重炮巨舰吧 关注:1,860贴子:12,863

[一点小资料]罗德曼铸炮法

只看楼主收藏回复

这个贴吧好冷清呀。发个美内战时期出现的——罗德曼铸炮法
也正是有了这个办法,使得铸造『重炮』开始变得容易。之后很快出现了9、11、15口径大型重炮,比如达尔格伦炮(酒瓶炮)。


IP属地:北京1楼2013-05-15 08:40回复
    罗德曼铸炮法
    ============
      这种方法可以大幅加快铸炮速度并降低废品率,更重要的是可以大幅提升炮管寿命。这就是让炮管由里往外冷却,称之为内模可控冷却技术,或者内模水冷技术。
      一般铸好的红热炮管在静置时的自然冷却,是由外往内,原因一是炮管外表面面积比内管大,其二是外面空气流通比内部快,这样自然外层比里层冷的快,最终形成层层膨胀的结果,强度降低。但是如果能同时让炮管里层冷却,甚至使之比外层先冷下来,不但可以提升整根炮管的冷却速度,更可以提高炮管性能。
      一种说法是里层冷却固定后,当外层逐渐冷却时,由于热胀冷缩的关系,炮管外层冷却时,就会箍住内层,往里面产生一个向内的应力。另一种说法是,炮管由内往外冷却,则同样由于热胀冷缩,炮管壁靠里的部份密度会较高,靠外则较低,可增加内管壁的强度。无论哪种原因结果是肯定的,那就是不仅炮管的寿命大幅度提升,大口径火炮的废品率也十分低。
    (★★★注:根据本人国内一流工科院校机类专业,且在铸造实习中的铸造应力分析上被老师表扬的水平来看,第一种说法是对的;第二种说法中,内层密度大,估计是因为外层箍紧的应力压缩形变导致)
      该铸造法在1860年美国南北战争时期,由美联邦陆军少校托马斯·J·罗德曼发明,故又称罗德曼法。当时据称一举将炮管寿命提升五倍之多。
      而其方法本身非常简单:大家都知道,水的比热容要比空气大得多,因此水冷比气冷也快的多,要让里层比外层先冷却,那就用水来冷却炮管。当然,若是真的直接往红热炮管内注水,结果只会让炮管破裂;实际上的方法是,把铸造炮管时,用来作炮管内模的模具换成空心的,中间加上冷却水管道,然后往里面注冷却水就行了。当然这冷却水管道必须要作成可循环样式来保证内膜温度稳定,譬如采用U型管模式从里面开始注水,这样持续循环冷却。
      唯一的问题是冷却速度,也就是水循环速度是有讲究的。太快冷却的话内管会破裂,必须有适当的速度进行才行。罗德曼从1844年提出理论到实验论证出科学合理的技术参数用了10年时间。当然这种技术参数是有针对性的,都是基于当时的材料铸铁和机加工水平。
      此法可以大幅降低成本,并使铸造大口径火炮成为可能。原因就在于这种“内模水冷技术”可以大幅降低火炮尤其是大口径火炮铸造时的废品率。
      19世纪中期以前,不管东方或西方,火炮铸造的废品率相当高。这种情况在明末引进西方火炮制造技术时,《火攻挈要》中记载,由于当时铸造的品质尚不十分稳定,即使是在欧洲,“铸十铳能得二、三铳可用者,便称高手”。废品率高达70~80%以上。这样火炮的成本自然很高。
      而火炮铸造废品率如此之高的原因,最重要最根本的就是炮管内外的冷却速度差距问题。而且炮管的口径越大,炮管壁也越厚,炮管内外冷却速度的差距也越明显,由于这冷却速度的差距,许多材质不好,不够均匀的炮管,就会在冷却时因为热胀冷缩而在火炮身管产生裂痕。而身管出现裂痕的炮管,自然就是废品了。
      不只如此,由于炮管内外冷却速度的差异,有些裂痕外表上是看不见的,而是在管壁金属内部。所以当时造好的火炮,均需作第一次试放。就是在炮管内填满火药但不装炮弹,释放一次,以管壁无裂痕者为合格。如果管壁有内伤,这一放就会裂开来,可以立刻淘汰了。
      而内模水冷技术,可以保证内外管冷却速度相同,或者经过实验与调整,将速度差异控制在安全的范围下,如此身管就不会产生内伤了。这一来立刻把废品率降低到个位数百分比,甚至降低到零,从而使造一门炮的价格大幅下降。而炮本身也因为比较结实没有暗伤,因此平均寿命提升五倍。
      此外,在铸造超大口径炮时,由于口径越大,则内外冷却速度差距就越大。因此在自然冷却的时代,口径越大的炮铸造时的废品率也就越高,重量与价格因此也就越高——不成正比,几乎是指数性上升。到了一定程度以上,就是几乎百分之百的失败率了,而罗德曼的“内模水冷技术”解决了这个问题。


    IP属地:北京2楼2013-05-15 08:44
    回复
      2025-05-21 12:03:42
      广告
      这是铸铁炮吧?青铜炮也能用返方法吧?


      IP属地:河北来自Android客户端3楼2013-05-15 20:59
      收起回复
        配两张图



        IP属地:广东4楼2013-05-16 00:14
        回复
          多谢^O^


          IP属地:北京来自手机贴吧5楼2013-05-16 05:49
          回复
            图看不懂


            IP属地:广东6楼2013-05-16 13:29
            回复
              我对罗德曼铸炮法一直情有独钟,尤其是那个508mm巨型岸防炮。不过不知道罗德曼铁炮所用的铸铁,和中国传统上的生铁有什么区别。


              IP属地:上海7楼2013-05-26 22:58
              收起回复


                8楼2013-05-27 17:16
                回复
                  2025-05-21 11:57:42
                  广告
                  如果用铁模铸炮法再配上罗德曼铸炮法不是很完美么? 我想问下像克虏伯岸防炮是锻造还是铸造的?里面的膛线是铸造好的吗?


                  9楼2013-07-24 09:37
                  收起回复
                    内胆用生铁铸造,外面的用熟铁


                    IP属地:湖南10楼2014-04-25 13:51
                    收起回复
                      这个铸炮法起码放古代史没办法实现的,优质灰口铁不好整啊、、、
                      如果用搅炼法生产锻铁,然后锻造火炮身管就好了,可是需要大型锻造机械。


                      IP属地:内蒙古11楼2014-04-28 15:09
                      收起回复
                        问题是,如何实现水的循环呢?总不能用嘴巴吸吧,不得把工人烫死~
                        而且图中的循环水管其实就是个单管,没有回路~倘若加上回路,势必又会冷却不均匀~


                        IP属地:湖北12楼2014-08-16 12:29
                        回复
                          铁模的唯一好处就是加快了生产速率,不用像泥模铸炮那样等待几个月的时间。这点在龚振麟的铁模中显得尤为突出,但是铁模铸炮的产品白口化非常严重,由于冷却速度太快,虽然比较光滑,但是生成的几乎都是白口铁,导致脆性增大,火炮的性能下降。
                          从金属铸造学和金相学的角度来看,铁模的散热太快,使得生铁液在冷却时存在过冷度较大的问题,铁液中的渗碳体来不及析出(石墨化来不及进行)石墨就已经凝固,因此铁中的渗碳体主要以碳化铁的形式存在,也即是白口铁。
                          为了增加抗拉强度只能用数量来堆砌质量,也就是增加壁厚来解决。
                          据统计,在鸦片战争中新铸造的火炮几乎都是白口铁!
                          可锻铸铁:由白口铸铁退火处理后获得,石墨呈团絮状分布,简称韧铁。其组织性能均匀,耐磨损,有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。
                          可否对火炮进行退火处理使白口铁转变为可锻铸铁?


                          IP属地:湖北13楼2014-08-16 12:49
                          收起回复
                            @hy8598088
                            看下面《实用炮学手册》的这幅图,似乎就是在进行铸后热处理


                            IP属地:广东14楼2014-08-16 23:15
                            收起回复
                              2025-05-21 11:51:42
                              广告
                              还有就是想一上来就使用罗德曼法其实很困难,直接入冷水,冷却太快反而会让炮体炸裂,罗德曼也是试验了十年才获得成功,这还是人家有一定的科学计算来支持~
                              倘若是古人按经验主义一个个的试,不知道要试到猴年马月~
                              还有,就是用水冷的太快会让炮体炸裂,那冷的不够快又会如何呢?
                              所以,我想,如果是古人搞,既然无法直接上罗德曼法的水冷,是否可以用风冷代替?
                              同样是内模中空回路,但不再使用水冷,而是用鼓风机朝内鼓风,虽然效果比不上水冷,但避免了水冷过度导致的炮管炸裂~


                              IP属地:湖北15楼2014-08-17 20:45
                              收起回复