本發(fā)明屬于火炸藥成型技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種藥柱裂紋預(yù)制方法，特別涉及一種適用于壓裝藥柱環(huán)狀裂紋的預(yù)制方法。

背景技術(shù)：

炸藥藥柱的成型方法主要包括澆注法、熔鑄法及壓裝法，其中，壓裝法制備炸藥藥柱，就是把松散的炸藥顆粒倒入模具中，在壓機(jī)上通過沖頭加壓使其成為具有一定形狀和一定強(qiáng)度的藥柱。壓裝法具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)壓裝法使用的炸藥很廣，且生產(chǎn)周期短，只要炸藥顆粒具有一定的鈍感條件、一定的可壓縮性都可以采用壓裝法成型；(2)壓裝藥柱的爆炸感度比澆注藥柱的爆轟感度大，能夠使彈藥在外界刺激作用下更為可靠的發(fā)揮作用；此外，壓裝法還具有材料利用率高，生產(chǎn)成本低、工藝路線簡單、少切削加工等優(yōu)點(diǎn)。目前采用壓裝法裝填的彈藥品種很多，從很小的雷管、火帽、延期藥餅到中小口徑榴彈、穿甲彈、聚能破甲彈以及各種彈藥的傳爆藥柱等，從壓裝法的應(yīng)用可看出，它是一種不可或缺的重要的藥柱成型方法。

然而，由于原材料、壓制工藝及使用環(huán)境等因素，壓裝藥柱常會產(chǎn)生宏觀裂紋，尤其是在武器彈藥中的壓裝藥柱在環(huán)境溫度劇烈變化時(shí)，壓裝藥柱中呈現(xiàn)出多條環(huán)狀裂紋，環(huán)狀裂紋的存在直接導(dǎo)致藥柱中的的“熱點(diǎn)”增加，感度升高，嚴(yán)重影響了武器彈藥的安全使用安。因此，在藥柱中預(yù)制出具有一定方向和尺寸的環(huán)狀裂紋，進(jìn)而準(zhǔn)確評估裂紋參量對藥柱使用安全性的影響，已成為相關(guān)研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

國內(nèi)有學(xué)者采用機(jī)械法在藥柱中預(yù)制裂紋，如羅景潤等人在高聚物粘結(jié)炸藥斷裂特性實(shí)驗(yàn)研究(爆炸與沖擊，2000年第20卷第4期，p338‐342)一文中采用鋸條在藥柱中鋸開一個(gè)缺口，再用非常薄的刀片壓入缺口根部制作裂紋試件，用于測量藥柱的斷裂韌性；陳科全等人在含預(yù)制缺陷pbx炸藥的力學(xué)性能及破壞模式(火炸藥學(xué)報(bào)，2015年38卷第5期，p51‐53)一文中通過精密的機(jī)械加工工藝在藥柱中預(yù)制貫穿型裂紋，但炸藥具有易燃易爆的特點(diǎn)，機(jī)械加工過程具有極大的安全隱患，極易造成人員和設(shè)備的損傷。鑒于炸藥藥柱的安全性問題，田勇等人在“job‐9003高聚物粘結(jié)炸藥熱沖擊損傷破壞相關(guān)性研究”(含能材料，2004年12卷第3期，p174-177)一文中，采用水浴式“激熱”沖擊法，在炸藥藥柱中形成了外觀可見的裂紋，但該種裂紋具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，無法確保裂紋位置及尺寸的一致性，進(jìn)而無法準(zhǔn)確評估裂紋參量對藥柱使用安全性的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明提供一種壓裝藥柱環(huán)狀裂紋的預(yù)制方法，該方法所預(yù)制環(huán)狀裂紋的位置和尺寸具有較好的一致性，且無需機(jī)械加工，能夠避免藥柱在機(jī)械加工過程中意外爆燃對人員和設(shè)備造成的損傷。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)解決方案：

一種壓裝藥柱環(huán)形裂紋預(yù)制方法，該方法中所用實(shí)驗(yàn)裝置包括：傳力柱、套筒、墊片、上藥柱、炸藥顆粒、下藥柱和底座。其中，套筒為內(nèi)部帶有臺階孔的鋼制圓筒體，在套筒內(nèi)孔直徑較大的一端安裝有底座，底座的高度與套筒內(nèi)孔直徑較大端的高度相等；在套筒內(nèi)孔直徑較小的一端內(nèi)部依次緊密安裝有下藥柱、炸藥顆粒、上藥柱、墊片和傳力柱，下藥柱未與炸藥顆粒接觸的一端與底座緊密接觸。

環(huán)形裂紋的預(yù)制原理：依據(jù)預(yù)設(shè)環(huán)形裂紋的裂紋內(nèi)徑、裂紋外徑、裂紋寬度及密度，計(jì)算出所需炸藥顆粒的質(zhì)量；依據(jù)環(huán)形裂紋在藥柱中所處位置，選用特定高度的上藥柱和下藥柱；采用分次壓制的方法，將全部炸藥顆粒壓裝至上藥柱和下藥柱的軸向同軸疊加處，并使炸藥顆粒在裂紋外徑和裂紋內(nèi)徑之間的區(qū)域成型，便可預(yù)制出具有特定尺寸和位置的環(huán)狀裂紋。

一種壓裝藥柱環(huán)形裂紋預(yù)制方法，包括如下步驟：

步驟一：依據(jù)所需預(yù)制環(huán)形裂紋的裂紋外徑、裂紋寬度、環(huán)形裂紋外邊沿距離藥柱邊沿的距離、環(huán)形裂紋在藥柱高度方向所處位置，選取直徑相同、高度一定的上藥柱和下藥柱。

步驟二：依據(jù)所需預(yù)制環(huán)形裂紋的裂紋外徑、裂紋內(nèi)徑、裂紋寬度及密度，計(jì)算出所需炸藥顆粒的質(zhì)量，采用天平進(jìn)行精確稱量，而后將全部炸藥顆粒均分為n等份。

步驟三：依據(jù)所需炸藥顆粒的密度，計(jì)算出所需成型壓力pn，并將pn均分為與炸藥顆粒份數(shù)n相等的壓力點(diǎn)，分別為p1、p2、p3……pn，成型壓力與藥柱密度的關(guān)系為：

式中：ρ為藥柱密度；a1、b1、a2、b2為與炸藥性能有關(guān)的常數(shù)；p為所需成型壓力。

步驟四：在上藥柱和下藥柱的一個(gè)端面分別畫出裂紋外徑和裂紋內(nèi)徑，在下藥柱的裂紋內(nèi)徑以內(nèi)以及裂紋外徑與下藥柱邊沿間的區(qū)域涂覆一層蟲膠漆，并將第一份炸藥顆粒均勻粘結(jié)于該區(qū)域；然后將底座安裝到套筒內(nèi)徑較大的一端，下藥柱放入套筒內(nèi)徑尺寸較小的一端，并確保粘結(jié)有炸藥顆粒的一端朝向傳力柱，在下藥柱遠(yuǎn)離底座的一端依次將墊片、傳力柱裝入套筒內(nèi)，最后，對傳力柱進(jìn)行軸向緩慢施加壓力至p1，保壓3-5分鐘后，使炸藥顆粒牢固粘結(jié)于下藥柱的端面，但由于炸藥顆粒的強(qiáng)度及密度低，易于發(fā)生橫向流動，故取出下藥柱后，將超出裂紋外徑和裂紋內(nèi)徑的炸藥顆粒重新回收，并混入待壓的第二份炸藥顆粒中。

步驟五:在步驟四成型的炸藥顆粒表面涂覆蟲膠漆，再將第二份待壓炸藥顆粒均勻粘結(jié)于其表面，并重復(fù)步驟四中底座、套筒、下藥柱、墊片、傳力柱的裝配過程，首先緩慢施加壓力至p1，保壓3-5分鐘后再逐步施加壓力至p2，再保壓3-5分鐘，然后取出下藥柱，將超出裂紋外徑和裂紋內(nèi)徑的炸藥顆粒重新回收，并混入第三份待壓炸藥顆粒中。同理，當(dāng)壓制第i份炸藥顆粒時(shí)，重復(fù)上述裝配過程后，施加壓力時(shí)首先緩慢施加至pi-1，保壓3-5分鐘后再逐步施加至pi，保壓3-5分鐘后取出下藥柱，并重復(fù)步驟四中炸藥顆粒的回收步驟；以此類推，直至完成第(n-1)份炸藥顆粒的壓制；壓制第n份炸藥顆粒時(shí)，首先緩慢施加壓力至pn-1，保壓3-5分鐘，然后取出下藥柱，將超出裂紋外徑和裂紋內(nèi)徑的炸藥顆粒重新回收，并均勻粘結(jié)于已成型炸藥顆粒的表面。

步驟六：在上藥柱的裂紋內(nèi)徑以內(nèi)以及裂紋外徑與上藥柱邊沿間的區(qū)域涂覆一層蟲膠漆，依次將底座、下藥柱、上藥柱、墊片、傳力柱安裝到套筒中，并確保上藥柱涂覆有蟲膠漆的一端與下藥柱端面的成型炸藥顆粒緊密接觸；緩慢施加壓力至pn，保壓3-5分鐘，使得上藥柱、下藥柱與已成型的炸藥顆粒緊密連接，完成環(huán)形裂紋的預(yù)制。

步驟七：環(huán)形裂紋預(yù)制完成后，通過游標(biāo)卡測量多個(gè)位置處的裂紋寬度，然后取其平均值作為裂紋寬度；裂紋外徑和裂紋內(nèi)徑的尺寸則是通過ct掃描的方法進(jìn)行測量。

本發(fā)明的一種壓裝藥柱環(huán)形裂紋預(yù)制方法，帶來的技術(shù)效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)本發(fā)明在藥柱端面預(yù)設(shè)了裂紋的外徑和內(nèi)徑，并根據(jù)裂紋區(qū)域的密度和裂紋的厚度，精確計(jì)算出了所需炸藥顆粒的質(zhì)量，且采用分次壓制的方法，有效避免了炸藥顆粒在壓制過程因橫向流動而超出預(yù)設(shè)區(qū)域，故所預(yù)制環(huán)狀裂紋的位置和尺寸具有較好的一致性；

2)本發(fā)明在預(yù)制環(huán)形裂紋過程中，無需對藥柱進(jìn)行機(jī)械加工，能夠避免藥柱在機(jī)械加工過程中意外爆燃對人員和設(shè)備造成的損傷。

附圖說明

圖1是下藥柱與炸藥顆粒壓制成型裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是上藥柱與下藥柱壓制成型裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是預(yù)制環(huán)形裂紋的俯視圖。

圖4是預(yù)制環(huán)形裂紋的側(cè)視圖。

圖中的標(biāo)號分別表示：

1、傳力柱，2、套筒，3、墊片，4、上藥柱，5、環(huán)形裂紋，5-1、裂紋外徑、5-2裂紋內(nèi)徑，5-3、裂紋寬度、6、炸藥顆粒，7、下藥柱，8、底座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，需要說明的是本發(fā)明不局限于以下具體實(shí)施例，凡在本發(fā)明技術(shù)方案基礎(chǔ)上進(jìn)行的同等變換均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

遵從上述技術(shù)方案，如圖1-圖4所示，本實(shí)施給出一種壓裝藥柱環(huán)形裂紋預(yù)制方法，所用實(shí)驗(yàn)裝置包括：傳力柱1、套筒2、墊片3、上藥柱4、炸藥顆粒6、下藥柱7和底座8，其中，套筒2為內(nèi)部帶有臺階孔的鋼制圓筒體，在套筒2內(nèi)孔直徑較大的一端安裝有底座8，底座8的高度與套筒2內(nèi)孔直徑較大端的高度相等；在套筒2內(nèi)孔直徑較小的一端內(nèi)部依次緊密安裝有下藥柱7、炸藥顆粒6、上藥柱4、墊片3和傳力柱1，下藥柱7未與炸藥顆粒6接觸的一端與底座8緊密接觸。

所述的一種壓裝藥柱環(huán)形裂紋預(yù)制方法，包括如下步驟：

步驟一：依據(jù)所需預(yù)制環(huán)形裂紋5的裂紋外徑5-1、裂紋寬度5-3、環(huán)形裂紋5外邊沿距離藥柱邊沿的距離、環(huán)形裂紋5在藥柱高度方向所處位置，選取直徑相同、高度一定的上藥柱4和下藥柱7。

步驟二：依據(jù)所需預(yù)制環(huán)形裂紋5的裂紋外徑5-1、裂紋內(nèi)徑5-2、裂紋寬度5-3及密度，計(jì)算出所需炸藥顆粒6的質(zhì)量，采用天平進(jìn)行精確稱量，而后將全部炸藥顆粒6均分為n等份。

步驟三：依據(jù)所需炸藥顆粒6的密度，計(jì)算出所需成型壓力pn，并將pn均分為與炸藥顆粒6份數(shù)n相等的壓力點(diǎn)，分別為p1、p2、p3……pn，成型壓力與藥柱密度的關(guān)系為：

式中：ρ為藥柱密度；a1、b1、a2、b2為與炸藥性能有關(guān)的常數(shù)；p為所需成型壓力。

步驟四：在上藥柱4和下藥柱7的一個(gè)端面分別畫出裂紋外徑5-1和裂紋內(nèi)徑5-2，在下藥柱7的裂紋內(nèi)徑5-2以內(nèi)以及裂紋外徑5-1與下藥柱7邊沿間的區(qū)域涂覆一層蟲膠漆，并將第一份炸藥顆粒6均勻粘結(jié)于該區(qū)域；然后將底座8安裝到套筒2內(nèi)徑較大的一端，下藥柱7放入套筒2內(nèi)徑尺寸較小的一端，并確保粘結(jié)有炸藥顆粒6的一端朝向傳力柱1，在下藥柱7遠(yuǎn)離底座8的一端依次將墊片3、傳力柱1裝入套筒2內(nèi)，最后，對傳力柱1進(jìn)行軸向緩慢施加壓力至p1，保壓3-5分鐘后，使炸藥顆粒6牢固粘結(jié)于下藥柱7的端面，但由于炸藥顆粒6的強(qiáng)度及密度低，易于發(fā)生橫向流動，故取出下藥柱7后，將超出裂紋外徑5-1和裂紋內(nèi)徑5-2的炸藥顆粒6重新回收，并混入待壓的第二份炸藥顆粒6中。

步驟五:在步驟四成型的炸藥顆粒6表面涂覆蟲膠漆，再將第二份待壓炸藥顆粒6均勻粘結(jié)于其表面，并重復(fù)步驟四中底座8、套筒2、下藥柱4、墊片3、傳力柱1的裝配過程，首先緩慢施加壓力至p1，保壓3-5分鐘后再逐步施加壓力至p2，再保壓3-5分鐘，然后取出下藥柱7，將超出裂紋外徑5-1和裂紋內(nèi)徑5-2的炸藥顆粒6重新回收，并混入第三份待壓炸藥顆粒6中。同理，當(dāng)壓制第i份炸藥顆粒時(shí)，重復(fù)上述裝配過程后，施加壓力時(shí)首先緩慢施加至pi-1，保壓3-5分鐘后再逐步施加至pi，保壓3-5分鐘后取出下藥柱7，并重復(fù)步驟四中炸藥顆粒6的回收步驟；以此類推，直至完成第(n-1)份炸藥顆粒6的壓制；壓制第n份炸藥顆粒6時(shí)，首先緩慢施加壓力至pn-1，保壓3-5分鐘，然后取出下藥柱7，將超出裂紋外徑5-1和裂紋內(nèi)徑5-2的炸藥顆粒6重新回收，并均勻粘結(jié)于已成型炸藥顆粒6的表面。

步驟六：在上藥柱4的裂紋內(nèi)徑5-2以內(nèi)以及裂紋外徑5-1與上藥柱4邊沿間的區(qū)域涂覆一層蟲膠漆，依次將底座8、下藥柱7、上藥柱4、墊片3、傳力柱1安裝到套筒2中，并確保上藥柱4涂覆有蟲膠漆的一端與下藥柱7端面的成型炸藥顆粒6緊密接觸；緩慢施加壓力至pn，保壓3-5分鐘，使得上藥柱4、下藥柱7與已成型的炸藥顆粒6緊密連接，完成環(huán)形裂紋5的預(yù)制。

步驟七：環(huán)形裂紋5預(yù)制完成后，通過游標(biāo)卡測量多個(gè)位置處的裂紋寬度5-3，然后取其平均值作為裂紋寬度5-3；裂紋外徑5-1和裂紋內(nèi)徑5-2的尺寸則是通過ct掃描的方法進(jìn)行測量。

下面將通過具體實(shí)施例進(jìn)行說明：

實(shí)施例1：

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例1為在高度為40mm的單質(zhì)壓裝tnt藥柱藥1/2高度處，預(yù)制裂紋外徑5-1為30mm，裂紋內(nèi)徑5-2為10mm，裂紋寬度5-3為2mm的環(huán)形裂紋5，環(huán)形裂紋5的外邊沿距離藥柱邊沿的距離為5mm，環(huán)形裂紋5處的炸藥顆粒6密度為1.55g/cm³。

步驟一：由于所需預(yù)制環(huán)形裂紋5處于高度40mm的tnt藥柱1/2高度處，裂紋寬度5-3為2mm，故上藥柱4和下藥柱7的高度均選擇19mm，且均為壓制成型的tnt藥柱；環(huán)形裂紋5的外邊沿距離藥柱邊沿的距離為5mm，故所選上藥柱4和下藥柱7的直徑均為40mm。

步驟二：依據(jù)上述環(huán)形裂紋5的尺寸和密度，計(jì)算出需要tnt炸藥顆粒6為1.9468g，采用精度為0.0001g的精密天平，稱取1.9468g的tnt炸藥顆粒6，并將其均為n等份，本實(shí)施例中取n＝3，即將tnt炸藥顆粒6均為3等份，每份炸藥顆粒6重0.6489g。

步驟三：由成型壓力與藥柱密度的關(guān)系計(jì)算可知，當(dāng)環(huán)形裂紋5處的炸藥顆粒6密度為1.55g/cm³時(shí)，需要施加的成型壓力pn等于98mpa，本實(shí)施例中，炸藥顆粒6的份數(shù)n＝3，故將pn分也均分為三個(gè)壓力點(diǎn)，分別為：p1、p2、p3，其中，p1＝32.7mpa，p2＝65.4mpa，p3＝98mpa。

步驟四：在上藥柱4和下藥柱7的一個(gè)端面用鉛筆畫出裂紋外徑5-1和裂紋內(nèi)徑5-2，裂紋外徑5-1等于30mm，裂紋內(nèi)徑5-2等于10mm；在下藥柱7的裂紋內(nèi)徑5-2以內(nèi)以及裂紋外徑5-1與下藥柱7邊沿間的區(qū)域涂覆一層蟲膠漆，并將第一份重量為0.964g炸藥顆粒6均勻粘結(jié)于該區(qū)域；然后將底座8安裝到套筒內(nèi)徑較大的一端，下藥柱7放入套筒2內(nèi)徑尺寸較小的一端，并確保粘結(jié)有炸藥顆粒6的一端朝向傳力柱1，在下藥柱7遠(yuǎn)離底座的一端依次將墊片3、傳力柱1裝入套筒2內(nèi)，最后，對傳力柱1進(jìn)行軸向緩慢施加壓力至p1＝32.7mpa，保壓3分鐘后，使炸藥顆粒6牢固粘結(jié)于藥柱7的端面，取出下藥柱7后將超出裂紋外徑5-1和裂紋內(nèi)徑5-2的炸藥顆粒6重新回收，并混入待壓的第二份炸藥顆粒6中。

步驟五：在步驟四成型的炸藥顆粒6表面涂覆蟲膠漆，再將第二份待壓炸藥顆粒6均勻粘結(jié)于其表面，并重復(fù)步驟四中底座8、套筒2、下藥柱7、墊片3、傳力柱1的裝配過程，首先緩慢施加壓力至p1＝32.7mpa，保壓3分鐘后再逐步施加壓力至p2＝65.4mpa，再保壓3分鐘，然后取出下藥柱7，將超出裂紋外徑5-1和裂紋內(nèi)徑5-2的炸藥顆粒6重新回收，并混入第三份待壓炸藥顆粒6中。重復(fù)上述裝配過程，壓制第三份炸藥顆粒6時(shí)，首先緩慢施加壓力至p2＝65.4mpa，保壓3分鐘后取出下藥柱7，將超出裂紋外徑5-1和裂紋內(nèi)徑5-2的炸藥顆粒6重新回收，并均勻粘結(jié)于成型炸藥顆粒6的表面。

步驟六：在上藥柱4的裂紋內(nèi)徑5-2以內(nèi)以及裂紋外徑5-1與上藥柱4邊沿間的區(qū)域涂覆一層蟲膠漆，依次底座8、下藥柱7、上藥柱4、墊片3、傳力柱1安裝到套筒2中，并確保上藥柱4涂覆有蟲膠漆的一端與下藥柱7端面的成型炸藥顆粒6緊密接觸；緩慢施加壓力至p3＝98mpa，保壓3分鐘，使得上藥柱4、下藥柱7與已成型的炸藥顆粒6緊密連接，完成環(huán)形裂紋5的預(yù)制。

步驟七：環(huán)形裂紋5預(yù)制完成后，在本實(shí)施例中，采用精度為0.01mm的數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量了環(huán)形裂紋5的裂紋寬度5-3，每隔60°測量一個(gè)點(diǎn)，測量值分別為：0.19mm，0.20mm，0.21mm，0.20mm，0.19mm，0.20mm，然后取其平均值0.198mm，裂紋寬度5-3的誤差為1％；采用分辨精度為0.3mm的工業(yè)ct，檢測裂紋外徑5-1等于30.9mm，誤差為2.5％，裂紋內(nèi)徑5-2等于10.3mm，誤差為3％。

實(shí)施例2：

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例2為在高度為100mm的混合炸藥a-ⅸ-ⅰ藥柱3/4高度處，裂紋外徑5-1為50mm，裂紋內(nèi)徑5-2為20mm，裂紋寬度5-3為5mm的環(huán)形裂紋5，環(huán)形裂紋5的外邊沿距離藥柱邊沿的距離為10mm，環(huán)形裂紋5處的炸藥顆粒6密度為1.70g/cm³。

壓裝藥柱環(huán)形裂紋預(yù)制所用裝置及步驟同實(shí)施1。

本實(shí)施例中，所選上藥柱4高度為22.5mm，下藥柱7高度為72.5mm，上藥柱4和下藥柱7的直徑均為70mm，且均為壓制成型的a-ⅸ-ⅰ藥柱。

依據(jù)環(huán)形裂紋5的尺寸和密度，計(jì)算出需要a-ⅸ-ⅰ炸藥顆粒6為17.3485g，在本實(shí)施例中，取n＝5，即將a-ⅸ-ⅰ炸藥顆粒6均為5等份，每份炸藥顆粒6重3.4697g。

由成型壓力與藥柱密度的關(guān)系計(jì)算可知，成型壓力pn等于145mpa，本實(shí)施例中，炸藥顆粒6的份數(shù)n＝5，故將pn分也均分為五個(gè)壓力點(diǎn)，分別為：p1、p2、p3、p4、p5，其中，p1＝29mpa，p2＝58mpa，p3＝87mpa，p4＝116mpa，p5＝145mpa。

采用與實(shí)施例1相同的壓制過程，通過5次壓制，完成環(huán)形裂紋5的預(yù)制，本實(shí)施例中，保壓時(shí)間選擇為5分鐘；采用精度為0.01的數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量裂紋寬度5-3，每隔60°測量一個(gè)點(diǎn)，測量值分別為：0.52mm，0.50mm，0.51mm，0.49mm，0.50mm，0.51mm，然后取其平均值0.505mm，裂紋寬度5-3的誤差為1％；采用分辨精度為0.3mm的工業(yè)ct，檢測裂紋外徑5-1等于51.5mm，誤差為3％，裂紋外徑5-2等于20.9mm，誤差為4.5％。