工藝參數(shù)對(duì)惰性代料高壓熔鑄成型質(zhì)量的影響

關(guān) 通,張向榮,溫永昕,倪 磊,苗飛超,周 霖

(1.北京理工大學(xué) 爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081;2.工程材料與結(jié)構(gòu)沖擊振動(dòng)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 綿陽 621999;3.海軍工程大學(xué) 兵器工程學(xué)院,湖北 武漢 430033;4.安徽理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院,安徽 淮南 232001)

引 言

熔鑄炸藥因其戰(zhàn)時(shí)動(dòng)員能力強(qiáng)、工藝成本低、彈體適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)成為應(yīng)用最廣泛的軍用炸藥。但是,熔鑄炸藥成型過程中容易形成縮孔縮松、氣泡、裂紋等裝藥缺陷[1],嚴(yán)重影響裝藥的安全性能[2-4]。裝藥缺陷還會(huì)導(dǎo)致裝藥密度降低,進(jìn)而影響彈藥的毀傷效能[5]。

采用加壓熔鑄工藝(或稱壓力注裝)使熔融態(tài)熔鑄炸藥在一定的加載壓力下凝固,能夠有效減少裝藥缺陷,提高裝藥密度。加壓熔鑄工藝按加載壓力大小可分為低壓熔鑄和高壓熔鑄。其中,低壓熔鑄通過向彈性氣囊中注入氣體/液體[6],或直接向密封容器中注入氣體[7]實(shí)現(xiàn)加壓,實(shí)際許用壓力低于2MPa?；谠撛淼撵o態(tài)低壓注裝工藝[8]、低比壓順序凝固工藝[9]等已投入實(shí)際應(yīng)用,生產(chǎn)的藥柱無明顯裝藥缺陷,相對(duì)密度可達(dá)98%。但由于加載壓力較低,藥柱相對(duì)密度難以進(jìn)一步提高,且僅能使裝藥缺陷移動(dòng)至藥柱上部,因此需要配合冒口使用[10-11],待藥柱成型后去除冒口并修平面,增加了工藝復(fù)雜性和危險(xiǎn)性。而高壓熔鑄通過壓機(jī)沖頭給進(jìn)實(shí)現(xiàn)加壓,加載壓力可超過100MPa。Witt等[12]最早采用沖頭對(duì)熔融態(tài)TNT40/RDX60炸藥施加100MPa壓力,制得的藥柱無縮孔,相對(duì)密度達(dá)98.94%(理論密度為1.7475g/cm3)[13],而常壓熔鑄成型的藥柱存在明顯裝藥缺陷,相對(duì)密度僅為96.14%。隨后陳熙蓉[14],張金勇[15]、樊保龍[16]等參考Witt的裝置再次驗(yàn)證了高壓熔鑄能夠消除裝藥缺陷,并進(jìn)一步提高裝藥相對(duì)密度。但高壓熔鑄工藝相關(guān)研究尚停留在重復(fù)驗(yàn)證水平,未見工藝參數(shù)對(duì)藥柱裝藥質(zhì)量的影響等應(yīng)用性研究。

本研究基于高壓熔鑄工藝原理,設(shè)計(jì)制造了高壓熔鑄成型系統(tǒng),以及與典型TNT基和DNAN基熔鑄炸藥物理性質(zhì)相近的惰性替代材料(下文簡(jiǎn)稱代料),通過高壓熔鑄成型試驗(yàn)研究加載壓力、保壓時(shí)間以及加壓時(shí)機(jī)對(duì)代料藥柱相對(duì)密度和裝藥質(zhì)量的影響規(guī)律,并給出機(jī)理分析,探索具有廣泛適用性的最佳工藝參數(shù)組合,以期推進(jìn)高壓熔鑄工藝的工程應(yīng)用。

1 試 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

80#微晶蠟、季戊四醇硬脂酸酯(PETS)、粗滑石粉(325目)、硬脂酸(工業(yè)級(jí),純度98%)、無水硫酸鈉(工業(yè)級(jí),純度99%),山東優(yōu)索化工科技有限公司;超細(xì)滑石粉(3000目),新星源化工產(chǎn)品有限公司;氯化鈉,分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

INSTRON5965萬能材料試驗(yàn)機(jī),美國(guó)英斯特朗公司;DSC 204 F1差示掃描量熱儀,德國(guó)耐馳公司;100T防爆液壓機(jī),天津天鍛壓力機(jī)有限公司;TP9000多路數(shù)據(jù)記錄儀,深圳拓普瑞電子有限公司;BSA224S-CW分析天平,南京萊步科技實(shí)業(yè)有限公司。

1.2 惰性代料制備與參數(shù)測(cè)試

在含能材料領(lǐng)域,采用性質(zhì)相近、價(jià)廉易得的惰性材料作為含能材料的替代物進(jìn)行工藝預(yù)研是降低安全風(fēng)險(xiǎn)和試驗(yàn)成本的有效手段[17-20]。以微晶蠟、PETS、硬脂酸、滑石粉、無水硫酸鈉、氯化鈉作為主要原料,設(shè)計(jì)制備了與典型TNT基和DNAN基熔鑄炸藥物理性質(zhì)相近的惰性代料進(jìn)行高壓熔鑄成型試驗(yàn)。在代料體系中,微晶蠟為液相基體,加入PETS以調(diào)節(jié)體系的結(jié)晶潛熱、提高固相顆粒的分散性[21];加入硬脂酸以提高固相顆粒間的潤(rùn)滑性、改善退模情況[22];加入超細(xì)滑石粉以提高代料的力學(xué)性能[23]、調(diào)節(jié)體系的密度;粗滑石粉、氯化鈉、無水硫酸鈉為不同粒徑的固相顆粒。

基于疊加原理計(jì)算得到代料的理論密度為1.737g/cm3,固含量為69.9%。采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)和差示掃描量熱儀分別對(duì)代料的力學(xué)性能及熱學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果見表1。代料的主要熱物性參數(shù)均與典型TNT基和DNAN基熔鑄炸藥相近,可以作為高壓熔鑄成型試驗(yàn)中熔鑄炸藥的替代物。

表1 代料與熔鑄炸藥的熱物性參數(shù)對(duì)比Table 1 Comparison of thermal properties of simulant composites and melt-cast explosives

1.3 高壓熔鑄成型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高壓熔鑄成型系統(tǒng)主要由3個(gè)模塊構(gòu)成,分別為高壓熔鑄成型裝置模塊、溫度測(cè)試模塊、機(jī)械加壓模塊。

高壓熔鑄成型裝置模塊(見圖1)由沖頭、模具、墊片、底模、底座、緊固壓板以及加熱套組成。沖頭與防爆液壓機(jī)的加載面連接,通過向下給進(jìn)實(shí)現(xiàn)對(duì)熔融態(tài)代料的加壓和保壓。模具內(nèi)腔上半段在徑向存在0.6mm的負(fù)梯度,使沖頭向下給進(jìn)過程中可以排出代料中的氣體;下半段為圓柱形,沖頭與模具的配合間隙控制在6～8絲[29]。上、下墊片采用聚醚醚酮(PEEK)制成,在沖頭作用下會(huì)發(fā)生徑向膨脹以實(shí)現(xiàn)密封;PEEK材料還具有耐熱、耐腐蝕、抗疲勞、絕緣性、自潤(rùn)滑性等特點(diǎn)[30],能夠避免墊片與模具內(nèi)壁的摩擦;PEEK材料的導(dǎo)熱系數(shù)與熔鑄炸藥相近,使得熔鑄炸藥的上、下端面不會(huì)迅速凝固,從而保證熔融態(tài)代料各處均勻受壓。緊固壓板通過內(nèi)側(cè)螺栓與底座固連,內(nèi)側(cè)螺栓起到支點(diǎn)作用,轉(zhuǎn)動(dòng)外側(cè)螺栓可以調(diào)整壓板后側(cè)的高度,使得壓板前側(cè)不斷下壓,從而緊固底座上的模具和底模,避免熔融態(tài)代料從模具下方泄露。加熱套中可以通入高溫蒸汽或冷卻水,實(shí)現(xiàn)對(duì)模具和代料的溫度調(diào)控。加熱套與模具間填充了導(dǎo)熱材料,以保證模具各處與加熱套間充分、均勻傳熱。

圖1 高壓熔鑄成型裝置結(jié)構(gòu)和實(shí)物圖Fig.1 Structure and physical image of high-pressure molding equipment

熱電偶布設(shè)位置如圖2所示。溫度測(cè)試模塊用于監(jiān)測(cè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度變化。由圖1(a)和圖2可知,在距離代料底面20mm高度上,模具外壁A點(diǎn)和代料內(nèi)B點(diǎn)各布置1組K型熱電偶,與多路數(shù)據(jù)記錄儀連接。A處測(cè)溫點(diǎn)測(cè)試全工藝過程中模具外壁的溫度數(shù)據(jù)。B處測(cè)溫點(diǎn)測(cè)試開始加壓前代料內(nèi)部的溫度數(shù)據(jù)。

圖2 熱電偶布設(shè)位置Fig.2 Location of temperature sensor A and B

機(jī)械加壓模塊由防爆液壓機(jī)及其遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)組成,可精確控制輸出的加載壓力和保壓壓力。各模塊布置完成后的試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖3 高壓熔鑄成型試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.3 High-pressure molding experiment site

1.4 高壓熔鑄成型工藝流程

高壓熔鑄成型工藝流程主要分為預(yù)制代料、熔化、加壓保壓、冷卻退模4個(gè)階段:

(1)預(yù)制代料:按比例配置代料,并裝配高壓熔鑄成型裝置;

(2)熔化:將250g預(yù)制代料塊放入模具,以0.2MPa壓力向加熱套中通入高溫蒸汽15min后關(guān)閉,代料充分熔化后攪拌均勻,從模具上端將熱電偶插入代料內(nèi)B點(diǎn),以0.2MPa壓力向加熱套中通入冷卻水20s后關(guān)閉;

(3)加壓保壓:當(dāng)代料內(nèi)B點(diǎn)冷卻至預(yù)定溫度時(shí)拔出B點(diǎn)熱電偶,迅速放入上墊片和沖頭,在遠(yuǎn)程操作間控制沖頭向下給進(jìn),達(dá)到預(yù)定壓力后保壓預(yù)定時(shí)長(zhǎng);

(4)冷卻退模:當(dāng)模具外壁A點(diǎn)溫度降至20℃時(shí),松開緊固壓板,取出底模和下墊片,在模具下放置退模筒,控制沖頭繼續(xù)向下給進(jìn)至退模完成,制得尺寸為Φ50mm×74±1mm的代料藥柱。

1.5 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

高壓熔鑄成型過程中影響藥柱裝藥質(zhì)量的工藝參數(shù)主要包括加載壓力、保壓時(shí)間和加壓時(shí)機(jī)。

對(duì)于加載壓力,防爆液壓機(jī)的啟動(dòng)載荷為1T,對(duì)應(yīng)加載于代料上表面的壓力Pmin=F0/πr2≈5.09MPa。設(shè)置了4種加載壓力,分別為5.09、25.45、50.09和101.80MPa。

對(duì)于保壓時(shí)間,通過預(yù)試驗(yàn)測(cè)得250g代料在常壓工況下完全凝固耗時(shí)Δt0=27min。高壓工況下,代料與模具間界面換熱系數(shù)提高,凝固耗時(shí)會(huì)縮短[31]。因此4組保壓時(shí)間分別定為欠保壓(10、20min)和過保壓(30、60min)。

加壓時(shí)機(jī)即開始加壓時(shí)刻代料中B點(diǎn)的溫度。兩組加壓時(shí)機(jī)的溫度分別定為70℃(模具內(nèi)壁已有一定厚度的凝固層)和80℃(模具內(nèi)壁沒有凝固層)。

1.6 藥柱密度和裝藥缺陷檢測(cè)

采用GJB772A-97方法401.2液體靜力稱量法測(cè)定藥柱的平均密度。參考GJB1052-1990《榴彈彈體裝藥、裝配通用規(guī)范》中的開合彈法,沿藥柱軸向中心線剖開,觀察藥柱截面,識(shí)別藥柱內(nèi)部缺陷情況。采用工業(yè)CT(computer tomography,計(jì)算機(jī)層析X射線攝影系統(tǒng))對(duì)藥柱不同高度位置進(jìn)行拍攝,通過CT圖像識(shí)別藥柱內(nèi)部缺陷情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 工藝參數(shù)對(duì)代料藥柱相對(duì)密度的影響

密度測(cè)試表明,常壓工況下凝固成型藥柱的相對(duì)密度為94.56%,而高壓工況下凝固成型藥柱的相對(duì)密度顯著提高,如圖4所示。

圖4 藥柱相對(duì)密度與工藝參數(shù)的關(guān)系Fig.4 Relationship between the relative density of charge and process parameters

由圖4(a)可知,藥柱相對(duì)密度與加載壓力正相關(guān)。加載壓力不高于25.45MPa時(shí),相對(duì)密度隨著加載壓力的提高顯著增大。加載壓力高于25.45MPa時(shí),對(duì)于欠保壓(10、20min)工況,提高加載壓力,相對(duì)密度繼續(xù)增大;對(duì)于過保壓(30、60min)工況,提高加載壓力,相對(duì)密度基本不變,甚至有所降低。

對(duì)于保壓時(shí)間,由圖4(b)可知,加載壓力不高于25.45MPa時(shí),藥柱相對(duì)密度隨保壓時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。值得注意的是,加載壓力過低(5.09MPa)時(shí),過保壓工況下成型藥柱的相對(duì)密度基本不變。加載壓力高于25.45MPa時(shí),相對(duì)密度與保壓時(shí)間相關(guān)性很低,延長(zhǎng)保壓時(shí)間不能有效提高相對(duì)密度。

對(duì)于加壓時(shí)機(jī),總體而言80℃加壓成型藥柱的相對(duì)密度高于70℃加壓。加載壓力為5.09MPa時(shí),提高加壓時(shí)機(jī)的溫度能顯著提高相對(duì)密度;加載壓力高于5.09MPa時(shí),兩種加壓時(shí)機(jī)下成型藥柱的相對(duì)密度相差較小。

2.2 工藝參數(shù)對(duì)代料藥柱裝藥質(zhì)量的影響

通過觀察代料藥柱的外表面和截面(沿藥柱軸向中心線剖開)可以識(shí)別其中的裝藥缺陷。不同工況下成型藥柱的裝藥缺陷類型如圖5所示。

圖5 不同工況下成型藥柱中的裝藥缺陷類型Fig.5 Type of defects in charges under different working conditions

由圖5可知,不同工況下成型的藥柱中主要存在以下類型的裝藥缺陷:(1)一次縮孔;(2)縮松;(3)表面縮沉;(4)頂部環(huán)狀縮孔;(5)頂部縱向裂紋;(6)頂部橫向裂紋。

藥柱不同高度處的CT圖像如圖6所示。由圖6(a)可知,距藥柱頂部5mm處的CT圖像表明,上面紅圈中的藥柱頂部存在環(huán)狀低密度區(qū),即頂部環(huán)狀縮松;下面紅圈中的藥柱頂部存在大直徑孔洞,即表面縮沉。圖6(b)為距藥柱頂部18mm處的CT圖像,紅圈中的藥柱中心存在小直徑孔洞,即一次縮孔。

對(duì)不同工況下成型藥柱的裝藥缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表2。未標(biāo)注缺陷類型則說明該工況下藥柱無裝藥缺陷,為便于選擇最優(yōu)工況,給出無缺陷工況下藥柱的相對(duì)密度。

由表2可知,常壓下成型藥柱存在明顯的一次縮孔、縮松以及表面縮沉,裝藥質(zhì)量很差。加載壓力較低時(shí)藥柱容易出現(xiàn)表面縮沉和頂部環(huán)狀縮孔;在加載壓力較高且過保壓的工況下,藥柱靠近受壓面的位置容易出現(xiàn)縱向及橫向的裂紋。在加載壓力為25.45MPa、保壓時(shí)間60min、加壓時(shí)機(jī)80℃工況下成型藥柱的相對(duì)密度最高,達(dá)到99.90%,且無裝藥缺陷。

2.3 機(jī)理分析

2.3.1 加載壓力

熔融態(tài)代料在不同加載壓力下凝固成型過程中的補(bǔ)縮機(jī)制不同,主要有液相補(bǔ)縮、糊狀補(bǔ)縮和固相補(bǔ)縮。液相基體凝固后體積發(fā)生收縮,出現(xiàn)微通道或微空洞,即補(bǔ)縮通道,如果周圍尚未凝固的液相基體及時(shí)流入補(bǔ)縮通道,就不會(huì)形成縮孔,這就是液相補(bǔ)縮。常壓下藥柱凝固成型過程中的補(bǔ)縮機(jī)制主要是液相補(bǔ)縮。

達(dá)西定律[32]表明,增大加載壓力能夠提高液相基體補(bǔ)縮速度:

(1)

式中:u為平均補(bǔ)縮速度;K為滲透率,表示對(duì)液相基體補(bǔ)縮的阻礙程度;μ為剪切黏度;dp/dx為沿補(bǔ)縮通道方向的壓力梯度;ρ為熔融態(tài)藥漿的密度;g為重力加速度。

另一方面,固含量較高時(shí),熔融態(tài)代料的表觀黏度顯著增大,固相顆粒也會(huì)阻礙液相基體的流動(dòng)補(bǔ)縮。增大加載壓力,有利于提高液相基體的表面張力,提高對(duì)固相顆粒的浸潤(rùn)性。壓力與液相基體表面張力的關(guān)系可用下式描述[33]:

(2)

式中:Pc為補(bǔ)縮通道處的毛細(xì)壓力;η為液相基體的表面張力;λ為固相顆粒的體積分?jǐn)?shù);d為固相顆粒直徑;θ為液相基體與固相顆粒的接觸角。

因此,增大加載壓力能夠提高液相基體的補(bǔ)縮速度,提高液相基體對(duì)固相顆粒的浸潤(rùn)性,促進(jìn)液相補(bǔ)縮,減少縮孔縮松,從而提高成型藥柱的相對(duì)密度。

溫度處于液相線溫度和固相線溫度之間時(shí)代料表現(xiàn)為糊狀,流動(dòng)性顯著降低。假設(shè)糊狀代料的流變抗力為:

σγ=γk1σbs

(3)

式中:σγ為糊狀區(qū)的流變抗力;γ為糊狀區(qū)的固相分?jǐn)?shù);k1為修正系數(shù);σbs為代料處于固相線溫度時(shí)的屈服強(qiáng)度。

因此,增大加載壓力,當(dāng)代料糊狀區(qū)應(yīng)力高于σγ時(shí)就會(huì)發(fā)生黏性流動(dòng),壓縮減少內(nèi)部的縮孔縮松,這就是糊狀補(bǔ)縮。較低加載壓力下藥柱凝固成型過程中的補(bǔ)縮機(jī)制主要是液相補(bǔ)縮和糊狀補(bǔ)縮。

由于模具對(duì)藥柱的徑向約束近似為剛性約束,忽略摩擦作用,加載壓力下代料藥柱完全凝固后可近似為三軸壓縮狀態(tài)。設(shè)代料藥柱在溫度T時(shí)對(duì)應(yīng)的三軸壓縮屈服強(qiáng)度為σBT。加載壓力較高時(shí),代料藥柱應(yīng)力高于σBT的固相區(qū)會(huì)繼續(xù)發(fā)生塑性變形,進(jìn)一步壓縮減少藥柱內(nèi)部的縮孔縮松,從而提高相對(duì)密度,這就是固相補(bǔ)縮。較高加載壓力下藥柱凝固成型過程中的補(bǔ)縮機(jī)制有液相補(bǔ)縮、糊狀補(bǔ)縮和固相補(bǔ)縮。但是,當(dāng)加載壓力高于藥柱的三軸抗壓強(qiáng)度時(shí),可能導(dǎo)致藥柱出現(xiàn)損傷,不利于提高相對(duì)密度。

由于常壓工況下僅存在液相補(bǔ)縮,藥柱的相對(duì)密度僅為94.56%,提升空間較大。結(jié)合圖4(a)分析可知,加載壓力為5.09MPa時(shí),由于增加了糊狀補(bǔ)縮,藥柱的相對(duì)密度顯著提高,達(dá)97%以上;加載壓力為25.45MPa時(shí),由于增加了固相補(bǔ)縮,相對(duì)密度再次顯著提高,達(dá)99%以上;進(jìn)一步增大加載壓力,僅僅是強(qiáng)化了固相補(bǔ)縮,相對(duì)密度提升幅度較小,甚至可能使藥柱產(chǎn)生縱向和橫向裂紋,相對(duì)密度不升反降。

考慮藥柱與模具內(nèi)壁的摩擦作用,在距離受壓面不同高度的位置上會(huì)出現(xiàn)不同的壓力損失:

Ph=P0e-fk2h/D

(4)

式中:h為當(dāng)前位置與受壓面的距離;Ph為當(dāng)前位置的壓力;P0為加載壓力;f為藥柱與模具內(nèi)壁的摩擦系數(shù);k2為修正系數(shù);D為模具內(nèi)徑。

由式(4)可知,距離受壓面越近的位置,壓力損失越小,藥柱受到的壓力和摩擦力越大。因此,加載壓力為50.90和101.80MPa,且過保壓的工況容易導(dǎo)致藥柱靠近受壓面的位置出現(xiàn)裂紋[見圖5(c)和(d)],這是藥柱相對(duì)密度不升反降的主要原因。

2.3.2 保壓時(shí)間

結(jié)合圖4(b)分析可知,加載壓力為5.09MPa時(shí),對(duì)于欠保壓工況,延長(zhǎng)保壓時(shí)間能延長(zhǎng)液相補(bǔ)縮和糊狀補(bǔ)縮的作用時(shí)間,有利于提高藥柱的相對(duì)密度;對(duì)于過保壓工況,由于加載壓力過低,不足以使藥柱發(fā)生固相補(bǔ)縮,延長(zhǎng)保壓時(shí)間不能繼續(xù)提高相對(duì)密度。

加載壓力為25.45MPa時(shí),延長(zhǎng)保壓時(shí)間能延長(zhǎng)液相補(bǔ)縮、糊狀補(bǔ)縮和固相補(bǔ)縮的作用時(shí)間,因此相對(duì)密度與保壓時(shí)間呈正相關(guān)。

加載壓力為50.09和101.80MPa時(shí),對(duì)于欠保壓工況,延長(zhǎng)保壓時(shí)間能延長(zhǎng)液相補(bǔ)縮和糊狀補(bǔ)縮的作用時(shí)間,從而提高藥柱的相對(duì)密度;對(duì)于過保壓工況,反而會(huì)導(dǎo)致藥柱損傷,出現(xiàn)縱向或橫向裂紋,相對(duì)密度不升反降。

2.3.3 加壓時(shí)機(jī)

代料中B點(diǎn)冷卻至70℃時(shí),模具內(nèi)壁已有一定厚度的凝固層,且由于這部分基體凝固帶來的體積收縮,液面會(huì)有所下降。此時(shí)凝固層的溫度仍較高,屈服強(qiáng)度很低。代料藥柱頂部環(huán)狀縮孔的形成過程如圖7所示。

圖7 頂部環(huán)狀縮孔形成過程Fig.7 Formation process of the annular shrinkage porosity

由圖7可知,沖頭向下給進(jìn)過程中,模具內(nèi)壁的凝固層首先受到推動(dòng),不斷發(fā)生徑向彎折和軸向鐓粗,卷入氣體或熔融態(tài)代料,導(dǎo)致藥柱頂部出現(xiàn)環(huán)狀縮孔。

由于熔融態(tài)代料凝固后也會(huì)體積收縮形成縮孔,若加載壓力較低,不足以排出凝固層卷入的氣體,或不足以及時(shí)補(bǔ)縮熔融態(tài)代料凝固導(dǎo)致的縮孔,藥柱成型后在頂部就會(huì)出現(xiàn)如圖5(b)所示的環(huán)狀縮孔,藥柱的相對(duì)密度也較低。

加載壓力足夠高時(shí),可通過增強(qiáng)液相補(bǔ)縮、糊狀補(bǔ)縮以及固相補(bǔ)縮作用來消除頂部環(huán)形縮孔。由表2可知,僅有加壓時(shí)機(jī)為70℃、加載壓力5.09和25.45MPa的工況下才會(huì)出現(xiàn)頂部環(huán)形縮孔,與前文分析一致。

3 結(jié) 論

(1)設(shè)計(jì)制造了高壓熔鑄成型系統(tǒng),采用物理性質(zhì)與典型TNT基和DNAN基熔鑄炸藥相近的惰性代料開展了高壓熔鑄成型試驗(yàn)。

(2)高壓熔鑄成型過程中,除液相補(bǔ)縮作用被增強(qiáng)外,還存在糊狀補(bǔ)縮和固相補(bǔ)縮作用,使得藥柱的裝藥缺陷顯著減少、相對(duì)密度顯著提高。

(3)加載壓力應(yīng)在藥柱三軸壓縮屈服強(qiáng)度和三軸壓縮抗壓強(qiáng)度之間,保壓時(shí)間應(yīng)超過藥柱的凝固耗時(shí),加壓時(shí)機(jī)的溫度應(yīng)保證模具內(nèi)壁尚未出現(xiàn)凝固層。對(duì)于本研究采用的代料,最佳工藝參數(shù)組合為加載壓力25.45MPa、保壓時(shí)間60min、加壓時(shí)機(jī)80℃,制得的藥柱無裝藥缺陷,相對(duì)密度為99.90%。