая цепь была эффективна а не просто эффективно сбегала от линий. Так то идея распыного строя нифига не нова просто до ПМВ плотность огня в таком построении была недостаточна. Но мы все знаем что изобрели накануне ПМВ. И тут уже вопрос: что будет стоить дешевле: бронзовая пушка со всеми ее лафетами, зарядными ящиками шестеркой лошадей и расчетом в пестрой униформе или пулемет. Особенно если это не переусложненный Максим а что то чей дизайн основан на веке опыта в разработке оружия.
Тактика ПМВ изменила войны по причине —
1) Изобретен пулемет. Наступать стройными рядами нет смысла.
2) Изобретена тушенка. Солдат можно кормить в любом месте в любое время и создавать для них запасы еды.
3)Фортификации стали таковы, что потребовался ТАНК
Я не люблю посылать людей к другим источникам но советую ознакомится с https://m.youtube.com/channel/UCwnYk13mDUjkGEM2phJBnow/videos
Там и про пулеметы (которые в начальный период войны решающего эффекта не оказывали. В отличии от шрапнели) и про снабжение и про танки первое видео вышло.
Роль артиллерии в этом конфликте сложно переоценить потому что она являлась главным огневым средством. Но у попаданца нет ни единого шанса приблизится к тем объемам выпуска орудий снарядов что были достигнуты сто лет назад. А несколько десятков «современных» пушек погоды не сделают. Они позволят выиграть несколько первых сражений против армии линейного строя или около того но вскоре до генералов дойдет что нужно эшилонировать пехоту вглубь. Ну а траншеи использовались не то что в Гражданскую Войну в США а в 15 веке при осаде звездчетых крепостей.
Это на что ссылка!?!?! Если по заголовкам если судить, то фэйк на фэйке….
Нормальные заголовки.
Это канал про тактику и эволюцию этой тактики. Вроде как он начал с Гражданской Войны в США и пошел дальше через Франко-Прусскую прямиком в окопы ПМВ. Не знаю учился ли автор в военной академии но объяснения логичные, без срывания покровов и не противоречат другим источникам. Плюс все дополненно примерами по видимому из каких то советских книг. Источники я не смотрел, но либо он втирает какую то полностью альтернативную историю развития тактики либо все таки не фейк.
А вот что фейк (вернее распространённое заблуждение) так это представление о том что в ПМВ тупые генералы гнали пехоту в сомкнутых строях на пулемёты без какой либо цели и так продолжалось до 1916того пока британцы не догадались обложить трактор броней и приклепать к нему спосноы и так выиграли ПМВ.
Предпочитаю исторические источники с перекрестными ссылками. Вылавливать правду из версий и собственных мыслей неохота. Хотя там может и многое првда.
З.Ы. Обсуждаются не мифы, а то, что до пулеметов рулила артиллерия!
Ну во первых там не столько про историю сколько про тактику и ее эволюцию. Хотите-читайте специфическую литературу. Но не думаю что там будет так понятно объясняется. Обычно она наполнена терминами и особым военным концеляритом для понимания которого нужно отучиться хотя бы пару лет в военной академии. А тут все просто, последовательно и понятно, даже для рядового состава.
> сконцентрироваться на оружии пехоты и не пытается изобретать ничего тяжелее миномета.
> то будет стоить дешевле: бронзовая пушка со всеми ее лафетами, зарядными ящиками шестеркой лошадей и расчетом в пестрой униформе или пулемет
Основной ньюанс — сколько будут стоить патроны для того пулемёта. Снаряды, в пересчёте на картечину — дешевле.
Соответственно, для пулемёта надо прогрессить не сам пулемёт, а патронные линии :).
Ну или сделать ДВС-пулемёт, я тут где-то такое извращение описывал. Пороха не надо, гильз не надо, капсюлей не надо… Тяжёлый, да — но телега увезёт :).
P.S. С миномётом та же фигня — дела не в миномёте, а в массовом производстве мин.
Мины для миномета? Легко! По наставлению для партизан из ружья делали миномет. Снаряд = бутылка.
Значит освоить гончарное дело и готово))
Это называется ружейная граната, с извращениями :).
А до миномёта много веков применялись мортирки. Которые от миномёта, собственно, нормальными минами и отличаются.
//и не пытается изобретать //
В том то и дело, что ничего изобретать и не нужно. Технология сверления литой болванки с середины XVIII до середины XIX вв. была основной. И ничего не мешало внедрить значительно раньше, притом что потребность к повышению мобильности артиллерии была.
Оружие пехоты — греческий огонь. Трофейный применялся и неграмотными крестоносцами после захвата Византии, но сами производить и напалм, и огнемёты cheirosiphōn не смогли.
оффтоп — безопасный топор для колки дров https://coub.com/view/2pnzf8
Сложно сказать, не держав в руках, но не выглядит более эффективным, чем нормальный колун.
Чурки лежат на грунте, и будут сильно пружинить. Надо часто нагибаться, и от этого устаешь сильней, чем от махания рукой. Железяка, которая бъет по колуну, двигается небольшое расстоянме по прямой. Колун на метровой ручке развивает значительно большую энергию.
С другой стороны, навык колки не нужен, и можно управится одной рукой.
Реклама это. Много суеты, не всегда раскалывает. При нормальной колке хватает один удар. Основные усилия — поставить чурбак вертикально!
Пробовал такое сделать — фигня. Главная проблема — при правильном замахе колун или кувалда накапливает больше энергии.Толстые сурки, которые сложно разрубить одним ударом, практичнее рубить вбивая клин кувалдой. В предложенном механизме главная проблема — маленький ход молота и невозможность использовать для удара все тело.
Елка с одного удара не колется. Разве что Чаком Норрисом.
Елку на дрова только от бедности))) Да и тут варианты — пилить чурбаки по 40 см, тогда колятся на раз и они)
Если на дровах только шашлыки на даче жарить, то можно и повыбирать.
А если дрова единственное доступное топливо, то нет.
Да и ничего плохого в елке, ну да, быстрее прогорает и в открытом огне стреляет угольками. Для печки норм.
Пилить короче — плохо, дрова лучше во всю длину топки.
Дело вкуса. Я ставил себе печки банные, можно запихать кругляк до 25 см диаметром и до 70 см длинной и будет гореть!
Ель на объем дает меньше энергии, чем береза. Просто по плотности.
Ф.Н. Загорский Очерки по истории металлорежущих станков до середины XIXв. 1960 г.
Крайне интересная книга, содержит множество информации по отечественному и зарубежному станкостроению. Разве что качество иллюстраций посредственное.
Подробно описан процесс обработки пушечных стволов, очень доставляет метод заделки небольших раковин высверливанием глухого отверстия, нарезанием резьбы и установкой нарезной пробки — все это изнутри ствола.
https://www.nehudlit.ru/books/detail8408.html
Да, тут уже такое упоминали https://www.popadancev.net/pulya-nejslera/comment-page-1/#comment-127166
Для больших калибров вроде работало плохо, но попаданцу, думаю, хватит за глаза.
// Заделка мелких раковин в стволе производилась запаиванием. Чтобы сохранить в тайне состав, Сенат приказал не заносить в книгу расхода даже потраченные на него суммы, а выдать Нартову необходимые средства
Интересно что за состав могут предложить наши химики?
// Крупные раковины заделывались механическим путем … сложным, хитроумным устройством
шуп 1 выявлял нахождение раковины, потом посылают в канал деревянный шест с приложенным воском для определения формы и размера
раковину рассверливают перловым сверлом, нарезают отверстие метчиком и завинчивают туда пробку, затем зачищают выступающую часть пробки
Нафиг такие извращения, даже если бандаж снаружи в этом месте присобачить.
Но если очень хочется, и потом продать врагу… гальванопластика, как вариант.
Это из какой книжки? В той, которую я выше приводил, никакой пайки нет, рассверливанием заделывали только мелкие раковины и только в дульной части или середине ствола, где давление поменьше. Пушки с крупными раковинами ломали на части и переплавляли.
Хотя запаиваивать очевидно можно, подобрать твердый припой, плавящийся при 650-700 градусов.
Загорский Ф.Н. Андрей Константинович Нартов стр 144
Там же пишут что если раковина окажется велика то пушку подвозят к копиру и надрезают в 4 местах, ломают и на переплавку. А если поменьше то заделывают. Ремонтировали пару сотен стволов в год.
Несколько интересных моментов, связанных с развитием технологии глубокого сверления пушек.
Ян Мариц (1680-1743) впервые начал сверлить пушки из цельной бронзовой отливки около 1714 года в своем родном городе Бургдорфе, а затем переехал в Женеву. С 1734 года Ян Мариц работал мастером-литейщиком в Лионе вместе со своим сыном, тоже Яном (1711-1790). Ян-младший переехал в Страссбург около 1740, где начал сверлить пушки из чугуна для французского флота, там же он построил горизонтальный сверлильный станок. В династии Марицов было еще несколько Янов, тоже занимавшихся производством оружия, из-за чего существует некоторая путаница.
В Голландии Ян Вербрюгген, служивший мастером-литейщиком в Гааге, сделал подобный сверлильный станок в 1758 году, с помощью Иоганна Якоба Зиглера, ранее обучавшегося во французских мастерских. В 1770 г. Вербрюгген с сыном Питером переехал в Англию, в Вулвич, где начал работать на английскую корону и внедрил технологию сверления цельных отливок в Британии. Вербрюгген был не только литейщиком, но еще и художником, и написал серию картин, на которых с большой побробностью изобразил все этапы производства пушек и мортир, включая отливку, сверление и обтачивание наружней поверхности. Картины можно посмотреть тут
https://janverbruggen.com/the-foundry-drawings-2/
А здесь
http://old.wrexham.gov.uk/English/heritage/bersham_ironworks/boring_cannon.htm
процесс литья и свердения пушек изображен в картинках.
Известный английский машиностроитель Вилкинсон в 1774 году запатентовал сверлильную машину для пушек, но поскольку его конструкция мало отличалась от уже известных, патент был отозван в 1779 году.
// Перед началом сверления необходимо проточить направляющее отверстие, максимально точно соответствующее диаметру сверла, и глубиной как минимум в один калибр.
Пилотное отверстие называется, это я как токарь говорю. Максимально точно нет необходимости, можно меньше на пару десяток, не больше 😉
Хорошо, когда и сверло, и заготовка вращаются навстречу друг другу. Тогда сам канал намного чище получается — развёрткой идёт одно удовольствие.
Да, 250 мм сверлом 9.2мм примерно за час сверлится. При условии что сверло извлекается и канал промывается. Свердло обычное, спиральное, без заточки стружколома.
ЗЫ прикольно, сама заготовка холодная, а дальняя от торца часть достаточно существенно разогревается.
При сверлении отверстий большого диаметра скорость резания в центре и на периферии сильно отличается, что весьма плохо сказывается на производительности процесса и стойкости резца. Кроме того, для превращения всей массы высверливаемого металла в стружку необходимо затратить огромное количество энергии, а утилизация стружки, особенно в случае ценных металлов типа медных сплавов сопряжена с большими трудностями. Очевидное решение этой проблемы — высверливать не весь объем, оставляя в центре цельный стержень.
Как указывается в ряде источников, первым такой метод кольцевого сверления применил замечательный русский механикус Андрей Нартов, однако широкое применение этот метод получил во второй половине XIX в., и сейчас известен как «trepanning».
Инструмент для кольцевого сверления — это труба с диаметром, немного меньше диаметра сверления. На торцевой части трубы располагаются сменные резцы, а на самой трубе — направляющие поверхности, обеспечивающие центровку инструмента. Большой диаметр трубы обеспечивает достаточную жесткость; также очень легко решается подача смазочно-охлаждающей жидкости и удаление стружек, которые уносятся потоком жидкости. В итоге методом кольцевого сверления можно выполнять отверстия очень большого диаметра за один проход и с минимальными трудозатратами.
//An improved boring tool recently introduced there by the superintendent, Colonel Maitland, R.A. (to whose courtesy we are indebted for the hitherto unpublished drawing and description of it here given), is especially interesting, both as a suggestive form of special tool, and as an instance of the economy which may be the result of a judicious departure from established practice, when occasion demands it.
Instead of uselessly expending power, and frittering away a very costly material by reducing to shavings the mass of metal which must be removed in the process of forming the inner portion of a gun by boring out a steel ingot, Colonel Maitland takes out a solid core by means of the Trepanning Bar, Fig. 225. The head or working end of this carries a series of cutters-six or more in number, according to the diameter of the head-arranged to act alternately on the inner and the outer halves of its annular cut, hard wood ‘burnishers’ giving the necessary guidance and steadiness. In the cross section in Fig. 225, the acting portion of each cutter is shown in black.
The removal of the shavings is effected with complete success by introducing a stream of soap and water, under pressure, through the pipe at the opposite end of the bar, which, as it can escape only by passing first through the longitudinal channels left for the purpose on the inside, and then through those on the outside of the head, keeps the working face constantly clear. With a tool of this kind, with an 11-inch head, solid steel has been bored at a rate of about 3 inches per hour to a depth of 25 feet, the diameter of the core being 9 inches. And these dimensions do not at all indicate the full capabilities of the system, which appears to be quite equal to meeting every demand which is likely to be made upon it.
Up to the present time (1883), the largest tool of this kind actually at work is a 14-inch bar with 10 cutters which bores at the rate of 24 inches per hour; but several others -up to 24-inch bars with 18 cutters-are being made, and still further extensions of the principle are in contemplation//
http://www.info.instrumentmr.ru/images/ris51.jpg
сверло для кольцевого сверления
https://books.google.co.id/books/content?id=HTgDAAAAQAAJ&hl=ru&pg=PA234&img=1&zoom=3&sig=ACfU3U1-lC2clPGeFUfdPKAQRWnqA5dpZw&w=1025
кольцевое сверление имеет смысл уже от 75-80 мм отверстий. Само кольцевое сверло, конечно, на порядок сложнее и требовательнее к материалам, чем обычное пушечное, но преимущества дает огромные
Ну, для попаданца напрашивается кольцевая электроэррозия, если о кольцевом говорить… И/или что-то, вырезающее относительно короткие блоки.
Классические кольцевые свёрла слишком к «общему уровню технологии» требовательны, как по мне.
электроэрозия? для сверления пушки? месье знает толк в извращениях, это абсолютно нежизнеспособная идея.
касательно уровня технологий для кольцевого сверления — века с XVII почти любые пушки можно было сверлить именно кольцевыми сверлами. если же говорить об относительно больших диаметрах сверления, то и сильно раньше, тут нужно рассматривать конкретные примеры.
Неочевидно. Электроэррозией можно полированные поверхности получать. Макро-дефекты избегаются, скажем, вращающимся электродом в среде высокого сопротивления. Заодно и раковины можно гальванопластикой затянуть.
тут вопрос не в качестве обработки, а банально в затратах энергии. попробуйте прикинуть, сколько кВтч электроэнергии уйдет на сверление одной пушки. тут уж как раз и нужен «общий уровень технологии», на порядки более высокий, чем для кольцевого сверла.
лоу-тек электроэрозионная обработка имеет смысл только для небольших задач, и для труднообрабатываемых материалов. например, фильеры для волочения проволоки делать.
Смотря куда попаданец будет прогрессорствовать… Если в хлораты электролизом, и какие-никакие генераторы соберёт — то на обработку электричества хватит без проблем. Другое дело — будет ли соответствующий электрод проще сверла… Зависит от в том числе и от доступных ресурсов, если присадок для инструментальных сталей нет — то вполне вероятно.
Вообще, интересна может быть модель, где нет ресурсов (топлива) для термической металлургии, но есть доступ ресурсы для электрохимической… И получение, и обработка…
Дуговая печь, конечно, даст доступ и в термическую — но к тому моменту… Ну и представимы условия, когда и дуговая печка запрещена.
если есть генераторы в десятки киловатт — то этот «общий уровень технологии» уже на порядок выше, чем нужен для кольцевого сверления.
а не просто электроискровая обработка, а достаточно эффективная — это уже силовая электроника. без нее толку от EDM немного.
//если присадок для инструментальных сталей нет — то вполне вероятно.//
единственная незаменимая легирующая добавка для инструментальных сталей — это углерод. без всего остального можно обойтись, и, собственно, до начала XX в вполне обходились.
//нет ресурсов (топлива) для термической металлургии, но есть доступ ресурсы для электрохимической//
крайне маловероятная ситуация. и уж с дешевым электричеством термическую металлургию очень легко организовать — не только дуговые печи, но и электрошлаковый переплав, и т.д.
//Ну и представимы условия, когда и дуговая печка запрещена//
разве что магией
электроэррозионная — это не только электроискровая но и электрохимическая, и десятки киловатт — вовсе не необходимость… впрочем и для искровой — тоже
>>//Ну и представимы условия, когда и дуговая печка запрещена//
>разве что магией
технологией с тем же успехом — хоть с орбиты, хоть дронами, по радиосигналу «запрещённой технологии», например…
или ограничение на доступные токи… тоже можно придумать обоснуй
>>электроэррозионная — это не только электроискровая но и электрохимическая, и десятки киловатт — вовсе не необходимость… впрочем и для искровой — тоже>>
у термина электроэрозионная обработка есть вполне четкое значение, электрохимичнская обработка к ней ну никак не относится.
ЭХО — несколько поадекватней выглядит, но в любом случае затраты энергии на порядок, если не два выше, чем при сверлении. а при искровой — и на все три порядка. причем энергии дорогой, электрической, а не дешевой механической.
>>технологией с тем же успехом — хоть с орбиты, хоть дронами, по радиосигналу «запрещённой технологии», например… >>
не понял ни слова. что то про сову и глобус?
>>технологией с тем же успехом — хоть с орбиты, хоть дронами, по радиосигналу «запрещённой технологии», например… >>
> не понял ни слова. что то про сову и глобус?
Один из классических сеттингов — попаданец на планету, где хайтек запрещён какими-нить предтечами. Механизмы запрета — на усмотрение…
ну электричество это в любом случае больший хайтек, чем простое механическое сверление, не?
или вы хотите сказать, что дуговая печь — больший хайтек, чем электроэрозионная или электрохимическая обработка? тоже ровно наоборот.
и в любом случае, чтобы что то сверлить даже электрическими методами, надо это что то сначала выплавить и отлить, и иногда проковать.
Это обоснуй, почему «может быть нельзя» нельзя в дуговую печь, при развитии без топлива (в электрику). Дуга даст демаскирующее радио для наведения, в отличие от гальваники. Механика, ессно, разрешена в таком сеттинге полностью. К «электросверлению» не привязано.
дак сам генератор будет излучать побольше, чем дуга. электроэрозия — тем более.
а ЭШП, кстати, особо ничего не излучает, там нагрев почти чисто оммический.
ну даже если электролизом, то что сверлить то??? откуда болванка возьмется?
или, может, предложите пушку гальванопластикой делать? тогда уж лучше деревянную.
и как все это соотносится с вашим изначальным тезисом https://www.popadancev.net/pushechnoe-sverlo/comment-page-1/#comment-167691, вообще не понимаю
кстати, тысячи кВтч, которые ушли бы на электроэрозионную обоаботку, разумней было бы потратить на литье пушек электрошлаковым методом. ЭШЛ хорошо работает и на медных сплавах, и на стали. В случае стали заодно происходит ее рафинирование, и, за счет направленной кристаллизации, скорей всего свойства просто отлитой пушки будут сопостовимы с отлитой и откованной. По крайней мере будет на уровне стальных пушек XIX в.
При ЭШЛ можно и упрочнение по методу пушек Родмана организовать.
ЭШЛ — отдельная хорошая тема, в частности тем, что относительно легко масштабируется «вниз». но затраты всё же порядково другие.
затраты при ЭШЛ почти готовой пушки должны быть практически такие же, если не меньше, чем для электроискрового сверления — притом, что в последнем случае все равно нужно заготовку отлить, и, в случае стали, проковать, что может быть еще более сложной задачей.
хотя и с чисто механической точки — поддерживать определенное расстояние между электродом и обрабатываемой деталью, при двухметровом вращающимся электроде — намного сложнее сверла, которое само себя направляет
К вопросу об ЭШП литье для пушек — https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1179/030716979803276318
Электрошлаковая сталь может использоваться без ковки, просто в состоянии отливки. Для начала — середины XIX в это дало бы возможность производить стальные пушки без огромных затрат на плавку тысяч тиглей, многотонных ковочных молотов и прессов. Нужна только достаточно дешевая электроэнегрия, например, от гидроэлектростанций. На одну тонну отливки — 1000-1500 кВтч
Литье в песчаные формы
Первые бронзовые, а затем и чугунные пушки отливали практически по той же технологии, что и колокола, и различные крупные сосуды, с использованием так называемой медленной формовки в глину.
Например, для отливки пушки на деревянную палку наматывали старые верёвки или соломенные жгуты, придавая примерые очертания, а затем наносили тонкими слоями глиняную смесь, контролируя с помощью шаблонов точную форму будущей пушки. После высыхания прикрепляли цапфы (из дерева или глины) и мелкие детали (гербы, пояски и т.д.) из воска или сала, и всю пушку покрывали разделительным слоем сала и масла. После этого наносили опять тонкими слоями внешнюю глиняную оболочку, обычно с добавлением конского навоза, шерсти или соломы для прочности и пористости. Получившийся толстый кожух, с толщиной стенок 20-30 см, дополнительно укрепляли железными полосами и просушивали над огнём.
Затем деревянный стержень и соломенные жгуты вытягивали, и остатки хрупкой глины аккуратно разбивали и удаляли, и выжигали остатки сала, окончательно прокаливая форму.
Готовую форму помещали в литейную яму казенной частью вниз, засыпали песком или землёй и устанавливали стержень из железного прута, покрытого глиной. Для того, чтобы стержень стоял ровно, использовались тонкие железные или медные подставки.
После заливки металла и охлаждения форму разбивали, остатки стержня выколачивали, и верхнюю прибыльную часть с усадочной раковиной отпиливали.
Конечно, технология медленной формовки, пришедшая по сути из бронзового века, была очень простой, но крайне долгой и требовательной к мастерству работников. Формы часто трескались из-за усадки глины или слишком быстрого нагрева, вынуждая начинать процесс заново. А даже при наличии шаблонов выдержать точные размеры было крайне сложно.
После каждой отливки — неудачных в том числе — оставалась целая гора глиняного мусора.
В начале XVIII в произвошло значительное усовершенствование — начали отливать изделия в песчаные формы. Вообще то, формы из песка делали очень давно, с того же бронзового века, но только для очень простых открытых отливок. В 1707 же году Абрахам Дарби начал отливать разнообразную чугунную утварь, в том числе и тонкостенные котлы, и использованием многоразовых моделей и опок, и слегка влажной смеси песка с небольшим количеством глины (такой песок при сдавливании в кулаке должен слипаться в твёрдый ком). Сразу после отливки удаляли спекшуюся формовочную смесь, а остатки увлажняли и снова пускали в дело. За счёт пористости песчаные формы давали весьма хорошие отливки, и самое главное, весь процесс стал очень быстрым и дешёвым. Такой метод литья называется литьём в ПГС или green sand casting, и широко применяется даже в наши дни, для простых массовых деталей и предметов (водопроводных труб, фитингов, сковородок и т.д.)
В середине XVIII века процесс песчаной формовки применили и для литья пушек, особенно для отливаемых целиком по методу Марица. Для этого форму-опоку собирали из нескольких секций, и использовали деревянную или медную модель, тщательно обточенную на токарном станке.
Поместив модель в форму, плотно упрессовывали слегка увлажненный формовочный песок, отделяя секции друг от друга порошком угля, чтобы слои песка не слипались.
После этого секции разделяли, модель вынимали и песок тщательно просушивали в печах, так как при литье таких крупных вещей во влажный песок риск брака сильно выше. Собрав секции формы обратно, заливали металл. При этом весь цикл подготовки формы по сравнению с глиняными формами ускорялся во много раз, а отливки получались практически одинаковыми.
Сейчас существует множество разных технологий литья в песок. Для сложных и ответственных отливок используют специальные связующие — жидкое стекло, этилсиликат, синтетические смолы и т.д. Тем не менее, литье в ПГС стоило бы внедрить намного раньше, чем это произвошло в реальном мире.
Пушки Родмана
В середине XIX в увеличение защищённости кораблей потребовало кардинального увеличения мощности корабельной и береговой артиллерии, что в случае гладкоствольных пушек с круглыми ядрами и зарядами дымного пороха могло быть обеспечено по сути только ростом калибра. Однако для чугунных пушек уже к этому времени уткнулись в предел при калибре в 60-80 фунтов (около 200 мм), так как даже сильное увеличение толщины стенок казённой части мало повышало прочность (обычно толщина более 1.5 калибра бесполезна, так как внешние слои при этом почти не работают против напряжений при выстреле). Кроме того, при отливке цельной пушки такого размера внутренние слои металла застывали сильно медленней, что давало растягивающие тангенциальные напряжения и микротрещины в канале ствола даже после высверливания сердцевины с усадочными раковинами.
Томас Родман в 40-х годах предложил вернуться к отливке пустотелых пушек со стержнем, но с изменённым направлением кристаллизации металла. Он использовал стержень из двух концентрических труб, в которых циркулировала вода; снаружи стержень покрывался песчано-глиняной обмазкой. Сама же литейная форма при этом окружадась жаровнями, подогревающими стенки и замедляющими остывание.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/RodmanCasting.jpg
В итоге картина напряжений в отливке менялась кардинальным образом — первыми застывали слои металла около стержня; новые слои металла при охлаждении сжимались и сдавливали внутренние слои, давая эффект, в чем то схожий с появившимися в это же время скрепленными пушками Армстронга. При этом даже с учётом подачи воды охлаждение 20 дюймового орудая растягивались на 5-6 суток.
Приятный бонус отливки со стержнем, как и в прежние времена, составлял в более простой механической обработке. Кроме того, Родман отошёл от всяких украшений и поясков, делая тело пушки гладким и свободным от концентраторов напряжений.
По технологии Родмана отливали пушки от 10 дюймов калибром, и до 15 и даже 20 дюймов (такие пушки называли колумбиадами, как и всё гладкоствольные американские пушки, в память об орудиях Джорджа Бомфорда в войне 1812 г). В последнем случае масса ядра составляла почти полтонны, а заряд пороха доходил до 90 кг (помимо всего прочего Родман достаточно активно работал над усовершенствованием пороха, и первым начал его сильно прессовать в крупные и при этом медленно сгорающие зерна — сначала «мамонтовый» порох в виденескольких больших цилиндров, а затем и знаменитый призматический с семью каналами). Один удачный выстрел такой суперпушки мог потопить корабль, даже защищенный простой броней.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/98/Fort_Clinch_State_Park%2C_Florida%2C_US_%2877%29.jpg
Конечно, пушки Родмана, как и вся чугунная артиллерия, уже морально устарели ко второй половине XIX в., почти всем было очевидно, что будущее за нарезной артиллерией, и в это время уже начали появляться пушки из тигельной стали. Тем не менее, сама идея того, что растяжение внешних слоев трубы может поддерживать внутренние в состоянии сжатия, и тем самым значительно увеличивать сопротивление давлению, легла позже в основу пушек из «стальной бронзы» Ухациуса, а в XX в — в автоскрепленные (автофреттированные) стволы и не только стволы.
Если взглянуть на технологию Родмана с точки зрения тематики настоящего сайта, то кажется логичным применить его к самым ранним пушкам. Однако, делать этого не стоит.
Во-первых, такой метод применим только для очень крупнокалиберных пушек, калибром 200 мм и выше. Для 12-24 фунтовых пушек метод Родмана слишком сложен, и не даёт практически никаких преимуществ.
Во-вторых, для бронзы медленное охлаждение тоже не подходит, так как при этом почти гарантированно произойдёт ликвация, и получится очень неоднородная по составу отливка. Бронзе же для получения мелкозернистой — и самой прочной — структуры нужно остывать как можно быстрее, желательно в охлаждаемый металлический кокиль. Сама же теплопроводность бронзы не давала возможности послойного охлаждения.
Автофреттирование
Идея предварительного напряжения ствола получила развитие в так называемой бронзе Ухациуса.
Бронза, особенно литая, имеет достаточно низкий предел текучести, поэтому бронзовые пушки были способны выдерживать давление не выше 600-800 атмосфер; при превышении этого давления ствол в районе зарядной каморы начинало необратимо раздувать. Переход же на нарезную артиллерию с удлинёнными снарядами требовал более высокого давления в стволе, которое могла выдерживать только литая сталь. Однако Австро-Венгрия долго не могла освоить изготовление пушек из тигельной стали в достаточных объемах, и барон Франц фон Ухациус предложил использовать упрочненную бронзу (примечательно, про до этого Ухациус разработал очень простой способ выплавки тигельной стали, грануляцией чугуна в воде и сплавлении его с чистой железной рудой. Однако для производства пушек нужна была не только сталь, но мощные молоты для её ковки и т.д.).
Вообще, вероятно, Ухациус взял в основу американский патент Самюэля Деана 1869 г (US90244A), но значительно усовершенствовал технологию, и довел до широкого практического применения.
Ухациус использовал бронзу с 8% олова, дополнительно раскисленную фосфором (сейчас производится похожий сплав БрОФ8-0.3). Для получения максимально мелкозернистой отливки использовался металлический кокиль, и установленный по оси медный стержень, благодаря чему бронза застывала очень быстро. Медный стержень потом высверливался. Обычно за счёт мелкого зерна отливки медных сплавов а кокиль на 10-30% процентов прочнее, чем в песчаной форме (для обычной литейной бронзы БрО10 предел прочности 295 и 215 МПа соответственно).
Заготовку ствола рассверливали и развертывали на несколько мм меньше, чем требуемый калибр, и затем через ствол с помощью большого 100-тонного гидравлического пресса проталкивались закалённые стальные дорны конической формы, в несколько проходов с увеличивающимся диаметром (например, 80 мм заготовка расширялась до 87 мм за шесть проходов, причём первый давал 2 мм расширения, а последний — 0.5 мм).
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bf/Uchatius_mandrel.PNG
После этого оставалось только сделать нарезы.
Упрочнение при этом достигалось за счёт двух факторов. Во-первых, пластическая деформация металла в холодном виде сильно повышает его прочность, предел текучести и твёрдость. Так, для бронзы БрОФ8-0.3 в справочниках приводится для мягкого (отожженного) состояния предел прочности 400-500 МПа при удлинении 60% и твёрдость HB 90-100 МПа; в предельно нагартованном (особо твердом, для холоднотянутой проволоки) состоянии предел прочности вырастает до 1000-1200 МПа при удлинении 1-2% и твёрдость до 180-240 МПа. Как показывали испытания образцов, внутренний слой приобретал твёрдость, сравнимую со сталью, примерно на 10 мм.
Во-вторых, внутренние слои металла деформировались пластически, а внешние лишь упруго, оставаясь растянутыми и сдавливая нижележащие слои, и давая эффект, аналогичный эффекту скрепления — давлению пороховых газов нужно было сначала преодолеть сжимающие напряжения внутренних слоев (для приведённого примера 80 мм ствола увеличение внутреннего диаметра составляло 7 мм, а наружнего лишь 2 мм) .
Изготовленные по методу Ухациуса пушки получали значительную прочность, и имели вполне сопоставимые характеристики с полевыми пушками Круппа из тигельной стали, поэтому новый материал даже назвали «стальной бронзой».
При этом литье бронзы было значительно проще, чем тигельной стали, и вслед за Австрией сталебронзовые пушки приняли на вооружение в Испании.
Впрочем, появление бездымных порохов заставило отказаться от стальной бронзы, котороя не выдерживала ни возросших давлений, ни сильного эрозивного действия. Лишь Австрия продолжала использовать такие пушки вплоть до Первой мировой войны, хотя уже всем было очевидно, что это анахронизм.
Помимо пушек, из бронзы Ухациуса производили, например, столовые приборы, а например, для Австро-Венгерской экспедиции 1872 г изготовили партию бронзовых револьверов Гассера (поскольку бронза немагнитная, и не мешала проводить точные научные измерения). В этих случаях, конечно, использовалась просто упрочненная холодной деформацией бронза.
На рубеже XIX и XX веков стальные стволы, особенно с появлением первых легированных сталей, вполне удовлетворяли по прочности после обычной обработки — ковки, затем закалки и высокого отпуска (такая обработка называется улучшением стали). Крупнокалиберные пушки производили со скрепленными стволами, из нескольких труб, посаженных друг на друга в горячем состоянии.
Однако стремление повышать давление и при этом не использовать сложные скрепленые стволы привело к идее гидравлического автофреттироаания (самоскрепления), изобретённого Леоном Якобом в 1907 г.
В заготовку ствола, закрытую заглушками, с помощью насоса накачивали воду или масло, постепенно поднимая давление до значения на 30-50% выше требующегося максимального давления при выстреле. При этом внутренний диаметр трубы увеличивался на несколько миллиметров, а внешний — на несколько десятых миллиметра. После низкотемпературного отпуска при 300 градусов проводили окончательное развёртывание и нарезку. Стальной моноблочный ствол получается на 20-25% легче, чем аналогичный скреплённый, при равной прочности. При этом, в отличие от бронзы, где значительный вклад в повышение прочности давала нагартовка, для стали основную роль имеет именно появление сжимающих напряжений во внутренней части ствола.
Первой пушкой, производившейся по технологии автофреттажа, стала 14 см морская пушка Крезо-Шнайдер. Массовое же применение этой технологии началось с 1920-х годов, когда были разработаны новые методы рассчетов. Впрочем, позже популярность автофреттированных стволов снизилась, так как произошёл значительный прогресс в области специальных орудийных сталей.
В наши дни автофреттаж применяется крайне широко, и не только для пушекю, но и для труб высокого давления для нефтегазовой и химической отрасли, и, например, для топливных насосов в дизельных двигателей.
Конечно, и метод Ухациуса, и современный гидравлический метод вряд ли получится применить в доиндустриальном мире. Однако существует очень простой способ получения сверхвысоких давлений — расширение воды при замерзании. Залив воду в просверленную заготовку пушечного ствола и снабдив её надёжными заглушками (типа уплотнения Бриджмена), можно при температуре -22 градуса получить давление порядка 2000 атмосфер (теоретический предел 2100) и увеличение объема около 9%. Это для трубы внутренним диаметром 80 мм эквивалентно увеличению диаметра примерно на 3.5 мм, так что, возможно, операцию придётся повторять несколько раз.
Давление автофреттажа в 2000 атмосфер не принесёт особой пользы стальной пушке, так как сталь и так вполне выдерживает подобные давления (а при замораживании сталь приближается к порогу хладноломкости), но для бронзы (типа той же БрОФ или других сплавов, весьма пластичных и хорошо упрочняющихся при холодной деформации — БрОЦ4-3, БрМц5 или железистых дуплексных латуней https://www.popadancev.net/delta-metall/) это может дасть нужный эффект. После такой обработки можно поднять давления выстрела до 1500 атмосфер, то есть практически в 2 раза выше, чем для обычной литой бронзовой пушки.