散粒体炸药压装成型过程分析
TNT炸药熔铸结晶成型过程μCT实验研究
TNT炸药熔铸结晶成型过程μCT实验研究田勇;刘石;张伟斌;戴斌;周红萍;罗观【期刊名称】《含能材料》【年(卷),期】2009(017)002【摘要】利用微焦点工业CT(μCT)对TNT炸药熔铸结晶成型过程进行了在线监测试验研究,获得了成型过程TNT炸药结晶与成型质量的三维细观结构及其分布的演化特征与规律.结果表明: 炸药结晶凝固速度在初始阶段最快,随后逐渐降低; 在凝固过程中缩孔存在逐渐增大直至稳定、交联的现象; 靠近侧壁和底部部位的缩孔少、CT值高,相应密度值也高.在保温、不补缩状态下熔态TNT浇铸凝固后的细小缩孔率为7.13%,集中缩孔与细小缩孔体积之和大于所浇铸悬浮液体积的20%; 药柱下部与中下部直至中部截面的线密度差约1.5%～8%,表层与浅表层直至靠近中心部位的线密度差则达5%～18%.【总页数】5页(P173-177)【作者】田勇;刘石;张伟斌;戴斌;周红萍;罗观【作者单位】中国科学院研究生院,北京,100080;中国工程物理研究院化工材料研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院化工材料研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院化工材料研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院化工材料研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院化工材料研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院化工材料研究所,四川,绵阳,621900【正文语种】中文【中图分类】TJ55【相关文献】1.HMX/TNT炸药爆速与曲率及组分关系实验研究 [J], 张宏亮;Shakeel A R;黄风雷2.DNAN基熔铸炸药成型过程数值仿真 [J], 蒙君煚;张向荣;周霖3.TNT炸药爆炸冲击波的数值模拟与实验研究 [J], 周保顺;张立恒;王少龙;高洪泉;胡健4.双焦点反射镜离心熔铸成型过程中的反射面交界位置补偿方法 [J], 宁连爽;付为杰;张心明;张轩5.TNT炸药废水三维电解氧化实验研究 [J], 张国珍;何春生;崔彬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
爆炸压实火药粉末数值模拟
火工品INITIATORS&PYROTECHNICS文章编号：1003-1480（2021）02-0053-04爆炸压实火药粉末数值模拟银燚海，韩体飞，夏治园，马刘博，胡坤伦（安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南，232000）摘要：为研究火药粉末爆炸压实过程，借助ANSYS/AUTODYN软件对其进行数值仿真，研究分析了压实过程中粉末材料的运动状态和密度分布情况。
结果表明：粉末粒子速度经突跃增长后急速衰减，之后趋于稳定，整个过程约200μs。
压实件底部材料密度高于顶部，中心区域高于边缘区域，且随着装药厚度的增加，材料回弹加剧，易导致密度不均，对比发现在药厚15cm左右可取得较好的压实效果。
关键词：火药粉末；爆炸压实；数值模拟；密度分布中图分类号：TQ562文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1480.2021.02.014Numerical Simulation of Gunpowder Powder Compaction by ExplosionYIN Yi-hai，HAN Ti-fei，XIA Zhi-yuan，MA Liu-bo，HU Kun-lun（Institute of Chemical Engineering,Anhui University of Technology，Huainan，232000）Abstract：Aimed at explosive compaction process of gunpowder powder,the numerical simulation was carried out by use of ANSYS/AUTODYN software,the motion sate and density distribution of the powder materials were studied and analyzed.The results show that the speed of the powder particles decreases rapidly after a sudden increase,and then tends to be stable,the entire process is about200μs.The density of the material at the bottom of the compact is higher than that at the top,and the density in the center area is higher than that in the edge area.As the thickness of the charge increases,the rebound of the material increases, which easily leads to uneven density.It is found that the charge thickness of about15cm would result in better compaction effect after comparison.Key words：Gunpowder powder；Explosive compaction；Numerical simulation；Density distribution爆炸粉末压实是利用炸药爆轰产生的能量绝热压缩金属或非金属粉末，促使粉末材料瞬间致密并烧结的一种材料加工新技术[1]。
玉装装药装药密度的影响因素研究
【 关键词 】 药密度 ； 装 压装工 艺； 药； 药 装 炸
０ 引 言 从数据分析来看 ． 其共 同点是装药密度随压力增大 而增 大 在较 说 压装装药就 是把颗粒状 的松散炸药 ． 倒人模具 或弹体 中． 压机 低 阶段装药密度 随压力增加而上升较快 ． 明散粒体炸药 的压 紧与变 在 减小彼此 的空隙来实现 ： 到压力较高 阶段 ， 主要 上通过冲头加压 ， 成为一定 形状 、 密度和一定强 度的药 柱。 一定 压装法 形 主要是靠颗粒滑动 、 因此密度增大愈加缓慢 是很古老 的装药方法 ． 早用于压 装黑药发火管 ， 最 十九世 纪百 十年代 靠靠颗粒 弹塑性变形来压紧 ．
１ 装药温度 ＿ ３ 在常温下 ． 单纯增加压力 ． 固然可使压药密度增加 ． 但仍有一定 的
限度。 如果适当提高压药温度 ， 可更有效的增加装药密度。 以梯恩梯为 例． 压力 为 ３ ０ ｇ １ ． 梯恩梯压成直径 和高度均为 ２ ｍ ６ ／Ｔ 用 ｋ ｃＩ ２ ｍ的药 柱 ， 其压制温度与密度关系如表 ３
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Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｆ Ｒ ＴＯ ＣＥ Ｃ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ ＹＩ Ｏ ＭＡ ＩＮ Ｎ
２１ 年 ０１
第 ２ 期 ９
压装装药装药密度的影响因素研究
刘 伟 杨 轶 ｆ 南工 业职 业技 术 学院 河 南 南阳 河
４３ ０ ） ７ ０ ９
【 要 】 药装 药密度对炸 药的爆炸性 能、 摘 炸 安全性能都有显著影响 ， 是衡量弹 药是否合格 的重要 参数 ， 因此在 生产 中如何控制装药密度是
除此之外 ．加压时间长短和加压速度 的快慢对 密度也有影 响 ． 施 开始用湿硝化棉压装弹体 迄今为止 ． 压装法仍然 是一 种主要 的装药 在 方法 ， 它可以压 制各种 炸药 ， 压制 药柱的爆轰感度 大： 而且 它适 合于药 加 于炸药上的压力达到某一值时 ．对应的炸药密度也达到某一值 ． 同样 的压力下 ． 加压 时间越长 ． 密度会有 小量的增加 ， 在同样压力下 ， 室呈 圆柱或 圆锥形状或药 室直径变化不 大的药 室装药 装药密度越小 ， 因此在 生产 中一定要控制压药速度 。 压装方法有二种 ： 一种是压到位 法 ． 又称定位法 ， 即指将一 定量的 加压速度越快 ．
火药成型颗粒原理及应用
火药成型颗粒原理及应用火药成型颗粒的原理主要包括混炼、挤压成型、干燥、筛分和涂层等过程。
首先，将火药原料粉末经过测量，按配方比例混合均匀。
然后，将混合好的火药原料粉末加入挤出机中，通过旋转螺杆的推力，将火药原料挤压成型。
挤压成型过程中，由于火药原料的流变特性和机械作用力的影响，火药原料颗粒形成一定的形状和尺寸。
接着，将挤压成型的火药颗粒进行干燥处理，去除其中的水分、有机溶剂等。
干燥后，通过筛分技术，将不符合标准尺寸的颗粒进行分离和处理。
最后，可以对火药颗粒进行涂层处理，以提高其燃烧性能和稳定性。
1.稳定性：通过成型过程，火药颗粒形状和尺寸均一，使得火药在储存和运输过程中不易受到振动、冲击等外界因素的影响，稳定性更好。
2.燃烧性能：通过精确控制火药颗粒形状和尺寸，可以实现更均匀和连续的燃烧过程，提高燃烧速度和能量释放效率。
3.制造工艺：火药成型颗粒的制造过程可以进行批量生产，提高生产效率和降低成本。
4.应用灵活性：根据需求，可以通过调整火药颗粒的配方、形状和尺寸，实现对火药性能的调控和优化。
1.军事：用于制造各种类型的枪炮、火箭等武器系统的弹药。
成型颗粒能够提高武器系统的射程、杀伤力和精确度。
2.民用爆破：用于工程爆破、露天矿山爆破以及建筑拆除等领域。
成型颗粒能够提供稳定的爆破效果和安全性能。
3.助推发射：用于火箭、导弹等升空前的助推发射。
成型颗粒能够提供高能量和持续燃烧的特性。
4.烟花爆竹：用于制造各种类型的烟花爆竹。
成型颗粒能够提供美观的外观效果和规律的燃烧特性。
综上所述，火药成型颗粒是通过一系列工艺将火药原料粉末加工成一定形状和尺寸的颗粒。
它具有稳定性、燃烧性能好、制造工艺灵活、应用广泛等优势，主要应用于军事、民用爆破、助推发射、烟花爆竹等领域。
基于疲劳失效的压药冲头结构参数优化研究
基于疲劳失效的压药冲头结构参数优化研究马增祥;张均法;史俊青;衣东龙;李青泽;赵玉玲【摘要】压药冲头疲劳损伤后会破坏均力压制,可能致使装药局部压力升高.应力的急剧升高,增加压装爆燃的概率.为提高压装的安全性,使用有限元方法研究压药冲头结构对疲劳寿命的影响,得出压药冲头止端部参数直径D、台高H以及肩部内圆角R设计与疲劳寿命相关的结论.在给出疲劳寿命随止端部几何尺寸参数的变化规律的同时,结合弹体尺寸和工艺要求,进而优化压药冲头止端部结构,提出满足疲劳寿命要求压药冲头尺寸.【期刊名称】《失效分析与预防》【年(卷),期】2016(011)002【总页数】5页(P77-81)【关键词】压装;压药冲头;结构参数;疲劳破坏;有限元分析【作者】马增祥;张均法;史俊青;衣东龙;李青泽;赵玉玲【作者单位】山东特种工业集团有限公司军品研究所,山东淄博255201;山东特种工业集团有限公司军品研究所,山东淄博255201;山东特种工业集团有限公司军品研究所,山东淄博255201;山东特种工业集团有限公司军品研究所,山东淄博255201;山东特种工业集团有限公司军品研究所,山东淄博255201;山东特种工业集团有限公司军品研究所,山东淄博255201【正文语种】中文【中图分类】TJ410.5压装是将散粒体炸药压成一定形状、密度、机械强度的药柱或装药。
压药时，炸药将承受着数千大气压的静压并可能引起爆燃。
能够引起压装发生爆燃的原因很多［1］，比如炸药中混入了坚硬的杂质，如砂子、小石子、玻璃渣或金属屑等，另外，模具互啃、群压药量称量错误、压药的加载速度太快、压装炸药的预热温度过高、模具的清洁问题、压药环境等，也会引起爆燃。
其中重要的原因之一是，装药在压制过程中局部的应力很高，可能导致热点的产生，进而导致爆燃。
因为疲劳导致的破坏属于突然性的脆性断裂，压药冲头发生疲劳失效后，破坏了均力压制，致使装药局部压力升高，应力的急剧升高，增加了压装爆燃的概率。
典型浇注PBX炸药的准静态压缩力学行为
第50卷第2期2021年4月爆破器材Explosive MaterialsVol.50No.2Apr.2021doi；10.3969/j.issn.1001-8352.2021.02.008典型浇注PBX炸药的准静态压缩力学行为席鹏孙培培郑亚峰南海潘文西安近代化学研究所（陕西西安，710065）［摘要］采用定应变压缩试验研究了准静态压缩条件下浇注PBX炸药(浇注型高聚物黏结炸药)的力学行为，测试了典型浇注炸药PBX-1在损伤前、后的性能,获得了炸药的真应力-应变曲线。
试验结果表明，浇注PBX炸药在准静态压缩条件下的力学行为分为接触压缩、弹性变形、损伤破坏和应变软化4个阶段。
在压缩应变不超过损伤应变时,PBX-1炸药主要以弹性变形为主,屈服强度和屈服应变没有发生明显改变；在压缩应变超过损伤应变后，炸药中黏结剂断裂，颗粒脱黏，发生塑性变形。
压缩应变增加至8%后，PBX-1炸药密度降低，残余应变增大；PBX-1炸药的屈服强度为0.6MPa,屈服应变为10.6%,损伤应变为8%,炸药的损伤应变可以作为强度校核的依据。
［关键词］浇注PBX炸药;准静态压缩;损伤行为;压缩应变［分类号］TQ564；TD235.2+1Mechanical Behaviors of Typical Casting-PBX Explosivesunder Quasi-Static CompressionXI Peng,SUN Peipei,ZHENG Yafeng,NAN Hai,PAN WenXi'an Modern Chemistry Research Institute(Shaanxi Xi'an,710065)［ABSTRACT］Mechanical behaviors of casting-PBX explosives under the quasi-static compression were studied by constant strain compression test.Properties of PBX-1,a typical casting explosive,were tested before and after its damage.The tress-strain curves of PBX-1were obtained.The results show that the distortion of casting-PBX explosives under quasi-static compression can be divided into four stages:contact compression,elastic deformation,damage and fracture,and strain softening.When the compression strain is less than the damage strain,explosive PBX-1mainly presents the elastic deformation,and the yield strength and the yield strain nearly unchange.When the compression strain is more than the damage strain,binder in PBX-1fractures and the particles debond from the binder,which can result in the plastic deformation of the explosive.Density declines and residual strain increases when the compression strain of the explosives increases to more than8%.Yield strength,yield strain,and damage strain of the PBX-1are0.6MPa,10.6%,and8%,respectively.The damage strain of explosive can be used as the basis of the strength check.［KEYWORDS］casting-PBX explosive;quasi-static compression;damage behaviors;compressive strain引言炸药是武器系统中弹药和战斗部的能源，通过爆轰实现毁伤效应。
《弹药概论》总结
1.未来战争的基本特点未来战争将是全方位、大纵深、高强度和高消耗的立体战争。
基本特点如下A技术化的武器装备和军用卫星的综合使用，使战争将地、海、空、天组合为一个整体，是全天候、全方位的立体战争，使前后方的界限变得越来越模糊。
B战争开始和战争整个过程，突出对重要目标实施先发制人的、高准备度的、强破坏性的空袭。
空隙与反空袭的成败，是决定战争胜负的重要因素。
C电磁、红外、烟雾等干扰环境下的侦察与反侦察、探测与反探测、识别与反识别、干扰与反干扰成为重要的对抗手段。
D软、硬杀伤武器并用，作战手段多样化。
E“发射后不用管”和“超视距发射”的精确制导弹药的比例不断增加。
F隐身武器系统将影响战争格局。
G立体化的C4I系统将使作战反应敏捷，战争指挥控制自动化。
H军用机器人和无人驾驶军用飞机的采用有可能改变作战方式。
2.我国弹药技术发展战略要点A弹药系统是提高常规武器整体效能的一个重要环节B制定弹药型谱发展规划，使我国弹药实施标准化、系统化和通用化C弹药系统的发展要解决好与武器系统中相关子系统的接口技术，获得均衡协调的发展。
D充分重视“软杀伤”技术，使“硬杀伤”与“软杀伤”技术均衡协调发展E弹药技术要重视技术改进，尤其要重视技术突破F弹药技术发展要有针对性的重视高新技术和充分地利用成熟技术G重视软科学对弹药技术发展的指导作用H重视发展适合我国国情的弹药发展模式，为新概念和新思想的产生创造条件3.弹药：通常指含有金属或非金属壳体，装有发射装药、爆炸装药或其他装填物，能对目标起毁伤作用或完成其他作战任务的军械物品。
4.所谓目标是指弹药预计毁伤或获取其他军事效果的对象，战场上典型目标有：人员、装甲车辆、空中目标、水中目标、建筑物等5.现代弹药通常由战斗部、投射部、导引部、稳定部等组成。
6.弹药的分类A按投射运载方式分为：射击式弹药、自推式弹药、投掷式弹药、布设式弹药B按用途分为：主用弹药、专用弹药、辅用弹药C按装填物类型分为：常规弹药、化学（毒剂）弹药、生物（细菌）弹药、核弹药D按配属分：炮兵弹药、航空弹药、海军弹药、轻武器弹药、工程战斗器材E按射弹导引分：无控弹药和制导弹药7.弹药工程研究方法总体上分为试验法和分析法两种。
压装法
4.3.5 工艺过程 1 工艺流程 药柱分装法 直接压装法 2 炸药准备 外观检验 过筛 加热 增加可塑性，提高药柱密度 混药
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4.3.5 工艺过程 3 炸药定量 质量法 对于定位法压药，药量少了会造成密度不够 对于定压法压药，药量少会造成尺寸不够 药量多容易发生爆炸事故 容积法 可以直接用压药模具定量
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4.3.2 工艺设备及工艺装置 1 工艺设备——压药机 组成： 机身 液压系统 下动式压药机的工作压力 为压力表压力减去柱塞等重 力（或最低启动压力）
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2 工艺装置——压药模具 A 压药模具的组成 冲头 模套 底座 退模套 B 压药模具设计的原则和依据 产品图纸的要求，如药柱尺寸和密度 炸药的性质，如送装密度和可塑性 压药机的型号、主要技术参数 保证生产安全、操作方便、生产效率高 保证容易制造
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4 保压问题与药柱“长大”现象 压力达到一定值，若保压一定时间，药柱密 度会随加载时间的增加而增大。 保压可以防止退模后药柱长大。 温度高时长大明显，温度低长大很少。
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4.3.7 压装法疵病及压装工艺的安全技术 1 装药疵病 药柱密度和尺寸不合格 定位法：称量不准确、压机定位不准确或没压 到位会出现密度不合格。 定压法：称量不准确会造成尺寸不合格。 药面崩落、药柱裂纹 原因：强度不够、内应力释放、退模后冷风直 接吹药柱、可塑性差，压药温度低、模具设计 不合理。
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“压死”现象 药柱密度过大时，起爆感度降低，甚至达到难 以起爆的程度。压力过大，对模具强度要求高， 生产不安全。 曲线图可以看出： 松装密度不同，曲线的起点就不同 相同压力下，每条曲线对应不同的密度值， 有不同的斜率和曲率。随着压力的增加，各 曲线趋向各自的最大压药密度。 曲率半径越小，越容易趋向最大密度。越容 易达到最大密度，可压性越好。 2018/6/11
高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望
第３５卷第１期中国机械工程V o l ．３５㊀N o ．１２０２４年１月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．１６０Ｇ１８０高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望孙海涛１㊀詹㊀梅１㊀樊晓光１㊀郭㊀靖２㊀韩㊀超２㊀张㊀君３１．西北工业大学材料学院,西安,７１００７２２．中国工程物理研究院化工材料研究所,绵阳,６２１９００３．中国重型机械研究院股份公司金属挤压与锻造装备技术国家重点实验室,西安,７１００３２摘要:压装型高聚物黏结炸药(P B X )因具有优异的爆轰性能和力学性能而被广泛应用于现代高效毁伤武器战斗部.未来作战环境和战略需求的不断变化,促使压装型P B X 朝着高质量㊁高安全㊁高效率成型制造的方向发展.综述了压装型P B X 在成型质量与性能调控㊁压制安全性㊁自动化制造三方面的相关研究现状及面临的问题.首先探讨了P B X 在成型质量与性能调控方面的研究进展,包括炸药颗粒致密化演变规律与密度均匀性㊁损伤演化机制与界面性能调控㊁残余应力检测与调控;进而分析讨论了P B X 的压制安全性以及在数字化和自动化制造方面的研究现状;最后基于对研究现状的分析,展望了P B X 压制成型领域未来的发展趋势与面临的挑战.关键词:高聚物黏结炸药;压制成型;成型质量;安全性;数字化中图分类号:T J ５５D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００４ １３２X．２０２４．０１．０１６开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):R e s e a r c hP r o g r e s s e s a n dP r o s p e c t s o fC o m p r e s s i o n M o l d i n g of H igh Ｇpe rf o r m a n c eP B X S U N H a i t a o １㊀Z H A N M e i １㊀F A N X i a og u a n g １㊀G U OJ i n g ２㊀H A N Ch a o ２㊀Z H A N GJ u n ３１．S c h o o l o fM a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,N o r t h w e s t e r nP o l y t e c h n i c a lU n i v e r s i t y,X i a n ,７１００７２２．I n s t i t u t e o fC h e m i c a lM a t e r i a l s ,C h i n aA c a d e m y o fE n g i n e e r i n g P h y s i c s ,M i a n y a n g,S i c h u a n ,６２１９００３．C h i n aN a t i o n a lH e a v y M a c h i n e r y R e s e a r c h I n s t i t u t eC o ．,L t d ．,S t a t eK e y L a b o r a t o r y ofM e t a l E x t r u s i o na n dF o r g i n g E q u i p m e n tT e c h n o l o g y,X i a n ,７１００３２A b s t r a c t :P r e s s e dP B X w a sw i d e l y u s e d i n m o d e r nh i g h Ｇe f f i c i e n c y d a m a g ew e a po nw a r h e a d sd u e t o t h e i r e x c e l l e n t d e t o n a t i o na n d m e c h a n i c s p r o p e r t i e s ．T h e c o n t i n u o u s c h a n g e s i nt h e f u t u r e c o m b a t e n v i r o n m e n t a n ds t r a t e g i c r e q u i r e m e n t sw e r ed r i v i n g t h ed e v e l o p m e n to f p r e s s e dP B Xt o w a r d sh i gh q u a l i t y ,h i g hs a f e t y ,a n de f f i c i e n tm o l d i n g a n dm a n u f a c t u r i n g．T h u s ,t h e c u r r e n t r e s e a r c hs t a t u s a n d p r o b l e m s f a c i n g t h e p r e s s e dP B Xi n m o l d i n gq u a l i t y a n d p e r f o r m a n c ec o n t r o l ,c o m p r e s s i o n m o l d i n gs a f e t y ,a n da u t o m a t i c m a n u f a c t u r ew e r es u mm a r i z e dh e r e i n ．F i r s t l y ,t h er e s e a r c h p r o gr e s s e s i nt h e c o n t r o l o f f o r m i n g q u a l i t y a n d p e r f o r m a n c e o f P B Xw a s e x p l o r e d ,i n c l u d i n gt h e e v o l u t i o n l a wa n d d e n Ｇs i t y i n h o m o g e n e i t y o f e x p l o s i v e p a r t i c l e d e n s i f i c a t i o n ,d a m a ge e v o l u t i o nm e c h a n i s ma n d i n t e rf a c e p e r Ｇf o r m a n c e c o n t r o l ,r e s i d u a l s t r e s s d e t e c t i o n a n d c o n t r o l ．F u r t h e r m o r e ,t h e c o m p r e s s i o nm o l d i ng s a f e t yo f P B Xa n dt h ec u r r e n t r e s e a r c hs t a t u s i nd i g i t a l a n da u t o m a t i cm a n u f a c t u r ew e r ea n a l yz e da n dd i s Ｇc u s s e d ．F i n a l l y ,b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ec u r r e n tr e s e a r c h p r o g r e s s e s ,t h ef u t u r ed e v e l o pm e n t t r e n d s a n d c h a l l e n g e s i n t h e f i e l do f P B Xc o m p r e s s i o nm o l d i n g w e r e p r o s pe c t e d ．K e y wo r d s :p o l y m e rb o n d e de x p l o s i v e s (P B X );c o m p r e s s i o n m o l d i n g ;m o l d i n gq u a l i t y ;s a f e t y ;d i gi t i z a t i o n 收稿日期:２０２３０５２６基金项目:国家自然科学基金(５２００５４５９)０㊀引言高聚物黏结炸药(p o l y m e rb o n d e de x pl o Ｇs i v e s ,P B X )是由奥克托金(HM X )㊁黑索金(R D X )或者C L Ｇ２０(C ６H ６N O )等高能炸药为主体,以高聚物为黏结剂,再与其他添加剂混合配制而成的一种高分子基复合材料.作为近代军用混合炸药的典型代表,P B X 炸药具有能量密度高㊁安定性能良好且易于加工成型的特点,被广泛应用于常规武器㊁核武器等各种战斗部装药以及火箭推进剂等领域[１Ｇ２].压制成型作为一种古老且重要的装药方法,可有效提高P B X 炸药的装药密度和爆轰威力,在P B X 炸药的成型制造领域具有不可替代的地位.近年来,国际战争局势的日益紧张㊁战场环境的复０６１杂恶劣以及新型武器弹药的迅速发展,对压装型P B X 炸药的成型质量及性能㊁压制安全性以及数字化自动化水平提出了更高的要求.然而,P B X 炸药压制成型作为典型的 黑箱 过程,面临着实验观测难度大㊁致密化过程中颗粒演变行为和密度演化规律复杂㊁多物理场多刺激源下材料敏感性强易产生初始损伤和残余应力㊁界面强度低㊁压制安全性有待提高㊁生产效率低等众多科学与技术难题,严重制约了高性能P B X 炸药未来的发展.鉴于上述分析,本文首先介绍了P B X 炸药压制成型工艺原理及分类;之后对P B X 炸药压制成型过程中的成型质量与性能调控㊁压制安全性以及数字化和自动化方面的研究现状进行了归纳㊁总结和分析;最后,对P B X 炸药压制成型领域未来发展的趋势和面临的挑战进行了展望.１㊀P B X 炸药压制成型原理及分类１．１㊀模压成型过程及分类模压成型即钢模压制成型,其压制过程(图１)通常是将预制好的造型粉(０．２~２mm 左右)倒入不锈钢模具中,在压机上通过冲头加压的方式将散粒体炸药压制成具有一定形状㊁尺寸和强度的高致密化药柱,之后经过保压㊁卸载㊁退模等流程获得所需成型药柱[１].作为目前应用最广泛的压装成型工艺,模压成型具有工艺简便㊁对设备要求低㊁生产效率高等优点.图１㊀模压成型过程示意图F i g ．１㊀S c h e m a t i c o f c o m p r e s s i o nm o l d i n gpr o c e s s 随着模压成型工艺的不断发展,模压成型目前主要可分为单向模压㊁双向模压㊁冷压压制和热压压制几大类.相较于单向压制,双向压制采取上下冲头对药柱两端同时加压的方式,可缩短相对压制距离,提高药柱内部密度均匀性.相较于室温下的冷压压制,热压压制在装药前需要提前对模具和原材料进行预热处理,使压药时的环境温度处于高聚物黏结剂软化点以上,以保证成型过程中高聚物黏结剂充分软化,提高药柱的塑性和可压性.１．２㊀等静压成型原理及特点等静压成型的原理是根据流体力学中的帕斯卡定律,将待成型部件连同外部橡胶包套放入高压容器内,在一定温度和压力下,通过流体介质向橡胶软模和压坯施加各向均匀的压力,从而获得高致密化构件(图２[３]).图２㊀等静压成型示意图[３]F i g ．２㊀I s o s t a t i cm o l d i n g d i a gr a m [３]相较于模压成型,等静压成型具有受力环境均匀㊁柔性化水平高的工艺优势,并可大幅提高炸药件的密度均匀性和力学性能[４],在大长径比㊁形状复杂炸药件的生产制造中具有一定的优势.但由于等静压成型工艺复杂㊁设备昂贵㊁生产效率低,在常规武器弹药的应用推广中受到一定的限制.２㊀P B X 炸药压制成型质量与性能调控２．１㊀P B X 炸药致密化演变规律与密度均匀性P B X 炸药的压制成型过程是松散炸药颗粒在热力载荷下发生剧烈结构演变而致密化的过程,实现成型过程的精确可控是制造高质量高可靠P B X 炸药未来发展的迫切需求,然而该过程却面临着成型观测难度大㊁致密化成型过程中颗粒演变行为多样㊁密度演化规律复杂㊁均匀性差等难题,这严重阻碍了P B X 炸药先进成型制造技术的发展.近年来,随着无损检测技术的快速发展以及数值模拟计算水平的不断提高,众多学者对致密化成型过程中颗粒演变行为㊁密度演化规律及其均匀性问题开展了相关研究.２．１．１㊀P B X 炸药颗粒致密化行为及演变规律P B X 炸药颗粒致密化演变是一个涉及宏观尺度造型颗粒变形以及细观尺度多相介质间复杂结构演化的多尺度力学行为.阐明压制过程中宏观造型颗粒的形态演变规律以及细观尺度下晶体㊁黏结剂的致密化行为是实现P B X 炸药成型质量调控的关键难题.目前对该过程的研究主要分为致密化结构的实验表征和致密化演变过程的模拟计算两类,表１汇总了目前在致密化结构表征和数值模拟方面的主要研究方法及其适用问题㊁优缺点对比.在宏观造型颗粒的形态演变方面,张伟斌等[５]利用高分辨率X 射线层析成像技术无损观１６１ 高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望孙海涛㊀詹㊀梅㊀樊晓光等表１㊀致密化演变实验表征和数值模拟方法汇总T a b．１㊀S u m m a r i z e do f d e n s i f i c a t i o n e v o l u t i o n e x p e r i m e n t a l c h a r a c t e r i z a t i o na n dn u m e r i c a l s i m u l a t i o n 研究方法适用问题优点缺点实验表征光学显微镜/扫描电镜(S E M)法局部微细结构表征可获得剖切面局部微/纳结构,观测精度高,需要破坏性逐层剖片,耗时长X射线微层析成像法(XＧC T)三维完整微细结构信息获取无损检测,不需要破坏样品的完整性只能识别出实体相和孔隙中子小角散射法(S A N S)内部多相界面㊁孔洞分布特征的定量表征可检测微观尺度结构难以区分晶体黏结剂孔隙间的界面小角X射线散射法(S A X S )内部密度和孔隙率测试可测量颗粒内部密闭的微孔,适用样品范围宽用于三相体系的研究较困难数值模拟有限元法(F E M)连续介质力学行为研究计算速度快,理论和方法均较为成熟处理大变形问题时,网格易发生扭曲与畸变无网格法大变形计算避免了网格重新划分的难题缺乏完善的理论基础,计算效率低离散元法(D E M)非连续介质力学问题不受变形量限制,计算灵活计算规模受到限制测获得了单向温模压P B X炸药致密化过程中颗粒排列方式,发现造型颗粒在成型后其形态沿压制方向呈扁长形㊁沿径向呈多边形分布.戴斌等[６Ｇ７]将圆片状可变形材料植入造型颗粒层中,同时与锥束微焦点C T(c o m p u t e dt o m o g r a p h y)技术相结合,建立了造型颗粒压制致密化成型过程结构演变动态检测技术,揭示了致密化成型过程中内部颗粒形态演变规律,见图３[５Ｇ７].(a)XＧμC T扫描示意图(b)植入变形橡胶片和造型颗粒的形态变化图３㊀XＧμC T观测下P B X炸药致密化成型过程中颗粒形态演变过程[５Ｇ７]F i g．３㊀E v o lu t i o no f p a r t i c l em o r p h o l o g y d u r i n g t h e d e n s i f i c a t i o n p r o c e s s o fP B Xu n d e rXＧμC To b s e r v a t i o n[５Ｇ７]为获得细观尺度多相介质的复杂致密化行为及演变规律,白亮飞等[８]采用中子小角散射(S A N S)技术分析了P B X炸药内部中子小角散射信号随成型压力的演变规律(见图４),并利用P o r o d定理获得了不同压力下细观尺度多相介质间界面面积的变化规律,发现成型压力较大时,除(a)压力p＝６４M P a(b)压力p＝１７８M P a(c)压力p＝３８２M P a图４㊀不同压力下成型P B X基样品的典型S A N S二维图像[８]F i g．４㊀T y p i c a l S A N S t w oＧd i m e n s i o n a l i m a g e s o fP B X b a s e d s a m p l e s f o r m e du n d e r d i f f e r e n t p r e s s u r e s[８]２６１中国机械工程第３５卷第１期２０２４年１月了颗粒被压实外,颗粒内部有大量的黏结剂流动至炸药晶体表面.该项工作从实验角度验证了P B X炸药在细观尺度的微结构演变行为,并对多相介质间不同界面进行了分类定量表征,为阐明细观尺度微结构演变规律及其内在物理机制建立了实验基础.近年来,学者们为深入揭示P B X炸药致密化过程中细观结构演变行为及致密化机制,开始对颗粒致密化演变行为进行细观尺度模拟.其中,唐红等[９]采用物质点法研究了P B X炸药颗粒在致密化演变过程中的细观力学行为,发现在压制前期,炸药颗粒在压力作用下发生重排,压块内部出现明显应力梯度;当进入压制后期,炸药颗粒主要产生塑性变形,压块内部应力梯度随之逐渐减小.HU等[１０]采用X C T(XＧr a y c o m p u t e d t o m oＧg r a p h y)原位扫描试验获得了造型粉颗粒三维形貌信息,通过压缩试验获得了单颗粒压缩特性,之后基于离散元(D E M)方法,建立了具有真实三维结构特征的聚合物晶体复合颗粒的D E M模型(见图５),揭示了压缩成型致密化过程中颗粒内部结构演变及致密化机理.G U O等[１１]通过实验和离散元(D E M)法模拟,研究了晶体尺寸对奥克托今(HM X)基P B X炸药模压致密化和细观力学行为的影响,发现在相同压力下,晶体尺寸越大,相对破碎率越大,进而导致密度增大,机械强度降低.综上所述,学者们通过实验设计㊁无损检测以及模拟计算等手段初步探明了P B X炸药在压制过程中的颗粒致密化行为及规律,并建立了相应图５㊀聚合物/晶体复合颗粒离散元模型[１０]F i g．５㊀D i s c r e t e e l e m e n tm o d e l o f p o l y m e r/c r y s t a lc o m p o s i t e p a r t i c l e s[１０]的理论体系和数值模型.然而,针对P B X炸药在动态压缩下造型颗粒内部细观尺度的原位表征技术相对缺乏,这使得目前对颗粒致密化演变行为的研究主要停留在宏观尺度造型颗粒的结构演变方面,而针对颗粒内部细观尺度上譬如晶体㊁黏结剂等微结构的致密化演变研究仍相对较少,特别是不同尺度间致密化行为的关联机制尚不清晰,这些将是接下来亟需研究的重点.２．１．２㊀P B X炸药密度分布规律及均匀性随着未来武器战斗部对P B X炸药爆轰波的精确输出形式以及环境适应性要求的不断提高,人们对P B X炸药件密度分布及均匀性要求变得更加严苛,对致密化程度高且均匀性良好P B X炸药的制造需求也越来越大.密度是反映颗粒材料在致密化成型后材料内部质量的关键指标,对密度分布规律的精确检测和调控成为提升炸药件综合性能的重要手段.对此,学者们开展了大量的研究工作,表２汇总了目前主要的密度检测方法和调控策略.表２㊀密度检测方法和调控策略T a b．２㊀D e n s i t y d e t e c t i o nm e t h o d s a n d c o n t r o l s t r a t e g i e s 研究方法适用问题特点/原理密度检测方法排水法构件整体密度检测成本低㊁效率高㊁操作简便,局部密度测量困难γ射线透射法无损检测局部密度精确检测高自动化,不需要破坏样品完整性,但对设备要求高双标准C T同步对称截面扫描复杂构型截面密度检测解决截面形状㊁面积变化产生的C T值测试差异问题,但测试流程不够简便密度调控策略延长保压时间提高温度复压等静压成型超声能场辅助成型提高药柱密度改善均匀性降低回弹变形降低颗粒机械强度,提高塑性增加二次重排和破碎程度增大受力均匀性,工艺柔性高促进颗粒重排能力㊀㊀为提高P B X炸药件密度分布的检测精度,并获得密度演化规律,田勇等[１２]研制了炸药柱径向密度分布γ射线透射法无损检测装置.与排水法测密度相比,该装置具有高精确性和高自动化的特点,该装置为精确无损检测炸药柱局部密度分布提供了一种有效途径.杨雪海等[１３]建立了双标准C T同步对称截面扫描模型(见图６,图中１号㊁２号为标准密度件,０号为待测密度件,ρ１㊁ρ２㊁ρ０分别为三者的体密度,C T０i㊁C T１i㊁C T２i分别为对应截面C T值,ρa i r为空气密度,C T a i r为空气C T 值),将其与实验相结合,分别揭示了标准P B X密度件与复杂构型密度件内部截面C T灰度值的分布规律,该项技术提高了P B X截面密度测试的准确性.刘鹏华等[１４]采用小角X射线散射技术(S A X S)和排水法研究了不同温度下P B X构件内部的密度演变规律,发现在某个压制温度下P B X３６１高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望 孙海涛㊀詹㊀梅㊀樊晓光等构件内部密度值会发生突变.张远舸等[１５Ｇ１６]采用传统的压制方程,探明了在冷压和热压条件下不同加载阶段P B X 炸药内部密度演化规律,并基于经典机器学习算法支持向量机(S VM )的回归算法,将时间因素引入到不同加载阶段的映射关系中,得到了从压力㊁温度和时间到密度的更高维度映射.图６㊀C T 同步扫描测试模型示意图[１３]F i g ．６㊀S c h e m a t i c o fC Ts y n c h r o n o u s s c a n n i n gt e s tm o d e l [１３]炸药件的密度均匀性决定了构件质量的均匀程度及其爆轰性能,然而,炸药件密度均匀性受成型工艺影响较大,这是由于模压成型过程中炸药颗粒与模具壁以及炸药颗粒间不可避免地存在着流动摩擦,这导致沿压制方向将产生不同程度的压力损耗,从而造成药柱内部产生密度不均匀现象,严重影响炸药件的力学性能.而等静压成型具有更加均匀的受力环境,在P B X 炸药密度均匀性以及力学性能提升方面具有巨大优势.从２０世纪末开始,学者们综合对比了等静压成型相较于模压成型在提高密度均匀性方面的工艺优势,并揭示了成型参数对密度均匀性的影响规律.其中,张锋等[１７]采用等静压成型开展了P B X Ｇ０１炸药压制性能研究,发现与传统模压成型件相比,等静压P B X Ｇ０１炸药件成型过程受力均匀,C T 图像显示不同部位内部质量均匀(见图７).张德三等[１８]研究了等静压成型过程中温度㊁保压时间㊁压制次数等压制参数对成型密度的影响规律,并将其过渡到大型部件的成型,取得了良好的结果.梁华琼等[３,１９]在此基础上进一步研究了不同压力和初始相对装药密度下橡胶等静压成型性能的演变规律,发现在１６０M P a 的成型压力㊁６２％的初始相对装药密度下,成型构件的轴向密度差可以降低至０．４％左右,通过延长保压时间可有效提高炸药件压实密度.A Z H D A R 等[２０]研究了粉末聚合物高速压实(H V C )工艺,通过增加压实量和压实方向,研究了在有松弛辅助和无松弛辅助情况下,压实材料的压实特性和表面形貌,以及如何通过松弛辅助来提高压实粉末床上下表面的均匀致密性和上表面的均匀性.㊀㊀㊀(a )中部㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b)上部图７㊀等静压P B X 炸药不同部位C T 图像[１７]F i g ．７㊀C T i m a ge s of d i f f e r e n t p a r t s o f i s o s t a t i c pr e s s u r eP B X [１７]近年来,随着超声能场在成型制造领域的兴起,有学者开始将其应用于P B X 炸药压制成型过程中,以明确超声能场下的颗粒演变行为及其在调控压坯均匀性方面的作用.L Y U 等[２１]设计了超声辅助P B X 压实技术及设备,发现超声振动可使P B X 压实件的密度增大,直径膨胀和密度差减小,并通过分析微观结构演变行为揭示了密度分布机理(见图８),发现在超声振动作用下,颗粒重排形成 致密 结构,颗粒尺寸变小,从而导致颗粒密度增大.刘春泽等[２２]设计了P B X 代用粉体超声成型装置,探明了超声波振动对P B X 炸药成型的作用效果,发现超声波辅助下压坯密度相对提高了１．７９％,C T 成像结果显示压坯均匀性有一定的提高.图８㊀超声辅助P B X 颗粒致密化演变行为及压实机制示意图[２１]F i g．８㊀S c h e m a t i c o f t h e d e n s i f i c a t i o n e v o l u t i o nb e h a v i o r a n d c o m pa c t i o nm e c h a n i s mo fP B X p a r t i c l e s a s s i s t e db y ul t r a s o u n d [２１]综上所述,等静压成型在提高密度均匀性方面具有巨大的工艺优势,然而,由于等静压成型存在工艺复杂㊁设备昂贵㊁生产周期长等缺点,目前在常规武器弹药的成型制造中尚未得到大范围推广,接下来亟需解决等静压成型的效率问题,从而扩大其制造产能和应用领域.此外,学者们探索４６１ 中国机械工程第３５卷第１期２０２４年１月了超声能场在提高模压件密度均匀性方面的内在潜力,这对未来进一步发展多能场辅助P B X炸药成型制造技术具有重要意义.然而,目前超声能场辅助技术主要用于模压成型,在等静压成型中的应用研究尚有待建立,在后续研究中,或可考虑将超声能场应用于等静压成型,以探索超声能场在成型效率提高方面的效用.２．２㊀P B X炸药损伤演化与界面性能调控P B X炸药作为一种脆性含能晶体高度填充(约９０％)的高分子基复合材料,其内部多相介质间物理属性存在显著差异,且对压力㊁温度等成型参数敏感,特别是脆性含能晶体在压制成型过程中热力载荷作用下易发生剧烈破碎,在晶体内部㊁晶体与黏结剂界面处可能产生微裂纹㊁微空洞等初始细观损伤,这将导致炸药件力学性能降低和起爆热点增加,严重威胁其服役性能和安全性能,因此,揭示压制过程中细观损伤的演化规律与机制,探明界面黏结特性并实现界面性能调控具有重要意义.２．２．１㊀P B X炸药损伤演化规律及内在机制材料宏观尺度上的断裂破坏往往是细观尺度上的损伤缺陷在外部载荷作用下逐渐演化的结果.P B X炸药内部不同尺度下损伤行为的发生将直接对武器弹药的安全性及可靠性产生不同程度的影响.目前,国内外学者针对P B X炸药在不同尺度下的损伤演化规律及内在机制进行了大量研究工作.在宏观断裂方面,目前学者主要借助实验设计和图像分析的方法表征宏观损伤行为及分布情况.其中,C H A T T I等[２３]介绍了一种P B X模拟材料宏观损伤行为的原始实验研究,通过拉伸㊁压缩㊁交替拉伸/压缩㊁受限压缩㊁通道模具和动态力学分析(d y n a m i c m e c h a n i c a l a n a l y s i s,D MA),研究了不同加载状态下损伤诱导的各向异性和材料行为中的有效性.为揭示P B X炸药在加载状态下表面宏观裂纹的动态演化行为,许盼盼等[２４]采用计算机断层扫描(C T)技术探究了单轴压缩下P B X模拟材料损伤演化行为,并将试件表面灰度分析与数字图像相关(D I C)方法相结合,捕捉了加载过程中P B X模拟材料表面裂纹扩展过程(见图９).此外,L I等[２５]采用瑞利面波层析成像方法对聚合物黏结炸药的表面裂纹进行了定量评价,并利用有裂纹和无裂纹试样中瑞利面波传播的实测信号进行层析成像,重建了缺陷图像,发现采用最优传感器阵列和形状因子计算方法生成的图像与实际缺陷形状吻合较好.该方法进一步为P B X表面缺陷的检测㊁定位和成像提供了新的途径.为精确捕捉材料内部的损伤分布,WA N G 等[２６]将声发射(A E)和数字图像相关(D I C)方法相结合(见图１０),对单轴压缩下P B X炸药的损伤演化进行了测量,通过声发射(A E)测量全局损伤演化,采用D I C观察局部(空间)损伤分布,研究发现,主导定位带(d o m i n a n t l o c a l i z a t i o nb a n d, D L B)在试样的损伤和断裂中起着关键作用.㊀㊀㊀㊀(a)F＝０㊀㊀㊀㊀(b)F＝２１５６N㊀㊀㊀(c)F＝２７２５N㊀㊀㊀(d)F＝２９５６N㊀㊀㊀(e)F＝３３６０N㊀㊀㊀(f)F＝３５１８N㊀㊀㊀(g)F＝３６３２N㊀㊀㊀(h)F＝３７３９N图９㊀不同载荷条件下P B X试件表面裂纹发展过程[２４]F i g．９㊀S u r f a c e c r a c kd e v e l o p m e n t p r o c e s s o fP B Xs p e c i m e n s u n d e r d i f f e r e n t l o a d c o n d i t i o n s[２４]上述研究主要为宏观断裂行为的表征分析,而目前对宏观断裂机制研究的相关报道较为缺乏,这是由于宏观断裂的发生往往是由细观尺度损伤不断累积和演化造成的,因此,对细观损伤的演化及机制研究是国内外学者一直以来关注的重点.在细观损伤方面,从２０世纪９０年代开始,学者们为获得P B X炸药在细观尺度上的损伤演化规律及内在机制,分别从实验研究和模拟计算两５６１高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望 孙海涛㊀詹㊀梅㊀樊晓光等图１０㊀耦合A E和D I C的实验原理示意图[２６]F i g．１０㊀S c h e m a t i c o f e x p e r i m e n t a l p r i n c i p l e f o rc o u p l i n g A Ea n dD I C[２６]方面开展了大量相关研究.实验研究方面,国外早期的研究思路是将压制实验与电镜观测相结合,通过对细观结构的表征分析来反映材料内部细观损伤演化规律.其中,S K I D MO R E等[２７]对样品剖切后,在扫描电镜下观察压制过程不同阶段的P B X炸药细观结构,发现炸药晶体在压制过程中主要发生晶体的破碎和孪晶变形.P E T E R S O N等[２８]利用晶体粒度来表征P B X构件的细观结构特征,通过对比不同压制条件下P B X炸药晶体粒度,揭示了压制成型条件对细观结构的影响规律,发现压制压力越大,晶体粒度越小,这从侧面验证了材料内部晶体破碎现象及其随压力变化的演化规律.B U R N S I D E 等[２９]对比了松装状态和压制后的炸药晶体形态和粒度,揭示了压制过程晶体的破碎和重排过程,并利用前后晶体颗粒的比表面积来表征炸药晶体的破碎程度.在此基础上,国内学者进一步分析了压制条件和材料参数对细观损伤的影响规律.梁华琼等[３０Ｇ３２]研究了不同压制条件下P B X晶体的损伤演化规律,发现颗粒破碎及孪晶形成与成型压力成正相关.张伟斌等[３３]借助X射线微层析成像(XＧC T)技术研究了不同温压成形工艺对P B X炸药内部三维初始细观损伤分布的影响(见图１１),并统计对比了三种成型工艺下初始细观损伤种类和尺寸,结果表明,单向㊁双向模压法成型的P B X 炸药内部存在着百微米至毫米尺度的初始细小裂纹和一些残余孔隙,而软模温等静压法能避免这些初始细观损伤的产生,其研究结果为不同温压成形P B X炸药热力承载下断裂行为及机制研究提供了基础.闫冠云等[３４]利用X射线小角散射(S A X S)技术研究了热损伤奥克托金(HM X)基P B X炸药内部微空洞演变规律,对比分析了压力㊁温度及P B X晶体尺寸对热力加载下P B X炸药内部微空洞形成及长大的影响规律,结果表明,富含大晶体尺寸的P B X样品内部微空洞含量达到峰值的速度更快.刘佳辉等[３５Ｇ３６]对比了粒度分布对含能晶体损伤程度的影响,发现随着P B X晶体粒径的增大,其包覆效果和力学强度降低,在晶体尖端和棱角处更易发生破碎从而形成裂纹,而采用两种粒度的P B X级配,可减小压制过程中晶体的损伤程度.(a)单向模压下P B X 初始微裂纹(b)双向模压下P B X 残余孔隙(c)温等静压下P B X三维结构图１１㊀不同成型工艺下P B X内部三维结构及初始细观损伤分布[３３]F i g．１１㊀I n t e r n a l t h r e eＧd i m e n s i o n a l s t r u c t u r e a n d i n i t i a l m e s o s c o p i c d a m a g e d i s t r i b u t i o no fP B Xu n d e r d i f f e r e n tf o r m i n gp r o c e s s e s[３３]将压制实验设计与结构表征分析相结合,可有效捕捉材料表面和内部损伤行为的复杂演化过程.然而P B X炸药损伤行为的发生往往受到多６６１ 中国机械工程第３５卷第１期２０２４年１月。
成型装药原理及其应用
成型装药原理及其应用成型装药是一种炸药应用和生产中常见的工艺方法，通过将化学炸药原料与适当的添加剂进行混合、压制成型，并在合适的条件下使其固化成为形状和密度均匀的装药。
成型装药广泛应用于国防、军工、煤矿、建筑等领域，成型装药的制备对于保障国家安全和经济发展起着重要作用。
本文将从成型装药的原理、工艺和应用等方面展开，对成型装药进行全面的介绍。
一、成型装药的原理成型装药是将炸药原料粉末按一定的比例混合，并通过一定的工艺方法使其固化成一定形状的装药。
其主要原理包括如下几个方面：1. 混合原理：炸药原料粉末需要按照一定的配方比例进行混合，以保证成型后的装药具有一定的爆炸性能和稳定性。
混合原理旨在使炸药混合均匀，消除局部过多或过少的成分，确保装药性能稳定。
2. 压制成型原理：混合好的炸药原料粉末需要通过一定的压制成型工艺，使其在一定的压力下成为一定形状的装药。
压制成型原理是利用机械压力将炸药原料粉末挤压成一定形状，增加装药的密度和稳定性。
3. 固化原理：经过压制成型后的炸药原料粉末需要在适当的温度和时间条件下进行固化，使其形成稳定的装药。
固化原理是通过热或化学反应使炸药原料粉末相互结合，形成一定的结构，以提高装药的稳定性和爆炸性能。
二、成型装药的工艺成型装药的工艺包括混合、压制和固化等环节，每个环节都需要严格控制工艺条件，以确保成型装药的质量和稳定性。
1. 混合工艺：混合工艺是将炸药原料粉末按一定的比例进行混合的过程，可以采用机械混合或化学混合的方法。
混合过程需要控制混合时间、速度和温度等参数，以确保炸药原料混合均匀。
2. 压制工艺：压制工艺是将混合好的炸药原料粉末通过一定的压制机器进行压制成型的过程，可以采用单向压制或双向压制的方法。
压制工艺需要控制压力、温度和速度等参数，以确保装药成型牢固。
3. 固化工艺：固化工艺是将经过压制成型的装药放置在适当的条件下，使其固化成为稳定的装药的过程。
固化工艺需要控制温度、湿度和时间等参数，以确保装药固化均匀、稳定。
《弹药概论》总结
1.未来战争的基本特点未来战争将是全方位、大纵深、高强度和高消耗的立体战争。
基本特点如下A技术化的武器装备和军用卫星的综合使用，使战争将地、海、空、天组合为一个整体，是全天候、全方位的立体战争，使前后方的界限变得越来越模糊。
B战争开始和战争整个过程，突出对重要目标实施先发制人的、高准备度的、强破坏性的空袭。
空隙与反空袭的成败，是决定战争胜负的重要因素。
C电磁、红外、烟雾等干扰环境下的侦察与反侦察、探测与反探测、识别与反识别、干扰与反干扰成为重要的对抗手段。
D软、硬杀伤武器并用，作战手段多样化。
E “发射后不用管”和“超视距发射”的精确制导弹药的比例不断增加。
F隐身武器系统将影响战争格局。
G立体化的CC\系统将使作战反应敏捷，战争指挥控制自动化。
H军用机器人和无人驾驶军用飞机的采用有可能改变作战方式。
2.我国弹药技术发展战略要点A弹药系统是提高常规武器整体效能的一个重要环节B 制定弹药型谱发展规划，使我国弹药实施标准化、系统化和通用化C 弹药系统的发展要解决好与武器系统中相关子系统的接口技术，获得均衡协调的发展D充分重视“软杀伤”技术，使“硬杀伤”与“软杀伤”技术均衡协调发展E弹药技术要重视技术改进，尤其要重视技术突破F弹药技术发展要有针对性的重视高新技术和充分地利用成熟技术G重视软科学对弹药技术发展的指导作用H重视发展适合我国国情的弹药发展模式，为新概念和新思想的产生创造条件3.弹药：通常指含有金属或非金属壳体，装有发射装药、爆炸装药或其他装填物，能对目标起毁伤作用或完成其他作战任务的军械物品。
4.所谓目标是指弹药预计毁伤或获取其他军事效果的对象，战场上典型目标有：人员、装甲车辆、空中目标、水中目标、建筑物等5.现代弹药通常由战斗部、投射部、导引部、稳定部等组成。
6.弹药的分类A按投射运载方式分为：射击式弹药、自推式弹药、投掷式弹药、布设式弹药B按用途分为：主用弹药、专用弹药、辅用弹药C按装填物类型分为：常规弹药、化学（毒剂）弹药、生物（细菌）弹药、核弹药D按配属分：炮兵弹药、航空弹药、海军弹药、轻武器弹药、工程战斗器材E按射弹导引分：无控弹药和制导弹药7.弹药工程研究方法总体上分为试验法和分析法两种。
炸药熔铸成型过程监测评价及数值模拟研究
炸药熔铸成型过程监测评价及数值模拟研究炸药熔铸成型是将炸药加热熔化,由一定的工艺处理后将熔融态炸药注入容器或模具(其中固相含量一般高达40%-70%),经过短暂流动逐渐冷却固化成具有一定形状、尺寸的成型方法,是当前国内外一种广泛使用的装药成型技术,主要适用于TNT单质炸药或以TNT为液相载体的混合炸药。
熔铸过程伴随着十分复杂的物理变化过程,其中一个最重要和最受关注的变化就是物态变化,即熔融态炸药熔铸到模具中后,随着温度降低,液相炸药将逐渐结晶变成固体,而这一过程将在很大程度上决定熔铸成型体的质量特性,并进而影响装药的使用性能。
长期以来,由于TNT结晶行为与形态的复杂性和缺乏能够有效监测结晶过程的可视化非破坏检测手段,对炸药熔铸结晶成型过程的认识仍主要依赖于传统的相变分析和热力学分析,以及对成型体最终质量检验推演获得的经验知识。
对于深入分析成型过程、优化熔铸工艺和提高成型体质量而言,还迫切需要寻求精密、有效的在线非破坏检测方法以实现对熔铸炸药成型过程结晶与质量特性演化的深入观察研究。
因此,本论文探索以超声、CT技术为主导,结合内部温度场测试技术,研究深入炸药熔铸成型过程的各种内部参数及其分布测量的监测评价方法,开展数值模拟和仿真,探讨浇铸成型机理及异常形成机制。
研制并利用热电偶内置法研究了浇铸成型过程的温度分布,获得了熔铸炸药冷却凝固过程的温度变化曲线,显示出物质相变与温度拐点出现之间的关联。
结果表明单质TNT炸药凝固降温过程中越靠近模具中心部位在凝固点温度保持时间越长,TNT/RDX混合炸药冷却过程在凝固点温度保持时间很短,在靠近中心部位才有明显的时间保持；熔铸成型中加冒口与不加冒口对温度动态变化的影响有明显不同,最明显区别是最终凝固的区域不同,加冒口熔铸成型的区域较不加冒口炸药熔铸成型的区域明显上移。
设计多通道超声透射方法并在线监测了炸药凝固成型过程,得到了凝固成型过程的声衰减、声速和波形特征变化规律,其中波形和声速的变化与炸药固／液相界面物理特征和凝固速度密切相关,而声衰减的变化则与炸药结构变化(含气孔和裂纹)和炸药密度的高低密切相关。
炸药中包包装技术的探讨与研究
炸药中包包装技术的探讨与研究作者：陈美兰来源：《科技创新导报》 2014年第27期陈美兰(福建海峡科化股份有限公司永安分公司福建永安 366034)摘?要：文章通过目前炸药行业乳化炸药塑膜小直径药卷中包包装流程的分析，结合大产能自动装药机的特点，提出了可以通过改变流程的方法，对目前普遍应用的流程进行优化，从而实现提高自动中包可靠性，减少操作定员，完善装药工序与包装工序间防殉爆措施。
关键词：乳化炸药塑膜中包药卷整理码垛中图分类号：TQ560文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)09(c)-0045-02乳化炸药是20世纪70年代末起在我国发展起来的用于民用爆破的炸药[1]。
经过近40年的发展乳化炸药生产的自动化水平得到不断提高，随着我国国民经济的发展与对人的生命权的认识提高，为了使炸药生产一旦发生事故时人员损失最小，对炸药生产线的在线生产人员必须是越少越好。
目前在各炸药企业为了减少生产线的在线生产人员纷纷进行生产线的改造，所选用的炸药生产技术一般为俗称的“高温”敏化与“中低温”敏化技术，无论是采用何种技术，其在炸药的制药阶段都已不需要固定操作人员，所需要的人员都集中在装药与包装的工序，因此,装药机与包装机的自动化水平决定了生产线操作人员的数量，为了减少乳化炸药生产线的在线生产人员提高装药与包装设备的自动化水平是减少装药与包装工序人员的关键。
1 生产线现状1．1 装药工序目前在乳化炸药的装药工序有两大类的设备即纸卷包装的装药机与塑膜包装的装药机。
因纸卷包装的装药机存在生产能力低，成品合格率低，操作人员多等问题已逐渐要被淘汰。
而塑膜包装的装药机因生产的效率高，成品更易包装，操作人员少等优点已成为各炸药生产厂家的首选。
在塑膜包装中有北京京爆集团生产的KP机，河北石家庄晓进机械制造公司生产的RZZY6000型装药机，北京洋行科贸有限公司研发的CAP—ALL型自动充填装药机，美国KP机，德国的保利卡装药机，美国产的TippenTie装药机[2]，及石家庄成功机电有限公司CRDZY装药机。
弹丸与火箭战斗部装药
所谓块注法，是将熔态梯恩梯炸药或梯黑类型的悬浮炸药浇注成药板， 再加工成一定尺寸的药块，然后按装药工艺规程将药块加入到液态的 炸药中。航弹、水雷、鱼雷、大口径火箭战斗部等大型弹药几乎都采 用块注法装药。
块注法和注装法有明显的区别。注装过程中的炸药凝固潜热及冷却热， 只能通过弹壁和装药口部传出，凝固过程由表及里逐层进行，因而易 产生集中缩孔和粗结晶，由于炸药是热的不良导体，还要考虑中心与 边部温差不易过大，故凝固时间很长。
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12.2 压装法
12.2.1 概述 12.2.2 松装炸药的压紧与变形 12.2.3 压力、温度与压药密度的关系 12.2.4 药柱的局部密度 12.2.5 压药时的保压问题与药柱“长大”现象 12.2.6 压装工艺的安全技术
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12.2.1 概述
用压装法装药，就是把颗粒状的松散炸药倒入模具或弹体，在压机上 通过冲头加压成为一定形状和一定强度的药柱。图12-17为压制传爆 药柱的示意图。
4.空隙:炸药的膨胀系数比弹壁金属的膨胀系数大得多。因此，当炸 药完全冷却后，由于炸药收缩量大以致在药柱底部产生空隙，空隙不 容易完全避免。
5.缩孔:生产中产生大缩孔情况很少。但是当冒口药补充不充足时， 或者成型冲温度过低，保温冷却窑自然通风开得过大，会使冒口药口 部冷却太快而堵塞补充炸药通道，而在引信室底部中心处产生很细的 线型缩孔。
直径宜在150～250μm之间。 (2) 注装温度在85 ℃以上，一般为85～95 ℃。 (3) 宜用颗粒分布宽的黑索今。 (4) 加入润滑性能好的表面活性剂。 (5) 注装过程中外加机械振动能使高含量的固相颗粒因振动而获得加
速度或惯性力，提高了悬浮液的流动性。
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炸药颗粒压制成型数值模拟
炸药颗粒压制成型数值模拟刘群;陈朗;鲁建英;张明【期刊名称】《高压物理学报》【年(卷),期】2009(023)006【摘要】分析炸药压药过程中细观的力学行为,能够为改进压药工艺和提高炸药元件质量提供理论依据.建立了模压条件下炸药颗粒压制成型的计算模型.模型中炸药颗粒被认为是直径相同的球形颗粒,并按一定规律排列.利用非线性有限元计算方法,对炸药颗粒压制成型过程进行了数值模拟计算,分析了压制过程中炸药颗粒变形、受力和温度变化情况.结果表明:药粒在压缩中存在运动和变形两个阶段.在药粒运动阶段,应力集中主要出现在颗粒与约束面的接触部分;药粒进入了塑性变形后,药粒内部压力迅速升高且压力趋于一致.压缩过程中药粒温度升高,药床接近密实状态时,药床中心处药粒温度最高.【总页数】6页(P421-426)【作者】刘群;陈朗;鲁建英;张明【作者单位】北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京,100081;北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京,100081;北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京,100081;防化指挥工程学院,北京,102205;中国工程物理研究院化工材料研究所,四川绵阳,621900【正文语种】中文【中图分类】TQ560.6【相关文献】1.悬浮RDX炸药和铝颗粒混合粉尘爆轰的数值模拟 [J], 洪滔;秦承森;林文洲2.高威力、高分子粘结炸药与双锥金属药型罩药柱压制成型技术 [J], 谢建湘3.非均质凝聚炸药颗粒细观数值模拟研究 [J], 陶为俊;浣石;蒋国平4.炸药驱动惰性颗粒运动过程数值模拟研究 [J], 王仲琦;陈翰;刘意;郭彦懿5.惰性金属颗粒炸药中爆轰传播数值模拟研究 [J], 刘意;王仲琦;白春华;陈亚红因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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48. 72
0. 1473 0. 1531
0. 0058
3 结论 1) 方程 (2) 是通过分析散粒体炸药压装成型物
81. 19 113. 67 162. 39
0. 1085 0. 0810 0. 4
0. 1143 0. 0856 0. 0555
0. 0058 0. 0046 - 0. 0019
理过程的两个组成部分而得出的, 适用于 JHL 22、R T 2 1、TN T、8701 和A 2IX 22 等多种单质、混合炸药。
2) 上述方程还表明压装成型过程中低压时密度 随压力变化较快、高压时密度随压力变化较慢的实际 行为。
202. 40 0. 0473 0. 0389
- 0. 0085
注: a1= 0. 2810, b1= 0. 1306, a2= 0. 2351, b2= 0. 0089
1998, 14: 24227.
引 言 散粒体炸药压装成型过程的理论和工艺问题之一就是装药密度与成型压力的关系, 即确定关系
式 Θs= f (P ) 的具体形式。 在一定的压药条件下, 散粒体炸药的密度随压力变化的关系式有 Θs= a+ blnP 1, 2和 Θ= P (a + bP ) [3], 但是这些关系式只能在特定的范围内适用, 有一定的局限性, 不能清楚、 正确地描述散粒体炸药压装成型的物理过程。
表 1 为方程式 (1) 对 8701 试验数据的拟合。 从表 1 看出, 用式 (1) 得到的计算值与试验值的偏 差很小。从方程 (1) 的图解知, a1exp (- b1P ) 是炸药 颗粒的位移部分, a2exp (- b2P ) 是炸药颗粒的弹塑 性变形部分。由表 1 知, b1> b2。b1 较大, 表明位移 曲线较陡; b2 较小, 说明弹塑性变形引起的曲线变 化较缓。
炸药 a1 b1
表 2 几种炸药的拟合结果
JHL 22
R T 21
TN T
0. 4149 2. 0005
0. 2949 0. 5721
0. 2961 0. 2515
A 2IX22 0. 2546 0. 3387
a2
0. 1890 0. 2708
0. 2329 0. 2114
b2
0. 0159 0. 0201 0. 0116 0. 0104
由于炸药的密度与孔隙率之间存在如下关系
图 1 散粒体炸药的密度2压力曲线
Θs = 1 - Ε= 1 - a1exp (- b1P ) - a2exp (- b2P )
(2)
当 P = 0 时, Θs= 1- a1- a2, 这表示炸药松装时的
表 1 8701 计算值与试验数据的比较
相对密度; P →∞时 Θs→1, 即趋于炸药理论密度。
Abstract: In th is p ap er, a exponen tia l equa tion Θs = 1 - a1exp (- b1P ) - a2exp (- b2P ) is p resen ted, w h ich can de2 scribe the ru le of cha rge den sity va rying w ith the com p ression p ressu re, though ana lyzing the w ho le p ressing p rocess of severa l g ranu le exp lo sives in deta il. It is accu ra te in the w ho le range (from zero to infin ite) of p ressu re. It can be app lied to va riou s g ranu la r exp lo sives such a s JHL 22、R T 21、TN T、8701 和 A 2IX22 and so on. It is of p ractica l va lue fo r eng ineering. Key words: exp lo sives; cha rg ing; p ressing; shap ing
P M Pa
Ε试
Ε计
∃Ε= Ε计- Ε试
将方程式 (2) 对其它四种炸药的试验数据进行拟 合, 结果如表 2 所示。由表 2 可见, b1µ b2。将五种炸药 的试验数据与用方程式 (2) 拟合的曲线比较, 可以看 出, 拟合曲线与试验结果一致, 说明方程式 (2) 对这几 种炸药都是适用的。
0. 01 0. 65 1. 62 3. 25 6. 50 16. 24 32. 48
本文分析了散粒体炸药压装成型物理过程的两个组成部分, 提出了描述装药密度与成型压力关 系的指数方程 Θs = 1 - a1exp (- b1P ) - a2exp (- b2P ) , 并用 JHL 22、R T 21、TN T、8701 和A 2IX 22 五 种散粒体炸药的压制试验验证了该方程的正确性。
第 2 期 2002 年
火炸药学报
23
Ξ
散粒体炸药压装成型过程分析
田丽燕, 徐更光, 王廷增
(北京理工大学机电工程学院, 北京 100081)
摘要: 通过详细分析散粒体炸药压装成型物理过程的两个组成部分, 提出了描述压装成型过程中密度随压力变化规律的指数方程 Θs = 1 - a1exp (- b1P ) - a2exp (- b2P ) , 该式在整个压力范围 (0～ ∞) 内精确度高, 物理意义明确, 适用于 JHL 22、R T 21、TN T、8701 和 A 2IX22 等多种单质、混合、含铝炸药, 具有工程实用价值。 关键词: 炸药; 装药; 压装; 成型 中图分类号: TQ 560 文献标识码: A 文章编号: 100727812 (2002) 0220023202
产生较大的密度变化。 随着压力的增加, 颗粒间的空气几乎完全排出, 只有少量空气留存在炸药药柱
中。
炸药颗粒的弹塑性变形贯穿整个压药过程, 随着压力的增加由弹塑性变形而引起的孔隙率的减
少要小些, 所以密度随压力的增长而增加得较慢。当压力很高 (大于 200 M Pa) 时, 炸药颗粒的弹塑性
变形接近完成, 炸药密度接近理论密度。
0. 5165 0. 4954 0. 4571 0. 4054 0. 3457 0. 2383 0. 1876
0. 5136 0. 4918 0. 4589 0. 4122 0. 3422 0. 2373 0. 1803
- 0. 0009 - 0. 0036
0. 0018 0. 0068 - 0. 0035 - 0. 0011 - 0. 0073
参考文献: [ 1 ] 徐更光. 炸药性质与应用[M ]. 北京: 北京理工大学, 1991. [ 2 ] 刘德润. 装药工艺学[M ]. 北京: 北京理工大学, 1991. [ 3 ] 廖政权. 散粒体炸药压药密度随压力的变化规律[J ]. 火炸药学报, 1990, (1) : 35239. [ 4 ] 陆厚根. 粉体技术导论[M ]. 上海: 同济大学出版社, 1998. [ 5 ] ESS IG W , et al. T he D en sity D istribu tion in P ressed Charges: A n A nalytical A pp roach [ J ]. P rop ellan ts Exp lo s Pyro tech,
1 散粒体炸药压装成型的物理过程
实验表明, 散粒体炸药压装成型过程中既有炸药颗粒的位移, 又有炸药颗粒的弹塑性变形, 还有
部分颗粒的脆性变形。炸药颗粒在压力较低时位移较大, 这时颗粒间的空气在外界压力的作用下从冲
头与模套之间的缝隙中被挤出。 于是颗粒间的孔隙迅速减小, 使密度很快增大, 因此较小的压力增量
Ana lysis of the Pressing Process of Severa l Granular Explosives
TIAN L i-yan, XU Geng-guang, W ANG Ting-zeng (Schoo l of M echatron ic Eng ineering, Beijing In stitu te of T echno logy, Beijing 100081, Ch ina)
Coop er[4]认为: 粉体的压缩过程由两个过程组成, 一个是粒子重新排列大孔隙的填充过程, 一个 是粒子破碎、塑性流动小孔隙的填充过程及压缩方程为两个方程之和来描述整体。由于孔隙率与压力
之间存在指数关系 Ε= Ε0exp (- ΒP ) [5], 因此, 散粒体炸药压装方程可表示为
Ε= a1 exp (- b1 P ) + a2 exp (- b2 P )
5 20 mm 的模具对 JHL 22、R T 21、TN T、8701 和A 2 IX 22 五种散粒体炸药进行了压制, 控制药量使得 最终药柱的高径比近似 1∶1。 通过测量不同压力 下冲头的移动量以及最终药柱的密度、高度来反 算不同压力时药柱的密度。试验结果见图 1, 其中: 装药相对密度 Θs= 装药密度 Θ0 理论密度 ΘTMD。
(1)
Ξ 收稿日期: 2001- 08- 01 作者简介: 田丽燕 (1970- ) , 女, 博士生, 从事炸药应用研究工作。
24
火炸药学报
2002 年
式中: P —成型压力,M Pa; Ε—压力 P 时, 散粒体炸药的孔隙率; a1、b1、a2、b2—常数, 与炸药的物理力学 性质有关。
2 实验及结果分析 为 验证方程式 (1) , 在 5 t 材料试验机上用