某型針刺起爆器解鎖力超差故障原因分析及工藝改進

楊 文，唐 蕾，顏信飛，梁 群，孟長宏

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某型針刺起爆器解鎖力超差故障原因分析及工藝改進

楊 文1，唐 蕾1，顏信飛2，梁 群1，孟長宏1

（1.陜西應(yīng)用物理化學研究所，陜西西安，710061；2.陸航駐西安地區(qū)軍事代表室，陜西西安，710061）

針對某型針刺起爆器在驗收時出現(xiàn)了解鎖力超出指標要求的問題，通過對產(chǎn)品的作用機理、試驗過程、故障現(xiàn)象和裝配工藝進行分析，找出了故障原因，并對現(xiàn)有裝配工藝進行了改進設(shè)計。驗證試驗表明：改進后的裝配工藝能夠解決解鎖力超出技術(shù)指標要求的問題，有效保證了產(chǎn)品的發(fā)火可靠性。

針刺起爆器；故障分析；工藝改進；解鎖力；固化膠

在引信傳爆序列中，常采用機械能，如針刺和撞擊，來引發(fā)火帽產(chǎn)生燃燒和爆燃[1]。針刺起爆器是一種典型的機械式起爆器，它一般作為首發(fā)元件使用，由撞針撞擊刺激引發(fā)火工品內(nèi)裝激發(fā)藥反應(yīng)，從而引爆下一級火工單元[2]。在某型針刺起爆器進行驗收試驗時，出現(xiàn)了1發(fā)產(chǎn)品解鎖力超出技術(shù)指標要求的故障。筆者通過對針刺起爆器的作用機理、試驗過程、故障現(xiàn)象和裝配工藝進行分析，發(fā)現(xiàn)在裝配銷釘和擊針座時，涂膠過多是導致解鎖力超差的主要原因。本文通過對針刺起爆器裝配工藝進行改進設(shè)計及加強質(zhì)量控制，解決了故障問題，有效保證了產(chǎn)品的發(fā)火可靠性。

1 某型針刺起爆器簡介

某型針刺起爆器結(jié)構(gòu)見圖1，主要由啟動桿、保險銷、彈簧、擊針桿、擊針、起爆器殼體、鋼珠、銷釘、擊針座、針刺火帽、連接座、螺堵等組成。

工作原理：當針刺起爆器工作時，手動給啟動桿施加規(guī)定的解鎖拉力，啟動桿通過鋼珠帶動擊針桿克服彈簧的壓縮作用而被拔出，鋼珠被擠入擊針桿孔內(nèi)，失去對擊針桿的約束，擊針桿在壓縮彈簧的抗力作用下被釋放，使擊針刺入針刺火帽，從而引爆針刺火帽，針刺火帽發(fā)火后引爆下一級火工單元。對于該型針刺起爆器，如果解鎖力太小，則起爆器的安全性將會降低；如果解鎖力太高，則手動解鎖將會很困難，因此解鎖力必須控制在一個合理的范圍內(nèi)。

圖1 某型針刺起爆器結(jié)構(gòu)示意圖

2 故障分析及定位

2.1 故障分析

按照技術(shù)要求，針刺起爆器解鎖力應(yīng)控制在50～160N范圍內(nèi)，該產(chǎn)品在進行軍檢驗收試驗時，當進行到第9發(fā)產(chǎn)品（085號）時，發(fā)現(xiàn)解鎖力接近解鎖力上限指標（160N），仍未解鎖發(fā)火，該發(fā)試驗暫停。確認現(xiàn)場試驗與測試狀態(tài)正常后，換裝第10發(fā)產(chǎn)品，繼續(xù)試驗，結(jié)果解鎖正常，能夠正常發(fā)火。隨后重新?lián)Q裝085號故障產(chǎn)品進行試驗，結(jié)果發(fā)火解鎖力為172.1N，超出技術(shù)指標要求。經(jīng)現(xiàn)場確認及分析，認為本次故障與試驗過程和測試因素無關(guān)，因此從產(chǎn)品質(zhì)量方面開展故障排查。

依據(jù)火工品失效分析程序[3-4]，對引起針刺起爆器故障的原因逐一分析排查，主要原因分析如下。

2.1.1 啟動桿與擊針桿運動配合面間存在毛刺或固化膠殘渣

故障產(chǎn)品的啟動桿和擊針桿由定點外協(xié)廠家加工，具有合格證、熱處理單，零件入所后由專門檢驗人員逐一對零件進行檢驗和記錄，檢驗合格后交生產(chǎn)組進行裝配。通過顯微鏡放大10倍后，觀察故障產(chǎn)品啟動桿與擊針桿，發(fā)現(xiàn)配合面光滑無毛刺；在啟動桿裝配工序中，啟動桿直接裝入擊針桿中，整個裝配過程無涂膠工序，通過圖2可觀察到啟動桿表面光滑無固化膠殘留物，因此可以排除該故障因素。

圖2 故障產(chǎn)品解剖后啟動桿圖

2.1.2 密封圈未涂硅脂

啟動桿與殼體裝配如圖3所示。當密封圈處未涂潤滑硅脂時，可能導致啟動桿與殼體間的摩擦力增大，從而增加啟動桿的解鎖力。對密封圈是否涂硅脂對解鎖力的影響進行了驗證試驗，試驗產(chǎn)品為2發(fā)不安裝針刺火帽的產(chǎn)品，試驗結(jié)果見表1。由表1試驗結(jié)果可看出，密封圈是否涂硅脂對解鎖力影響很小，因此可以排除該故障因素。

表1 涂硅脂對解鎖力的影響

Tab.1 The effect of silicone grease on the unlocking force

圖3 啟動桿與殼體裝配示意圖

2.1.3 擊針與擊針座之間粘有多余膠液

由于在產(chǎn)品裝配過程中，擊針與擊針座配合孔有接觸可能，而考慮到涂膠裝配針刺火帽時，膠液可能通過孔壁流入φ3mm孔徑中，導致膠液將擊針與擊針座粘接在一起，引起解鎖力增大故障。圖4為擊針與擊針座裝配示意圖。針對該因素，采用驗證試驗進行驗證，試驗采取兩種狀態(tài)：（1）在單個擊針和擊針座之間涂抹膠液；（2）在兩個擊針和擊針座之間涂抹膠液，待膠固化后分別進行解鎖力試驗，結(jié)果見表2。

表2 多余膠液對解鎖力的影響

Tab.2 The effect of excess curing adhesive on the unlocking force

圖4 擊針與擊針座裝配示意圖

由表2試驗結(jié)果可看出，即使擊針與擊針座之間留有膠液，也不會引起解鎖力明顯增大，相對正常產(chǎn)品，S2-6產(chǎn)品的解鎖力增加最大，但不超過20N，因此可以排除該故障因素。

2.1.4 擊針桿外圓周面與起爆器殼體內(nèi)孔配合異常

通過對085號故障產(chǎn)品的解剖，發(fā)現(xiàn)在擊針桿外圓周面上有多余物，經(jīng)分析為固化膠，圖5所示為故障產(chǎn)品和正常產(chǎn)品解剖圖及擊針桿局部放大圖。

（a） 故障產(chǎn)品解剖圖及擊針桿局部放大圖

(b） 正常產(chǎn)品解剖圖及擊針桿局部放大圖

圖5 故障產(chǎn)品和正常產(chǎn)品解剖圖

Fig.5 Anatomical diagram of the fault and normal product

從解剖故障產(chǎn)品可以看出，在擊針桿外圓周面明顯留有固化膠殘渣，分析這可能是導致?lián)翎槜U與殼體配合面摩擦力增大，解鎖力超出指標的原因。而從正常產(chǎn)品作用后的解剖情況，可以看出擊針桿外圓周面上沒有固化膠殘留物，因此不能排除該故障因素。

2.2 故障定位

為了準確定位故障原因，對軍檢剩余的20發(fā)產(chǎn)品進行解鎖試驗，當有產(chǎn)品超出正常解鎖力時，即暫停解鎖，等待解剖。在解鎖試驗過程中，有2發(fā)產(chǎn)品（152號與071號）解鎖力明顯偏大，其中152號產(chǎn)品解鎖力達到147N時未解鎖， 071號產(chǎn)品解鎖力達到154N時未解鎖，分析認為這兩發(fā)產(chǎn)品解鎖力異常。隨后對這兩發(fā)產(chǎn)品進行解剖，解剖后發(fā)現(xiàn)在殼體與擊針桿的運動間隙配合處有不同程度的膠狀多余物，拔出擊針桿后觀察，可見152號產(chǎn)品的擊針桿外圓周面約有1/4圈粘結(jié)有固化膠多余物，071號產(chǎn)品的擊針桿外圓周面約有2/3圈粘結(jié)有固化膠多余物。圖6所示為152號產(chǎn)品解剖后的擊針桿及局部放大圖。

圖6 擊針桿及局部放大圖

因此，通過對試驗現(xiàn)象、生產(chǎn)過程及故障因素的排查，并結(jié)合對2發(fā)類似產(chǎn)品的解剖分析，認為本次故障的原因是銷釘和擊針座裝配時涂膠量過多，使得多余膠液滲入到了擊針桿外圓周面與殼體內(nèi)孔配合面之間，膠液固化后形成卡滯物，造成運動配合面摩擦力增大，從而導致解鎖力超出技術(shù)指標。圖7箭頭所示為銷釘裝配過程中固化膠液滲入路徑。

圖7 固化膠液滲入路徑

2.3 故障復現(xiàn)

為了復現(xiàn)該故障問題，依據(jù)產(chǎn)品試驗程序，對本批次剩余產(chǎn)品進行故障復現(xiàn)試驗，當進行到第75發(fā)產(chǎn)品（161號）時，解鎖力達到了220N，超出解鎖力指標要求，試驗隨即中止，并對該發(fā)產(chǎn)品進行解剖，解剖后發(fā)現(xiàn)擊針桿外圓周面粘結(jié)有一整圈的固化膠多余物，與故障產(chǎn)品類似，故障得以復現(xiàn)。

3 改進設(shè)計

為了避免今后出現(xiàn)針刺起爆器解鎖力超出技術(shù)指標要求問題，根據(jù)產(chǎn)品故障分析，需要對產(chǎn)品的工藝進行改進并加強產(chǎn)品質(zhì)量控制，以保證產(chǎn)品的發(fā)火可靠性。經(jīng)分析現(xiàn)有工藝存在的問題主要有：（1）工藝文件對零件光滑度檢驗沒有要求；（2）產(chǎn)品的涂膠工藝與操作方法沒有被細化；（3）產(chǎn)品解鎖力篩選程序不正確，現(xiàn)有篩選程序會導致解鎖力篩選工序無效。

針對上述問題，采取以下改進措施：（1）增加對各零件光滑度的檢查與處理工序，特別是運動配合面各零部件的光滑度檢查與處理，剔除有金屬毛刺的零件；（2）細化并完善裝配過程中的涂膠工藝與要求。包括：在裝配銷釘時，固化膠配好后應(yīng)放置15min，待膠液變粘稠后，再進行涂膠操作；裝配銷釘時，在銷釘?shù)撞客亢鼙〉囊粚庸袒z，再將銷釘裝入到銷釘孔中；為了可靠密封，待4個銷釘裝配固化24h后，重新配膠，每個銷釘與銷釘孔配合間隙處補涂一圈膠液。（3）調(diào)整解鎖力篩選程序，起到有效篩選作用。調(diào)整解鎖力篩選程序包括：4個銷釘裝配到位的同時將啟動桿安裝到位，產(chǎn)品豎直放置，待膠固化24h；解鎖力篩選試驗前，不允許人工強力拉拔，直接通過測試設(shè)備進行試驗并記錄，剔除解鎖力不符合要求的產(chǎn)品。

4 措施驗證

為了驗證改進措施的有效性，根據(jù)新的裝配工藝，裝配了10發(fā)試驗件，進行解鎖力驗證試驗，并對試驗后的所有產(chǎn)品進行解剖，試驗結(jié)果見表3。

從10發(fā)試驗件的解鎖力發(fā)火試驗結(jié)果看出，解鎖力滿足技術(shù)指標50~160N的要求；試驗件解剖后也未發(fā)現(xiàn)固化膠多余物。因此，改進措施有效。

表3 改進措施驗證試驗結(jié)果

Tab.3 The verification test results for improvement measures

5 結(jié)論

本文通過對針刺起爆器的作用機理、試驗過程、故障現(xiàn)象和裝配工藝進行分析，對可能導致解鎖力增大的原因進行了排查，認為在裝配銷釘和擊針座過程中，涂膠過多是導致解鎖力增大的主要原因，并通過故障定位、故障復現(xiàn)，最終確定該故障因素。針對該故障因素，分析了產(chǎn)品現(xiàn)有工藝存在的問題，并提出了改進措施。根據(jù)新的改進工藝，進行了解鎖力驗證試驗，試驗結(jié)果表明改進后的工藝能夠解決針刺起爆器解鎖力超出技術(shù)指標要求的問題，有效保證了產(chǎn)品發(fā)火可靠性。

[1] 蔡瑞嬌.火工品設(shè)計原理[M].北京:北京理工大學出版社,1999.

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

[3] 王凱民,張學舜.火工品工程設(shè)計與試驗[M].北京:國防工業(yè)出版社,2010.

[4] 嚴楠.火工品失效分析概論[J].火工品,2014(5):9-12.

Cause Analysis and Process Improvement of Unlocking Force Failure of Stab Initiator

YANG Wen1，TANG Lei1，YAN Xin-fei2，LIANG Qun1，MENG Chang-hong1

（1.Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute, Xi’an, 710061；2.Army Aviation Military Representative Office in Xi’an, Xi’an, 710061 ）

Aimed at the problem that the unlocking force of some stab initiator was beyond the technical requirements during the military inspection, through the analysis of the product mechanism, test process, fault phenomenon and assembly process, the reasons for failure were found, and the existing assembly process was improved. The verification indicated the improved assembly process could solve the problem, then the ignition reliability was effectively ensured.

Stab initiator；Fault analysis；Process improvement；Unlocking force；Curing adhesive

1003-1480（2017）02-0015-04

TJ45+1

A

2017-02-21

楊文（1986 -），男，工程師，主要從事點火發(fā)動機與燃氣發(fā)生器研究。