李健 吳玲 張偉 孫安昌 喬行浩

（西安慶華公司工藝研發(fā)中心，陜西 西安，710025）

火工品球型裝藥工藝與技術(shù)研究

李健 吳玲 張偉 孫安昌 喬行浩

（西安慶華公司工藝研發(fā)中心，陜西 西安，710025）

本文介紹了火工品裝藥工藝中摩擦感度極高的針刺藥和起爆藥的自動(dòng)化裝藥方式，分析了影響計(jì)量準(zhǔn)確性的因素，并對(duì)其中典型的球形裝藥器提出了針對(duì)計(jì)量不準(zhǔn)確性因素所采取的措施，對(duì)敏感型火工品的自動(dòng)化生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

火工品；自動(dòng)裝藥；球形裝藥器；計(jì)量準(zhǔn)確性

火工品是武器彈藥的首發(fā)部件和始發(fā)能源，為陸、海、空三軍和二炮等高新武器裝備提供高新火工技術(shù)支撐，是整個(gè)國(guó)防工業(yè)的基礎(chǔ)專業(yè)和核心基礎(chǔ)技術(shù)之一?；鸸て返陌踩浴⒖煽啃灾苯佑绊懼淦飨到y(tǒng)的安全性和可靠性，在國(guó)防裝備和武器系統(tǒng)中具有重要的地位和作用。

其中，火工品的裝藥工藝與裝備技術(shù)是火工品生產(chǎn)中的核心環(huán)節(jié)，是打造火工品安全性和可靠性的關(guān)鍵工藝技術(shù)?；鸸て匪盟巹┓N類繁多，特性各異，根據(jù)其藥劑的流散性和感度以及工藝裝藥精度，其裝藥方式和所用裝置也有很大差別，本文即為在多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究總結(jié)所得。

1 基于現(xiàn)有裝藥工藝下的裝藥器研究

目前，常用的裝藥計(jì)量方式為稱量計(jì)量和定容計(jì)量，而毫克級(jí)的微稱量計(jì)量在自動(dòng)化批量生產(chǎn)中，因無法保證喂料精確，故不多采用，而多采用定容計(jì)量的形式。定容計(jì)量因藥劑的特性不同分不同的裝藥方式，主要包括勺形裝藥方式、計(jì)量板裝藥方式和球形裝藥方式，下面主要對(duì)球型裝藥方式進(jìn)行探討。

圖1為球形裝藥器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。其具體操作過程為：首先，根據(jù)工藝藥量在轉(zhuǎn)動(dòng)的球體上設(shè)計(jì)制作一個(gè)計(jì)量孔，孔的內(nèi)表面拋光，孔的底部有一個(gè)調(diào)節(jié)芯桿，根據(jù)工藝需要可以在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)；其次，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上設(shè)計(jì)有一套配重塊，壓在導(dǎo)電橡膠塊與轉(zhuǎn)動(dòng)球體之間，從而保證轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)配合間隙，始終在理想的區(qū)間。這樣就克服了計(jì)量板裝藥時(shí)動(dòng)板與靜板之間，因使用時(shí)間的延長(zhǎng)，磨損加劇、間隙增大，所導(dǎo)致的漏藥現(xiàn)象，即出現(xiàn)所謂的計(jì)量板吐料現(xiàn)象。另外，相對(duì)計(jì)量板裝藥時(shí)動(dòng)板與靜板的硬對(duì)硬，轉(zhuǎn)動(dòng)球體與導(dǎo)電橡膠塊之間的軟摩擦，其阻力要小的多，因而裝藥也要安全的多。綜上所述，球形裝藥器適用于較敏感的針刺藥和起爆藥裝藥。

2 影響計(jì)量準(zhǔn)確性的因素分析

影響計(jì)量準(zhǔn)確性的因素很多，其中主要是裝填密度和容腔容積的精確變化，外界溫濕度的變化，現(xiàn)對(duì)上述球形裝藥器的計(jì)量準(zhǔn)確性影響因素進(jìn)行分析。

圖1 球形裝藥器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 偏心轉(zhuǎn)輪角與芯桿位置變化的結(jié)構(gòu)示意圖

1）藥劑造粒情況及藥劑過篩情況，直接決定了粉料的粒度均勻性和假密度，而粉料的粒度均勻性和假密度直接影響著容積計(jì)量的精度。當(dāng)藥劑的假密度變化較大時(shí)，容積計(jì)量的精度將較難控制，而藥劑造粒及過篩情況屬于藥劑制造工藝的范疇，不屬于本課題研究的內(nèi)容，本文這里不做敘述。不過，在此假定所用藥劑的粒度和假密度在工藝要求的合理范圍內(nèi)。

2）裝藥器漏斗中藥劑堆積的多少，將影響裝藥器料倉下部的堆積密度，從而影響藥劑的假密度和計(jì)量精度。

3）在藥劑流入計(jì)量孔和流出計(jì)量孔的時(shí)間段，振動(dòng)力的大小直接影響藥劑的假密度，從而對(duì)計(jì)量精度產(chǎn)生一定的影響。另外，球體轉(zhuǎn)動(dòng)過快時(shí)，運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)的沖擊也會(huì)對(duì)藥劑的裝填密度產(chǎn)生影響。

4）計(jì)量孔容積是否能精確調(diào)整，對(duì)裝藥精度影響很大；容積調(diào)節(jié)的具體數(shù)值能否對(duì)操作人員正確顯示，也影響裝藥精度。

5）外界溫濕度的變化對(duì)藥劑計(jì)量精度影響較大，藥劑吸潮后，流散性急劇變差，最嚴(yán)重的情況是裝藥漏斗內(nèi)的藥劑下不到計(jì)量球的孔內(nèi)，無法計(jì)量裝藥,再者計(jì)量孔內(nèi)積藥，計(jì)量精度不能保證。

3 針對(duì)計(jì)量不準(zhǔn)確性因素所采取的措施

1）盡量減少漏斗中藥量堆積對(duì)假密度造成影響?？赏ㄟ^減少單次補(bǔ)藥量或?qū)⒋笏幜颗c小藥量分開的措施，減少小漏斗中的藥劑堆積對(duì)假密度造成的影響。

圖3 M-θ曲線

2）計(jì)量孔在上部裝藥時(shí)，振動(dòng)對(duì)其計(jì)量精度的影響，有利也有弊。有利的一面是有利于藥劑流入；不利的一面是對(duì)未流入計(jì)量孔中的藥劑假密度產(chǎn)生影響。

現(xiàn)將其影響總結(jié)如下：即按每次補(bǔ)藥20g計(jì)算，每發(fā)產(chǎn)品每次裝藥5mg，則每次補(bǔ)藥可裝配產(chǎn)品：20/5×103=4000(發(fā))。按每分鐘20發(fā)的生產(chǎn)節(jié)拍，則每次補(bǔ)藥可生產(chǎn)時(shí)間：4000/20=200（分鐘）=3小時(shí)20分鐘。如果將大藥量與小藥量分開，即在大漏斗中裝入20g藥，通過1g的計(jì)量孔將藥裝入小漏斗，這樣，震動(dòng)就僅對(duì)小漏斗中的1g藥劑的假密度產(chǎn)生影響。換句話說，即如果大小漏斗不分離，則每次補(bǔ)藥后，氣動(dòng)震動(dòng)器對(duì)漏斗中的藥劑震動(dòng)有效次數(shù)達(dá)4000次，而大小漏斗分離后，從大漏斗定期給小漏斗補(bǔ)藥1g,則氣動(dòng)震動(dòng)器對(duì)藥劑的有效震動(dòng)次數(shù)僅為200次，有效作用時(shí)間為10min。假如這200次的震動(dòng)對(duì)藥劑假密度的影響在裝藥精度允許的范圍內(nèi)，則此方案應(yīng)當(dāng)是有效的。

表1 大量裝藥的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3）振動(dòng)對(duì)假密度的影響，可用來達(dá)到超微量調(diào)整的目的。在裝藥時(shí)，啟動(dòng)氣動(dòng)震動(dòng)器，通過精密壓力閥（帶壓力刻度顯示）、精密流量閥來調(diào)節(jié)氣動(dòng)震動(dòng)器的激振力，通過振動(dòng)力的大小變化，從而調(diào)節(jié)計(jì)量孔中藥劑的假密度，以次達(dá)到超微量調(diào)節(jié)的目的。振動(dòng)力與藥劑微量調(diào)整的關(guān)系，需要通過試驗(yàn)來獲得數(shù)據(jù)。

4）裝藥器上設(shè)置氣動(dòng)震動(dòng)器，通過程序控制，在計(jì)量孔往外倒藥時(shí)，通過震動(dòng)將計(jì)量孔中的藥全部振出，不能有絲毫的殘留。

5）控制裝配生產(chǎn)工房的溫濕度，使其滿足裝配工藝要求。將藥劑放置在干燥間，用多少取多少，一次用完，保證藥劑在相對(duì)干燥條件下使用。

4 球型裝藥器精確裝藥研究

通過采取以上措施，盡管可以改善所裝填藥劑假密度的一致性，從微觀上對(duì)藥量進(jìn)行調(diào)節(jié)，但不能使其絕對(duì)一致，再加上每批藥劑造粒和篩選的差異，藥劑的假密度變化在所難免。故根據(jù)假密度的變化，適時(shí)、準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)計(jì)量容腔，將對(duì)容積計(jì)量的準(zhǔn)確性產(chǎn)生很大的影響。對(duì)容腔的精確調(diào)節(jié)可通過以下措施來解決。

建立偏心輪的轉(zhuǎn)角與裝藥量的關(guān)系曲線。 偏心輪的轉(zhuǎn)角決定著計(jì)量孔芯桿的位置，而計(jì)量孔芯桿的位置直接決定著計(jì)量容腔的大小，故建立偏心輪的轉(zhuǎn)角與芯桿位置和裝藥量的關(guān)系曲線，即可得出藥量調(diào)整的范圍。經(jīng)過研究計(jì)算，得出偏心輪轉(zhuǎn)角與充填藥量變化的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示。

式中偏心輪的偏心距e、偏心輪半徑R在機(jī)械機(jī)構(gòu)確定之后，即為常量，故轉(zhuǎn)角與偏心輪外徑上任意一點(diǎn)到偏轉(zhuǎn)中心的距離S之間構(gòu)成函數(shù)關(guān)系，而S的大小變化反映了芯桿位移△s的變化，△s又直接反映了充填藥量M的數(shù)值，通過大量裝藥的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表1），得出轉(zhuǎn)角與充填藥量M之間也構(gòu)成函數(shù)關(guān)系。 其M-曲線如圖3所示。

5 結(jié)語

敏感藥劑可在較小的外界刺激能量作用下激發(fā)，產(chǎn)生燃燒或爆炸，所以如何安全高效的生產(chǎn)敏感藥劑型火工品一直是個(gè)難題，而本文對(duì)于敏感結(jié)晶藥劑的球形裝藥器的研究，有效地解決了這一生產(chǎn)難題，并且通過這一技術(shù)的措施，極大地保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性。

（References）

[1]張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社, 2007.

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[4]陸鑫盛, 周洪.氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].上海：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社, 2000.

[5]李國(guó)新, 程國(guó)元, 焦清介.火工品實(shí)驗(yàn)與測(cè)試技術(shù)[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社.

上接P23頁擬加工驗(yàn)證（見圖7）。

3.4 高速加工編程的注意事項(xiàng)

1）應(yīng)采用高轉(zhuǎn)速、大進(jìn)給與小步距、小切深；

2）對(duì)刀路精心設(shè)計(jì)與優(yōu)化，以保證刀路光順平滑；

3）在不具備DNC加工條件時(shí)，盡量控制程序量的大小。

4 試加工結(jié)果

切削試驗(yàn)取得了成功(見圖8)，用時(shí)32min。經(jīng)尺寸檢驗(yàn)，壁厚0.2mm上下一致，表面粗糙度優(yōu)于Ra3.2um、接近Ra1.6um，且無明顯毛刺。

5 結(jié)語

本文通過應(yīng)用高速切削技術(shù)，加工出了一種典型的薄壁螺旋片零件，對(duì)高速切削加工技術(shù)進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。目前，很多企業(yè)已經(jīng)擁有了相當(dāng)一部分機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)高速加工或準(zhǔn)高速加工，如果能在刀具配置、新技術(shù)推廣方面加大投入，將可以從傳統(tǒng)的低速加工模式跨入到高速加工的新天地，為企業(yè)帶來實(shí)實(shí)在在的技術(shù)進(jìn)步與可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)（References）

[1]王衛(wèi)兵.高速加工數(shù)控編程技術(shù)[M]. 2版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2013.

李?。?984-），男，漢族，長(zhǎng)期從事火工專業(yè)設(shè)備和測(cè)試裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)研發(fā)，并獲得多項(xiàng)工藝創(chuàng)新獎(jiǎng)項(xiàng)。