火药装药模具的优化设计

罗鹏 张洪宇 宋继秋

摘 要：针对火药在压装过程中因上模套内台阶面不平、火药粉颗粒过小等原因，导致在药柱压制过程中上下模间隙渗入过多火药粉，使药柱高度尺寸无法保证，影响成品质量。并且模具缝隙中的火药粉在压制过程中存在爆炸风险。基于以上问题对模具结构进行优化设计。

关键词：火药；压药模具；结构优化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.037

0 引言

弹药在武器装备中有举足轻重的作用。弹药装药的质量直接关系到弹药对目标的毁伤效果和打击程度的精确性。在弹药生产中，弹药装药工艺设备与弹药装药的质量有着密切的关系，而压装模具是弹药装药设备的重要组成部分。因此，压装模具的选择是提高弹药装药质量的一个重要前提[1]。

国内现有的弹药装药技术起源于在苏联援建时期，在我国的弹药生产企业的几次的技术改造后弹药装药生产工艺水平、弹药安全生产性都有了较大幅度提高。目前国内批量生产弹药装药方法主要有注装压装药装填和压装装药装填，其中一些对成型药柱密度要求相对较低、药柱体积较大的炸药装药通常采用注装装药装填，注装装药抗过载能力较差、感度较高，导致成品易爆，对人员操作、转运、存放都有较高要求。为了达到更高密度装药，压药装药工艺在弹药装药在压力装药的制造中得到更广泛的应用。压力装药拥有适用的炸药范围广、抗爆轰感度高、生产周期短等优点。压装装药装填中其中压药压力、加压速度、保压时间等重要工艺参数都直接影响其质量[2]。而压装模具的选择与优化对压药压力、加压速度、保压时间有着直接影响。

1 简单压装模具结构设计特点

传统压装模具通常使用于较小的杠杆式压力机设备以固定压力进行药柱压装。一般由压药杆、模套、底座等3个零件组成，设计结构简单，分件零件加工成本低廉。实际生产中简单压装模具因为采用固定压力进行药柱压装，使得压装模具操作准确性不稳定，使得药柱高度尺寸不能保证，产品报废率偏高。由于火药粉颗粒较小，火药压装生产时模套内孔的台阶面容易粘附药粉，台阶面需要较高的光洁度，而使用传统的工艺加工办法很难达到模具工艺要求。

2 改进后的火药压装模具结构

针对因火药颗粒较小而容易粘附模具的特点及压装生产过程中药柱报废率偏高的问题，改进后的火药压装模具结构由压药杆、模套分件Ⅰ、模套分件Ⅱ、镶件、底座5个零件组成。

2.1 压药杆长度优化

简单的压装模具一般采用定压方式进行药柱压装，模具的压药杆较长，在药柱最终成型时，压药杆柄下端台阶面离模套上端面有一个固定距离，能使下模座脱离上模套后，按压压药杆能后能顺利将药柱从模套中顶出，但药柱高度和操作安全性不能得到保证。改进后的定程压药装置原理是将在药柱产品压制到工艺要求密度和药柱高度时，压药杆柄下端台阶面与模套上端面接触，限制压药杆伸入模套孔内长度，使压药杆受压药机较大压力下沉至药柱成型位置后不能继续下移挤压药柱。定程压装比定压压装操作生产上更安全，药柱高度尺寸与密度更能得到保证。

2.2 模套结构优化

针对大部分产品药柱尺寸小，在压药模具设计时要充分考慮：模套内径小、模套长径比较大，一些较小药粉颗粒容易粘附模套内孔，药柱压制过程中的一些浮药因模套内台阶面光洁度不高粘附在模套内孔台阶面，影响药柱产品质量，甚至会使药粉进入压药杆与模套缝隙中，使压药操作时产生挤炸风险。传统结构中对于压模内腔体粗糙度提出了较为苛刻的要求，按照常规机械加工方法与镀络表面处理不易满足要求。为提高产品质量、降低制造成本、规避安全隐患，改进方案将模套更替为复合嵌套式结构。

2.2.1 模套的机械加工工艺

模套分件Ⅰ的内孔尺寸和两平面的制造加工和模套分件Ⅱ的内孔尺寸，按照一般机械加工方法和表面处理工艺流程非常容易实现工艺要求的高粗糙度要求。具体加工方法为模套分件Ⅰ的外圆尺寸按照H7的公差进行加工，模套分件Ⅱ的内孔尺寸按照k6公差进行加工，控制模套分件Ⅰ的总高和模套分件Ⅱ的沉孔深度，确保使模套分件Ⅰ的总高比模套分件Ⅱ的沉孔深度长0.1毫米∽0.15毫米，并测量和记录模套分件Ⅰ的总高和模套分件Ⅱ的沉孔深度的实际尺寸及其差值。模套两个分件加工完成后，手动用模套分件Ⅰ、模套分件Ⅱ按照H7/k6基孔过渡配合配对压紧，使用压力机将模套分件Ⅰ压入模套分件Ⅱ后，用百分表指示器测量模套分件Ⅰ表面高出模套分件Ⅱ表面实际尺寸，若测量尺寸与模套分件Ⅰ零件总高和模套分件Ⅱ沉孔深度的差值记录尺寸相符，从而判断模套分件Ⅰ与模套分件Ⅱ装配是否到位。若测量尺寸与模套分件Ⅰ零件总高和模套分件Ⅱ沉孔深度的差值记录不相符，则重复利用压力机对模套进行挤压并利用百分表指示器重复测量，直至挤压后测量尺寸合格。

2.3 底座机构优化

底座机构的优化主要是基于工装成本与工装使用寿命因素考虑。压装模具改进后的模座将传统的模座拆分成了镶件与模座两个零件。传统压装模座的凸缘因为重复合模、退模操作时常常跟模套摩擦挤碰，易遭到磨损。结构优化后将传统压装模座的凸缘分解成独立零件镶件，当模座的凸缘磨损或因碰撞变形时，通过更换镶件而不是来更换整个模座来保证模具的继续使用。改进后的压药工装底座节约了工装使用成本、延长模具的使用寿命。

3 结束语

本文对小尺寸药柱传统压药模具的结构进行了基本，对压药方式、压装模具结构提出了优化方案。通过模具的制造过程与药柱压装过程的生产实践，确定了该优化方案的可行性。验证了优化后压药模具的加工质量满足工艺上的技术要求，并且降低了加工难度。同时证明，该优化方案可延长压装的使用寿命、确保安全生产、提高产品质量。

参考文献：

[1]马云富.我国弹药装药装备技术现状及发展对策[J].兵工自动化，

2009，28（09）：1-4.

[2]张方宇.我国弹药生产技术和发展现状及发展对策初探[J].兵工自动化，2008，27（04）：1-4.