现代火工品压药技术及装备浅析

2020-10-19张弦弦朱全松王雪晶陈伟

机电产品开发与创新 2020年5期

张弦弦，朱全松，王雪晶，陈伟

（中国兵器装备集团自动化研究所，四川绵阳 621000）

0 引言

火工品是装有火药或炸药，受外界刺激后产生燃烧或爆炸，以引燃火药、引爆炸药或做机械功的一次性使用的元器件和装置的总称，它包括火帽、底火、点火管、延期件、雷管、传爆管等。火工品是引发弹药可靠爆炸的初始激发能源，它的可靠性与安全性直接影响爆炸威力的发挥[1]。在火工品制造过程中，由于火工品药剂的敏感度普遍较高，因此在压药工序对压药装备的安全性、压力精度都有严格的要求。本文主要论述了火工品压装设备的发展过程，并对当前先进的压药技术进行了相应的描述，以提高火工品装配过程的安全性及产品精度。

1 压药装备的发展

由于我国早期的军工建设主要是由前苏联援建的，因此火工品压药设备是在前苏联援建设备的基础上发展起来的，主要沿用的是前苏联的装备及技术。后期，我国自行对火工品压药工艺和技术不断改进和提升，压药装备也不断发展，压制的安全性和自动化、数字化水平都不断得以提升[2]。

第一代压药设备：（80 年代及以前）

早期我国火工品压药主要采用纯机械方式和油压机进行。这种方式结构简单，并且由于当时自动化水平低下，基本采用人工操作。

早期压机根据工艺要求和产量主要采取单模和群模方式压药，单模压药一般适用于小批量生产同时对压力精度要求较高的适合单模生产方式火工品压药；而群模压药一般适用于大批量制造同时对压力精度要求相对较低的适合群模生产方式的火工品压药。其工作流程如下图1、2 所示。

根据压力大小和压力精度采用的压机主要为上移配重式压机和油压机。对于压力较小的工序采用上移式配重方式压机，其配重块一般采用铅块或者铁块，主要由人工放置，因此压机的压力一般都在200kg 以内。这种方式的特点是结构简单，压机主要由配重块重力决定，压力重复精度很高。对于压力较大的火工品压制主要采用油压机方式，这种方式缺点是工作时噪音大，压力精度低，压力受温度影响大，如图3～5 所示。

图1 火工品单模压药操作流程

图2 火工品群模自动压药流程

图3 上移配重式压机

图4 群模上移式油压机

图5 群模上移式油压机结构图

随着火工品装配技术的不断发展以及自动化水平的提高，火工品制造过程中物流方式逐渐由人工取放模具改为模具自动传输，减少了工人的劳动强度，同时安全性也得以很大的提高[3]，如图6 所示。

压药的装备也逐渐由机械式压机、油压机发展为气动式压机、气动增力式压机等，这种方式的压机主要采用可编程逻辑控制器PLC 进行控制，可设定压头运行速度、压力大小、保压时间等参数，同时还可以采用PID 方式动态调整压力，压力精度及稳定性都可以大幅提高。

图6 群模自动化物流生产线

图7 自动气动上移式压机

气动上移式压机结构相对简单，成本低，适合压力较小的火工品压制（一般在200kg 以内）。如图7，8 所示。

气液增力式压机成本相对上移式压机较高，可将气压转化成液压，适用合压力需求较大的火工品压制（最大压力可达30T）。如图9，10 所示。

图8 自动气动上移式压机结构图

图9 自动气液增力式压机

图10 气液增力式压机结构图

2 最新火工品压药装备介绍

为了近一步提高火工品压药精度及质量，目前在火工品压药时，已采用电子伺服式压机，如图11 所示。这种压机能实现定位压和定压机压，运行速度、位移精度高，设备的柔性化程度高，可进行多种产品的压制。

图11 电子伺服压力机

2.1 功能简介

精密电子伺服压装机简称伺服冲压机，伺服冲压机是采用交流伺服电机驱动，通过高精度滚珠丝杠把回转力量改变为垂直方向，依靠装载于驱动部位前端的压力传感器控制管理压力，依靠编码器控制管理位置，同时向工作对象施加压力，从而达到加工目的的装置，能随时控制压力/停止位置/驱动速度/停止时间，能够在压力装配作业中实现压装力与压入深度的全过程闭环控制；采用友好人机界面的大尺寸触摸屏直观易操作，装有安全光幕，在安装过程中如有手伸入安装区域压头将自动返回保证操作安全[4]。

2.2 压装过程

整个压装过程分为快进、探测、压装、保压、返回五个阶段。压装流程图如图12 所示，开机时机器会自动寻找机械原点，设置好参数后，按启动按钮压头将在此位置以快进速度下降到探测位置，然后以探测速度下降，开始探测过程。探测过程直到所设定的探测限制位置为止，如到了探测限制位置还未探测到工件，压头将停止动作，此时可按回零按钮返回机械原点；当在探测过程接触压力达到设定值时，压头自动切换到压装速度开始压装工件。压装到设定位置时将按用户所设定的保压时间保压，保压时间结束后压头以设定速度返回至所设置的工作原点。