问题

为什么二战时期各国的制式步枪始终没有向冲锋枪那样大量采用冲压工艺?

回答
二战期间,各国步枪的生产工艺选择,确实与冲锋枪的制式化生产有着显著的差异。冲锋枪之所以能够大量采用冲压工艺,而步枪则更多地依赖铣削和车削等传统工艺,这背后有着一系列的技术、经济、战术以及历史原因的综合考量。

首先,我们得明白冲压和铣削/车削这两种工艺各自的特点。

冲压工艺:简单来说,就是通过巨大的压力,将金属板材(通常是钢板)通过模具进行冲裁、弯曲、拉伸等塑性变形,最终得到所需的零件。它的优点在于:
速度快,效率高:一旦模具设计完成,生产出来的零件质量稳定,速度远超机械加工。
材料利用率高:相对于切削,冲压浪费的材料少。
适合大批量生产:适合标准化、大量生产的零件。
零件一体化:一些复杂的形状可以通过一次冲压成型,减少了零件数量和装配工作。
成本低(在规模化后):虽然初期模具成本高,但一旦达到一定产量,单位零件成本会非常低。

铣削和车削工艺:这是去除材料的减材制造工艺。
精度高:能够制造出非常复杂的内部结构和精密的配合公差。
适应性强:可以加工各种硬度的金属,以及各种复杂的几何形状,包括一些不规则的曲面。
适合小批量和原型制造:不需要昂贵的模具,可以根据设计快速修改。
成本相对较高(在小批量时):需要大量的人工、机床时间和刀具损耗。

现在,我们来看看步枪和冲锋枪在设计和需求上的根本差异,解释为什么工艺选择不同:

1. 结构复杂度和精度要求:

步枪:作为一款火器,步枪的核心部件,比如枪管、枪机(包括枪机头、抽壳钩等)、枪机座、闭锁块、击发机构(扳机组、击锤等)等等,其内部结构往往非常精巧复杂,需要极高的精度和可靠性。
枪管:需要精准的膛线,以保证弹丸的旋转和飞行稳定。枪膛的尺寸、光滑度、同心度都对射击精度至关重要。
枪机:涉及闭锁、击发、抽壳等一系列精密动作,各个零件之间的配合公差必须非常小,才能保证顺畅的自动循环和防止炸膛。尤其是闭锁机构,需要承受巨大的膛压,其强度和精度直接关系到安全性。
扳机组:为了获得良好的射击感受和精确的控制,扳机组的零件(如扳机、阻铁、击锤)需要经过精密的加工,以达到平滑的扣动行程和准确的击发力度。

冲锋枪:虽然冲锋枪也需要一定的精度,但其设计思路与步枪不同。
简单化:冲锋枪通常采用自由枪机或半自由枪机等相对简单的自动原理,零件数量较少。
容差更大:为了实现可靠的连发射击,并且在战场环境下能够适应较为恶劣的条件(如污垢、磨损),冲锋枪的设计往往允许更大的零件公差。
功能性优先:相比于步枪追求的精确射击,冲锋枪更注重火力密度和近距离杀伤力,对极致的射击精度要求相对较低。

为什么冲压工艺难以满足步枪的精度要求?

复杂曲面和内腔:步枪许多关键零件,特别是枪机、枪机座、扳机组等,其内部结构,例如闭锁槽、导轨、弹膛等,都是具有复杂曲面和内腔的。冲压工艺虽然可以形成一定程度的形状,但难以一次性精确地冲压出这些精密的内部特征,尤其是在需要非常光滑的表面和极小的公差配合时。
材料强度要求:步枪许多零件,如枪机、枪管、枪机座等,需要承受巨大的膛压和反复的冲击,对材料的强度和韧性要求极高。通过冲压成型的金属板材,虽然可以通过热处理提高强度,但其微观结构和整体强度,尤其是对于承受高应力的关键部位,可能不如经过铣削加工的实心金属块来得稳定和可靠。
一体化制造的局限:虽然冲压可以减少零件数量,但对于步枪这样结构复杂、需要集成多种功能的部件(例如,一个枪机需要同时具备闭锁、击发、抽壳等功能),单纯的冲压难以将所有功能和精度要求整合到一个冲压件中。

2. 生产规模与战时需求:

步枪是主战武器:在二战初期,步枪依然是战场上最重要的单兵武器。虽然冲锋枪日益受到重视,但其射程、精度和弹药消耗远不如步枪,无法完全替代步枪作为战场主力。因此,步枪的总产量需求是巨大的,而且对可靠性和精度有持续的需求。
冲锋枪作为补充武器:冲锋枪在二战中地位的提升,很大程度上是因为其在近距离、城市战、突击等场景下的优势。它的生产速度和成本效益,使其能够迅速装备大量士兵,尤其是在兵力补充迅速的背景下。

3. 工艺成熟度和经济性考量:

步枪的传统工艺:在冲锋枪开始普及之前,步枪制造已经形成了成熟的铣削和车削工艺体系。各国都有经验丰富的工人和设备。虽然这些工艺相对耗时耗料,但在当时已经能够稳定地生产出合格的步枪。
冲压工艺的引入门槛:大规模采用冲压工艺,需要设计和制造极其复杂、高精度的模具。这些模具的成本非常高昂,而且对设计和制造技术要求极高。一旦模具出现问题,可能会导致生产停滞。对于步枪这样结构复杂的武器,设计一套能够实现大部分零件冲压成型的模具,其难度和成本会非常巨大,甚至可能超出当时的工业能力。
战时经济和资源限制:战争期间,各国都面临巨大的资源和生产压力。虽然冲压工艺在规模化后成本较低,但初期的高昂模具投入、对特定机床的需求以及技术熟练度,可能在战时条件下难以快速实现。相比之下,利用现有成熟的铣削和车削设备,尽管效率较低,但风险更小,更容易保证生产的连续性。

4. 冲锋枪为何能大量采用冲压?

结构相对简单:正如前面所说,冲锋枪的结构通常比步枪简单,更适合用冲压件构成主体,如机匣、弹匣等。
部分关键件也可冲压:虽然一些冲锋枪的内部精密零件仍需机械加工,但其主体结构,例如用钢板冲压焊接而成的机匣(如MP40、M3“黄油枪”),大大简化了生产过程。MP40的机匣就是典型的冲压焊接件。M3“黄油枪”更是以极其简化的结构和大量的冲压件设计,成为了战时低成本、高产量冲锋枪的典范。
成本与速度驱动:在战争的紧迫性下,能够以更快的速度、更低的成本生产出能有效杀伤敌人的武器,是冲锋枪设计和工艺选择的重要驱动力。MP40的成功,很大程度上是因为其能够利用当时德国先进的冲压和焊接技术,实现快速、大规模的生产,而且其简洁的设计也易于士兵在战场上维护。

总结一下,为什么二战步枪没有像冲锋枪那样大量采用冲压工艺?

主要是因为:

步枪的关键部件结构更复杂,对精度要求更高,而冲压工艺在制造这些复杂、高精度内部特征方面存在固有的局限性。
步枪的内部零件需要承受更高的应力,需要更可靠的材料和加工方式以保证强度和安全性。
步枪作为主战武器,其设计和制造更注重整体性能的均衡与可靠,而非单纯追求生产速度和低成本,传统的铣削和车削工艺在当时仍然是保证这些性能的可靠选择。
大规模采用冲压工艺需要高昂的模具投入和技术门槛,在战时条件下,许多国家可能更倾向于使用成熟、风险较低的传统工艺。

当然,这并不意味着冲压工艺在步枪制造中完全没有应用。一些步枪的附件、弹匣、甚至一些非关键的结构件,也可能采用冲压工艺。但作为枪管、枪机、枪机座等核心、高精度、高强度的部件,铣削和车削工艺在二战期间依然是步枪制造的主流和必要选择。随着技术的发展,后来的步枪设计和制造工艺也在不断进步,例如利用冷锻制造枪管,以及更精密的CNC加工技术,使得许多原本只能铣削的零件,也能通过更先进的技术实现更高效率的生产。但就二战时期而言,步枪工艺的保守性,是基于当时的现实条件和武器本身的特性所决定的。

网友意见

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一个原因是技术不行,另一个原因是强度不足,这两个问题还互相影响。

冲压件本身有一定技术难度,战前苏德英美几个国家刚刚开始起步研究。而且冲压件不能太受力,冲锋枪还凑合,STG44的冲压机匣强度都是败笔。苏联AK的冲压机匣因为强度问题折腾几次,一直到1959年AKM定型才算成熟。

二战前后的栓动步枪,也就是防尘盖、托底板、弹仓底板这类不太受力的部件会用冲压件。

二战使用冲压机匣的全威力步枪,估计也就是类似VG-2这种不考虑寿命的应急步枪。当时汉斯还特地采取了一些措施防止机匣炸膛伤害射手。冲压件在栓动步枪结构上找不到自己适合的主流位置。


栓动步枪的木制枪托是受力的。枪管和机匣之间,有一个像戒指一样的装置,叫“受力突笋”,伸出来的部分向下“钩”木制枪托,作为主要的受力点。


MAS36没有这个装置,因为法国步枪中间是断开的,侧面的金属机匣直接受力,也不适合用冲压件。


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1.冲压相对于铣削,是一种造一万把血亏,造十万把保本,造一百万把大赚的工艺。搞冲压枪需要大量的模具,需要水压机,前期投入是很大的。

考虑生产性,生产线弹性也是很重要的,作为全新的工艺,(从更传统的工艺)转换产线本身会损失产能,这也是需要考虑的一大因素

除了 @長谷川大和 提到的布伦-besal,这方面还有个极为典型的例子:大战中期,其实斯特林就已经造出来样枪了。

斯特林比斯登强不强?简直强了50个华莱士,而且也是把冲压枪,但是硬是就压到了战后才生产。

2.大战中除了美国,各国步兵制式步枪通常都还是上次大战或者间战期的老型号,产线转换问题就尤为突出,不是没有优秀的冲压大栓如斯太尔g42,但是在性能没有决定性优势的情况下这种生产转换还不如不换

但是,反过来说,冲锋枪多数为新型号,冲压枪就多了。哪怕是stg44,也是一把极其典型的冲压枪。

(加兰德咱就不提了,想想m14吧,可能这就是美国陆军选枪的思路……)

3.但是反过来说,许多武器的自动和闭锁方式,尤其是闭锁方式,本身对机匣强度就有很大需求,这种情况下,冲压机匣未必就合适,或者说使用冲压机匣未必就能起到减重减工的效果。

还是以stg44为例,由于偏移闭锁需要“顶”在机匣或者固定在机匣上的结构件以提供闭锁强度,这就导致stg44虽然使用了冲压机匣,但还是不得不铣削制作了一个下方延伸非常长的枪管节套作为顶托枪机提供闭锁支持的结构件,结果就是stg44重量仍然超过4kg。

但是冲锋枪同样没有这个问题:二战期间冲锋枪基本都是自由枪机方式,没有刚性闭锁就不需要设计锁住枪机的结构,同理,枪机本身后座就能完成自动循环,那也没有自动方式上的因素来拖累,这方面冲锋枪上冲压机匣又是一个大优势。

总的来说,最适合冲压机匣的闭锁方式是回转闭锁/卡铁闭锁(代表这两者的战后第一代突击步枪,卡铁闭锁是em-2,回转闭锁就是ak-47了),这些方式不依赖机匣提供锁止,而是靠卡铁/枪管节套闭锁齿/枪管闭锁齿来提供;不仅如此,这些部件的铣削加工量小,额外重量也小。

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