机枪断壳故障分析

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国产12.7毫米口径机枪在射击过程中，枪弹常会出现断壳故障，断下的部分弹壳贴膛并残留在弹膛内，直接阻障下一发弹的发射，严重影响了机枪的战斗性能。

近年来，弹壳材料均以钢代铜，可以减少铜的消耗、降低成本，但是钢弹壳材料的延伸率相对较低（δ≥30% )，受力变形比较恶劣，在试验中出现的故障较严重，而铜弹壳材料的延伸率（δ≥55% )，在试验中从未出现断壳故障。

另外，弹壳一锥体消除初始间隙后，铜弹壳和钢弹壳的平均最小安全系数分别为1.26、1.23,由于钢弹壳的平均最小安全系数小，加之在一锥末点区域弹壳壁最薄，弹壳贴膛后，因材质及制造一致性等因素影响，局部会超过弹性极限,发生塑性变形，从而在一、二锥交接处或交接处后约8〜10mm处（见图1: A-A和B-B )出现弹壳断裂。[size=14.6667px]

由于弹壳在选材上以钢代铜，而该口径机枪弹膛及所用枪弹弹壳的结构尺寸均是根据苏联1938年式DshK机枪与铜壳弹的动态匹配关系确定，从未改变。


国内多年来生产研制的12.7mm机枪的枪管弹膛结构尺寸和枪弹结构尺寸与54式完全相同，而这些结构设计是根据原铜弹尺寸确定,至今没有改变，射击时断 壳故障时有发生。

为解决断壳问题，曾试图加大枪管壁厚，试验证明，采用此法不但没有解决断壳问题，反而使断壳现象更严重。





弹膛及弹売结构尺寸对断壳影响机理分析


初始间隙计算


枪械在结构设计时，要保证弹壳与膛壁间有一定的初始间隙。如图2所示。



图2弹壳与弹膛间隙




以国产12.7与美军M2的12.7两种机枪为例，对比分析其初始间隙。

枪管弹膛结构见图3,尺寸对比见表1。

枪弹结构见图4,尺寸对比见表2。














对初始问隙及ab段弹壳体积变化率进行分析计算，计算结果见表3。


弹壳受力后动态变形机理分析

机枪闭锁后,在闭锁机构力F作用下(如图1)，弹壳bc段首先与弹膛内壁贴合，贴合的紧闭程度由枪弹压缩量大小而定。

击发底火后，在小干 1 ms时间，内膛压力P升到最大，弹头已开始向前运动，在此段时间内弹壳ab与bc 段首先产生弹塑性变形并与弹膛内壁紧密贴合，然后在膛内高温高压火药燃气作用下，弹壳与枪管继续产生动态变形。



计算结果分析

由表2、表3中数据可知，弹壳各断面的厚度不同，枪弹配合各断面的初始间隙大小不相同，在最大膛压下，弹壳体各断面消除初始间隙后贴膛时机不相同。

在cd段，国产机枪的初始间隙为 0.135mm，M2机枪为0.15mm，国产机枪相对较小，在b断面处，国产机枪为0.28mm，M2机枪为0.10mm，前者较后者大。

因国产机枪枪弹弹壳b段材料薄、初始间隙小，在膛压P作用下，首先变形消除初始间隙后与弹膛内壁紧贴，贴膛后的摩擦阻力很大，加之b段面处的初始间隙大，贴膛时运动非常困难。

研究国产机枪ab段弹壳变形情况。b断面处壁厚仅是a断面的0.44,而初始间隙却是a 断面处的2.14倍（平均值，见表3 )，在膛压P 的作用下，b断面处弹壳材料最薄，且初始间隙最大，变形量也最大，贴膛时机滞后一点，再加上ab段弹膛有2°左右的锥角，弹壳贴膛后摩擦阻力更大，若此时想拉伸ab段材料向b断面处流动就更困难，在b断面处局部变形过大，容易造成断壳发生。


再分析ab段弹壳消除初始间隙后的体积变化率。

表3中两种12.7rmn机枪的对比分析计算说明，M2型12.7mm机枪的枪弹各断面的初始间隙大小基本相同且比较小，保证各断面贴膛时机基本一致，且ab段弹壳的体积变化率比较小（平均值为7.68%〜11.4% ),结构设计比较合理；

54式12.7mm机枪枪弹各断面的初始间隙大小不相同，特别是b断面处初始间隙过大，ab段弹壳体积变化率比较大 (平均值为14.77%〜24.75% )，而b断面处的弹壳变化率远大于上述计算值，个别弹壳变形已超过钢弹壳材料的延伸率，导致枪弹断壳。

枪管结构对断売的影响分析

枪弹被击发后，产生高温高压的火药气体，枪管在高温高压的作用下，迅速膨胀，膨胀率的大小与枪管壁厚度有关，膨胀率越大，对弹壳的箍紧力就越小。因此，选择适当的枪管壁厚度是保证枪弹顺利发射的一个条件。

为了解枪管结构对断壳的影响，工厂以的89式12.7mm机枪为试验对象，采用改变枪管外圆纵槽底径的办法，进行了验证试验。


89式12.7mm机枪枪管的线膛及外圆采用精锻加工，设计时，为减轻整枪重量及枪管散热面积，枪管外圆上设计有8条纵槽，纵槽开始处的底径为35mm。

当纵槽底径由35mm减少到31mm时，仍有断壳现象发生，当减少到29mm、28mm时，发生断壳的次数有所减少。

从工厂进行的试验表明：减小纵槽底径，就会减小枪管刚度，枪弹发射时,易于枪管膨胀，对弹壳的箍紧力就减小，弹壳易产生轴向变形流动，更易拋出弹壳。所以枪管纵槽底径的大小与断壳有关系。


讨论

(1）在现行机枪弹膛与弹壳结构尺寸不变的条件下，弹壳材料以钢代铜后，钢的延伸率比铜低约5%左右，在膛压载荷作用下，ab段弹壳消除初始间隙（贴膛）时的变形量过大，局部变形超过钢弹壳材料的延伸率， 是导致断壳的直接原因。由于这一原因的存在，如果弹膛质量不好，弹壳质量不高，抽壳时机匹配不好等诸多因素，会增加断壳故障频率。

(2 )在不改变目前弹壳结构情况下，应控制好钢弹壳材料质量，改进制造工艺及热处理方式，减少弹壳的延伸变化量。

(3 )要解决枪弹断壳问题，最好是改进枪管、弹膛及弹壳结构尺寸，使其达到最佳匹配关系，满足钢弹壳的使用要求。

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核心还是蛋壳材料缺陷问题，这是内在问题，外在只是影响因素，不是决定性的，

M_E

好奇这些口径小数怎么那么长的，搜了一下发现原来是英制尺寸在先，12.7mm=0.5in