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化裝藥方式，分析了影響計量準確性的因素，并對其中典型的球形裝藥器提出了針對計量不準確性因素所采取的措施，對敏感型火工品的自動化生產(chǎn)具有一定的指導意義。

火工品；自動裝藥；球形裝藥器；計量準確性

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支撐，是整個國防工業(yè)的基礎專業(yè)和核心基礎技術之一?；鸸て返陌踩?、可靠性直接影響著武器系統(tǒng)的安全性和可靠性，在國防裝備和武器系統(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鍵工藝技術?；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，本文即為在多年實踐經(jīng)驗的基礎上研究總結所得。

1 基于現(xiàn)有裝藥工藝下的裝藥器研究

目前，常用的裝藥計量方式為稱量計量和定容計量，而毫克級的微稱量計量在自動化批量生產(chǎn)中，因無法保證喂料精確，故不多采用，而多采用定容計量的形式。定容計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、計量板裝藥方式和球形裝藥方式，下面主要對球型裝藥方式進行探討。

圖1為球形裝藥器的結構簡圖。其具體操作過程為：首先，根據(jù)工藝藥量在轉(zhuǎn)動的球體上設計制作一個計量孔，孔的內(nèi)表面拋光，孔的底部有一個調(diào)節(jié)芯桿，根據(jù)工藝需要可以在一定的范圍內(nèi)進行無級調(diào)節(jié)；其次，在結構設計上設計有一套配重塊，壓在導電橡膠塊與轉(zhuǎn)動球體之間，從而保證轉(zhuǎn)動時的動態(tài)配合間隙，始終在理想的區(qū)間。這樣就克服了計量板裝藥時動板與靜板之間，因使用時間的延長，磨損加劇、間隙增大，所導致的漏藥現(xiàn)象，即出現(xiàn)所謂的計量板吐料現(xiàn)象。另外，相對計量板裝藥時動板與靜板的硬對硬，轉(zhuǎn)動球體與導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 影響計量準確性的因素分析

影響計量準確性的因素很多，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)對上述球形裝藥器的計量準確性影響因素進行分析。

圖1 球形裝藥器結構簡圖

圖2 偏心轉(zhuǎn)輪角與芯桿位置變化的結構示意圖

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量的精度。當藥劑的假密度變化較大時，容積計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量精度。

3）在藥劑流入計量孔和流出計量孔的時間段，振動力的大小直接影響藥劑的假密度，從而對計量精度產(chǎn)生一定的影響。另外，球體轉(zhuǎn)動過快時，運動終點的沖擊也會對藥劑的裝填密度產(chǎn)生影響。

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

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

3 針對計量不準確性因素所采取的措施

1）盡量減少漏斗中藥量堆積對假密度造成影響。可通過減少單次補藥量或?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假密度造成的影響。

圖3 M-θ曲線

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

現(xiàn)將其影響總結如下：即按每次補藥20g計算，每發(fā)產(chǎn)品每次裝藥5mg，則每次補藥可裝配產(chǎn)品：20/5×103=4000(發(fā))。按每分鐘20發(fā)的生產(chǎn)節(jié)拍，則每次補藥可生產(chǎn)時間：4000/20=200（分鐘）=3小時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的計量孔將藥裝入小漏斗，這樣，震動就僅對小漏斗中的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，則每次補藥后，氣動震動器對漏斗中的藥劑震動有效次數(shù)達4000次，而大小漏斗分離后，從大漏斗定期給小漏斗補藥1g,則氣動震動器對藥劑的有效震動次數(shù)僅為200次，有效作用時間為10min。假如這200次的震動對藥劑假密度的影響在裝藥精度允許的范圍內(nèi)，則此方案應當是有效的。

表1 大量裝藥的相關實驗數(shù)據(jù)

3）振動對假密度的影響，可用來達到超微量調(diào)整的目的。在裝藥時，啟動氣動震動器，通過精密壓力閥（帶壓力刻度顯示）、精密流量閥來調(diào)節(jié)氣動震動器的激振力，通過振動力的大小變化，從而調(diào)節(jié)計量孔中藥劑的假密度，以次達到超微量調(diào)節(jié)的目的。振動力與藥劑微量調(diào)整的關系，需要通過試驗來獲得數(shù)據(jù)。

4）裝藥器上設置氣動震動器，通過程序控制，在計量孔往外倒藥時，通過震動將計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，從微觀上對藥量進行調(diào)節(jié)，但不能使其絕對一致，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、準確的調(diào)節(jié)計量容腔，將對容積計量的準確性產(chǎn)生很大的影響。對容腔的精確調(diào)節(jié)可通過以下措施來解決。

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

式中偏心輪的偏心距e、偏心輪半徑R在機械機構確定之后，即為常量，故轉(zhuǎn)角與偏心輪外徑上任意一點到偏轉(zhuǎn)中心的距離S之間構成函數(shù)關系，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，通過大量裝藥的實驗數(shù)據(jù)（見表1），得出轉(zhuǎn)角與充填藥量M之間也構成函數(shù)關系。 其M-曲線如圖3所示。

5 結語

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難題，而本文對于敏感結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.機電一體化系統(tǒng)設計[M].北京：北京理工大學出版社, 2007.

[2]機電一體化設計手冊編委會.機電一體化手冊[S].北京：機械工業(yè)出版社.

[3]劉偉欽.火工品制造[M].北京：國防工業(yè)出版社.

[4]陸鑫盛, 周洪.氣動自動化系統(tǒng)的優(yōu)化設計[M].上海：科學技術文獻出版社, 2000.

[5]李國新, 程國元, 焦清介.火工品實驗與測試技術[M]. 北京：北京理工大學出版社.

上接P23頁擬加工驗證（見圖7）。

3.4 高速加工編程的注意事項

1）應采用高轉(zhuǎn)速、大進給與小步距、小切深；

2）對刀路精心設計與優(yōu)化，以保證刀路光順平滑；

3）在不具備DNC加工條件時，盡量控制程序量的大小。

4 試加工結果

切削試驗取得了成功(見圖8)，用時32min。經(jīng)尺寸檢驗，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 結語

本文通過應用高速切削技術，加工出了一種典型的薄壁螺旋片零件，對高速切削加工技術進行了較系統(tǒng)的研究。目前，很多企業(yè)已經(jīng)擁有了相當一部分機床可以實現(xiàn)高速加工或準高速加工，如果能在刀具配置、新技術推廣方面加大投入，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)帶來實實在在的技術進步與可觀的經(jīng)濟效益。

參考文獻（References）

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

李?。?984-），男，漢族，長期從事火工專業(yè)設備和測試裝置的自動控制系統(tǒng)研發(fā)，并獲得多項工藝創(chuàng)新獎項。