Tykistö on armeijan pääväline pitkän matkan tarkkuusiskun tukahduttamiseen vihollista vastaan, ja sillä on tärkeä rooli taisteluprosessissa. Tulevassa sodassa tykistö on edelleen armeijan tärkein taisteluväline. Edistyneiden materiaalien, kuten titaaniseosten, alumiiniseosten ja niiden komponenttien valmistusteknologian nopean kehityksen myötä tykistön tulevaisuus tarkkuuden, kantaman, tehon ja liikkuvuuden suhteen paranee merkittävästi. Yhdysvaltain ultrakevyt tykistö M777 on tyypillinen tapaus käyttää titaaniseoksia ja alumiiniseoksia ja parantaa tykistön suorituskykyä.
Yhdysvaltain armeija ja merijalkaväki ehdottivat ultrakevyt kenttäase (UFH) M777 vuonna 1997 korvaamaan M198 155 mm hinattavan aseen, ja ensimmäistä kertaa M777 käyttää suurta määrää kevyitä metalliseoksia, ja innovatiivisen suunnittelun ja edistyneiden valmistusprosessien ansiosta M777:n paino on pudonnut M198:n 16,000 paunasta alle 9,000 paunaan, mikä on noin puolet nykyisen painosta. M198, joka helpottaa kuljettamista ja hinausta suurilla nopeuksilla ja helpottaa kuljettamista ja hinaamista suurilla nopeuksilla. Tämä tekee siitä helpon kuljettaa ja hinata suurella nopeudella.
1) Titaaniseosten laaja käyttö
M198:aan verrattuna M777 käyttää suurta määrää titaaniseoksia, titaanivaluja ja alumiiniseoksia, jolloin paino on pudonnut 3 175 kg (7, 000 lbs) eli 44 %. Titaaniseoksen toimitti RTI International Metals, ja M777 painaa 3 745 kg ja sitä voidaan kuljettaa helikopterilla, kuljetuskoneella ja laivalla. Hinattavaa pistoolia voi hinata 4◇4 ajoneuvolla, jotka ovat suurempia kuin 2,5 t. M777-haupitsi on päivitetty uudella muotoilulla. Haupitsi M777 on päivitetty uudella mallilla, M777A1 digitaalisella palonhallintajärjestelmällä ja M777A2 ohjelmistopäivityksillä ja mahdollisuudella käyttää Excalibur-ammuksia.
Ultrakevyen M777 aseen edullinen hinta ja kevyt paino johtuu titaanin ja alumiiniseosten ja komponenttien laajasta käytöstä. Titaaniseosten alhaiset kustannukset eivät yksinään voi saavuttaa näitä tavoitteita.
2) Kehittyneiden valmistustekniikoiden käyttöönotto
NCEMT on valmistanut maailman suurimman virtausmuovatun titaanisen keinuputken ja rekyyliputken.
FlowForming on kylmämuovausprosessi, joka tuottaa onttoja sylintereitä, joilla on erittäin tarkat mitat. FlowFormed-titaaniosat voivat olla lähes verkon muotoisia, mikä vähentää metalliseososien valmistuksessa syntyvää romua. Prosessin korkea tarkkuus mahdollistaa sen käytön monissa ilmailu- ja sotilassovelluksissa. NCEMT tutkii keinuputkien tuotantoa halvemmalla ja pienemmällä romumäärällä verrattuna nykyisiin ekstruusio- ja koneistusprosesseihin. Dynamic Machine Works (DMW) Billericasta, Massachusettsista on tutkinut keinuputkien virtausmuovausprosessia. Suurin virtausmuotoiltu titaaniputki on valmistettu, sen halkaisija on 5,6 tuumaa ja pituus 72 tuumaa (noin 1,8 m).
Virtausmuovauksella paksukokoisia Ti-6Al- 4V-lejeerinkiputkia suulakepuristetaan pyörivän tuurnan ja pyörivien telojen ympärille haluttujen mittojen saamiseksi. Johtuen siitä, että raaka-aine säilyy lähes 100 % ekstruusioprosessin aikana. Vuonna 2004 NCEMT toimitti 45 jalan keinuhelat Joint Project Management Authoritylle. Prosessia sovellettiin LW155-tykistöteknologian esittelyvalidointiin. Menestyvä esimerkki virtausmuovausprosessin soveltamisesta ja kustannusten alentamisesta on titaaninen keinu ja rekyyliputki M777 kevyelle 155 mm aseelle. Virtausmuovatun keinuputken hinta oli 68 prosenttia pienempi kuin alkuperäinen tuotantoprosessi.
② Tarkkuusvalu - Osamäärän vähentäminen
Monien sotilasaseiden suuri osien määrä johtaa korkeisiin valmistuskustannuksiin. Monista yksittäisistä komponenteista koostuvat monimutkaiset osat lisäävät myös valmistussyklin aikaa. Yhdysvaltain armeija on pyrkinyt vähentämään kustannuksia ja tarjoamaan suurempia hyötyjä. Yhdysvaltain puolustusministeriö (DOD) on ottanut käyttöön innovatiivisia prosesseja saavuttaakseen nämä tavoitteet. Tarkkuusvalu on yksi tehokkaimmista prosesseista osien määrän vähentämiseksi.
Tarkkuusvaluprosessilla on seuraavat edut: alhaisemmat valmistuskustannukset; lyhyemmät valmistuksen läpimenoajat; parantunut luotettavuus; ja paino vähentynyt. Tarkkuusvalua voidaan käyttää monissa sotilaallisissa sovelluksissa, kuten taisteluvälineissä, lentokoneiden rungoissa, ammuksissa ja propulsiolaitteissa. Perinteiseen prosessiin verrattuna käyttämällä titaaniseoksia ja tarkkuusvaluprosessia. M777:n kevyet tykistökomponentit ovat vähentyneet huomattavasti. Yhdysvaltain laivaston metallinkäsittelykeskus käyttää tarkkuusvaluprosessia M777:n kevyeen 155 mm:n aseeseen, joka on sijoitettu kuokkaosien lukumäärään, 120:sta 2:een.
National Center for Advanced Metalworking (NCEMT) suoritti tutkimusta uusista valmistusprosesseista ja innovatiivisista muovaustekniikoista vähentääkseen osien määrää ja alentaakseen materiaaliromua ja valmistuskustannuksia. Yhdessä Joint Light Artillery Management Officen (JPMO), BAE:n ja Titanium Plantin kanssa tutkittiin yksiosainen tarkkuusvalulapio M777 kevyelle 155 mm aseelle (LW155). Aiemmin lapio valmistettiin koneistamalla ja hitsaamalla. Toinen haastava komponentti on satula, joka alun perin koneistettiin ja hitsattiin yhteen yli 100 osasta. NCEMT on yhdessä JPMO:n, BAE:n ja titaaniseostehtaan kanssa kehittänyt yksiosaisen tarkkuusvaletun ohjauspyörän.
Lisäksi ohjausvaihde valmistetaan taontaprosessilla, joka vähentää romun määrää 50 prosenttia verrattuna valssatun levyn työstöprosessiin. Edullinen kellokotelo on onnistuneesti taottu edullisista Single Melt Plasma Arc Melting (SM PAM) Ti-6Al- 4V-aihioista. Kellomaisten kuoritaosten vetolujuus vaihteli välillä 965 MPa - 1 034 MPa; myötöraja vaihteli välillä 910 - 972 MPa; venymä vaihteli välillä 14,9 % - 5,9 %; ja poikkileikkauskutistuminen vaihteli välillä 36,2 % - 40,9 %. Kaikkien SM PAM takeiden vetoominaisuudet täyttivät AMS 4928 ja ASTM B 381 standardien vaatimukset.
③ Edison Welding Institute (EWI) -tutkimus M777-kevyiden pistoolien valmistuksessa käytettävistä hitsausprosesseista
Yhdysvaltain armeija tutkii kevyiden materiaalien, kuten alumiiniseosten, titaaniseosten ja komposiittien käyttöä kehittyneissä rakenneosissa asealustojen painon vähentämiseksi. Lisäksi hybridirakenneosien valmistaminen näistä materiaaleista vaatii lukuisia liitosprosesseja, joihin kuuluvat kitkasekoitushitsaus, hybridilaserkaarihitsaus (HLAW), pulssikaasumetallikaarihitsaus (GMAW) jne. M777-vakainvarret hitsattiin Ti-6Al- 4V-seoslevyistä ja -valuista Gas Tungsten Arc Welding (GTW) -prosessilla. EWI-työn ensisijainen tavoite on integroida tehokas materiaali EWI:n työn päätavoite on integroida tehokkaat materiaaliliitostekniikat monimutkaisten Ti-6Al- 4V-rakenneosien valmistukseen. 80-85% GTA-hitsauksesta on korvattu GMAW-P- tai laserkantohitsauksella, ja EWI tukee myös ARDECin yhteistä projektinhallintatoimistoa (JPMO) ja BAE Systemsiä projektitutkimusten suorittamisessa. Tavoitteena on käyttää edistyneitä titaaniseoshitsaustekniikoita M777-tykistöasejärjestelmän esittelyssä ja validoinnissa.
④ Edullinen yksivaiheinen sulatusprosessi titaaniseoksille
Titaaniseos (Ti-6Al- 4V) on avainmateriaali kevyissä 155 mm:n tykistöaseissa. NCEMT on onnistuneesti toteuttanut 31- tuuman PAM-titaaniseosharkkojen koetuotantoa. Tekniikka on siirretty teollisuuteen, ja sitä käytetään ensimmäistä kertaa LW155-aseessa pääurakoitsijan BAE Systemsin ja LW155 Joint Project Management Officen (JPMO) kautta. Yksivaiheinen sulatettava PAM alentaa LW155-aseessa käytetyn Ti-6Al- 4V-harkon hankintakustannuksia jopa 27 prosenttia. Tämä edullinen tekniikka hyödyttää myös muita DOD-asejärjestelmiä, joissa käytetään titaaniseoskomponentteja, kuten US Marine Corpsin Extended Field Combat Vehicle (EFV) -ajoneuvoa. NCEMT:n yksivaiheinen sulattava PAM-prosessi mahdollistaa valanteen korkean pinnan saavuttamisen. laatu, jopa halkaisijaltaan 31 tuumaa, mikä vähentää tai poistaa pintakäsittelyn tarpeen ennen taontaa.
