一种小品号七孔发射药模具设计方法

摘要

本发明公开了一种小品号7孔发射药模具设计方法，适用于火药制造中的7孔模具设计。本发明针对目前火药制造中采用的7孔成型模具设计尺寸与火药产品药型尺寸差异大、成型过程中由于针径太小而造成火药偏孔问题，发明了一种小品号单孔火药压伸成型模具设计方法。利用变径模针，解决了成型过程中由于针径太小，模针“偏移”导致发射药偏孔的难题、采用的模具尺寸设计方法，成型模具设计尺寸与火药产品药型相吻合，大幅度提高发射药成品质量稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种发射药制备工艺使用的小品号发射药模具设计方法，特别涉及一种七孔模具设计方法。

背景技术

多孔发射药的药型尺寸影响着发射药能量的释放规率,燃烧渐增性、燃烧稳定性与发射药药型的尺寸与分布密切相关。目前发射药的成型多通过溶剂或半溶剂法压伸成型制得，发射药产品的药型尺寸与设计尺寸的符合程度决定了发射药产品质量，发射药产品的质量和良品率与模具有直接的关系，适宜的成型模具是发射药质量与性能的重要保障。

我国现役装备中小口径武器大多采用小品号七孔发射药，一般而言，标准七孔发射药的孔道直径为弧厚的一半，小品号发射药的弧厚为0.4mm～0.5mm，模具的针径大约为0.2-0.25mm，这给模具加工带来了很大困难，加工的模具废品率高。并且，由于针径很小，发射药成型工艺中模针承受物料径向挤压力的能力很差，一旦钢针受力不均匀，钢针就会发生偏移，出现偏孔，从而影响发射药的质量。为了解决上述偏孔问题，目前在发射药制备工艺中，通常采用以下两种方法进行解决：(1)第一种方法，在设计与加工模具时，让七孔外层模针保持一定的倾斜角α，利用压伸成型时物料受到的径向挤压力使模针回正。这种倾斜角的设计，由于物料流变性能差异，会导致不同批次发射药性能不稳定。(2)第二种方法，在发射药成型时添加针套，保持成型过程中模针的垂直。针套的外径与模具成型段内径紧密配合，利用模套保证模针在受力时保持垂直不致变形。但是，这两种方法无法彻底解决偏孔问题。主要原因是模针倾斜角α需要通过大量试验确定，而且经过几次成型后模针承受物料径向挤压力的能力在变化，从而造成工艺不稳定；针套的方案由于为了保证工艺安全，无法做到针套与模针、成型段内径紧配合，因此一受力针套就会脱落，难以起到约束模针固定的作用；另外由于单孔药型尺寸很小、针套与成型段内径无法做到紧配合，如果针套稍微偏移，就会导致药型较大的差异。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出一种七孔发射药模具设计方法，解决设计药型尺寸与成品发射药药型差异较大、成型过程中由于针径太小而造成的偏孔问题，提高发射药成品质量稳定性。

本发明提供一种小品号七孔发射药压伸成型模具设计方法，七孔发射药压伸成型模具参数设计主要是进行模具针径d(d₁、d₂、d₃)、模套内径D、进料口面积A、模针分为嵌入段L₁、定位段L₂、成型段三段L₃以及针距分布S等参数的设计，考虑到发射药压伸成型过程的收缩率，设计计算步骤如下：

(1)模针长度设计

①模针分为嵌入段、定位段、成型段三段，定位段较成型段直径大、强度高，利用模针较粗的上端承受来自物料的高压力，物料一旦流动，对模针的压力就会减轻。在发射药压伸成型过程中保持成型段垂直且居中，并且避免了目前七孔模具设计加工时模针存在倾斜角，由于物料流变性能不同导致不同批次发射药质量的不稳定的问题。

模针长度L为嵌入段长度L₁、定位段长度L₂、成型段长度L₃之和，L＝L₁+L₂+L₃；

②嵌入段长度L₁根据单体高度与嵌入单体深度确定；钢针成型段长度L₃与钢针定位段长度L₂比值L₃:L₂＝2～5:1，以3:1为宜；

③嵌入段长度L₁与定位段长度L₂相等；

④成型段长度L₃＝K_L×D，式中K_L为成型段长度系数，对于单基、双基K_L取3～5，三基发射药K_L取值4，D为模套内径；

(2)燃烧层厚度收缩率η_e计算

七孔发射药成型模具参数由发射药成品药型参数和发射药压伸成型过程收缩率决定，在同一配方、同一工艺条件下，发射药压伸成型过程发射药燃烧层厚度和孔径的收缩率的基本不变，其设计计算方法如下：

η_e＝(e_1a-e_1b)/e_1a×100％

式中：2e_1a模具设计的燃烧层厚度；2e_1b发射药产品燃烧层厚度。

(3)孔径收缩率η_d计算

η_d＝(d₃-d_k)/d₃×100％

式中：d_k发射药产品孔径。

发射药产品或试验样品确定了发射药燃烧层厚度2e_1b、发射药孔径d_k两个基本参数，在模具设计过程中，2e_1b和d_k为已知条件参数。

(4)模针直径及收缩角设计

①嵌入段直径为d₁、定位段直径为d₂、成型段直径d₃，其中d₁＝(1.1～1.5)d₂，系数一般取1.2，即d₁＝1.2d₂；d₂＝(1.5～2.5)d₃，系数一般取2，即d₂＝2d₃；d₃＝d_k(1+η_d)；

②收缩角a为15～25，实际以20度为宜。利用模针较粗的上端承受来自物料的高压力，物料一旦流动，对模针的压力就会减轻。

(5)模套内径设计

模套内径决定了成品发射药成品外径，由已知发射药成品燃烧层厚度、孔径及其收缩率，可以计算出模具外径：D＝4×2e_1b(1+ηe)+3d_k(1+η_d)；

(4)针距分布设计

针距分布S决定了发射药不同层燃烧层厚度，因此，在模具设计时，为了保证制备出的发射药是等燃烧层厚度，七孔模具针均匀分布，关系式如下：

S＝2e_1b(1+η_e)+d₃

(5)模具进料口面积的设计

模具进料口面积与出料口面积的比值,决定了物料通过模具压伸过程时物料阻力，决定了发射药密实程度。

进料口面积A＝K_A×(πD²)/4，式中K_A为进料口面积系数，其中单基、双基发射药进料口面积系数K_A取2～2.5，三基发射药流动性能较单基、双基发射药差，其进料口面积系数K_A取上限2.5。

本发明优点：本发明解决了设计药型尺寸与成品发射药药型差异较大、成型过程中由于针径太小而造成的偏孔问题，提高发射药成品质量稳定性。

附图说明

图1为七孔模具模针图

图2为七孔模具单体图

图3为七孔模具钢针图

图4为七孔模具针架图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

发射药产品燃烧层厚度2e_1b和孔径d_k由发射药产品或试验样品药型尺寸确定，为已知条件参数。

七孔发射药压伸成型模具参数设计主要是进行模具针径成型段直径d₃、定位段L₂直径d₂、嵌入段L₁直径d₁、模套内径D、进料口面积A、针距分布S以及针长(成型段长度L₃、嵌入段长度L₁、定位段长度L₂)等参数的设计。

例：需要制备出燃烧层厚度2e_1b为0.55mm、发射药孔径d_k为0.225mm的三基发射药，K_L取6，L₃/L₂＝3，K_A取2.5，为了简化计算，其中发射药收缩率η_e与η_d取相等为10％。根据本发明模具设计如下：

表1七孔成型模具计算示例

设计得到模具图1～图4，采用该模具通过机械加工，用于三基发射药成型，成品发射药药型测试结果如下表2：

表2成型发射药药型测试结果

平均值，mm最大值，mm最小值，mm燃烧层厚度，mm0.5480.5540.546孔径，mm0.2230.2270.221外径，mm2.8752.8812.871

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。