复合枪管的制作方法

专利名称:复合枪管的制作方法
技术领域：
本发明大体来说涉及枪支，且更特定来说，涉及一种改进的复合枪管。
技术背景
枪支的枪管实质上是当开枪时经受通过点燃子弹填装炸药所产生的燃烧热和力的 压力容器。因此，钢由于其机械特性允许其重复经受住多次开枪而己成为经选择用于枪 管的材料。但全部由钢制成的枪管会较重，其可能会使得钢质枪管的枪支难以长期携带 或在射击比赛期间保持稳定。 一种制造较轻枪管的经尝试的解决方案曾使用铝枪管，其 具备用于子弹路径的硬性涂布或电镀的枪膛表面。这些枪管制造起来可能较昂贵且经薄 涂布的枪膛表面随着时间流逝可能会有磨损。由两种或两种以上不同组份制成的本文中 被称作枪管的复合枪管也是已知的。这些枪管中的一些枪管包括钢质内管以及由较轻重 量的材料(例如铝或合成塑胶树脂)制成的外套管或外壳。然而，将多个组件接合在一 起以形成能够经受住重复开枪的紧固结合还是个问题。已有时使用粘着剂、压配合、螺 杆旋拧或螺纹连接、熔焊或硬焊和通过浇铸使外套管附接到内钢质管。这些生产技术可 导致复合枪管由于内管与外套管或外壳之间的不充分的结合或耦合而在重复多次开枪 后发生分离。 一些己知的设计也需要多个制造步骤且需要劳动密集型生产，进而有时使 得这些常规复合枪管的制造复杂且昂贵。
因此，需要制造起来简单且经济并仍提供内组件与外组件之间的较强和持久性结合 的轻重量复合枪管。
发明内容
提供一种改进的复合枪管和用于形成其的新颖方法以克服已知的复合枪管的上述 缺陷。在一优选实施例中，根据本发明的原理的复合枪管由与上述己知的制造技术相比 提供不同枪管组件之间的优越和较强结合的锻造制成。本文中所述的锻造方法的新颖用 途与在生产枪管的枪支工厂中通常所使用的现有制造法很好地整合在一起。因此，避免 了额外和/或更复杂的制造步骤和装备，其与已知方法相比有利地形成有效且经济的制 造。如本文中所述的复合枪管和制造方法可用于长枪管的步枪和短枪管的手枪，其在任 一应用中具有同等优势。
在一示范性实施例中，根据本发明的原理的复合枪管可包括具有纵向延伸的枪膛和
第一密度的内管和具有小于所述内管的第一密度的第二密度的外套管，其中所述套管经 锻造到所述内管。内管可在外表面上包括多个凹入区域以用于收纳通过锻造从外套管移 位的材料以使所述管与所述套管结合在一起。在一实施例中，所述凹入区域可呈凸纹界 定的凹槽形式，其中二者均围绕外表面的至少部分和内管的长度以螺旋方式延伸。在一 些实施例中，内管优选由钢或钢合金制成且外套管优选由选自由铝、铝合金、钛和钛合 金组成的群组的材料制成。
在另一实施例中，复合枪管可包括界定中心枪膛且包括具有多个凹入区域的外表 面的内管；和界定通道且包括内表面的外套管。所述内管优选至少部分收纳在所述外套 管中。套管具有锻造前的第一配置和锻造后的第二配置，所述第一配置不同于所述第二 配置。在一实施例中，套管的内表面在第一配置中具有大体上平滑的表面且在第二配置 中具有多个凸起区域。在另一实施例中，至少一些凸起区域收纳在内管的凹入区域中以 使内管与外套管结合在一起。内管的凹入区域优选安置在所述内管的外表面中且在一实 施例中可围绕外表面的至少一部分沿圆周延伸。在一示范性实施例中，内管的凹入区域 定形成至少部分沿所述管的长度延伸的螺旋状凹槽。在另一实施例中，凹入区域可呈在 内管的外表面的至少一部分上的滚花表面形式。
在另一实施例中，复合枪管可包括界定中心枪膛且包括具有多个凹入区域的外表 面的内管，所述内管具有第一密度；和界定通道且内管至少部分收纳在其中的外套管， 所述套管具有小于所述内管的第一密度的第二密度。套管具有锻造前的第一直径和锻造 后的第二直径，所述第一直径大于所述第二直径。套管也具有锻造前的第一长度和锻造 后的第二长度，所述第二长度长于所述第一长度。
一种形成复合枪管的方法可包括提供具有第一密度的内管；提供具有小于所述第 一密度的第二密度的外套管；将所述内管至少部分插入所述外管中；在径向向内方向上 用力冲击套管；和使外套管的一部分移位以啮合内管，其中所述套管结合到所述内管以 形成复合枪管。在一实施例中，通过使用锤段的锻造来形成枪管。
在另一实施例中，形成复合枪管的方法可包括提供包括外套管和至少部分安置于 其中的内管的管-套管组合件，所述套管具有内表面和外表面，所述内管具有外表面；径 向撞击套管的外表面；和使内管的外表面的至少一部分嵌入套管的内表面中以使套管结 合到内管。
一种形成复合物件的方法可包括提供包括外套管和至少部分安置在其中的内管的 管-套管组合件，所述套管具有内表面和外表面，所述内管具有外表面；和锻造所述管-套管组合件以使外套管结合到内管。在一实施例中，锻造步骤包括在大体径向向内方向
上锤击套管的外表面。在一实施例中，管由钢或钢合金制成且套管由选自由铝、铝合金、 钛和钛合金组成的群组的金属制成。在一实施例中，管由具有第一密度的金属制成且套 管由具有第二密度的金属制成，所述第一密度不同于所述第二密度。优选的是，在一优 选实施例中第二密度小于第一密度。所述方法可进一步包括在锻造步骤期间使管-套管组 合件旋转的步骤。在一实施例中，管-套管组合件为枪管。
如本文中所使用，任何对方位或方向的参考主要希望便于描述优选实施例且并不希 望以任何方式限制本发明的范围。


将参考以下图式来描述优选实施例的特征，附图中以类似方式标记相同元件，且附 图中
图1是通过根据本文中所述的优选生产方法所生产的复合枪管的优选实施例而取得 的且展示外套管和内管的纵向横截面；
图2是展示管的可能外表面结构的一个实施例的图1的枪管的内管的侧视图；
图3是图1的枪管横截面的一部分的明细图；
图4是图1的枪管的外套管的一部分的纵向横截面；
图5是展示管的外表面结构的另一可能实施例的图1的枪管的内管的侧视图； 图6是图1的枪管的侧视图，当通过使用锤锻机的优选制造工艺馈送枪管时展示其 从最初锻造前形式到最终锻造后形式的进程； 图7是图6的锻锤中的一者的正视图； 图8是通过图1的完成的枪管取得的横截面；和
图9是锻造前的图1的枪管且展示插入外套管中的内管的部分纵向横截面。
具体实施方式
为了解本发明，现在将参考图式描述仅以实例方式给出的一优选实施例。为参考方 便起见而描述优选实施例且并不限于步枪的枪管。然而，本文中所揭示的原理对于手枪 (pistol、 handgun)来说可以同等优势加以使用。因此，在这点上本发明并不受限制。此 外，本文中所述的制造复合材料部件的工艺可同样用于制造其中重量和制造节约是有利 的除枪管以外的轻重量组件(例如在航空工业中)。因此，制造复合物件的本文中所述 的优选方法并不仅限于枪管生产。
现在参看图1，其展示枪管的一部分的横截面，在一优选实施例中，根据本发明的 原理所形成的枪支如图示包括可经由螺纹连接24连接到接收器22的枪管20。枪管20
界定提供路径的内部枪膛36，从经发射的弹药筒推进的子弹可行进通过所述路径；在 一端处的腔室28，其用于收纳和固持弹药筒；和在第二相对端处的枪口 30，子弹最终 从其离开枪支。如图示，枪膛36与腔室28连通且穿过枪管20的纵向中心线从腔室28 延伸到枪口30。枪膛36界定枪管20的纵向轴。如图1所示，腔室28优选经配置和调 适以与弹药筒的形状互补。如此项技术中常规上所实施，膛线48优选提供在枪膛36的 表面上以把旋转赋予离开的子弹以用于改进精度。膛线48可被描述为浅螺旋形凹槽， 其可切入或形成在枪膛36的壁中。
枪管20优选为从不同材料形成的复合结构以准许总枪管重量的减轻。在所示的优 选实施例中，枪管20包括内管32和附接到所述内管的外套管34。优选的是，内管32 由具有足够强度和延性以经受住发射弹药筒时所产生的燃烧热和压力的金属或金属合 金(例如钢或钢合金)制成。在一些实施例中，内管32可由不锈钢或铬-钼钢制成。所 述管可通过钻圆钢、浇铸、挤压或此项技术中常规上所使用的任何其它工艺来制成。内 管32充当外套管34的衬里。
外套管34优选由具有小于内管32的重量和密度的重量和密度的可锻金属或金属合 金制成以减轻枪管20的组合总重量。也参看图4，套管34也优选呈类似于内管32的管 的形式且具有外径ODs。在一优选实施例中，外套管34由铝或钛、或铝或钛的合金制 成。 一些优选的示范性铝为T651型和T6511型。 一优选的示范性钛合金为Ti-6A1-4V。 应注意，涵盖且可使用其它轻重量金属(例如镁或镁合金，等)，只要套管材料具有小 于内衬管32的重量和密度的重量和密度且对锻造和结合到内管来说充分可锻。
在内管32的一些实施例中可使用的钢或钢合金的密度的典型代表性范围依据所使 用的钢的类型和任何合金化元素含量而非限制性地为约7.5-8.1克/立方厘米。铝或铝合 金的典型范围非限制性地应为约2.7-2.8克/立方厘米。钛或钛合金的典型范围非限制性 地应为约4.4-4.6克/立方厘米。因此，显然，用较低密度和伴随较轻重量的铝或钛替代 钢制造枪管的至少部分将使得重量减轻。
现在将更详细地描述优选实施例的复合枪管组件，接着描述形成所述复合枪管的优 选方法或工艺。
参看图2，内管32具有外表面40，其优选经配置以收纳由锻造工艺产生的从外套 管34强行移位和凸出的材料。优选的是，包括凹入区域(例如凹陷部或空腔)的外表 面40出于那个目的而提供于其中。因此，在一优选实施例中，表面40具有凸起表面区 域与凹入表面区域的组合，其用于使外套管34锁定啮合和紧固到内管32,进而阻止当 接合或结合在一起时套管与管之间的相对纵向轴向移动。
在一实施例中，如图示，内管32的外表面结构可呈在内管32的外表面40上形成 的螺旋状螺纹42的形式。螺纹42可包括凸起的螺旋状凸纹46和安置在所述凸纹的连 续旋圈之间的较低螺旋状凹槽44。凸纹46的顶部界定螺纹42的大直径且凹槽44的底 部界定螺纹根直径。凸纹46优选从且超出外部管表面40的根直径径向向外凸出。优选 可通过例如将凹槽44切入内管32的外表面40中的常规方法来产生凸纹46。在其它实 施例中，如果通过浇铸制成管，则凸纹和凹槽可浇铸在内管32中。在一实施例中，凸 纹46优选具有定形成大体上平坦的顶部表面；然而，可使用其它顶部形状，例如弓形、 尖形等。也形成凹槽44的壁的凸纹46的轴向侧壁表面可为直的、弓形、成角度或其它 形状。优选的是，凸纹46可具有等于或大于凹槽44的轴向纵向宽度的轴向纵向宽度。 凹槽44优选也可具有大体上平坦、弓形或成锐角底部表面。在仅以实例方式说明的一 可能的实施例中，凸纹46可具有约0.09寸的典型宽度且凹槽44可具有约0.03寸的典 型宽度。然而，可提供凸纹46和凹槽44的其它宽度。螺纹42在一些实施例中优选可 具有约8个螺纹/寸到20个螺纹/寸的典型螺距，且更优选为约10个螺纹/寸到16个螺纹 /寸。
与以紧密间隔、成锐角尖顶和凹槽为表征的常规较细螺杆或机器型螺纹相比，具有 相对宽和平顶凸纹46 (和大间隔的凹槽44)的上述优选螺纹有利地帮助螺纹在锻造过 程中不会完全变平或被压扁，以使得从外套管34移位的材料被迫大体上一致和深入地 进入凹槽44中以提供套管与内管32之间的紧密结合。生产具有较宽间隔的凹槽44的 优选螺纹比使用具有紧密间隔的尖顶和凹槽的常规螺纹还有利地减少切削螺纹的制造 时间和成本。
尽管上文描述了内管32的优选带螺纹外表面40的结构，仍涵盖且可使用其它合适 的配置。举例来说，可使用具有成锐角螺纹凸纹或尖顶和在其之间具有V形凹谷的常规 螺纹(未图示)，只要所提供的收纳通过锻造从外套管34移位的材料的凹槽深度足以提 供套管与内管32之间的紧固和锁定关系。可使用此项技术中已知的各种螺纹配置，例 如峰形、蜗轮形、球形、梯形和其它配置。
应了解，外表面40可呈现除螺纹以外的众多其它形式或形状，只要在内部钢质管 32的外表面40中提供具有足够深度的凹口或凹陷部以收纳由锻造工艺产生的来自外套 管34的变形材料。在一替代实施例中，管32的外表面40可具有形状类似于图2所示 的那些凹槽但并非螺旋状且大体上与管32的纵向轴垂直(未图示)而定向的多个间隔 开的圆周凹槽44。在图5所示的另一可能实施例中，呈滚花60的形式的凹入区域可替 代螺纹提供于外表面40上。此外，外表面40的结构如本文中所示在设计或图案方面无
需一致，且凹入区域可包含非一致或不规则形状的随机图案、几何形状或其它配置。此 可仅包括内管32的充分粗糙或有凹痕的外表面40，其提供具有足够深度的空腔以通过 锻造将外套管34纵向锁定于所述管。在另一可能实施例中，尽管并非一优选实施例， 但管32的外表面40和套管34的内表面52在锻造在一起前可相对平滑。也应注意，在 其它可能的实施例中，管32的外表面40的仅一部分可含有凹入区域。因此，无需沿内 管32的整个长度提供凹入区域或可提供在间隔开的图案中或沿所述管的长度分组。因 此，将明白本发明并不限于本文中所揭示的可能的凹入表面配置的数个实例。
外部管螺纹42优选可(但并非必需)在方向上定向在切入或形成于枪管20中的枪 膛36 (参见图1)中的膛线48的相对方向上。举例来说，在一优选实施例中，螺纹42 为左旋的且膛线48为右旋的。在其它实施例中，螺纹42可为右旋的而膛线48为左旋 的。在如下详细描述的制造复合枪管20的工艺中，针对外部螺纹42和膛线48使用相 对方向的螺纹会更加确保当将膛线添加到枪管中时外套管34附接到内管32不会松弛。 实际上，使用相对方向的螺纹会有利地倾向于加紧外套管34与内管32之间的连接。或 者，应了解，在一些实施例中，外部管螺纹42和膛线48需要时可具有相同方向或定向 的螺纹，这是由于外套管34与内管32之间的结合主要通过锻造和材料变形来形成，而 非单独通过螺纹连接来形成。
参看图3，其展示穿过根据一优选实施例所形成的完成的复合枪管的横截面，内管 32优选具有壁厚Tt,所述壁厚Tt 一方面足以将切削膛线48容纳于其中且保持合适的强 度以吸收与发射弹药筒相关的力，而另一方面足够小以便不会对枪管20添加过分的重 量。外套管34优选具有足以构成枪管20的所要外径且向复合枪管提供可需要的任何额 外强度的壁厚。应了解，内管32和套管34的厚度将随所制造的枪支和所使用的弹药的 尺寸和类型和经选择用于内管和套管的材料而变化。所属领域的技术人员的能力范围内 容易确定对于所要应用和材料的适当厚度。
现在将参考图l-3描述制造根据本发明的原理的复合枪管的优选方法或过程。优选 通过锻造且更优选通过使用可购得的锤锻机(例如由奥地利的斯特意(Steyr, Austria) 的Gesellschaft Fur Fertigungstechnik und Maschinenbau (GFM)所建造的那些缍锻机) 的锤锻来形成复合枪管20。 一般来说，在枪支工业中缍锻常规上已用于制造单件式钢质 枪管。常规工艺以镗过的枪管坯件起始，所述枪管坯件通常比所要的完成的枪管更短。 在其上的凸起浮雕中可包括膛线的心轴(未图示)穿过枪膛中的坯件向下插入。由于心 轴实质上设定锻造后枪管的最小的最终枪膛直径，因此部分基于所要的最终枪膛直径来 选择心轴的直径。接着将坯件逐渐馈送穿过机器，且在已知为旋转锻造的工艺中通过相
反的锤围绕心轴进行锤击。此过程使枪管变薄和伸长以产生具有比所述工艺开始所使用 的坯件更长和更小的完成的长度和外径的枪管。同时在枪管枪膛中产生膛线。或者，可 在单独操作中将膛线切入枪管枪膛中。此同一锻造机可用于使用本文中所述的方法生产 复合枪管，此前为尚未出于那个目的使用所述方法。因此，枪支工厂并不需要新颖和额 外的机械工件来生产根据本发明的原理的复合枪管，其消除了额外资本支出和维护/操作 成本。
通过提供可呈圆钢形式的钢质枪管坯件开始制造复合枪管的优选方法。接着可通过 钻孔在枪管坯件中形成内部枪膛36以产生具有初始平坦的外表面40的中空结构的内部 钢质管32。其后将外部螺纹42切入管32的外表面40中以提供呈凹槽44的形式的表面 凹口，所述凹槽44经配置以用于收纳从锻造工艺移位的外套管34的变形材料。或者， 然而，应了解，可通过获得和提供具有平坦外表面40或包括外部螺纹42的预制内部钢 质管32开始所述工艺。如果提供平坦外表面40，则必须将外部螺纹42切入所述表面中。
也提供外壳或套管34，其优选呈具有外表面50和界定内表面52的通道54的管的 形式(参见图4)。内表面52优选可为平滑或稍粗糙的，这是由于希望使材料通过锻造 变形且被迫进入内管32中。因此，内表面修整并不重要，只要可通过锻造工艺迫使套 管材料进入管外表面40的凹入区域中。然而，优选的是，内表面52不具有配置有凹口 或沉陷区域的表面，所述凹口或沉陷区域可能会对通过锻造迫使来自套管34的材料相 对一致地进入内管32的凹槽44中产生干扰。外套管34优选具有大体上一致的壁厚Ts。 可以上文针对内管32所述的相同一般方式或通过挤压或在金属组件制造技术中通常使 用的其它技术来生产外套管34。在一优选实施例中，外套管34优选由铝、钛或铝或钛 的合金制成；然而，可使用其它合适的轻重量金属或金属合金，只要其具有足够的可锻 性以在锻造工艺中经受变形来填充内管32中的凹槽44 (参见图2)。
通过将内管32插入外套管34中来继续枪管形成工艺。此将外套管34的内表面52 置放在靠近内管32的外表面40处，而不必在沿套管和内管的长度和圆周的所有位置处 接触所述内管。内钢质衬管32 (图2)的外径ODT优选稍小于外套管34 (图1)的内径 IDS以使得所述管可滑入所述外套管中。锻造前内管32与外套管34之间的相对紧密的 配合和略微严格的尺寸公差是优选的但并非必需，只要外套管34靠近钢质管32的凹槽 44且可被迫完全进入钢质管32的凹槽44中以在锤锻工艺期间产生紧固结合。
应注意，管-套管组合件32、 34具有锻造前的第一初始或预制配置和尺寸。参看展 示套管34的图4和9(后者展示穿过锻造前插入外套管34内部的内管32的一部分的部 分横截面)，套管通道54的外套管内表面52优选相对一致和平滑而无任何从其径向凸
出或凹入其中的任何实质表面结构，所述实质表面结构可能会对通过锻造形成在管与外 套管之间的良好结合产生干扰。在一优选实施例中，内管32可如图2所示，其具有外 部螺纹42和相对平滑的枪膛36 (未图示)。
参看图6，其后将管-套管组合件32、 34装载入锤锻机中。将锤锻心轴(未图示) 插入穿过管32的枪膛36，且具有插入其中的心轴的管-套管组合件32、 34在轴方向F 上推进锻造机中。由锻造机同时旋转心轴和管-套管组合件32、 34,同时在所述机器中 轴向向前移动。管-套管组合件32、 34继续向机器的锻造区前进且穿过完全相反的振荡 冲击或撞击构件(例如锤70),所述构件用相当大的力撞击和接触(即"锤击")套管 34的外表面。此工艺也被称作旋转锻造。锤70以非常高的速率在方向O上来回振荡， 其优选大体垂直于工件表面(例如套管34的外表面50)。
在一实施例中，锻造机可含有四个锤70 (在图6的侧面正视图中图解展示)，其中 两对各以180度的角度完全相反。为清楚描绘管-套管组合件32、 34,在图6中，展示 一对垂直相反的锤70而省略一对水平锤。可易于由所属领域的技术人员通过参考锻造 机制造商的操作和维护手册来确定所述锤的支持结构、锤锻机的其它组件细节和其操 作。因此，为简洁起见，锻造机的这些方面和参考并不在本文中重复。应注意，管-套管 组合件32、 34的轴向馈送速率和旋转速率(RPM)可在需要时由锻造机用户基于组合 件的直径和组件的壁厚来调整和优化以实现管与套管之间的良好结合。此可易于由所属 领域的技术人员通过参考锻造机制造商的手册使用枪管材料进行常规试运行来确定。
图7展示来自图6的典型锤的正视图(沿管-套管组合件32、 34在锻造机的馈送方 向F上轴向观看)。在一实施例中各锤70大体上可为三角形且具有撞击工件(例如管-套管组合件32、 34)且使其变形的撞击表面71。在一些实施例中，撞击表面71可略成 圆角和/或成角度以形成如图示的撞击表面角Al以与工件的大体上为圆形的横截面互 补。在一些实施例中，角Al通常为约135度到约155度，但可小于或大于那个范围， 其取决于管-套管组合件32、 34的直径。不同角Al可用于产生不同类型的美观表面修 整，从其中套管34的外表面50上的锤痕可能不易于察觉的极其平滑修整到其中有意使 锤痕可察觉的较粗糙修整。因此，角A1并不限于上述范围。
应注意，本发明并不受所使用的商业锻造机类型、所使用的锻锤位置或数目、或锤 本身的个别配置或细节限制。可使用任何类型的锤锻机或其它合适类型的锻造设备和操 作，只要可以本文中所述的同一或等效方式使外套管变形且结合到内管。
再次参看图6，继续沿轴向馈送管-套管组合件32、 34且前进经过锤锻。冲击锤70 大力撞击套管34的外表面50,所述力围绕锻造心轴逐渐锤击管-套管组合件。锤70优
选近似垂直于外表面50且在径向向内方向上撞击套管34。以此方式径向压縮套管34且 使其变形，所述套管34实质上在内侧的心轴和内管32与外侧的沿圆周压迫套管的锤70 之间受到挤压。锤击促使来自套管的内表面52的材料移位且被迫流入内管外表面40的 空腔或凹入区域(例如凹槽44)中。从外套管34移位的材料嵌入凹槽44中以使得套管 啮合内管32的凹槽以使套管与管接合在一起。优选的是，来自套管34的材料填充凹槽 44的至少部分深度。更优选的是，大体上凹槽44的整个深度被来自外套管34的嵌入材 料填充。锻造操作也促使来自套管34的材料在纵向方向上流动，其使得锻造后长度变 得比锻造前更长。当枪管20行进经过振荡锤时，其实质上被挤压出心轴。应注意，或 者，当将凸纹44压入外套管34的内表面52中时可相反地从内管的透视图观看锻造操 作，进而在套管中形成对应于管凸纹44的凹陷。
如图6所示，管-套管组合件32、 34在锻造过程中在尺寸方面经受物理转变，进而 产生不同于组合件的第一初始预制尺寸的第二最终尺寸。当管-套管组合件32、 34移动 经过锤70且材料移位时，所述组合件总体上直径减小且长度在纵向上伸长或增加。经 组合的管-套管组合件长度可伸长约15%或更多。因此，锻造后，外套管34的最终外径 OD小于初始外径OD。套管壁厚T也变得比其初始厚度更小。且套管长度L (参见图4) 在锻造工艺后变得更长。内管32的长度Lt在锻造后变得比其第一预制长度更长。外径 ODt和壁厚Tt经受尺寸减小且变得更小。
以实例方式，在使用锤锻机试生产22 口径边缘发火式步枪的复合枪管时，以下尺 寸转变得到具有钢质内管32和钛外套管34的枪管。锻造前，内管32具有0.375寸的初 始ODt和0.245寸的IDt。锻造后，管32具有0.325寸的最终外径ODt和0.2175寸的 IDt (基于所要的枪膛直径和选择生产所要的枪膛直径所必需的合适心轴直径的最终 IDt)。因此，由于基于管32的外径ODt的锻造而使直径减小了约13%。伴随的是，由 于通过锻造进行压縮和移位的管材料使得材料纵向移位且管伸长，因此此也使管32的 长度Lt增长了约13%。心轴和钢的机械特性实质上部分限制了管材料向内径向移位和 直径的减小，其接着替代地迫使材料在纵向方向上移位。应了解，可在锻造工艺期间伴 随发生管32的壁厚Tt的减小(在以上实例中为约0.02寸)。
锻造前，在同一 22 口径边缘发火式步枪试生产中的外套管34具有1.120寸的初始 ODs和0.378寸的IDs。锻造后，套管34具有0.947寸的最终外径ODs和约0.325寸的 IDs。因此，由基于套管34的外径ODt的锻造使直径减小了约15%。伴随的是，由于 通过锻造进行压縮和移位的套管材料使得材料纵向移位且套管伸长，因此此也使套管34 的长度Ls增长了约15%。内管32和钛的机械特性实质上部分限制了套管材料最大向内
径向移位和直径减小，其接着替代地迫使材料在纵向方向上移位。应了解，可在锻造工 艺期间伴随发生套管34的壁厚Ts的减小(在以上实例中为约0.12寸)。
在锻造操作期间，除上文所发生的尺寸变化以外，外套管34也伴随经受配置或形 状的转变。锻造后，套管34的内表面52再定形为具有现在一系列螺旋状凸起凸纹和凹 入凹槽的特征，其大体上为内管32的凸纹46和凹槽44的相反图像。此通过锻造使外 套管34变形，其迫使其材料流入内管32的凸纹46和凹槽44中以使套管与管永久性地 结合在一起。因此，与此前所使用的已知复合枪管制造技术相比，根据本发明的原理的 最终再配置的复合枪管有利地从此再定形转变得到较强和紧固的结合。另外，与在其上 浇铸套管的枪管衬里相比，本发明的经锻造的复合枪管具有优越的强度。
在锻造管-套管组合件32、 34的同时，如果提供如上所述的在凸起浮雕中具有膛线 的心轴，则可视情况在内管32的枪膛36中锤击膛线48。或者，可通过切削或通过牵拉 安装在液压撞锤的长杆上的具有凸起部分的旋转按钮穿过枪管枪膛的冷成型将膛线添 加到枪膛36中。在外套管34已结合到内管32后，在需要时可接着对管-套管组合件32、 34完成任何最终加工或修整步骤，例如研磨、抛光、在枪管中加工腔室等。
锻造工艺和所得材料变形所产生的管32与外套管34之间的较强和紧固结合达到了 两个组件的材料实质上融合在一起成为单一双金属组件的程度，使得内管与外套管材料 之间的界面变得几乎不能被察觉。经再成型的复合枪管因而避免了原本在重复多次开枪 后会振动和可能会分离的经接合的枪管组件之间的潜在松弛性。应注意，通过锻造无需 完全迫使来自外套管34的材料进入内管螺旋状凹槽44的每一部分中，只要凹槽的充分 圆周和纵向范围被套管材料填充以提供枪管组件之间的较强结合。因此，其中结合并不 理想的枪管20的某些部分是可接受的。
锻造工艺可有利地生产轻重量和较强复合枪管，所述枪管如上所述在两个组件之间 的结合在强度和耐久性方面优于将不同枪管组件结合在一起的常规方法。这些常规方法 在结构上并未使组件材料再成型和再定形，而仅试图将枪管组件机械地耦合在一起而不 改变其结构或形状。且与使用两个实质上只用螺杆拧在一起的带螺纹组件的常规复合枪
管构造相比，由上述锻造工艺所制成的复合枪管将材料融合在一起后不能以手动方式或
通过开枪所引发的振动而旋开或松动。因此，本发明的复合枪管不会随时间而松动和发 出卡嗒声。另外，锤锻工艺有利地在单一操作中使用已用于加工和生产其它枪支组件(例
如全钢枪管)的现有枪支工厂装备来产生结合。因此，可实现生产经济性和效率。
作为一实例，根据本发明的原理所形成的复合步枪枪管与相同尺寸的全钢枪管相比 可实现的典型重量减小在使用铝外套管时在约7-8磅的范围内且在使用钛外套管时在
4-5磅的范围内。
应注意，管和套管所使用的材料类型和壁厚、连同经过锤锻的管-套管组合件32、 34的馈送速率和心轴的RPM决定锻造力和管与套管之间的所得结合强度。基于在生产 常规单件式钢质枪管时使用锤锻机的经验，所属领域的技术人员完全能够优化上述参数 以产生管与套管之间的令人满意的结合。还应了解，生产适当尺寸的最终经锻造复合枪 管所需的管和套管的初始锻造前OD和壁厚将基于欲生产的枪管的口径而变化。
上述锻造工艺可用于制造分别用于步枪或手枪的复合长或短枪管。另外，预期可使 用锻造工艺和本发明的原理将两种以上材料结合在一起以生产复合枪管或与枪支无关 的其它物件。举例来说，可能需要建构具有如本文中己描述的较强、较硬内管和较轻重 量套管、而且为实现较好的抗冲击性而在所述套管顶部上具有较强较硬最外层外壳的物 件。在一此类可能实施例中，此构造可包括钢质内管和薄型钢质最外层外壳，其中铝或 钛套管安置于其间。因此，本发明所涵盖的且可根据本文中所述的本发明原理而生产的 多种材料复合物件存在众多变化形式。
根据本发明的另一方面，上述方法可用于制造用于与枪支无关的众多应用的复合部 件，在所述应用中出于多种原因(例如对外部施加的负载的抗冲击性)需要在复合管式 结构外部上具有更强和更密集的材料。实质上，此构造与上述示范性枪管构造相反。因 此，在一可能实施例中，所述复合结构可包括由铝、钛或其合金制成的较低密度内管和 由钢制成的较高密度外套管。这些组件可以与上述内管32和外套管34相同的方式配置， 而仅在内管和外套管的位置上颠倒较轻和较重材料。可接着经由锤锻以类似于上文针对 管-套管组合件32、 34所述的那种方式的方式将复合部件的组件结合在一起。此类构造 可有利地用于其中较强而轻重量的管式构造为有益的航空和航天工业中。
尽管在本文中描述了锤锻工艺且其为优选的，但应了解，还涵盖其它锻造技术和机 器且其可用于制造本文中所述的根据本发明的原理的复合枪管。
尽管上文描述和图式代表了本发明的优选实施例，但应了解，在不脱离附随权利要 求书所界定的本发明的精神和范围的情况下可在其中作出各种添加、修改和替代。具体 来说，所属领域的技术人员应了解，在不脱离本发明的原理的情况下，可在特别适于特 定需要和操作需求的对在本发明的实践中所使用的结构、布置、比例、尺寸、材料和组 件作出的许多修改的情况下使用本发明。因此，目前所揭示的实施例在所有方面被视为 说明性的而非限制的，由附加权利要求
书界定本发明的范围，且并不限于上文描述或实 施例。
权利要求
1. 一种经锻造的轻重量复合枪管，其包含内管，其具有纵向延伸的枪膛和第一密度；外套管，其具有小于所述内管的所述第一密度的第二密度，其中所述套管被锻造到所述内管上。
2. 根据权利要求
1所述的枪管，其中所述内管包括具有凹入区域的外表面以用于收纳 在锻造期间来自所述外套管的材料。
3. 根据权利要求
1所述的枪管，其进一步包含具有凸纹的所述内管，所述凸纹围绕所 述内管的外表面的至少部分呈螺旋状延伸。
4. 根据权利要求
3所述的枪管，其中所述凸纹界定多个凹口以用于收纳通过锻造从所 述外套管的内表面移位的材料。
5. 根据权利要求
l所述的枪管，其中所述内管是由钢制成。
6. 根据权利要求
l所述的枪管，其中所述外套管是由选自由铝、铝合金、钛和钛合金 组成的群组的材料制成。
7. —种经锻造的复合枪管，其包含内管，其界定中心枪膛且包括外表面，所述外表面具有凸起的螺旋状凸纹和在所 述凸纹的连续旋圈之间形成的螺旋状凹槽；外套管，其界定通道且所述内管至少部分收纳在其中，所述套管包括具有与所述 内管的至少一些所述凹槽啮合的互补凸纹的内表面，所述套管和管经由锻造结合在 一起。
8. 根据权利要求
7所述的枪管，其中所述内管是由钢或钢合金制成。
9. 根据权利要求
7所述的枪管，其中所述外套管是由选自由铝、铝合金、钛和钛合金 组成的群组的材料制成。
10. —种通过锻造而形成的复合枪管，所述枪管包含内管，其界定中心枪膛且包括具有多个凹入区域的外表面；外套管，其界定通道且所述内管至少部分收纳在其中；所述套管具有内表面； 其中所述套管在锻造前具有第一配置且在锻造后具有第二配置，所述第一配置不 同于所述第二配置。
11. 根据权利要求
10所述的枪管，其中所述套管的所述内表面在所述第一配置中具有 大体上平滑的表面。
12. 根据权利要求
10所述的枪管，其中所述套管的所述内表面在所述第二配置中具有 多个凸起区域，至少一些所述凸起区域收纳在所述内管的所述凹入区域中以使所述 内管与外套管结合在一起。
13. 根据权利要求
10所述的枪管，其中所述内管的所述凹入区域定形为至少部分沿所 述管的长度延伸的螺旋状凹槽。
14. 根据权利要求
10所述的枪管，其中所述凹入区域围绕所述内管的所述外表面的至 少一部分沿圆周延伸。
15. 根据权利要求
10所述的枪管，其中所述内管的所述外表面的至少一部分有滚花。
16. 根据权利要求
10所述的枪管，其中所述内管是由钢制成。
17. 根据权利要求
16所述的枪管，其中所述外套管是由选自由铝、铝合金、钛和钛合 金组成的群组的材料制成。
18. —种通过锻造而形成的轻重量复合枪管，所述枪管包含内管，其界定中心枪膛且包括具有多个凹入区域的外表面，所述内管具有第一密 度；外套管，其界定通道且所述内管至少部分收纳在其中；所述套管具有小于所述内 管的所述第一密度的第二密度；其中所述套管在锻造前具有第一直径且在锻造后具有第二直径，所述第一直径大于所述第二直径。
19. 根据权利要求
18所述的枪管，其中所述内管是由钢制成。
20. 根据权利要求
18所述的枪管，其中所述外套管是由选自由铝、铝合金、钛和钛合金组成的群组的材料制成。
21. —种形成复合枪管的方法，其包含提供具有第一密度的内管；提供具有小于所述第一密度的第二密度的外套管；将所述内管至少部分插入所述外管中；在径向向内方向上用力冲击所述套管的外表面；使所述外套管的一部分移位以啮合所述内管，其中所述套管结合到所述内管以形成复合枪管。
22. 根据权利要求
21所述的方法，其中通过锻造而形成所述枪管。
23. 根据权利要求
22所述的方法，其中使用锤锻而形成所述枪管。
24. 根据权利要求
21所述的方法，其进一步包含具有包括多个凹入区域的外表面的所述内管，且其中所述移位步骤包括使所述外套管的至少一部分移位以啮合至少一些 所述凹入区域。
25. 根据权利要求
24所述的方法，其中所述凹入区域定形为螺旋状凹槽。
26. 根据权利要求
21所述的方法，其进一步包含在所述冲击步骤前具有第一配置和在所述冲击步骤后具有第二配置的所述外套管，所述第二配置不同于所述第一配置。
27. 根据权利要求
26所述的枪管，其中所述外套管的所述第二配置包括收纳在所述内管的凹入区域中的在所述外套管的外表面上形成的凸起区域。
28. 根据权利要求
21所述的枪管，其中所述外套管是由选自由铝、铝合金、钛和钛合金组成的群组的材料制成。
29. 根据权利要求
21所述的枪管，其中所述内管是由钢制成。
30. —种形成复合枪管的方法，其包含提供包括外套管和至少部分安置于其中的内管的管-套管组合件，所述套管具有 内表面和外表面，所述内管具有外表面； 径向撞击所述套管的所述外表面；使所述内管的所述外表面的至少一部分嵌入所述套管的所述内表面中以使所述 套管结合到所述内管。
31. 根据权利要求
30所述的方法，其进一步包含所述内管的包括多个凹入区域的所述 外表面，其中所述套管的所述内表面在所述嵌入步骤期间嵌入至少一些所述凹入区 域中。
32. 根据权利要求
31所述的方法，其中将所述凹入区域定形成螺旋状凹槽。
33. 根据权利要求
30所述的方法，其中使用锻造机来执行所述嵌入步骤。
34. 根据权利要求
30所述的方法，其中所述管是由具有第一密度的材料制成且所述套 管是由具有小于所述第一密度的第二密度的材料制成。
35. 根据权利要求
30所述的方法，其中所述内管是由钢制成且所述外套管是由选自由 铝、铝合金、钛和钛合金组成的群组的材料制成。
36. 根据权利要求
30所述的方法，其进一步包含在所述撞击步骤前使所述管-套管组合 件旋转。
37. 根据权利要求
30所述的方法，其中所述撞击步骤包括使用锤撞击所述套管的所述 外表面。
38. 根据权利要求
30所述的方法，其进一步包含在所述撞击步骤前具有第一配置和在 所述撞击步骤后具有第二配置的所述外套管，所述第二配置不同于所述第一配置。
39. 根据权利要求
38所述的方法，其中所述外套管在所述第二配置中具有收纳在所述 内管的凹入区域中的凸起区域。
40. 根据权利要求
30所述的方法，其中所述外套管在所述撞击步骤前具有第一直径且 在所述撞击步骤后具有第二直径，所述第二直径小于所述第一直径。
41. 根据权利要求
30所述的方法，其中所述外套管在所述撞击步骤前具有第一长度且 在所述撞击步骤后具有第二长度，所述第二长度长于所述第一长度。
42. 根据权利要求
30所述的方法，其中所述枪管为步枪枪管。
43. —种形成复合物件的方法，其包含提供包括外套管和至少部分安置于其中的内管的管-套管组合件，所述套管具有 内表面和外表面，所述内管具有外表面；以及锻造所述管-套管组合件以使所述外套管结合到所述内管。
44. 根据权利要求
43所述的方法，其中所述锻造步骤包括在大体上径向向内方向上锤 击所述套管的所述外表面。
45. 根据权利要求
43所述的方法，其中所述管的所述外表面包括凹入区域且所述锻造 步骤包括使所述套管嵌入所述凹入区域的至少一部分中。
46. 根据权利要求
43所述的方法，其中所述管是由具有第一密度的金属制成且所述套 管是由具有第二密度的金属制成，所述第一密度不同于所述第二密度。
47. 根据权利要求
46所述的方法，其中所述第二密度小于所述第一密度。
48. 根据权利要求
43所述的方法，其中所述管是由钢或钢合金制成，且所述套管是由 选自由铝、铝合金、钛和钛合金组成的群组的金属制成。
49. 根据权利要求
43所述的方法，其进一步包含在所述锻造步骤期间使所述管-套管组合件旋转的步骤。
50. 根据权利要求
43所述的方法，其中所述复合物件是枪管。
专利摘要
本发明提供一种用于枪支的复合枪管和通过锻造形成的方法。所述枪管包括通过锻造接合在一起的至少两种材料。在一优选实施例中，至少一种材料优选在重量上轻于另一种材料。所述枪管可包括内管和外套管。所述内管界定提供子弹路径的枪膛且在一实施例中可由钢或其合金制成。所述外套管环绕所述内管且在一些实施例中可由铝、钛或其任一者的合金制成。所述管优选包括其中含有凹入区域的外表面以用于收纳通过所述锻造工艺从所述外套管移位的材料。优选的枪管形成方法一般可包括将所述管插入所述套管中，撞击所述套管的外表面，且使所述套管变形以迫使材料流入所述管的所述凹入外表面中而将所述管与套管结合在一起。所述形成方法可用于生产分别用于步枪和手枪的长枪管和短枪管，且更广泛地用于生产其它与枪支无关的复合组件。
文档编号F41A21/00GKCN101389921SQ200780006448
公开日2009年3月18日 申请日期2007年2月21日
发明者弗农·R·布里格斯 申请人:斯特姆鲁格公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan