火工品球型装药工艺与技术研究

李健 吴玲 张伟 孙安昌 乔行浩

（西安庆华公司工艺研发中心，陕西 西安，710025）

火工品球型装药工艺与技术研究

李健 吴玲 张伟 孙安昌 乔行浩

（西安庆华公司工艺研发中心，陕西 西安，710025）

本文介绍了火工品装药工艺中摩擦感度极高的针刺药和起爆药的自动化装药方式，分析了影响计量准确性的因素，并对其中典型的球形装药器提出了针对计量不准确性因素所采取的措施，对敏感型火工品的自动化生产具有一定的指导意义。

火工品；自动装药；球形装药器；计量准确性

火工品是武器弹药的首发部件和始发能源，为陆、海、空三军和二炮等高新武器装备提供高新火工技术支撑，是整个国防工业的基础专业和核心基础技术之一。火工品的安全性、可靠性直接影响着武器系统的安全性和可靠性，在国防装备和武器系统中具有重要的地位和作用。

其中，火工品的装药工艺与装备技术是火工品生产中的核心环节，是打造火工品安全性和可靠性的关键工艺技术。火工品所用药剂种类繁多，特性各异，根据其药剂的流散性和感度以及工艺装药精度，其装药方式和所用装置也有很大差别，本文即为在多年实践经验的基础上研究总结所得。

1 基于现有装药工艺下的装药器研究

目前，常用的装药计量方式为称量计量和定容计量，而毫克级的微称量计量在自动化批量生产中，因无法保证喂料精确，故不多采用，而多采用定容计量的形式。定容计量因药剂的特性不同分不同的装药方式，主要包括勺形装药方式、计量板装药方式和球形装药方式，下面主要对球型装药方式进行探讨。

图1为球形装药器的结构简图。其具体操作过程为：首先，根据工艺药量在转动的球体上设计制作一个计量孔，孔的内表面抛光，孔的底部有一个调节芯杆，根据工艺需要可以在一定的范围内进行无级调节；其次，在结构设计上设计有一套配重块，压在导电橡胶块与转动球体之间，从而保证转动时的动态配合间隙，始终在理想的区间。这样就克服了计量板装药时动板与静板之间，因使用时间的延长，磨损加剧、间隙增大，所导致的漏药现象，即出现所谓的计量板吐料现象。另外，相对计量板装药时动板与静板的硬对硬，转动球体与导电橡胶块之间的软摩擦，其阻力要小的多，因而装药也要安全的多。综上所述，球形装药器适用于较敏感的针刺药和起爆药装药。

2 影响计量准确性的因素分析

影响计量准确性的因素很多，其中主要是装填密度和容腔容积的精确变化，外界温湿度的变化，现对上述球形装药器的计量准确性影响因素进行分析。

图1 球形装药器结构简图

图2 偏心转轮角与芯杆位置变化的结构示意图

1）药剂造粒情况及药剂过筛情况，直接决定了粉料的粒度均匀性和假密度，而粉料的粒度均匀性和假密度直接影响着容积计量的精度。当药剂的假密度变化较大时，容积计量的精度将较难控制，而药剂造粒及过筛情况属于药剂制造工艺的范畴，不属于本课题研究的内容，本文这里不做叙述。不过，在此假定所用药剂的粒度和假密度在工艺要求的合理范围内。

2）装药器漏斗中药剂堆积的多少，将影响装药器料仓下部的堆积密度，从而影响药剂的假密度和计量精度。

3）在药剂流入计量孔和流出计量孔的时间段，振动力的大小直接影响药剂的假密度，从而对计量精度产生一定的影响。另外，球体转动过快时，运动终点的冲击也会对药剂的装填密度产生影响。

4）计量孔容积是否能精确调整，对装药精度影响很大；容积调节的具体数值能否对操作人员正确显示，也影响装药精度。

5）外界温湿度的变化对药剂计量精度影响较大，药剂吸潮后，流散性急剧变差，最严重的情况是装药漏斗内的药剂下不到计量球的孔内，无法计量装药,再者计量孔内积药，计量精度不能保证。

3 针对计量不准确性因素所采取的措施

1）尽量减少漏斗中药量堆积对假密度造成影响。可通过减少单次补药量或将大药量与小药量分开的措施，减少小漏斗中的药剂堆积对假密度造成的影响。

图3 M-θ曲线

2）计量孔在上部装药时，振动对其计量精度的影响，有利也有弊。有利的一面是有利于药剂流入；不利的一面是对未流入计量孔中的药剂假密度产生影响。

现将其影响总结如下：即按每次补药20g计算，每发产品每次装药5mg，则每次补药可装配产品：20/5×103=4000(发)。按每分钟20发的生产节拍，则每次补药可生产时间：4000/20=200（分钟）=3小时20分钟。如果将大药量与小药量分开，即在大漏斗中装入20g药，通过1g的计量孔将药装入小漏斗，这样，震动就仅对小漏斗中的1g药剂的假密度产生影响。换句话说，即如果大小漏斗不分离，则每次补药后，气动震动器对漏斗中的药剂震动有效次数达4000次，而大小漏斗分离后，从大漏斗定期给小漏斗补药1g,则气动震动器对药剂的有效震动次数仅为200次，有效作用时间为10min。假如这200次的震动对药剂假密度的影响在装药精度允许的范围内，则此方案应当是有效的。

表1 大量装药的相关实验数据

3）振动对假密度的影响，可用来达到超微量调整的目的。在装药时，启动气动震动器，通过精密压力阀（带压力刻度显示）、精密流量阀来调节气动震动器的激振力，通过振动力的大小变化，从而调节计量孔中药剂的假密度，以次达到超微量调节的目的。振动力与药剂微量调整的关系，需要通过试验来获得数据。

4）装药器上设置气动震动器，通过程序控制，在计量孔往外倒药时，通过震动将计量孔中的药全部振出，不能有丝毫的残留。

5）控制装配生产工房的温湿度，使其满足装配工艺要求。将药剂放置在干燥间，用多少取多少，一次用完，保证药剂在相对干燥条件下使用。

4 球型装药器精确装药研究

通过采取以上措施，尽管可以改善所装填药剂假密度的一致性，从微观上对药量进行调节，但不能使其绝对一致，再加上每批药剂造粒和筛选的差异，药剂的假密度变化在所难免。故根据假密度的变化，适时、准确的调节计量容腔，将对容积计量的准确性产生很大的影响。对容腔的精确调节可通过以下措施来解决。

建立偏心轮的转角与装药量的关系曲线。 偏心轮的转角决定着计量孔芯杆的位置，而计量孔芯杆的位置直接决定着计量容腔的大小，故建立偏心轮的转角与芯杆位置和装药量的关系曲线，即可得出药量调整的范围。经过研究计算，得出偏心轮转角与充填药量变化的结构示意图，如图2所示。

式中偏心轮的偏心距e、偏心轮半径R在机械机构确定之后，即为常量，故转角与偏心轮外径上任意一点到偏转中心的距离S之间构成函数关系，而S的大小变化反映了芯杆位移△s的变化，△s又直接反映了充填药量M的数值，通过大量装药的实验数据（见表1），得出转角与充填药量M之间也构成函数关系。 其M-曲线如图3所示。

5 结语

敏感药剂可在较小的外界刺激能量作用下激发，产生燃烧或爆炸，所以如何安全高效的生产敏感药剂型火工品一直是个难题，而本文对于敏感结晶药剂的球形装药器的研究，有效地解决了这一生产难题，并且通过这一技术的措施，极大地保证了产品质量的一致性和稳定性。

（References）

[1]张建民.机电一体化系统设计[M].北京：北京理工大学出版社, 2007.

[2]机电一体化设计手册编委会.机电一体化手册[S].北京：机械工业出版社.

[3]刘伟钦.火工品制造[M].北京：国防工业出版社.

[4]陆鑫盛, 周洪.气动自动化系统的优化设计[M].上海：科学技术文献出版社, 2000.

[5]李国新, 程国元, 焦清介.火工品实验与测试技术[M]. 北京：北京理工大学出版社.

上接P23页拟加工验证（见图7）。

3.4 高速加工编程的注意事项

1）应采用高转速、大进给与小步距、小切深；

2）对刀路精心设计与优化，以保证刀路光顺平滑；

3）在不具备DNC加工条件时，尽量控制程序量的大小。

4 试加工结果

切削试验取得了成功(见图8)，用时32min。经尺寸检验，壁厚0.2mm上下一致，表面粗糙度优于Ra3.2um、接近Ra1.6um，且无明显毛刺。

5 结语

本文通过应用高速切削技术，加工出了一种典型的薄壁螺旋片零件，对高速切削加工技术进行了较系统的研究。目前，很多企业已经拥有了相当一部分机床可以实现高速加工或准高速加工，如果能在刀具配置、新技术推广方面加大投入，将可以从传统的低速加工模式跨入到高速加工的新天地，为企业带来实实在在的技术进步与可观的经济效益。

参考文献（References）

[1]王卫兵.高速加工数控编程技术[M]. 2版）北京：机械工业出版社, 2013.

李健（1984-），男，汉族，长期从事火工专业设备和测试装置的自动控制系统研发，并获得多项工艺创新奖项。