鄭躍，盧旭東

（1. 沈陽理工大學(xué) 裝備工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110159； 2. 遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110045)

隨著社會的發(fā)展，人們越來越重視產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至把質(zhì)量問題提高到了“質(zhì)量興國”的高度，而質(zhì)量問題說到底是安全性和可靠性的問題[1]?；鸸て返陌踩院涂煽啃猿c正確的設(shè)計(jì)以及所用材料的質(zhì)量等因素有關(guān)外，更重要的是要有可靠的生產(chǎn)工藝來保證[2]?；鸸て飞a(chǎn)過程中最為關(guān)鍵的工藝是壓藥，而衡量壓藥過程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是壓藥密度及一致性[3-5]。螺旋裝藥是國內(nèi)比較成熟的大口徑炮彈裝藥方式，其優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)能力大，機(jī)械化程度高，容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動化生產(chǎn)，可大幅度提高生產(chǎn)效率。又由于螺桿擠壓炸藥時(shí)，對側(cè)面的炸藥也有一定的壓緊作用，所以能應(yīng)用于藥室弧形不大的彈體。螺旋裝藥方式其操作實(shí)質(zhì)是借助于螺旋桿輸送與擠壓的作用，將松散的炸藥壓實(shí)于彈體內(nèi)膛中[6]。螺旋裝藥的藥柱質(zhì)量是評價(jià)產(chǎn)品是否合格的關(guān)鍵指標(biāo)，影響藥柱密度的因素較多，包括：炸藥本身的性質(zhì)、螺桿結(jié)構(gòu)、彈體形狀、壓藥時(shí)的溫度（彈溫、藥溫和室溫）和反壓力等[7]。據(jù)此，本文通過正交試驗(yàn)的方法對螺旋裝藥過程中的溫度參數(shù)進(jìn)行研究，尋求一套更好的溫度參數(shù)搭配以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，為進(jìn)一步推廣正交試驗(yàn)在工藝參數(shù)優(yōu)化方面的應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。

1 螺旋裝藥工藝流程

螺旋裝藥首先需要完成的工作是預(yù)裝藥，然后才是螺旋裝藥。即：首先將溫度合格的炸藥通過漏斗自由流入彈體內(nèi)，以充滿藥室為準(zhǔn)，目的是縮短螺旋裝藥時(shí)螺桿的輸藥時(shí)間，提高裝藥的生產(chǎn)能力和效率。然后，螺桿反轉(zhuǎn)下降伸入預(yù)裝藥后的彈體，螺桿頭部離彈底部約幾毫米，當(dāng)螺桿正轉(zhuǎn)上升時(shí)，將炸藥從漏斗中輸入到彈體中，此時(shí)螺桿頭部產(chǎn)生擠壓作用，當(dāng)壓力超過阻力P(也叫做反壓力)時(shí)，螺桿被迫后退，空出來的容積，被繼續(xù)輸送進(jìn)來的炸藥填滿，并且被壓緊形成裝藥密度。這樣的過程一直繼續(xù)到螺桿退出藥室，一發(fā)彈裝藥完畢[6]，其工藝流程如圖1所示

圖1 螺旋裝藥工藝流程

螺旋裝藥后藥柱密度檢測項(xiàng)目包括：表格密度、實(shí)際平均密度及局部密度，這三種密度必須同時(shí)滿足條件才算合格產(chǎn)品。

2 螺旋裝藥溫度參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究

2.1 正交試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)

產(chǎn)品質(zhì)量的好壞很大程度上是由設(shè)計(jì)所決定的，但是設(shè)計(jì)的好產(chǎn)品要成為真正的高質(zhì)量產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中還得有好的工藝參數(shù)，為此經(jīng)常需要進(jìn)行試驗(yàn)，從影響產(chǎn)品質(zhì)量的一些因素中去尋找好的原料搭配，好的工藝參數(shù)搭配等，這便是多因素（因子）的試驗(yàn)設(shè)計(jì)問題。

多因素試驗(yàn)遇到的最大困難是試驗(yàn)次數(shù)太多，因此我們只能從中選擇一部分進(jìn)行試驗(yàn)。選擇哪些條件進(jìn)行試驗(yàn)十分重要，這便是試驗(yàn)的設(shè)計(jì)。一個(gè)好的設(shè)計(jì)，可以通過少量試驗(yàn)獲得較多的信息，達(dá)到試驗(yàn)的目的。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法有許多，本文是利用“正交表”對螺旋裝藥的溫度參數(shù)進(jìn)行的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

正交表具有正交性，這是指它有如下兩個(gè)特點(diǎn)：

（1）每列中每個(gè)數(shù)字重復(fù)次數(shù)相同[8]。

（2）將任意兩列的同行數(shù)字看成一個(gè)數(shù)對，那么一切可能數(shù)對重復(fù)次數(shù)相同[8]。

若將試驗(yàn)條件看成試驗(yàn)空間中的一個(gè)點(diǎn)，則正交表的這兩個(gè)特點(diǎn)使所選擇的試驗(yàn)點(diǎn)在試驗(yàn)空間中的分布是均勻分散的，因此試驗(yàn)結(jié)果具有綜合可比性[8]，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了正交試驗(yàn)的可靠性。

實(shí)驗(yàn)選用壓藥廢品率作為考查指標(biāo)，密度值ρ＜1.47g/cm3為廢品。先確定影響壓藥密度的溫度因素，共有4個(gè)：彈體溫度、預(yù)裝藥溫度、漏斗藥溫度和室溫，將其作為試驗(yàn)中的四個(gè)因子；根據(jù)理論分析及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，制定因素位級表2.1，每個(gè)因子根據(jù)表2.1中的備注分為3個(gè)水平。

表2.1 因素位級表 ℃

2.2 運(yùn)用L9（34）正交表進(jìn)行試驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、分析

試驗(yàn)確定因子4個(gè)，每個(gè)因子水平3個(gè)，因此，選用 L9（34）正交表進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)號碼的編制、條件的選取，試驗(yàn)后廢品率情況以及相應(yīng)均值、極差、方差的計(jì)算結(jié)果如表2.2所示。

表2.2中，1、2、3 ——每個(gè)因子的3個(gè)水平；T1、T2、T3——3 個(gè)水平試驗(yàn)結(jié)果的和；1、2、3——3個(gè)水平試驗(yàn)結(jié)果的平均值；

表2.2 正交試驗(yàn)表及試驗(yàn)結(jié)果

一個(gè)因子的極差是指該因子不同水平對應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果均值的最大值和最小值的差，如果該值大的話，則改變這一因子的水平會對廢品率造成較大的變化，即該因子為“廢品率”指標(biāo)的敏感因素，屬于顯著因子。通過表2.2中數(shù)據(jù)可知：“彈體溫度”是“廢品率”指標(biāo)的敏感因素，其次是“漏斗藥溫度”，而“預(yù)裝藥溫度”最不敏感。對顯著因子應(yīng)該選擇其最好的水平，因?yàn)槠渌阶兓瘯斐芍笜?biāo)的顯著不同，而對不顯著因子可以任意選擇水平，實(shí)際中?？筛鶕?jù)降低成本、操作方便等來考慮其水平的選擇。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，“彈體溫度”和“漏斗藥溫度”是顯著因子，所以要選擇其最好的水平，即A3C2，即試驗(yàn)中的第 3號試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果確為 9次試驗(yàn)中廢品率最低的。對因子“預(yù)裝藥溫度”可根據(jù)節(jié)約能耗等實(shí)際情況取三水平中的某一個(gè)。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

通過正交試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析得出第 3號試驗(yàn)最好，即彈溫80 ℃；預(yù)裝藥溫度65 ℃；漏斗藥溫度60 ℃。實(shí)際生產(chǎn)中如能控制其準(zhǔn)確溫度，彈體壓藥合格率能達(dá)到95%以上，但由于將溫度控制在某一點(diǎn)十分困難，而且在生產(chǎn)中也不需要這么嚴(yán)格，因此，在3號試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，使其適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)要求。

彈體溫度在3水平80 ℃時(shí)接近TNT炸藥的熔點(diǎn)，炸藥易熔化，經(jīng)綜合考慮彈體溫度確定為65～75 ℃。預(yù)裝藥溫度適當(dāng)升高可以提高TNT塑性，對壓藥質(zhì)量及提高壓藥速度均有幫助，因此按正常標(biāo)準(zhǔn)將其控制在60～72 ℃。

漏斗藥溫度根據(jù)正交試驗(yàn)確定其控制范圍為：T＞55 ℃。經(jīng)過實(shí)際批量生產(chǎn)的考驗(yàn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，效果良好。漏斗藥溫度的提升可以使得壓藥廢品率下降，但隨之出現(xiàn)了一個(gè)新的問題，即“藥柱縮孔超標(biāo)”現(xiàn)象。經(jīng)過系統(tǒng)分析和科學(xué)試驗(yàn)證明：漏斗藥溫度過高是造成“藥柱縮孔超標(biāo)”現(xiàn)象的一個(gè)主要因素,所以在確定漏斗藥溫度時(shí)需要確定一個(gè)限定值，既可適合生產(chǎn)需要，又可盡量減少“藥柱縮孔超標(biāo)”現(xiàn)象，為此也做了大量實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表2.3。

表2.3 “藥柱縮孔超標(biāo)”實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過表2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得出“漏斗藥溫度”控制在55～65 ℃比較合理。

3 結(jié) 論

（1）通過正交試驗(yàn)及實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證可以得出螺旋裝藥最佳溫度參數(shù)范圍：彈體溫度：65～75 ℃；預(yù)裝藥溫度：60～72 ℃ ；漏斗藥溫度：55～65 ℃。

（2）對無交互作用的多個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的試驗(yàn)過程中，要正確選擇合適的正交表，合理確定因子和水平；

（3）正交試驗(yàn)之后要對數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的分析，使試驗(yàn)結(jié)果具有充分的可靠性和適宜的可執(zhí)行性。

[1]鄭連清. 火工品壓藥關(guān)鍵工藝與設(shè)備研究[D]. 重慶大學(xué)，2005.

[2]鄭連清,劉榮,劉其坤，等. 火工品壓藥工藝方法的改進(jìn)[J]. 火工品，1999, 01: 5-8.

[3]Beat Berger. Parameters Influencing the Pyrotechnic Reaction [J].Propellants, Explosives , Pyrotechnics，2005，30（1）: 27-39.

[4]吳學(xué)易.雙向壓藥工藝在傳爆藥柱生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].火工品,1996, 4:7-12.

[5]E.L.Charsley,B.Berger,T.T.Griffith,Characterization of Pyrotechnics Using ThermalAnaiysis[J]. 27th InternationalPyrotechnics Seminar, Grand Junction, July, 2000:16-21.

[6]陳熙蓉.炸藥性能與裝藥工藝[M].第一版,國防工業(yè)出版社, 2009:271-360.

[7]刁小強(qiáng), 王彩玲, 趙省向, 等. 分步壓裝裝藥工藝參數(shù)對裝藥密度及密度分布的影響 [J]. 兵工自動化, 2013（11）: 52-56.

[8]全國質(zhì)量專業(yè)技術(shù)人員職業(yè)資格考試辦公室. 質(zhì)量專業(yè)理論與實(shí)務(wù)[M]. 中國人事出版社, 2014.