螺旋裝藥溫度參數(shù)的正交試驗研究

鄭躍，盧旭東

（1. 沈陽理工大學 裝備工程學院，遼寧 沈陽 110159； 2. 遼沈工業(yè)集團有限公司，遼寧 沈陽 110045)

隨著社會的發(fā)展，人們越來越重視產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至把質(zhì)量問題提高到了“質(zhì)量興國”的高度，而質(zhì)量問題說到底是安全性和可靠性的問題[1]。火工品的安全性和可靠性除與正確的設計以及所用材料的質(zhì)量等因素有關外，更重要的是要有可靠的生產(chǎn)工藝來保證[2]?；鸸て飞a(chǎn)過程中最為關鍵的工藝是壓藥，而衡量壓藥過程的質(zhì)量標準是壓藥密度及一致性[3-5]。螺旋裝藥是國內(nèi)比較成熟的大口徑炮彈裝藥方式，其優(yōu)點是：生產(chǎn)能力大，機械化程度高，容易實現(xiàn)連續(xù)化、自動化生產(chǎn)，可大幅度提高生產(chǎn)效率。又由于螺桿擠壓炸藥時，對側(cè)面的炸藥也有一定的壓緊作用，所以能應用于藥室弧形不大的彈體。螺旋裝藥方式其操作實質(zhì)是借助于螺旋桿輸送與擠壓的作用，將松散的炸藥壓實于彈體內(nèi)膛中[6]。螺旋裝藥的藥柱質(zhì)量是評價產(chǎn)品是否合格的關鍵指標，影響藥柱密度的因素較多，包括：炸藥本身的性質(zhì)、螺桿結(jié)構(gòu)、彈體形狀、壓藥時的溫度（彈溫、藥溫和室溫）和反壓力等[7]。據(jù)此，本文通過正交試驗的方法對螺旋裝藥過程中的溫度參數(shù)進行研究，尋求一套更好的溫度參數(shù)搭配以滿足實際生產(chǎn)的需要，為進一步推廣正交試驗在工藝參數(shù)優(yōu)化方面的應用積累經(jīng)驗。

1 螺旋裝藥工藝流程

螺旋裝藥首先需要完成的工作是預裝藥，然后才是螺旋裝藥。即：首先將溫度合格的炸藥通過漏斗自由流入彈體內(nèi)，以充滿藥室為準，目的是縮短螺旋裝藥時螺桿的輸藥時間，提高裝藥的生產(chǎn)能力和效率。然后，螺桿反轉(zhuǎn)下降伸入預裝藥后的彈體，螺桿頭部離彈底部約幾毫米，當螺桿正轉(zhuǎn)上升時，將炸藥從漏斗中輸入到彈體中，此時螺桿頭部產(chǎn)生擠壓作用，當壓力超過阻力P(也叫做反壓力)時，螺桿被迫后退，空出來的容積，被繼續(xù)輸送進來的炸藥填滿，并且被壓緊形成裝藥密度。這樣的過程一直繼續(xù)到螺桿退出藥室，一發(fā)彈裝藥完畢[6]，其工藝流程如圖1所示

圖1 螺旋裝藥工藝流程

螺旋裝藥后藥柱密度檢測項目包括：表格密度、實際平均密度及局部密度，這三種密度必須同時滿足條件才算合格產(chǎn)品。

2 螺旋裝藥溫度參數(shù)的實驗研究

2.1 正交試驗的試驗設計

產(chǎn)品質(zhì)量的好壞很大程度上是由設計所決定的，但是設計的好產(chǎn)品要成為真正的高質(zhì)量產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中還得有好的工藝參數(shù)，為此經(jīng)常需要進行試驗，從影響產(chǎn)品質(zhì)量的一些因素中去尋找好的原料搭配，好的工藝參數(shù)搭配等，這便是多因素（因子）的試驗設計問題。

多因素試驗遇到的最大困難是試驗次數(shù)太多，因此我們只能從中選擇一部分進行試驗。選擇哪些條件進行試驗十分重要，這便是試驗的設計。一個好的設計，可以通過少量試驗獲得較多的信息，達到試驗的目的。試驗設計的方法有許多，本文是利用“正交表”對螺旋裝藥的溫度參數(shù)進行的正交試驗設計。

正交表具有正交性，這是指它有如下兩個特點：

（1）每列中每個數(shù)字重復次數(shù)相同[8]。

（2）將任意兩列的同行數(shù)字看成一個數(shù)對，那么一切可能數(shù)對重復次數(shù)相同[8]。

若將試驗條件看成試驗空間中的一個點，則正交表的這兩個特點使所選擇的試驗點在試驗空間中的分布是均勻分散的，因此試驗結(jié)果具有綜合可比性[8]，從而進一步驗證了正交試驗的可靠性。

實驗選用壓藥廢品率作為考查指標，密度值ρ＜1.47g/cm3為廢品。先確定影響壓藥密度的溫度因素，共有4個：彈體溫度、預裝藥溫度、漏斗藥溫度和室溫，將其作為試驗中的四個因子；根據(jù)理論分析及生產(chǎn)經(jīng)驗，制定因素位級表2.1，每個因子根據(jù)表2.1中的備注分為3個水平。

表2.1 因素位級表 ℃

2.2 運用L9（34）正交表進行試驗，記錄實驗數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)整理、分析

試驗確定因子4個，每個因子水平3個，因此，選用 L9（34）正交表進行試驗，試驗號碼的編制、條件的選取，試驗后廢品率情況以及相應均值、極差、方差的計算結(jié)果如表2.2所示。

表2.2中，1、2、3 ——每個因子的3個水平；T1、T2、T3——3 個水平試驗結(jié)果的和；1、2、3——3個水平試驗結(jié)果的平均值；

表2.2 正交試驗表及試驗結(jié)果

一個因子的極差是指該因子不同水平對應的試驗結(jié)果均值的最大值和最小值的差，如果該值大的話，則改變這一因子的水平會對廢品率造成較大的變化，即該因子為“廢品率”指標的敏感因素，屬于顯著因子。通過表2.2中數(shù)據(jù)可知：“彈體溫度”是“廢品率”指標的敏感因素，其次是“漏斗藥溫度”，而“預裝藥溫度”最不敏感。對顯著因子應該選擇其最好的水平，因為其水平變化會造成指標的顯著不同，而對不顯著因子可以任意選擇水平，實際中常可根據(jù)降低成本、操作方便等來考慮其水平的選擇。從試驗數(shù)據(jù)來看，“彈體溫度”和“漏斗藥溫度”是顯著因子，所以要選擇其最好的水平，即A3C2，即試驗中的第 3號試驗，其試驗結(jié)果確為 9次試驗中廢品率最低的。對因子“預裝藥溫度”可根據(jù)節(jié)約能耗等實際情況取三水平中的某一個。

2.3 驗證試驗

通過正交試驗和數(shù)據(jù)分析得出第 3號試驗最好，即彈溫80 ℃；預裝藥溫度65 ℃；漏斗藥溫度60 ℃。實際生產(chǎn)中如能控制其準確溫度，彈體壓藥合格率能達到95%以上，但由于將溫度控制在某一點十分困難，而且在生產(chǎn)中也不需要這么嚴格，因此，在3號試驗的基礎上對實驗條件進行了適當調(diào)整，使其適應實際生產(chǎn)要求。

彈體溫度在3水平80 ℃時接近TNT炸藥的熔點，炸藥易熔化，經(jīng)綜合考慮彈體溫度確定為65～75 ℃。預裝藥溫度適當升高可以提高TNT塑性，對壓藥質(zhì)量及提高壓藥速度均有幫助，因此按正常標準將其控制在60～72 ℃。

漏斗藥溫度根據(jù)正交試驗確定其控制范圍為：T＞55 ℃。經(jīng)過實際批量生產(chǎn)的考驗，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，效果良好。漏斗藥溫度的提升可以使得壓藥廢品率下降，但隨之出現(xiàn)了一個新的問題，即“藥柱縮孔超標”現(xiàn)象。經(jīng)過系統(tǒng)分析和科學試驗證明：漏斗藥溫度過高是造成“藥柱縮孔超標”現(xiàn)象的一個主要因素,所以在確定漏斗藥溫度時需要確定一個限定值，既可適合生產(chǎn)需要，又可盡量減少“藥柱縮孔超標”現(xiàn)象，為此也做了大量實驗，實驗結(jié)果列于表2.3。

表2.3 “藥柱縮孔超標”實驗結(jié)果

通過表2.3實驗數(shù)據(jù)，結(jié)合正交實驗結(jié)果，可以得出“漏斗藥溫度”控制在55～65 ℃比較合理。

3 結(jié) 論

（1）通過正交試驗及實際生產(chǎn)驗證可以得出螺旋裝藥最佳溫度參數(shù)范圍：彈體溫度：65～75 ℃；預裝藥溫度：60～72 ℃ ；漏斗藥溫度：55～65 ℃。

（2）對無交互作用的多個工藝參數(shù)進行優(yōu)化的試驗過程中，要正確選擇合適的正交表，合理確定因子和水平；

（3）正交試驗之后要對數(shù)據(jù)進行正確的分析，使試驗結(jié)果具有充分的可靠性和適宜的可執(zhí)行性。

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