포병은 적군에 대한 장거리 정밀타격 제압을 수행하는 군대의 주요 장비로, 전투과정에서 중요한 역할을 한다. 미래 전쟁에서도 포병은 여전히 군대의 주요 전투 장비가 될 것입니다. 티타늄 합금, 알루미늄 합금 및 그 부품 제조 기술과 같은 첨단 소재의 급속한 발전으로 포병의 정밀도, 사거리, 전력 및 이동성 측면에서 미래는 크게 향상될 것입니다. 미국의 초경량포 M777은 티타늄 합금과 알루미늄 합금을 사용해 포의 성능을 향상시킨 대표적인 사례다.
초경량 야포(UFH) M777은 1997년 미 육군과 해병대가 M198 155mm 견인포를 대체하기 위해 제안한 것으로, M777은 처음으로 다수의 경합금을 사용하며, 혁신적인 디자인과 첨단 제조 공정을 통해 M777의 무게는 M198의 16,000파운드에서 현재 무게의 약 절반인 9,{10}}파운드 미만으로 감소했습니다. M198을 사용하면 고속에서도 운반 및 견인이 용이하고, 고속에서도 운반 및 견인이 용이해집니다. 덕분에 고속으로 쉽게 운반하고 견인할 수 있습니다.
1) 티타늄 합금의 광범위한 사용
M198과 비교하여 M777은 다수의 티타늄 합금, 티타늄 주조 및 알루미늄 합금을 사용하여 3,175kg(7,{5}}lbs) 또는 44%의 무게 감소를 달성했습니다. 티타늄 합금은 RTI International Metals에서 공급했으며 M777의 무게는 3,745kg으로 헬리콥터, 수송기, 선박으로 운반할 수 있습니다. 견인포는 2.5t 이상의 차량 4량 ◇4대로 견인 가능하다. M777 곡사포가 새로운 디자인으로 업그레이드되었습니다. M777 곡사포는 새로운 디자인으로 업그레이드되었으며, M777A1은 디지털 사격 통제 시스템을, M777A2는 소프트웨어 업그레이드와 엑스칼리버 탄약 사용 기능을 갖추고 있습니다.
M777 초경량 총의 저렴한 비용과 가벼운 무게는 티타늄 및 알루미늄 합금과 부품을 광범위하게 사용하기 때문입니다. 티타늄 합금의 저렴한 가격만으로는 이러한 목표를 달성할 수 없습니다.
2) 첨단 제조 기술의 채택
NCEMT는 세계 최대의 유동 성형 티타늄 로커 튜브와 리코일 튜브를 생산했습니다.
FlowForming은 매우 정확한 치수의 중공 실린더를 생산하는 냉간 성형 공정입니다. FlowFormed 티타늄 부품은 거의 그물 모양이 될 수 있어 합금 부품 제조 시 스크랩이 줄어듭니다. 공정의 정밀도가 높기 때문에 광범위한 항공우주 및 군사 응용 분야에 사용할 수 있습니다. NCEMT는 현재의 압출 및 가공 공정에 비해 비용을 절감하고 스크랩을 줄여 로커 튜브를 생산하는 방법을 연구하고 있습니다. 매사추세츠주 빌레리카에 위치한 DMW(Dynamic Machine Works)는 로커 튜브의 흐름 형성 공정을 연구해 왔습니다. 직경 5.6인치, 길이 72인치(약 1.8m)로 가장 큰 흐름 형성 티타늄 튜브가 생산되었습니다.
유동 성형을 통해 두꺼운 크기의 Ti-6Al- 4V 합금 튜브가 회전하는 맨드릴과 회전하는 롤 주위로 압출되어 원하는 치수를 얻습니다. 압출 공정 중에 원재료가 거의 100% 유지되기 때문입니다. 2004년에 NCEMT는 합동 프로젝트 관리 기관에 45피트 로커 피팅을 공급했습니다. 이 프로세스는 LW155 포병 기술 시연 검증에 적용되었습니다. 흐름 형성 공정의 적용 및 비용 절감의 성공적인 예는 M777 경량 155mm 주포용 티타늄 로커 및 반동 튜브입니다. 유동 성형 로커 튜브 비용은 원래 생산 공정보다 68% 저렴했습니다.
② 정밀주조 - 부품수 절감
많은 군용 무기에는 부품 수가 많기 때문에 제조 비용이 높습니다. 많은 개별 구성 요소로 구성된 복잡한 부품으로 인해 제조 주기 시간도 늘어납니다. 미군은 비용을 절감하면서 더 많은 혜택을 제공하기 위해 노력해 왔습니다. 미국 국방부(DOD)는 이러한 목표를 달성하기 위해 혁신적인 프로세스를 채택했습니다. 정밀 주조는 부품 수를 줄이는 가장 효과적인 공정 중 하나입니다.
정밀 주조 공정에는 다음과 같은 장점이 있습니다. 제조 비용이 저렴합니다. 제조 리드타임 감소; 향상된 신뢰성; 그리고 무게도 줄었습니다. 정밀 주조는 무기, 항공기 동체, 발사체 및 추진 장치와 같은 다양한 군사 응용 분야에 사용될 수 있습니다. 티타늄 합금과 정밀 주조 공정을 사용하여 전통적인 공정과 비교됩니다. M777 경포 구성 요소가 크게 감소되었습니다. 미 해군 금속 가공 센터는 정밀 주조 공정을 사용하여 M777 경량 155mm 주포를 괭이에 장착하는 부품 수를 120개에서 2개로 줄였습니다.
국립 첨단 금속 가공 센터(NCEMT)는 부품 수를 줄이고 자재 스크랩 및 제조 비용을 낮추기 위해 새로운 제조 공정과 혁신적인 성형 기술에 대한 연구를 수행했습니다. 합동경포관리사무실(JPMO), BAE 및 티타늄 공장과 함께 M777 경량 155mm 주포(LW155)용 단일 부품 정밀 주조 스페이드에 대한 연구가 수행되었습니다. 과거에는 기계를 가공하고 용접하여 스페이드를 제작했습니다. 또 다른 까다로운 구성 요소는 원래 100개 이상의 부품을 가공하고 용접한 안장입니다. NCEMT는 JPMO, BAE 및 티타늄 합금 공장과 협력하여 일체형 정밀 주조 조향 기어를 개발했습니다.
또한 스티어링 기어는 단조 공정을 통해 제조되므로 압연 판 가공 공정에 비해 스크랩이 50% 감소합니다. 저렴한 SM PAM(Single Melt Plasma Arc Melting) Ti-6Al- 4V 블랭크로 저가 벨 하우징을 성공적으로 단조했습니다. 종 모양의 쉘 단조품의 인장 강도는 965 MPa에서 1,034 MPa 범위였습니다. 항복강도 범위는 910~972MPa이며; 신장률은 14.9%~5.9% 범위였으며; 단면 수축률은 36.2%~40.9% 범위였습니다. 모든 SM PAM 단조품의 인장 특성은 AMS 4928 및 ASTM B 381 표준의 요구 사항을 충족했습니다.
③ 에디슨 용접연구소(EWI) M777 경량포 제조에 사용되는 용접공정 연구
미 육군은 무기 플랫폼의 무게를 줄이기 위해 첨단 구조 부품에 알루미늄 합금, 티타늄 합금, 복합재 등의 경량 소재를 사용하는 방법을 연구하고 있습니다. 또한 이러한 재료로 하이브리드 구조 부품을 제작하려면 마찰 교반 용접, 하이브리드 레이저 아크 용접(HLAW), 펄스 가스 금속 아크 용접(GMAW) 등을 포함한 수많은 접합 공정이 필요합니다. M777 스태빌라이저 빔 암이 용접되었습니다. 가스 텅스텐 아크 용접(GTW) 공정을 통해 Ti-6Al- 4V 합금 판 및 주조품을 생산합니다. EWI 작업의 주요 목표는 효율적인 재료를 통합하는 것입니다. EWI 작업의 주요 목적은 통합하는 것입니다. 복잡한 Ti{3}}Al- 4V 구조 부품 준비를 위한 효율적인 재료 접합 기술. GTA 용접의 80-85%가 GMAW-P 또는 레이저 스텀프 용접으로 대체되었으며 EWI는 또한 프로젝트 연구 수행에서 ARDEC의 JPMO(Joint Project Management Office) 및 BAE Systems를 지원하고 있습니다. 목표는 M777 포병 무기 시스템의 시연 및 검증에 고급 티타늄 합금 용접 기술을 사용하는 것입니다.
④ 티타늄 합금의 저가형 단일 단계 용해 공정
티타늄 합금(Ti-6Al- 4V)은 경량 155mm 포의 핵심 소재입니다. NCEMT는 31-인치 PAM 티타늄 합금 잉곳의 시험 생산을 성공적으로 수행했습니다. 이 기술은 업계로 이전되어 주계약자인 BAE Systems와 LW155 Joint Project Management Office(JPMO)를 통해 LW155 총에 처음으로 사용되고 있습니다. 단일 단계 용융 PAM은 LW155 건에 사용되는 Ti{7}}Al- 4V 잉곳의 조달 비용을 최대 27%까지 절감합니다. 이 저비용 기술은 미 해병대의 EFV(Extended Field Combat Vehicle)와 같이 티타늄 합금 부품을 사용하는 다른 DOD 무기 시스템에도 도움이 될 것입니다. NCEMT 단일 단계 용융 PAM 공정을 통해 잉곳이 높은 표면을 얻을 수 있습니다. 직경 31인치까지 품질을 향상시켜 단조 전 표면 처리의 필요성을 줄이거나 없앱니다.
