某型火工品作用失效研究

萇軍紅，李便花，潘會平，孫宏濤，和海亮，張靜黎

(1.駐陽泉地區(qū)軍代室，山西 陽泉045000；2.山西北方晉東化工有限公司，山西 陽泉045000)

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某型火工品作用失效研究

萇軍紅1，李便花2，潘會平2，孫宏濤2，和海亮2，張靜黎2

(1.駐陽泉地區(qū)軍代室，山西 陽泉045000；2.山西北方晉東化工有限公司，山西 陽泉045000)

隨著科學技術(shù)的不斷進步，國際形勢的瞬息萬變，常規(guī)彈藥是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中不可缺少的武器裝備之一，其研制與生產(chǎn)不斷向靈巧化、智能化方向發(fā)展，在創(chuàng)新中更新?lián)Q代。新型常規(guī)彈藥的精確打擊及多點打擊提高了彈藥的利用率及殺傷力?；鸸て贩植加趶椝幍暮芏嗖课?，是彈藥實現(xiàn)增程、減速以及目標區(qū)多點打擊的“控制器”，因此對其作用可靠性要求越來越嚴。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、零部件加工尺寸、產(chǎn)品裝配工藝和零部件批次管理等方面進行分析排查，通過試驗驗證，確定了產(chǎn)品失效原因，提出了有效預(yù)防措施，對所有火工品在生產(chǎn)過程中的管理起到了借鑒作用。

火工品；失效；預(yù)防措施

火工品是一種特殊能源，具有能量質(zhì)量比高、作用時間短、起爆及輸出能量可控、體積小以及長期貯存性好的特點[1-2]。它是在接收發(fā)火指令后，以較小能量激發(fā)其內(nèi)裝敏感藥劑，產(chǎn)生燃燒或爆炸，以其燃燒火焰、爆炸沖擊波和高壓燃氣，實現(xiàn)點火、起爆和做功等預(yù)定功能的一次性使用的元器件、裝置和系統(tǒng)的總稱[3]。作為武器系統(tǒng)中的敏感元件，火工品遍布武器各個部位，廣泛應(yīng)用于各類武器系統(tǒng)中，它的安全性、可靠性將直接影響武器系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1　產(chǎn)品組成及作用原理

該火工品由發(fā)火件、管殼、延期藥柱、切刀和堵頭等組成(見圖1)。該火工品是火工元件的一種，體積小，只能完成一種功能。它接受到外力后，開始起動，當藥劑作用完成后，完成其切割功能。栓受到外力作用后發(fā)火件發(fā)火，發(fā)火件發(fā)火后引燃延期藥柱，延期藥燃燒達到延期時間后，火藥氣體推動切刀將傘繩切斷，完成其預(yù)定功能。

圖1　某火工品結(jié)構(gòu)示意圖

2　故障現(xiàn)象及危害

2.1產(chǎn)品故障現(xiàn)象

在試驗過程中，試驗樣品13發(fā)，當產(chǎn)品作用后，有2發(fā)產(chǎn)品束傘繩未完全切斷(見圖2)。

圖2　切繩不完全樣品

2.2故障危害

該火工品配備于某武器系統(tǒng)的子彈中，與其他子彈的延期時間不同，打開束傘繩的時間也不同。子彈隨著傘打開時間的不同而飛行的距離不同，以實現(xiàn)在目標區(qū)內(nèi)均勻分布，做到多點打擊。如果該產(chǎn)品在武器系統(tǒng)作用過程中傘繩未切斷，減速傘無法正常打開，則多發(fā)子彈無法實現(xiàn)間距式飛行，集中在一起，在目標區(qū)對只能進行單點目標打擊，降低了武器系統(tǒng)的利用率和有效殺傷力。

3　原因分析

根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)原理及生產(chǎn)過程控制過程分析，形成未切斷束傘繩故障樹(見圖3)。

圖3　故障樣品未切斷束傘繩故障樹

當故障出現(xiàn)后，對故障2發(fā)樣品進行了解剖，發(fā)現(xiàn)切刀刃口處全部發(fā)生卷曲，切刀與堵頭間夾有未完全切斷的束傘繩(見圖4～圖6)。

圖4　故障樣品解剖圖

圖5　故障樣品切刀　　圖6　正常作用樣品切刀

對生產(chǎn)過程因素進行排查，具體如下。

1)切刀裝反。切刀在裝配時，刀刃處面向堵頭，平面處面向藥劑，如果切刀裝反，產(chǎn)品藥劑作用后推動切刀，切刀平面對束傘繩在堵頭上進行切割，因平面無刃口，不會對束傘繩形成“切割”效應(yīng)，只能將束傘繩擠壓在切刀與堵頭中間。根據(jù)故障樣品的拆解結(jié)果表明，切刀裝配正確。對故障批產(chǎn)品進行了100%的返檢，未發(fā)現(xiàn)切刀裝反的現(xiàn)象。切刀裝配無異常。

2)繩子內(nèi)部有硬結(jié)。束傘繩在產(chǎn)品試驗中為陪試品，是一種特質(zhì)綿絲繩，如果束傘繩中有硬結(jié)，且恰巧在切刀作用部位時，對刀刃強度質(zhì)量及藥劑推力要求更高，可能會出現(xiàn)束傘繩工切不斷且刀刃卷刃現(xiàn)象。對束傘繩入廠復(fù)驗進行排查，束傘繩入廠進行抗拉強度試驗，結(jié)果為(N1+15)kN，符合指標要求(≥N1)，外觀無臟污。產(chǎn)品試驗前，試驗人員對每一根束傘繩的長度及外觀進行了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)束傘繩有硬結(jié)，對故障樣品解剖后的束傘繩進行檢查，未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。束傘繩無異常。

3)驅(qū)動藥藥量不足。驅(qū)動藥是延期藥柱離切刀最近的一道藥劑，延期藥劑燃燒達到延期時間后點燃驅(qū)動藥，驅(qū)動藥劑將燃燒能量放大，將切刀推出，如果驅(qū)動藥藥量少，燃燒能量降低，對切刀的作用力就會下降，切刀對束傘繩的切割力就不足，有可能會產(chǎn)生故障。對故障產(chǎn)品用驅(qū)動藥劑的燃燒熱進行追溯，燃燒熱為(Q1+45)J/g,符合該藥劑的技術(shù)要求((Q1±60)J/g)。該產(chǎn)品生產(chǎn)時采用序號管理，當藥量、壓力以及驅(qū)動藥壓完后，應(yīng)測量藥面高度至管殼口部的高度，逐發(fā)進行檢測并記錄。對2發(fā)故障樣品原始記錄進行追溯，藥量為(m1+1)mg，壓驅(qū)動藥壓力為F1，高度為(H1+0.01)mm，符合藥量通知單藥量中藥量為(m1±3)mg，壓力為(F1±10)kgf, 高度為(H1±0.02)mm的要求。對故障產(chǎn)品切刀作用現(xiàn)象分析，切刀已作用到位。驅(qū)動藥藥量及燃燒無異常。

4)刀殼配合太緊。切刀與殼體裝配時采用壓裝式工藝，如果切刀裝配時壓力大，殼體與切刀配合過緊，驅(qū)動藥燃燒產(chǎn)生的能量在刀殼分離上就會消耗多，降低切刀對切束傘繩的切割作用力。對2發(fā)故障樣品裝刀力進行追溯，分別為F2和(F2-0.4)kgf，符合工藝參數(shù)的要求((F2±2)kgf)，避免了刀殼配合太緊而損耗能量造成產(chǎn)品故障的因素。切刀與殼體裝配無異常。

5)切刀刃口角度超差。在切刀設(shè)計時，既要完成對束傘繩切割功能，又要對切割后產(chǎn)品內(nèi)的束傘繩進行收集，因此刀刃設(shè)計及加工有一定的角度，如果切刀刃口角度較小，強度會降低，有可能會出現(xiàn)故障樣品現(xiàn)象。對生產(chǎn)過程進行排查，切刀生產(chǎn)時每班進行首件檢驗，數(shù)量為5個，首件記錄共計20發(fā)，刃口角度記錄為(P-0.6)°～(P+0.7)°，生產(chǎn)過程每2h抽檢1次，每次5個，過程抽檢共計80發(fā)，刃口角度記錄為(P-0.7)°～(P+0.7)°，對故障樣品切刀刃口進行角度計量，結(jié)果分別為(P-0.4)°、(P+0.1)°，對故障批剩余切刀隨機抽取20個進行計量，結(jié)果為(P-0.6)°～(P+0.6)°，全部符合工藝規(guī)定的要求((P±1)°)。切刀刃口角度無異常。

6)切刀刃口硬度超差。切刀加工完成后要進行淬火處理，提高零件強度，淬火工藝參數(shù)是通過特殊過程確認嚴格考核確定的，在切刀淬火后，對切刀進行抽樣硬度檢測，查記錄，該故障批用切刀生產(chǎn)完成后抽樣檢測10發(fā)，結(jié)果為(B1-1)～(B1+2)HRC，對故障批剩余切刀隨機抽取20個重新進行檢測，結(jié)果為(B1-2)～(B1+3)HRC，對2發(fā)故障樣品進行檢測，結(jié)果為(B1+1)、(B1+2)HRC，符合產(chǎn)品圖規(guī)定的要求((B1±3)HRC)。切刀刃口硬度無異常。

7)切刀刃口厚度超差。切刀刃口厚度的尺寸決定著切刀的性能，太薄，刃口容易崩或發(fā)生卷曲，太厚，刀刃即為鈍，切割效果不佳，該切刀的刀刃厚度尺寸是經(jīng)過上萬次的試驗驗證確定下來的，切刀淬火后每一個都要在顯微鏡下對刃口厚度進行檢測，追溯淬火后檢測結(jié)果為(δ1-0.02)～(δ1+0.02)mm,符合產(chǎn)品圖樣尺寸要求((δ1±0.03)mm)。對2發(fā)故障樣品進行計量，結(jié)果均為(δ1-0.05)mm，不符合產(chǎn)品圖樣要求，對故障批剩余切刀隨機抽取100個，重新進行刃口厚度檢測， 91個刃口尺寸不符合要求，結(jié)果為(δ1-0.06)～(δ1-0.04)mm，9個刃口尺寸為(δ1-0.03)mm。切刀刃口厚度檢測結(jié)果表明，故障批產(chǎn)品用切刀存在批刃口厚度尺寸超差現(xiàn)象，有可能是切刀在車間流轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)批管理問題，誤用批不合格品。具體分析如下。

a.對切刀零件機械加工過程及熱處理過程進行排查。機加分廠的轉(zhuǎn)手庫里只有1個批次的零散不合格品，無其他批次產(chǎn)品，且審理單數(shù)量與庫存數(shù)量相同，無批次性不合格品；因該切刀不會在存放過程中發(fā)生批管理問題。對產(chǎn)品加工過程首件產(chǎn)品的檢驗記錄、生產(chǎn)過程抽檢記錄以及切刀生產(chǎn)完成后檢驗人員的抽驗結(jié)果的檢查，全部符合產(chǎn)品圖樣要求，沒有出現(xiàn)切刀批不合格現(xiàn)象。該火工品合同完成只有1個批次，生產(chǎn)線無第2個批次的切刀生產(chǎn)記錄。通過上述對切刀零件機械加工及熱處理工序的排查，該過程中不會出現(xiàn)切刀批次性不合格現(xiàn)象。

b.對切刀裝配過程進行排查。該火工品試制初期因切刀刃口厚度尺寸未做規(guī)定，出現(xiàn)卷刃質(zhì)量問題，對切刀刃口厚度尺寸增加控制后，要求對轉(zhuǎn)入成品裝配車間的切刀全部進行報廢隔離處理。對裝配分廠半成品庫進行排查，發(fā)現(xiàn)裝配分廠半成品庫還存放著該火工品試生產(chǎn)以來不同批次的切刀，切刀在包裝袋內(nèi)包裝，1個包裝袋為1個批次，內(nèi)置1張周轉(zhuǎn)卡，但沒有切刀狀態(tài)標識，查留轉(zhuǎn)卡及切刀留存數(shù)量，發(fā)現(xiàn)故障批用的切刀數(shù)量與投入批生產(chǎn)第1年第6個批(6-XX批)次切刀的總量相差12個，其余批次數(shù)量相差甚遠。有可能切刀裝配過程中出現(xiàn)切刀取錯周轉(zhuǎn)卡調(diào)位，使本應(yīng)報廢隔離的切刀裝配于產(chǎn)品中。

4　驗證試驗

1)對包裝內(nèi)周轉(zhuǎn)卡為6-XX批的切刀隨機抽取100發(fā)進行各項目檢測。切刀刃口角度檢測結(jié)果為(P-0.5)°～(P+0.6)°，符合工藝規(guī)定的要求；切刀刃口硬度檢測結(jié)果為(B1-1)、(B1+2)HRC，符合產(chǎn)品圖樣規(guī)定的要求；切刀刃口厚度尺寸計量結(jié)果為(δ1-0.01)～(δ1+0.02)mm，符合產(chǎn)品圖樣尺寸要求。

2)取產(chǎn)品故障批用切刀和6-XX批切刀各39發(fā)裝配為成品進行切束傘繩試驗，結(jié)果見表1。

表1　產(chǎn)品故障批用切刀和6-XX批切刀性能試驗對比結(jié)果

5　結(jié)語

通過上述分析，得出結(jié)論如下。

1)該故障的出現(xiàn)是由于切刀刃口厚度超差，強度降低，作用時刃口發(fā)生卷曲未完全切斷束傘繩。

2)在生產(chǎn)過程中，不合格品管理存在不規(guī)范現(xiàn)象，零部件的存放狀態(tài)應(yīng)有明顯的標識，該故障的出現(xiàn)是由于不合格切刀與合格切刀發(fā)生錯批形成。

3)細節(jié)決定成敗。產(chǎn)品必須做好批次管理，不合格品應(yīng)及時進行處理，不能與合格品混放；操作人員在進行零部件檢查及取貨裝配時必須嚴謹，周轉(zhuǎn)標簽一定要與實物相吻合， 不然后果不堪設(shè)想。應(yīng)對各種技術(shù)狀態(tài)的零部件加強批次及周轉(zhuǎn)和管理，降低質(zhì)量問題風險。

[1] 王凱民. 火工品工程[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2014.

[2] 李便花，潘會平，孔俊峰，等.某型電點火具結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝改進研究[J].新技術(shù)新工藝，2014(10)： 59-61.

[3] 王凱民. 軍用火工品設(shè)計技術(shù)[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2006.

責任編輯馬彤

ResearchontheFailureofaCertainTypeoftheExplosiveEffect

CHANGJunhong1,LIBianhua2,PANHuiping2,SUNHongtao2,HEHailiang2,ZHANGJingli2

(1.MilitaryRepresentativeOfficeinYangquanLocality,Yangquan045000,China;2.ShanxiNorthJindongChemicalImdustryCo.,Ltd.,Yangquan045000,China)

Withthecontinuousprogressofthescienceandtechnology,theinternationalsituationischanging,andtheconventionalammunitionisindispensableinmodernwarweapons,itsdevelopmentandproductionwillcontinuetodeveloptotheintelligentdirectionwiththerenewalinnovation.Theprecisionstrikeandmultipointattackofthenewconventionalammunitionimprovestheutilizationrateandthelethalityoftheammunition.Pyrotechnicsaredistributedinmanypartsoftheammunitiontoachieveincreasinganddecelerationinmoreblow“controller”,sothereliabilityrequirementismorestrict.Fromtheproductstructuredesign,dimensionofthepartsprocessing,productassemblyprocess,andpartsbatchmanagement,theinvestigationandanalysisisdone.Throughthetesttodeterminethecausesofproductfailure,putforwardtheeffectivepreventionmeasures,andcanrefertoallEEDintheproductionprocessofthemanagement.

explosive，failure,preventivemeasures

2016-01-27

TQ560B

萇軍紅(1973-)，男，工程碩士，主要從事火工品、彈藥研制等方面的研究。