李尚杰劉 謙劉媛田斌胡衛(wèi)陽(yáng)杜啟飛

1物華能源科技有限公司（陜西西安 710061）293428部隊(duì)（河北保定 071051）

射孔彈用藥型罩粉體配方是各生產(chǎn)廠家的核心技術(shù)，粉體配方是否合理直接關(guān)系到射孔彈性能指標(biāo)的高低和穿深穩(wěn)定性。粉末配方中金屬粉顆粒形貌、顆粒大小，金屬粉類型，各金屬粉的比例，混合后金屬粉末的成型性、壓縮性等因素均會(huì)影響藥型罩的穿深效果。郭圣延等[1]研究了鉍粉在藥型罩中的作用，研究結(jié)果表明鉍粉對(duì)藥型罩?jǐn)U孔和增加藥型罩強(qiáng)度有積極作用；劉迎彬等[2]研究了鉛對(duì)粉末藥型罩性能的影響，為替代高價(jià)格鉍粉提供了一定的理論依據(jù)；王毅等[3]總結(jié)討論了W，Co，Ni等金屬材料對(duì)以Cu粉為主體的粉末藥型罩密度、成型、能量及破甲性能的影響；何彥麗等[4]利用數(shù)值仿真技術(shù)對(duì)大孔徑射孔彈藥型罩配方進(jìn)行了優(yōu)化；景青波等[5]研究了粉末藥型罩金屬粒度級(jí)配及熱處理對(duì)聚能射流性能的影響，研究結(jié)果表明，由于不同金屬粉的密度不同，在混粉和旋轉(zhuǎn)壓制藥型罩過(guò)程中容易形成成分偏聚，對(duì)射流侵徹鋼靶影響較大；趙文杰等[6]利用數(shù)值仿真技術(shù)進(jìn)行了深穿透藥型罩配方優(yōu)化研究，以銅、鉍為藥型罩主要原材料，通過(guò)加入高密度金屬粉改變配方密度進(jìn)而得到侵徹規(guī)律；趙子瑩等[7]研究了在鎢銅合金藥型罩中分別添加鋅和鎳的穿深效果，研究表明鋅和鎳對(duì)鎢銅藥型罩的穿深均會(huì)產(chǎn)生降低的效果。

上述研究成果均未涉及粉末藥型罩用粉體混合均勻性對(duì)穿孔性能影響的相關(guān)內(nèi)容；本研究通過(guò)引入金屬粉混合系數(shù)的概念，用數(shù)學(xué)方法來(lái)量化金屬粉混合均勻性，進(jìn)而確定金屬粉的加入類型和比例范圍，通過(guò)對(duì)粉體混合均勻性進(jìn)行評(píng)價(jià)來(lái)提高藥型罩配方穿孔性能的穩(wěn)定性，為行業(yè)內(nèi)射孔彈質(zhì)量提升提供一種更有效的方法。

1 金屬粉混合系數(shù)

藥型罩配方常用的金屬粉有銅粉、鎢粉、鉍粉、鉭粉、鉬粉、銅鉛粉等，金屬粉在配方中的不同比例、自身密度等因素均會(huì)影響混合粉體的均勻性，均勻性降低會(huì)導(dǎo)致配方設(shè)計(jì)存在缺陷。根據(jù)物華能源科技有限公司在藥型罩粉體方面的研究成果，引入了金屬粉體混合系數(shù)的概念?；旌舷禂?shù)就是用數(shù)學(xué)方法量化描述這種運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的強(qiáng)弱，成為指導(dǎo)金屬粉混合工作的依據(jù)之一，進(jìn)而為金屬粉配方設(shè)計(jì)提供更好的數(shù)據(jù)支撐。

1.1 粉體特征值設(shè)定

設(shè)配方中各組分粉體都可以用密度乘以平均粒徑作為其特性值（H），表示為：

其中：B為粉體的密度，g/cm3；D為粉體的平均粒徑，cm。

1.2 待混粉體特性平均值的設(shè)定

設(shè)配方待混合粉體的特性平均值為H，Ki為第i種粉體在該配方待混合粉體中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其中占比越大的粉體，對(duì)該配方待混合粉體的特性平均值的影響越大。

配方待混合粉體特性平均值可用式（2）表示：

其中：Bi為第i種粉體的密度，g/cm3；Di為第i種粉體的粒徑，cm；n為參與混合的粉體種數(shù)；Ki為第i種粉體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。i取1，2，3，…，n。

1.3 混合系數(shù)的設(shè)定

混合系數(shù)是配方中各組分粉體的特性值與配方待混合粉體特性平均值之比。

其中：HM為該批待混合粉體的特性平均值,按照式

（2）計(jì)算得到；Ji為第i種粉體的混合系數(shù)。

當(dāng)i取值1，2，3，…，n時(shí)，就可以分別計(jì)算每種粉體的混合系數(shù)J1～Jn。

1.4 混合系數(shù)的意義

（1）混合系數(shù)大小的意義

混合系數(shù)等于1，說(shuō)明該粉體的密度、平均粒徑與整體待混合粉體的均值基本一致，表示該粉體容易參與混合。

混合系數(shù)小于1，說(shuō)明該粉體與整體待混合粉體均值相比，比較輕或比較細(xì)，如果其值在0.3以下，就難以混合均勻。

混合系數(shù)大于1，說(shuō)明該粉體與整體待混合粉體均值相比，比較重或粒徑比較大，其值如果在3以上，就比較難混合均勻。通常，可以用細(xì)化該粉體平均粒徑的方法來(lái)減小其混合系數(shù)，從而使混合均勻變得容易。

（2）用混合系數(shù)的大小比值定量分析混合工藝的難易程度

對(duì)于待混合的各種粉體，利用前述公式計(jì)算出每一種粉體的混合系數(shù)。

其中：JMAX為整批粉體中最大的混合系數(shù)值，JMIN為整批粉體中最小的混合系數(shù)值。

計(jì)算出其中最大混合系數(shù)和最小混合系數(shù)，并計(jì)算出其比值Z；用差異化比值Z來(lái)判斷混合工藝的難易程度。

當(dāng)Z＞3時(shí)，說(shuō)明兩種粉體的特性值差別較大，混合均勻的難度開(kāi)始增加；如果Z＞6，說(shuō)明兩種粉體的特性值差別特別大，混合均勻不易實(shí)現(xiàn)。因此，可以通過(guò)配方粉體混合是否均勻進(jìn)一步指導(dǎo)配方的設(shè)計(jì)及預(yù)測(cè)射孔彈穿孔的穩(wěn)定性。

2 粉體混合均勻性評(píng)價(jià)

2.1 藥型罩用粉體配方

選用以銅粉為基體的114型射孔彈藥型罩粉體配方（以下簡(jiǎn)稱鎢銅配方），其配方組分如表1所示。

表1 鎢銅配方

配方1和2中原材料的物理性能等參數(shù)如表2所示。

表2 原材料物理性能參數(shù)

2.2 粉體混合均勻性評(píng)價(jià)

2.2.1 計(jì)算各粉體的特性值

按照式（1）計(jì)算配方中各粉體的特性值：銅粉的特性值為4.032×10-2，鎢粉的特性值為4.439×10-2，銅鉛粉的特性值為5.664×10-2，鉍粉的特性值為0.064×10-2。

按照式（2）分別計(jì)算兩種配方的特性平均值：配方1的特性平均值為4.6×10-2；配方2的特性平均值為2.9×10-2。

2.2.2 計(jì)算各粉體的混合系數(shù)

按照式（4）計(jì)算配方1各粉體的混合系數(shù)。

銅粉混合系數(shù)：J11=0.88；

鎢粉混合系數(shù)：J21=0.97；

銅鉛粉混合系數(shù)：J31=1.23。

按照式（4）計(jì)算配方2各粉體的混合系數(shù)。

銅粉混合系數(shù)：J12=1.39；

鎢粉混合系數(shù)：J22=1.53；

鉍粉混合系數(shù)：J32=0.02。

2.2.3 計(jì)算混合系數(shù)差異化比值Z

按照式（5）計(jì)算混合系數(shù)差異化比值Z：配方1差異化比值Z1=1.40，配方2差異化比值Z2=76.5。

經(jīng)計(jì)算，配方1差異化比值小于指標(biāo)要求值3.0，說(shuō)明該配方中銅鉛粉和銅粉的特性值差別較小，粉體混合均勻比較容易；配方2差異化比值遠(yuǎn)大于指標(biāo)要求值3.0，說(shuō)明該配方中鎢粉和鉍粉的特性值差別較大，粉體混合均勻比較困難。

3 地面靜破甲侵徹試驗(yàn)

3.1 射孔彈選擇

文中選用114型DP45RDX38-2型射孔彈（由物華能源科技有限公司生產(chǎn)），裝藥量38 g，主裝藥為環(huán)三亞甲基三硝胺（RDX）常溫炸藥。

3.2 地面靜破甲試驗(yàn)

測(cè)試用目標(biāo)靶為45#均質(zhì)鋼靶，地面靜破甲炸高的選取以地面模擬裝槍穿鋼靶的方式為主，測(cè)試該鎢銅藥型罩射孔彈的靜破甲性能，試驗(yàn)裝配示意圖見(jiàn)文獻(xiàn)[8]地面模擬裝槍穿鋼靶試驗(yàn)。破甲深度和開(kāi)孔孔徑測(cè)量結(jié)果如表3所示。

4 結(jié)果分析

根據(jù)SY/T 5128—1997《油氣井聚能射孔器通用技術(shù)條件》中關(guān)于射孔彈地面穿鋼靶破甲深度穩(wěn)定性要求[9]，計(jì)算公式如下。

其中：W為破甲深度穩(wěn)定性，%；S為試樣組標(biāo)準(zhǔn)偏差，mm；X為試樣組穿孔深度平均值，mm。

經(jīng)計(jì)算，表3中配方1的穿孔深度穩(wěn)定性為98.6%，配方2的穿孔深度穩(wěn)定性為92.9%。

表3 破甲深度性能試驗(yàn)結(jié)果 mm

在射孔彈用藥型罩的旋壓工藝、藥型罩參數(shù)、裝藥工藝和壓制工藝等條件相同的情況下，配方粉體的混合均勻性對(duì)穿孔深度穩(wěn)定性影響較大，混合越均勻穿深指標(biāo)出現(xiàn)異常值的概率越小，說(shuō)明射孔彈穩(wěn)定性越高。

上述配方粉體混合系數(shù)差異化比值驗(yàn)證說(shuō)明，混合系數(shù)之間的差異大小是配方混合均勻程度的關(guān)鍵：混合系數(shù)差異越小，說(shuō)明各粉體之間的物理指標(biāo)越接近，屬于同質(zhì)化混合，粉體混合容易達(dá)到均勻目標(biāo)；反之，說(shuō)明存在著粉體差異化混合，粉體之間出現(xiàn)了輕、重粉等混合工藝難題，混合困難。因此，可以用混合系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)粉體配方設(shè)計(jì)和配方粉體混合工藝是否能夠順利進(jìn)行。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)金屬粉混合系數(shù)的方法對(duì)配方1（含有銅粉、鎢粉和銅鉛粉）的藥型罩粉體進(jìn)行混合均勻性判斷，得到的混合系數(shù)差異化比值為1.4，遠(yuǎn)小于給定的指標(biāo)要求值3，說(shuō)明該配方中粉體混合均勻性程度較高；而配方2的差異化比值遠(yuǎn)大于指標(biāo)要求值，粉體中鉍粉和鎢粉混合均勻較困難，藥型罩成型質(zhì)量下降，導(dǎo)致穿深指標(biāo)不穩(wěn)定。

（2）通過(guò)地面靜破甲侵徹試驗(yàn)，得到配方1的穿孔穩(wěn)定性為98.6%，大于配方2的穿孔穩(wěn)定性，既驗(yàn)證了金屬粉混合系數(shù)的評(píng)價(jià)方法對(duì)粉體混合均勻性評(píng)價(jià)效果的可靠性，又反映了粉體混合均勻程度是射孔彈穿深穩(wěn)定性影響因素之一。