CN111070802A - 一种复合结构身管及其成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合结构身管及其成形方法。复合结构身管包括内衬层、碳纤维预紧结构和铝合金连续结合层，所述碳纤维预紧结构是通过将碳纤维缠绕编织在内衬层的外壁而形成的，所述铝合金连续结合层通过铝合金挤压铸造方式浸渗结合在碳纤维预紧结构的外壁。其成形方法包括步骤：(1)设计和准备身管的内衬层；(2)将碳纤维缠绕编织在内衬层的外壁形成碳纤维预紧结构；(3)将步骤(2)得到的整体结构放入挤压铸造模具中；(4)将铝合金熔体倒入挤压铸造模具中，在挤压铸造机上进行挤压铸造压力浸渗成形，形成铝合金连续结合层，保压结束，得到复合结构身管。本发明能够减小复合结构身管内存在的间隙和热阻，提高耐热性和散热性。
Description
技术领域
本发明涉及一种轻质高强高耐热复合结构身管及其成形方法，主要用于轻型火炮等装备，属于身管结构设计与制造技术领域。
背景技术
身管是各种火炮的重要组成部件，在复杂的火炮结构中，炮身是最重要的组成部分。炮身又由身管、炮尾、炮闩等部件组成，其中身管是重中之重。火炮射击时，身管的工作环境极为恶劣。首先是高温烧蚀，火药燃气让身管的温度高达3000℃以上，高温不仅会严重烧蚀身管，而且可能引起身管变形；其次是高膛压，火炮炮膛内壁的压强可高达500-700兆帕，因此身管必须要有足够的强度和韧性。高温、高压、摩擦、腐蚀是火炮身管设计和制造过程必须直面和解决的四大难题。
早期的火炮身管主要是青铜或铁铸造而成的，随着火炮射程、精度和寿命的提高，同时伴随材料及其成形技术的进步，目前的火炮身管主要采用电渣重熔合金钢制成。虽然目前的电渣重熔合金钢身管一定程度上满足高温、高压、摩擦和腐蚀的要求，但是合金钢身管自重非常大，严重影响轻型火炮和装甲车辆的机动性。
目前国外已经采用新的身管材料、结构和制备工艺，包括树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷、碳纤维及其复合结构等等，实现了火炮身管的高性能和轻量化，研制的身管已经得到使用；国内也对新型身管进行了设计、研发和制备，内层钢制内衬的身管力学、热力学和碳纤维预紧等方面的研究和设计都比较成熟，但是复合结构身管的外层复合材料耐热、散热和内外层结合间隙等问题一直没有得到较好的解决，存在外层复合材料及其固化剂耐热度和散热性较差，复合结构身管内外层结合存在间隙，进一步提高了热阻，身管整体散热性能明显下降，所以在复合结构身管的设计及其成形技术还需要做深入研究。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的在于提供一种轻质高强高耐热的新型复合结构身管，以减小复合结构身管内存在的间隙和热阻，提高复合结构身管的耐热性和散热性。
本发明的另一目的在于提供一种所述复合结构身管的成形方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合结构身管，包括内衬层、碳纤维预紧结构和铝合金连续结合层，所述碳纤维预紧结构是通过将碳纤维缠绕编织在内衬层的外壁而形成的，所述铝合金连续结合层通过铝合金挤压铸造方式浸渗结合在碳纤维预紧结构的外壁。
其中，所述内衬层的材料为电渣重熔合金钢或陶瓷。
所述碳纤维预紧结构按照内衬层设定结构和预紧力通过环形缠绕或交叉缠绕的方式编织在内衬层的外壁。
一种所述复合结构身管的成形方法，包括以下步骤：
(1)设计和准备身管的内衬层的结构和材料；
(2)按照内衬层设定结构和预紧力，将碳纤维缠绕编织在内衬层的外壁形成碳纤维预紧结构；
(3)根据散热结构和身管尺寸准备挤压铸造模具，将步骤(2)得到的整体结构放入模具中；
(4)熔炼铝合金，并将得到的铝合金熔体倒入挤压铸造模具中，在挤压铸造机上进行挤压铸造压力浸渗成形，形成铝合金连续结合层，保压结束打开模具，得到复合结构身管。
本发明的优点在于：
本发明的复合结构身管，充分利用了内衬材料、碳纤维预紧结构和轻质高导热铝合金各自的优点，是一种轻质高强高耐热复合结构身管。该复合结构身管重量轻，电渣重熔合金钢或陶瓷内衬材料满足身管的强度和耐烧蚀性能；碳纤维预紧结构对身管内层进行预紧，显著降低身管重量的同时能够提高身管强度；铝合金连续结合层可以实现碳纤维预紧结构的固化，同时挤压铸造铝合金将内衬材料和外层碳纤维进行较好的紧密结合，减小间隙和热阻，提高散热性能。同时本发明的成形方法可以实现复合结构身管铝合金散热结构的近终成形，复合结构各层之间相互结合良好。该成形方法操作方便，加工效率高，后续机加工少。
附图说明
图1为本发明复合结构身管沿其轴向的截面图。
图2为图1的局部放大图。
图3为本发明复合结构身管沿其径向的截面图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
如图1-3所示，本发明的复合结构身管包括内衬层1、碳纤维预紧结构2和铝合金连续结合层3，碳纤维预紧结构2是通过碳纤维缠绕编织在内衬层1的外壁而形成的，铝合金连续结合层3通过铝合金挤压铸造方式浸渗结合在碳纤维预紧结构2的外壁。其中，所述内衬层1的材料可以为电渣重熔合金钢或陶瓷。碳纤维预紧结构2按照内衬层设定结构和预紧力通过环形缠绕或交叉缠绕的方式编织在内衬层1的外壁。
该复合结构身管的成形过程为：
(1)设计和准备身管的内衬层1的结构和材料；
(2)按照内衬层设定结构和预紧力，将碳纤维缠绕编织在内衬层的外壁形成碳纤维预紧结构2；
(3)根据散热结构和身管尺寸准备挤压铸造模具，将编织完成的碳纤维预紧内衬整体结构(内衬层1和碳纤维预紧结构2)放入模具中；
(4)熔炼铝合金，制备铝合金熔体，并将得到的铝合金熔体倒入挤压铸造模具中，在挤压铸造机上进行挤压铸造压力浸渗成形，形成铝合金连续结合层3，保压结束打开模具，得到复合结构身管。
本发明的复合结构身管重量轻，电渣重熔合金钢或陶瓷内衬材料满足身管的强度和耐烧蚀性能；碳纤维预紧结构对身管内层进行预紧，显著降低身管重量的同时能够提高身管强度；铝合金连续结合层可以实现碳纤维预紧结构的固化，同时挤压铸造铝合金将内衬材料和外层碳纤维进行较好的紧密结合，减小间隙和热阻，提高散热性能。同时本发明的成形方法可以实现复合结构身管铝合金散热结构的近终成形，复合结构各层之间相互结合良好。该成形方法操作方便，加工效率高，后续机加工少。
Claims (4)
1.一种复合结构身管，其特征在于，包括内衬层、碳纤维预紧结构和铝合金连续结合层，所述碳纤维预紧结构是通过将碳纤维缠绕编织在内衬层的外壁而形成的，所述铝合金连续结合层通过铝合金挤压铸造方式浸渗结合在碳纤维预紧结构的外壁。
2.根据权利要求1所述的复合结构身管，其特征在于，所述内衬层的材料为电渣重熔合金钢或陶瓷。
3.根据权利要求1所述的复合结构身管，其特征在于，所述碳纤维预紧结构按照内衬层设定结构和预紧力通过环形缠绕或交叉缠绕的方式编织在内衬层的外壁。
4.一种权利要求1所述的复合结构身管的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设计和准备身管的内衬层的结构和材料；
(2)按照内衬层设定结构和预紧力，将碳纤维缠绕编织在内衬层的外壁形成碳纤维预紧结构；
(3)根据散热结构和身管尺寸准备挤压铸造模具，将步骤(2)得到的整体结构放入模具中；
(4)熔炼铝合金，并将得到的铝合金熔体倒入挤压铸造模具中，在挤压铸造机上进行挤压铸造压力浸渗成形，形成铝合金连续结合层，保压结束打开模具，得到复合结构身管。
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Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2580065A1 (en) * | 1985-04-03 | 1986-10-10 | Viellard Paul Henri | Firearm barrel made of lightweight composite materials of high mechanical strength |
| US4685236A (en) * | 1984-05-30 | 1987-08-11 | Sam May | Graphite/metal matrix gun barrel |
| US6482248B1 (en) * | 2000-11-28 | 2002-11-19 | Magnum Research, Inc. | Aluminum composite for gun barrels |
| CN103540873A (zh) * | 2013-09-23 | 2014-01-29 | 南昌航空大学 | 一种连续碳纤维增强铝基复材的液态近净成形方法及装置 |
| CN203798247U (zh) * | 2013-11-27 | 2014-08-27 | 中北大学 | 高导热轻量化枪管 |
| CN104180150A (zh) * | 2014-08-14 | 2014-12-03 | 无锡市昊昊钢管有限公司 | 一种用于液压气动钢筒的无缝钢管 |
| CN105679459A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-06-15 | 广东省材料与加工研究所 | 一种铝包碳纤维导线的制备方法 |
| CN105814396A (zh) * | 2013-12-09 | 2016-07-27 | 证明与研究股份有限公司 | 用于复合物射弹枪管结构的纤维卷绕系统 |
| US20160265863A1 (en) * | 2013-08-28 | 2016-09-15 | Proof Research, Inc. | Lightweight composite mortar tube |
| WO2016160308A1 (en) * | 2015-03-11 | 2016-10-06 | Proof Research, Inc. | Lightweight composite mortar tube |
| CN206399282U (zh) * | 2016-12-20 | 2017-08-11 | 江苏法尔胜技术开发中心有限公司 | 一种含金属内衬碳纤维复合材料身管 |
| CN108048712A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-05-18 | 郑州四维特种材料有限责任公司 | 一种碳纤维复合材料镗杆及其制备方法 |
| CN209096139U (zh) * | 2018-10-22 | 2019-07-12 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种复合结构身管 |
-
2018
- 2018-10-22 CN CN201811233025.0A patent/CN111070802A/zh active Pending
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4685236A (en) * | 1984-05-30 | 1987-08-11 | Sam May | Graphite/metal matrix gun barrel |
| FR2580065A1 (en) * | 1985-04-03 | 1986-10-10 | Viellard Paul Henri | Firearm barrel made of lightweight composite materials of high mechanical strength |
| US6482248B1 (en) * | 2000-11-28 | 2002-11-19 | Magnum Research, Inc. | Aluminum composite for gun barrels |
| US20160265863A1 (en) * | 2013-08-28 | 2016-09-15 | Proof Research, Inc. | Lightweight composite mortar tube |
| CN103540873A (zh) * | 2013-09-23 | 2014-01-29 | 南昌航空大学 | 一种连续碳纤维增强铝基复材的液态近净成形方法及装置 |
| CN203798247U (zh) * | 2013-11-27 | 2014-08-27 | 中北大学 | 高导热轻量化枪管 |
| CN105814396A (zh) * | 2013-12-09 | 2016-07-27 | 证明与研究股份有限公司 | 用于复合物射弹枪管结构的纤维卷绕系统 |
| CN104180150A (zh) * | 2014-08-14 | 2014-12-03 | 无锡市昊昊钢管有限公司 | 一种用于液压气动钢筒的无缝钢管 |
| WO2016160308A1 (en) * | 2015-03-11 | 2016-10-06 | Proof Research, Inc. | Lightweight composite mortar tube |
| CN105679459A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-06-15 | 广东省材料与加工研究所 | 一种铝包碳纤维导线的制备方法 |
| CN206399282U (zh) * | 2016-12-20 | 2017-08-11 | 江苏法尔胜技术开发中心有限公司 | 一种含金属内衬碳纤维复合材料身管 |
| CN108048712A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-05-18 | 郑州四维特种材料有限责任公司 | 一种碳纤维复合材料镗杆及其制备方法 |
| CN209096139U (zh) * | 2018-10-22 | 2019-07-12 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种复合结构身管 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 《兵器工业科学技术辞典》编辑委员会: "《兵器工业科学技术辞典 火炮与火箭发射装置》", 31 January 1992, 国防工业出版社, pages: 6 - 216 * |
| 吕彦等: "复合材料炮管技术研究概况", 《兵器材料科学与工程》, vol. 35, no. 3, 31 May 2012 (2012-05-31), pages 2 * |
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