現(xiàn)代火工品壓藥技術(shù)及裝備淺析

張弦弦， 朱全松， 王雪晶， 陳偉

（中國兵器裝備集團(tuán)自動(dòng)化研究所， 四川 綿陽 621000）

0 引言

火工品是裝有火藥或炸藥， 受外界刺激后產(chǎn)生燃燒或爆炸，以引燃火藥、引爆炸藥或做機(jī)械功的一次性使用的元器件和裝置的總稱，它包括火帽、底火、點(diǎn)火管、延期件、雷管、傳爆管等?；鸸て肥且l(fā)彈藥可靠爆炸的初始激發(fā)能源，它的可靠性與安全性直接影響爆炸威力的發(fā)揮[1]。在火工品制造過程中，由于火工品藥劑的敏感度普遍較高，因此在壓藥工序?qū)核幯b備的安全性、 壓力精度都有嚴(yán)格的要求。本文主要論述了火工品壓裝設(shè)備的發(fā)展過程，并對(duì)當(dāng)前先進(jìn)的壓藥技術(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的描述， 以提高火工品裝配過程的安全性及產(chǎn)品精度。

1 壓藥裝備的發(fā)展

由于我國早期的軍工建設(shè)主要是由前蘇聯(lián)援建的，因此火工品壓藥設(shè)備是在前蘇聯(lián)援建設(shè)備的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要沿用的是前蘇聯(lián)的裝備及技術(shù)。 后期，我國自行對(duì)火工品壓藥工藝和技術(shù)不斷改進(jìn)和提升， 壓藥裝備也不斷發(fā)展，壓制的安全性和自動(dòng)化、數(shù)字化水平都不斷得以提升[2]。

第一代壓藥設(shè)備：（80 年代及以前）

早期我國火工品壓藥主要采用純機(jī)械方式和油壓機(jī)進(jìn)行。 這種方式結(jié)構(gòu)簡單， 并且由于當(dāng)時(shí)自動(dòng)化水平低下，基本采用人工操作。

早期壓機(jī)根據(jù)工藝要求和產(chǎn)量主要采取單模和群模方式壓藥， 單模壓藥一般適用于小批量生產(chǎn)同時(shí)對(duì)壓力精度要求較高的適合單模生產(chǎn)方式火工品壓藥； 而群模壓藥一般適用于大批量制造同時(shí)對(duì)壓力精度要求相對(duì)較低的適合群模生產(chǎn)方式的火工品壓藥。 其工作流程如下圖1、2 所示。

根據(jù)壓力大小和壓力精度采用的壓機(jī)主要為上移配重式壓機(jī)和油壓機(jī)。 對(duì)于壓力較小的工序采用上移式配重方式壓機(jī)，其配重塊一般采用鉛塊或者鐵塊，主要由人工放置，因此壓機(jī)的壓力一般都在200kg 以內(nèi)。 這種方式的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，壓機(jī)主要由配重塊重力決定，壓力重復(fù)精度很高。 對(duì)于壓力較大的火工品壓制主要采用油壓機(jī)方式，這種方式缺點(diǎn)是工作時(shí)噪音大，壓力精度低，壓力受溫度影響大，如圖3～5 所示。

圖1 火工品單模壓藥操作流程

圖2 火工品群模自動(dòng)壓藥流程

圖3 上移配重式壓機(jī)

圖4 群模上移式油壓機(jī)

圖5 群模上移式油壓機(jī)結(jié)構(gòu)圖

隨著火工品裝配技術(shù)的不斷發(fā)展以及自動(dòng)化水平的提高， 火工品制造過程中物流方式逐漸由人工取放模具改為模具自動(dòng)傳輸，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)安全性也得以很大的提高[3]，如圖6 所示。

壓藥的裝備也逐漸由機(jī)械式壓機(jī)、 油壓機(jī)發(fā)展為氣動(dòng)式壓機(jī)、氣動(dòng)增力式壓機(jī)等，這種方式的壓機(jī)主要采用可編程邏輯控制器PLC 進(jìn)行控制，可設(shè)定壓頭運(yùn)行速度、壓力大小、保壓時(shí)間等參數(shù)，同時(shí)還可以采用PID 方式動(dòng)態(tài)調(diào)整壓力，壓力精度及穩(wěn)定性都可以大幅提高。

圖6 群模自動(dòng)化物流生產(chǎn)線

圖7 自動(dòng)氣動(dòng)上移式壓機(jī)

氣動(dòng)上移式壓機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，成本低，適合壓力較小的火工品壓制 （一般在200kg 以內(nèi)）。 如圖7，8 所示。

氣液增力式壓機(jī)成本相對(duì)上移式壓機(jī)較高， 可將氣壓轉(zhuǎn)化成液壓，適用合壓力需求較大的火工品壓制（最大壓力可達(dá)30T）。 如圖9，10 所示。

圖8 自動(dòng)氣動(dòng)上移式壓機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖9 自動(dòng)氣液增力式壓機(jī)

圖10 氣液增力式壓機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2 最新火工品壓藥裝備介紹

為了近一步提高火工品壓藥精度及質(zhì)量，目前在火工品壓藥時(shí)，已采用電子伺服式壓機(jī)，如圖11 所示。 這種壓機(jī)能實(shí)現(xiàn)定位壓和定壓機(jī)壓，運(yùn)行速度、 位移精度高，設(shè)備的柔性化程度高，可進(jìn)行多種產(chǎn)品的壓制。

圖11 電子伺服壓力機(jī)

2.1 功能簡介

精密電子伺服壓裝機(jī)簡稱伺服沖壓機(jī)， 伺服沖壓機(jī)是采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 通過高精度滾珠絲杠把回轉(zhuǎn)力量改變?yōu)榇怪狈较颍?依靠裝載于驅(qū)動(dòng)部位前端的壓力傳感器控制管理壓力，依靠編碼器控制管理位置，同時(shí)向工作對(duì)象施加壓力，從而達(dá)到加工目的的裝置，能隨時(shí)控制壓力/停止位置/驅(qū)動(dòng)速度/停止時(shí)間， 能夠在壓力裝配作業(yè)中實(shí)現(xiàn)壓裝力與壓入深度的全過程閉環(huán)控制； 采用友好人機(jī)界面的大尺寸觸摸屏直觀易操作， 裝有安全光幕， 在安裝過程中如有手伸入安裝區(qū)域壓頭將自動(dòng)返回保證操作安全[4]。

2.2 壓裝過程

整個(gè)壓裝過程分為快進(jìn)、探測(cè)、壓裝、保壓、返回五個(gè)階段。 壓裝流程圖如圖12 所示，開機(jī)時(shí)機(jī)器會(huì)自動(dòng)尋找機(jī)械原點(diǎn)，設(shè)置好參數(shù)后，按啟動(dòng)按鈕壓頭將在此位置以快進(jìn)速度下降到探測(cè)位置，然后以探測(cè)速度下降，開始探測(cè)過程。探測(cè)過程直到所設(shè)定的探測(cè)限制位置為止，如到了探測(cè)限制位置還未探測(cè)到工件，壓頭將停止動(dòng)作，此時(shí)可按回零按鈕返回機(jī)械原點(diǎn)； 當(dāng)在探測(cè)過程接觸壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，壓頭自動(dòng)切換到壓裝速度開始?jí)貉b工件。壓裝到設(shè)定位置時(shí)將按用戶所設(shè)定的保壓時(shí)間保壓， 保壓時(shí)間結(jié)束后壓頭以設(shè)定速度返回至所設(shè)置的工作原點(diǎn)。

圖12 電子伺服壓力機(jī)工作過程

3 火工品壓機(jī)分類

根據(jù)上述介紹，目前我國在火工品制造過程中，主要有機(jī)械式壓機(jī)、油壓機(jī)、單模壓機(jī)、群模壓機(jī)、氣動(dòng)式壓機(jī)、電子伺服壓機(jī)等組成，其分類如圖13 所示。

圖13 火工品壓藥設(shè)備分類

4 結(jié)束語

隨著現(xiàn)在自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展， 火工品壓藥工藝裝備也不斷得以發(fā)展， 從傳統(tǒng)的純機(jī)械手工方式壓藥發(fā)展到自動(dòng)化方式壓藥，從氣動(dòng)式壓機(jī)、油壓機(jī)發(fā)展到氣液增力式壓機(jī)、電子伺服等閉環(huán)控制方式壓機(jī)，從單模壓藥發(fā)展到群模壓機(jī)， 從而使火工品制造的產(chǎn)品質(zhì)量也不斷得以提高。