Το πυροβολικό είναι ο κύριος εξοπλισμός του στρατού για την καταστολή κρούσεων ακριβείας σε μεγάλες αποστάσεις κατά του εχθρού και έχει σημαντικό ρόλο στη διαδικασία μάχης. Στον μελλοντικό πόλεμο, το πυροβολικό θα εξακολουθεί να είναι ο κύριος εξοπλισμός μάχης του στρατού. Με την ταχεία ανάπτυξη προηγμένων υλικών όπως τα κράματα τιτανίου, τα κράματα αλουμινίου και η τεχνολογία κατασκευής εξαρτημάτων τους, το μέλλον του πυροβολικού όσον αφορά την ακρίβεια, το βεληνεκές, την ισχύ και την κινητικότητα θα έχει σημαντικές βελτιώσεις. Το αμερικανικό υπερελαφρύ πυροβολικό M777 είναι μια τυπική περίπτωση χρήσης κραμάτων τιτανίου και κραμάτων αλουμινίου και βελτίωσης της απόδοσης του πυροβολικού.
Το υπερελαφρύ όπλο πεδίου (UFH) M777 προτάθηκε από τον Στρατό των ΗΠΑ και το Σώμα Πεζοναυτών το 1997 για να αντικαταστήσει το συρόμενο όπλο M198 155 mm και για πρώτη φορά, το M777 χρησιμοποιεί μεγάλο αριθμό ελαφρών κραμάτων, και μέσω καινοτόμου σχεδιασμού και προηγμένων διαδικασιών κατασκευής, το βάρος του M777 μειώθηκε από 16,000 λίβρες του M198 σε λιγότερο από 9,000 λίβρες, που είναι περίπου το μισό του βάρους του ρεύματος M198, που διευκολύνει τη μεταφορά και τη ρυμούλκηση σε υψηλές ταχύτητες και διευκολύνει τη μεταφορά και τη ρυμούλκηση σε υψηλές ταχύτητες. Αυτό καθιστά εύκολη τη μεταφορά και τη ρυμούλκηση με υψηλή ταχύτητα.
1) Εκτεταμένη χρήση κραμάτων τιτανίου
Σε σύγκριση με το M198, το M777 χρησιμοποιεί μεγάλο αριθμό κραμάτων τιτανίου, χύτευσης τιτανίου και κραμάτων αλουμινίου, επιτυγχάνοντας μείωση βάρους 3.175 kg (7,{5}} lbs) ή 44%. Το κράμα τιτανίου προμηθεύτηκε η RTI International Metals και το M777 ζυγίζει 3.745 κιλά και μπορεί να μεταφερθεί με ελικόπτερο, μεταφορικά αεροσκάφη και πλοίο. Το ρυμουλκούμενο πιστόλι μπορεί να ρυμουλκηθεί από 4 ◇4 οχήματα μεγαλύτερα από 2,5 t. Το όπλο M777 έχει αναβαθμιστεί με νέα σχεδίαση. Το όπλο M777 έχει αναβαθμιστεί με νέα σχεδίαση, το M777A1 με ψηφιακό σύστημα ελέγχου πυρός και το M777A2 με αναβαθμίσεις λογισμικού και δυνατότητα χρήσης πυρομαχικών Excalibur.
Το χαμηλό κόστος και το μικρό βάρος του υπερελαφρού πιστολιού M777 οφείλεται στην εκτεταμένη χρήση κραμάτων και εξαρτημάτων τιτανίου και αλουμινίου. Το χαμηλό κόστος των κραμάτων τιτανίου από μόνο του δεν μπορεί να επιτύχει αυτούς τους στόχους.
2) Υιοθέτηση προηγμένων τεχνολογιών κατασκευής
Η NCEMT έχει κατασκευάσει τον μεγαλύτερο σωλήνα και σωλήνα ανάκρουσης από τιτάνιο με σχηματισμό ροής στον κόσμο.
Το FlowForming είναι μια διαδικασία ψυχρής διαμόρφωσης που παράγει κοίλους κυλίνδρους με πολύ ακριβείς διαστάσεις. Τα εξαρτήματα τιτανίου FlowFormed μπορούν να έχουν σχεδόν διχτυωτό σχήμα, μειώνοντας τα θραύσματα στην κατασκευή εξαρτημάτων από κράμα. Η υψηλή ακρίβεια της διαδικασίας επιτρέπει τη χρήση του σε ένα ευρύ φάσμα αεροδιαστημικών και στρατιωτικών εφαρμογών. Η NCEMT διερευνά την παραγωγή σωλήνων με μειωμένο κόστος και μειωμένα σκραπ σε σύγκριση με τις τρέχουσες διαδικασίες εξώθησης και κατεργασίας. Η Dynamic Machine Works (DMW) της Billerica της Μασαχουσέτης έχει ερευνήσει τη διαδικασία σχηματισμού ροής για σωλήνες rocker. Έχει παραχθεί ο μεγαλύτερος σωλήνας τιτανίου που σχηματίζεται με ροή, με διάμετρο 5,6 ίντσες και μήκος 72 ίντσες (περίπου 1,8 m).
Με τη διαμόρφωση ροής, σωλήνες από κράμα Ti-6Al- 4 πάχους μεγέθους εξωθούνται γύρω από έναν περιστρεφόμενο άξονα και περιστρεφόμενους κυλίνδρους για να ληφθούν οι επιθυμητές διαστάσεις. Λόγω του γεγονότος ότι η πρώτη ύλη διατηρείται σχεδόν 100% κατά τη διαδικασία της εξώθησης. Το 2004, η NCEMT παρείχε εξαρτήματα rocker μήκους 45 ποδιών στην Κοινή Αρχή Διαχείρισης Έργου. Η διαδικασία εφαρμόστηκε στην επικύρωση επίδειξης τεχνολογίας πυροβολικού LW155. Ένα επιτυχημένο παράδειγμα εφαρμογής και μείωσης του κόστους της διαδικασίας σχηματισμού ροής είναι το ρολό τιτανίου και ο σωλήνας ανάκρουσης για το ελαφρύ πυροβόλο M777 των 155 mm. Το κόστος του κυλινδρικού σωλήνα που σχηματίστηκε με ροή ήταν 68 τοις εκατό μικρότερο από την αρχική διαδικασία παραγωγής.
② Χύτευση ακριβείας - Μείωση του αριθμού εξαρτημάτων
Ο μεγάλος αριθμός εξαρτημάτων σε πολλά στρατιωτικά όπλα έχει ως αποτέλεσμα υψηλό κόστος κατασκευής. Τα σύνθετα εξαρτήματα που αποτελούνται από πολλά μεμονωμένα εξαρτήματα αυξάνουν επίσης τον χρόνο του κύκλου κατασκευής. Ο αμερικανικός στρατός εργάζεται για τη μείωση του κόστους παρέχοντας παράλληλα μεγαλύτερα οφέλη. Το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ (DOD) έχει υιοθετήσει καινοτόμες διαδικασίες για την επίτευξη αυτών των στόχων. Η χύτευση ακριβείας είναι μια από τις πιο αποτελεσματικές διαδικασίες για τη μείωση του αριθμού των εξαρτημάτων.
Η διαδικασία χύτευσης ακριβείας έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: χαμηλότερο κόστος κατασκευής. μειωμένοι χρόνοι παράδοσης παραγωγής· βελτιωμένη αξιοπιστία· και μειωμένο βάρος. Η χύτευση ακριβείας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές στρατιωτικές εφαρμογές, όπως πυρομαχικά, άτρακτοι αεροσκαφών, βλήματα και συσκευές πρόωσης. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή διαδικασία, μέσω της χρήσης κραμάτων τιτανίου και της διαδικασίας χύτευσης ακριβείας. τα εξαρτήματα ελαφρού πυροβολικού M777 μειώνονται σημαντικά. Κέντρο επεξεργασίας μετάλλων του Πολεμικού Ναυτικού των ΗΠΑ που χρησιμοποιεί τη διαδικασία χύτευσης ακριβείας για να κατασκευάσει το ελαφρύ πυροβόλο όπλο M777 155 mm που τοποθετείται στην σκαπάνη του αριθμού των εξαρτημάτων, από 120 μειώθηκε σε 2.
Το Εθνικό Κέντρο Προηγμένης Κατεργασίας Μετάλλων (NCEMT) διεξήγαγε έρευνα σε νέες διαδικασίες παραγωγής και καινοτόμες τεχνικές χύτευσης για να μειώσει τον αριθμό των ανταλλακτικών και να μειώσει τα σκραπ υλικών και το κόστος κατασκευής. Μαζί με το Joint Light Artillery Management Office (JPMO), την BAE και το Titanium Plant, διεξήχθη έρευνα σε ένα μονοκόμματο φτυάρι ακριβείας για το ελαφρύ πυροβόλο M777 των 155 mm (LW155). Παλαιότερα το φτυάρι κατασκευαζόταν με μηχανική κατεργασία και συγκόλληση. Ένα άλλο δύσκολο εξάρτημα είναι η σέλα, η οποία αρχικά κατασκευάστηκε και συγκολλήθηκε από περισσότερα από 100 μέρη. Η NCEMT, σε συνδυασμό με την JPMO, την BAE και ένα εργοστάσιο κραμάτων τιτανίου, έχει αναπτύξει ένα μονοκόμματο χυτό μηχανισμό διεύθυνσης ακριβείας.
Επιπλέον, ο μηχανισμός διεύθυνσης κατασκευάζεται με μια διαδικασία σφυρηλάτησης, η οποία μειώνει το σκραπ κατά 50 τοις εκατό σε σύγκριση με τη διαδικασία κατεργασίας έλασης. Ένα κουδούνι χαμηλού κόστους έχει κατασκευαστεί με επιτυχία από χαμηλού κόστους τεμάχια Ti-6Al- 4V χαμηλού κόστους Single Melt Plasma Arc Melting (SM PAM). Η αντοχή σε εφελκυσμό των σφυρηλατητών κελύφους σε σχήμα καμπάνας κυμαινόταν από 965 MPa έως 1.034 MPa. η αντοχή διαρροής κυμαινόταν από 910 έως 972 MPa. η επιμήκυνση κυμαινόταν από 14,9% έως 5,9%. και η διατομή συρρίκνωση κυμάνθηκε από 36,2% έως 40,9%. Οι ιδιότητες εφελκυσμού όλων των σφυρηλατήσεων SM PAM πληρούσαν τις απαιτήσεις των προτύπων AMS 4928 και ASTM B 381.
③ Έρευνα Edison Welding Institute (EWI) σχετικά με τις διαδικασίες συγκόλλησης που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ελαφρών όπλων M777
Ο στρατός των ΗΠΑ ερευνά τη χρήση ελαφρών υλικών όπως κράματα αλουμινίου, κράματα τιτανίου και σύνθετα υλικά σε προηγμένα δομικά στοιχεία για τη μείωση του βάρους των οπλικών πλατφορμών. Επιπλέον, η κατασκευή υβριδικών δομικών εξαρτημάτων από αυτά τα υλικά απαιτεί μεγάλο αριθμό διαδικασιών σύνδεσης, οι οποίες περιλαμβάνουν συγκόλληση με τριβή ανάδευσης, συγκόλληση υβριδικού τόξου με λέιζερ (HLAW), συγκόλληση με τόξο μετάλλου με παλμικό αέριο (GMAW) κ.λπ. Οι βραχίονες σταθεροποιητικής δέσμης M777 συγκολλήθηκαν από πλάκες και χυτά κράματα Ti-6Al- 4V με τη διαδικασία συγκόλλησης τόξου αερίου βολφραμίου (GTW). Ο πρωταρχικός στόχος της εργασίας EWI είναι η ενσωμάτωση αποδοτικού υλικού Ο κύριος στόχος της εργασίας της EWI είναι η ενσωμάτωση αποτελεσματικές τεχνικές σύνδεσης υλικών για την προετοιμασία σύνθετων δομικών μερών Ti-6Al- 4V. Το 80-85% της συγκόλλησης GTA έχει αντικατασταθεί από συγκόλληση GMAW-P ή κολοβώματος με λέιζερ και η EWI υποστηρίζει επίσης το Κοινό Γραφείο Διαχείρισης Έργων (JPMO) και την BAE Systems της ARDEC στη διεξαγωγή των μελετών του έργου. Ο στόχος είναι να χρησιμοποιηθούν προηγμένες τεχνικές συγκόλλησης κράματος τιτανίου στην επίδειξη και επικύρωση του οπλικού συστήματος πυροβολικού M777.
④ Χαμηλού κόστους διαδικασία τήξης ενός σταδίου για κράματα τιτανίου
Το κράμα τιτανίου (Ti-6Al- 4V) είναι ένα βασικό υλικό για ελαφριά πυροβόλα πυροβόλων 155 mm. Η NCEMT πραγματοποίησε με επιτυχία πιλοτική παραγωγή πλινθωμάτων από κράμα τιτανίου 31-ιντσών PAM. Η τεχνολογία έχει μεταφερθεί στη βιομηχανία και χρησιμοποιείται για πρώτη φορά στο πιστόλι LW155 μέσω του κύριου εργολάβου, της BAE Systems και του LW155 Joint Project Management Office (JPMO). Το μονοβάθμιο τήγμα PAM μειώνει το κόστος προμήθειας του πλινθώματος Ti-6Al- 4V που χρησιμοποιείται στο πιστόλι LW155 έως και 27 τοις εκατό. Αυτή η τεχνολογία χαμηλού κόστους θα ωφελήσει επίσης άλλα οπλικά συστήματα DOD που χρησιμοποιούν εξαρτήματα από κράμα τιτανίου, όπως το Όχημα Μάχης Εκτεταμένου Πεδίου (EFV) του Σώματος Πεζοναυτών των ΗΠΑ. Η διαδικασία τήξης PAM ενός σταδίου NCEMT επιτρέπει στο πλινθίο να επιτύχει υψηλή επιφάνεια ποιότητας, ακόμη και με διάμετρο έως 31 ίντσες, γεγονός που μειώνει ή εξαλείφει την ανάγκη για επιφανειακή επεξεργασία πριν από τη σφυρηλάτηση.
