李尚杰刘 谦刘媛田斌胡卫阳杜启飞

1物华能源科技有限公司（陕西西安 710061）293428部队（河北保定 071051）

射孔弹用药型罩粉体配方是各生产厂家的核心技术，粉体配方是否合理直接关系到射孔弹性能指标的高低和穿深稳定性。粉末配方中金属粉颗粒形貌、颗粒大小，金属粉类型，各金属粉的比例，混合后金属粉末的成型性、压缩性等因素均会影响药型罩的穿深效果。郭圣延等[1]研究了铋粉在药型罩中的作用，研究结果表明铋粉对药型罩扩孔和增加药型罩强度有积极作用；刘迎彬等[2]研究了铅对粉末药型罩性能的影响，为替代高价格铋粉提供了一定的理论依据；王毅等[3]总结讨论了W，Co，Ni等金属材料对以Cu粉为主体的粉末药型罩密度、成型、能量及破甲性能的影响；何彦丽等[4]利用数值仿真技术对大孔径射孔弹药型罩配方进行了优化；景青波等[5]研究了粉末药型罩金属粒度级配及热处理对聚能射流性能的影响，研究结果表明，由于不同金属粉的密度不同，在混粉和旋转压制药型罩过程中容易形成成分偏聚，对射流侵彻钢靶影响较大；赵文杰等[6]利用数值仿真技术进行了深穿透药型罩配方优化研究，以铜、铋为药型罩主要原材料，通过加入高密度金属粉改变配方密度进而得到侵彻规律；赵子莹等[7]研究了在钨铜合金药型罩中分别添加锌和镍的穿深效果，研究表明锌和镍对钨铜药型罩的穿深均会产生降低的效果。

上述研究成果均未涉及粉末药型罩用粉体混合均匀性对穿孔性能影响的相关内容；本研究通过引入金属粉混合系数的概念，用数学方法来量化金属粉混合均匀性，进而确定金属粉的加入类型和比例范围，通过对粉体混合均匀性进行评价来提高药型罩配方穿孔性能的稳定性，为行业内射孔弹质量提升提供一种更有效的方法。

1 金属粉混合系数

药型罩配方常用的金属粉有铜粉、钨粉、铋粉、钽粉、钼粉、铜铅粉等，金属粉在配方中的不同比例、自身密度等因素均会影响混合粉体的均匀性，均匀性降低会导致配方设计存在缺陷。根据物华能源科技有限公司在药型罩粉体方面的研究成果，引入了金属粉体混合系数的概念。混合系数就是用数学方法量化描述这种运动趋势的强弱，成为指导金属粉混合工作的依据之一，进而为金属粉配方设计提供更好的数据支撑。

1.1 粉体特征值设定

设配方中各组分粉体都可以用密度乘以平均粒径作为其特性值（H），表示为：

其中：B为粉体的密度，g/cm3；D为粉体的平均粒径，cm。

1.2 待混粉体特性平均值的设定

设配方待混合粉体的特性平均值为H，Ki为第i种粉体在该配方待混合粉体中的质量分数，其中占比越大的粉体，对该配方待混合粉体的特性平均值的影响越大。

配方待混合粉体特性平均值可用式（2）表示：

其中：Bi为第i种粉体的密度，g/cm3；Di为第i种粉体的粒径，cm；n为参与混合的粉体种数；Ki为第i种粉体的质量分数，%。i取1，2，3，…，n。

1.3 混合系数的设定

混合系数是配方中各组分粉体的特性值与配方待混合粉体特性平均值之比。

其中：HM为该批待混合粉体的特性平均值,按照式

（2）计算得到；Ji为第i种粉体的混合系数。

当i取值1，2，3，…，n时，就可以分别计算每种粉体的混合系数J1～Jn。

1.4 混合系数的意义

（1）混合系数大小的意义

混合系数等于1，说明该粉体的密度、平均粒径与整体待混合粉体的均值基本一致，表示该粉体容易参与混合。

混合系数小于1，说明该粉体与整体待混合粉体均值相比，比较轻或比较细，如果其值在0.3以下，就难以混合均匀。

混合系数大于1，说明该粉体与整体待混合粉体均值相比，比较重或粒径比较大，其值如果在3以上，就比较难混合均匀。通常，可以用细化该粉体平均粒径的方法来减小其混合系数，从而使混合均匀变得容易。

（2）用混合系数的大小比值定量分析混合工艺的难易程度

对于待混合的各种粉体，利用前述公式计算出每一种粉体的混合系数。

其中：JMAX为整批粉体中最大的混合系数值，JMIN为整批粉体中最小的混合系数值。

计算出其中最大混合系数和最小混合系数，并计算出其比值Z；用差异化比值Z来判断混合工艺的难易程度。

当Z＞3时，说明两种粉体的特性值差别较大，混合均匀的难度开始增加；如果Z＞6，说明两种粉体的特性值差别特别大，混合均匀不易实现。因此，可以通过配方粉体混合是否均匀进一步指导配方的设计及预测射孔弹穿孔的稳定性。

2 粉体混合均匀性评价

2.1 药型罩用粉体配方

选用以铜粉为基体的114型射孔弹药型罩粉体配方（以下简称钨铜配方），其配方组分如表1所示。

表1 钨铜配方

配方1和2中原材料的物理性能等参数如表2所示。

表2 原材料物理性能参数

2.2 粉体混合均匀性评价

2.2.1 计算各粉体的特性值

按照式（1）计算配方中各粉体的特性值：铜粉的特性值为4.032×10-2，钨粉的特性值为4.439×10-2，铜铅粉的特性值为5.664×10-2，铋粉的特性值为0.064×10-2。

按照式（2）分别计算两种配方的特性平均值：配方1的特性平均值为4.6×10-2；配方2的特性平均值为2.9×10-2。

2.2.2 计算各粉体的混合系数

按照式（4）计算配方1各粉体的混合系数。

铜粉混合系数：J11=0.88；

钨粉混合系数：J21=0.97；

铜铅粉混合系数：J31=1.23。

按照式（4）计算配方2各粉体的混合系数。

铜粉混合系数：J12=1.39；

钨粉混合系数：J22=1.53；

铋粉混合系数：J32=0.02。

2.2.3 计算混合系数差异化比值Z

按照式（5）计算混合系数差异化比值Z：配方1差异化比值Z1=1.40，配方2差异化比值Z2=76.5。

经计算，配方1差异化比值小于指标要求值3.0，说明该配方中铜铅粉和铜粉的特性值差别较小，粉体混合均匀比较容易；配方2差异化比值远大于指标要求值3.0，说明该配方中钨粉和铋粉的特性值差别较大，粉体混合均匀比较困难。

3 地面静破甲侵彻试验

3.1 射孔弹选择

文中选用114型DP45RDX38-2型射孔弹（由物华能源科技有限公司生产），装药量38 g，主装药为环三亚甲基三硝胺（RDX）常温炸药。

3.2 地面静破甲试验

测试用目标靶为45#均质钢靶，地面静破甲炸高的选取以地面模拟装枪穿钢靶的方式为主，测试该钨铜药型罩射孔弹的静破甲性能，试验装配示意图见文献[8]地面模拟装枪穿钢靶试验。破甲深度和开孔孔径测量结果如表3所示。

4 结果分析

根据SY/T 5128—1997《油气井聚能射孔器通用技术条件》中关于射孔弹地面穿钢靶破甲深度稳定性要求[9]，计算公式如下。

其中：W为破甲深度稳定性，%；S为试样组标准偏差，mm；X为试样组穿孔深度平均值，mm。

经计算，表3中配方1的穿孔深度稳定性为98.6%，配方2的穿孔深度稳定性为92.9%。

表3 破甲深度性能试验结果 mm

在射孔弹用药型罩的旋压工艺、药型罩参数、装药工艺和压制工艺等条件相同的情况下，配方粉体的混合均匀性对穿孔深度稳定性影响较大，混合越均匀穿深指标出现异常值的概率越小，说明射孔弹稳定性越高。

上述配方粉体混合系数差异化比值验证说明，混合系数之间的差异大小是配方混合均匀程度的关键：混合系数差异越小，说明各粉体之间的物理指标越接近，属于同质化混合，粉体混合容易达到均匀目标；反之，说明存在着粉体差异化混合，粉体之间出现了轻、重粉等混合工艺难题，混合困难。因此，可以用混合系数来评价粉体配方设计和配方粉体混合工艺是否能够顺利进行。

5 结论

（1）通过金属粉混合系数的方法对配方1（含有铜粉、钨粉和铜铅粉）的药型罩粉体进行混合均匀性判断，得到的混合系数差异化比值为1.4，远小于给定的指标要求值3，说明该配方中粉体混合均匀性程度较高；而配方2的差异化比值远大于指标要求值，粉体中铋粉和钨粉混合均匀较困难，药型罩成型质量下降，导致穿深指标不稳定。

（2）通过地面静破甲侵彻试验，得到配方1的穿孔稳定性为98.6%，大于配方2的穿孔稳定性，既验证了金属粉混合系数的评价方法对粉体混合均匀性评价效果的可靠性，又反映了粉体混合均匀程度是射孔弹穿深稳定性影响因素之一。