某型火工品作用失效研究

萇軍紅，李便花，潘會平，孫宏濤，和海亮，張靜黎

(1.駐陽泉地區軍代室，山西 陽泉045000；2.山西北方晉東化工有限公司，山西 陽泉045000)

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某型火工品作用失效研究

萇軍紅1，李便花2，潘會平2，孫宏濤2，和海亮2，張靜黎2

(1.駐陽泉地區軍代室，山西 陽泉045000；2.山西北方晉東化工有限公司，山西 陽泉045000)

隨著科學技術的不斷進步，國際形勢的瞬息萬變，常規彈藥是現代戰爭中不可缺少的武器裝備之一，其研制與生產不斷向靈巧化、智能化方向發展，在創新中更新換代。新型常規彈藥的精確打擊及多點打擊提高了彈藥的利用率及殺傷力。火工品分布于彈藥的很多部位，是彈藥實現增程、減速以及目標區多點打擊的“控制器”，因此對其作用可靠性要求越來越嚴。從產品結構設計、零部件加工尺寸、產品裝配工藝和零部件批次管理等方面進行分析排查，通過試驗驗證，確定了產品失效原因，提出了有效預防措施，對所有火工品在生產過程中的管理起到了借鑒作用。

火工品；失效；預防措施

火工品是一種特殊能源，具有能量質量比高、作用時間短、起爆及輸出能量可控、體積小以及長期貯存性好的特點[1-2]。它是在接收發火指令后，以較小能量激發其內裝敏感藥劑，產生燃燒或爆炸，以其燃燒火焰、爆炸沖擊波和高壓燃氣，實現點火、起爆和做功等預定功能的一次性使用的元器件、裝置和系統的總稱[3]。作為武器系統中的敏感元件，火工品遍布武器各個部位，廣泛應用于各類武器系統中，它的安全性、可靠性將直接影響武器系統的安全性和可靠性。

1　產品組成及作用原理

該火工品由發火件、管殼、延期藥柱、切刀和堵頭等組成(見圖1)。該火工品是火工元件的一種，體積小，只能完成一種功能。它接受到外力后，開始起動，當藥劑作用完成后，完成其切割功能。栓受到外力作用后發火件發火，發火件發火后引燃延期藥柱，延期藥燃燒達到延期時間后，火藥氣體推動切刀將傘繩切斷，完成其預定功能。

圖1　某火工品結構示意圖

2　故障現象及危害

2.1產品故障現象

在試驗過程中，試驗樣品13發，當產品作用后，有2發產品束傘繩未完全切斷(見圖2)。

圖2　切繩不完全樣品

2.2故障危害

該火工品配備于某武器系統的子彈中，與其他子彈的延期時間不同，打開束傘繩的時間也不同。子彈隨著傘打開時間的不同而飛行的距離不同，以實現在目標區內均勻分布，做到多點打擊。如果該產品在武器系統作用過程中傘繩未切斷，減速傘無法正常打開，則多發子彈無法實現間距式飛行，集中在一起，在目標區對只能進行單點目標打擊，降低了武器系統的利用率和有效殺傷力。

3　原因分析

根據產品的結構原理及生產過程控制過程分析，形成未切斷束傘繩故障樹(見圖3)。

圖3　故障樣品未切斷束傘繩故障樹

當故障出現后，對故障2發樣品進行了解剖，發現切刀刃口處全部發生卷曲，切刀與堵頭間夾有未完全切斷的束傘繩(見圖4～圖6)。

圖4　故障樣品解剖圖

圖5　故障樣品切刀　　圖6　正常作用樣品切刀

對生產過程因素進行排查，具體如下。

1)切刀裝反。切刀在裝配時，刀刃處面向堵頭，平面處面向藥劑，如果切刀裝反，產品藥劑作用后推動切刀，切刀平面對束傘繩在堵頭上進行切割，因平面無刃口，不會對束傘繩形成“切割”效應，只能將束傘繩擠壓在切刀與堵頭中間。根據故障樣品的拆解結果表明，切刀裝配正確。對故障批產品進行了100%的返檢，未發現切刀裝反的現象。切刀裝配無異常。

2)繩子內部有硬結。束傘繩在產品試驗中為陪試品，是一種特質綿絲繩，如果束傘繩中有硬結，且恰巧在切刀作用部位時，對刀刃強度質量及藥劑推力要求更高，可能會出現束傘繩工切不斷且刀刃卷刃現象。對束傘繩入廠復驗進行排查，束傘繩入廠進行抗拉強度試驗，結果為(N1+15)kN，符合指標要求(≥N1)，外觀無臟污。產品試驗前，試驗人員對每一根束傘繩的長度及外觀進行了檢查，沒有發現束傘繩有硬結，對故障樣品解剖后的束傘繩進行檢查，未發現此現象。束傘繩無異常。

3)驅動藥藥量不足。驅動藥是延期藥柱離切刀最近的一道藥劑，延期藥劑燃燒達到延期時間后點燃驅動藥，驅動藥劑將燃燒能量放大，將切刀推出，如果驅動藥藥量少，燃燒能量降低，對切刀的作用力就會下降，切刀對束傘繩的切割力就不足，有可能會產生故障。對故障產品用驅動藥劑的燃燒熱進行追溯，燃燒熱為(Q1+45)J/g,符合該藥劑的技術要求((Q1±60)J/g)。該產品生產時采用序號管理，當藥量、壓力以及驅動藥壓完后，應測量藥面高度至管殼口部的高度，逐發進行檢測并記錄。對2發故障樣品原始記錄進行追溯，藥量為(m1+1)mg，壓驅動藥壓力為F1，高度為(H1+0.01)mm，符合藥量通知單藥量中藥量為(m1±3)mg，壓力為(F1±10)kgf, 高度為(H1±0.02)mm的要求。對故障產品切刀作用現象分析，切刀已作用到位。驅動藥藥量及燃燒無異常。

4)刀殼配合太緊。切刀與殼體裝配時采用壓裝式工藝，如果切刀裝配時壓力大，殼體與切刀配合過緊，驅動藥燃燒產生的能量在刀殼分離上就會消耗多，降低切刀對切束傘繩的切割作用力。對2發故障樣品裝刀力進行追溯，分別為F2和(F2-0.4)kgf，符合工藝參數的要求((F2±2)kgf)，避免了刀殼配合太緊而損耗能量造成產品故障的因素。切刀與殼體裝配無異常。

5)切刀刃口角度超差。在切刀設計時，既要完成對束傘繩切割功能，又要對切割后產品內的束傘繩進行收集，因此刀刃設計及加工有一定的角度，如果切刀刃口角度較小，強度會降低，有可能會出現故障樣品現象。對生產過程進行排查，切刀生產時每班進行首件檢驗，數量為5個，首件記錄共計20發，刃口角度記錄為(P-0.6)°～(P+0.7)°，生產過程每2h抽檢1次，每次5個，過程抽檢共計80發，刃口角度記錄為(P-0.7)°～(P+0.7)°，對故障樣品切刀刃口進行角度計量，結果分別為(P-0.4)°、(P+0.1)°，對故障批剩余切刀隨機抽取20個進行計量，結果為(P-0.6)°～(P+0.6)°，全部符合工藝規定的要求((P±1)°)。切刀刃口角度無異常。

6)切刀刃口硬度超差。切刀加工完成后要進行淬火處理，提高零件強度，淬火工藝參數是通過特殊過程確認嚴格考核確定的，在切刀淬火后，對切刀進行抽樣硬度檢測，查記錄，該故障批用切刀生產完成后抽樣檢測10發，結果為(B1-1)～(B1+2)HRC，對故障批剩余切刀隨機抽取20個重新進行檢測，結果為(B1-2)～(B1+3)HRC，對2發故障樣品進行檢測，結果為(B1+1)、(B1+2)HRC，符合產品圖規定的要求((B1±3)HRC)。切刀刃口硬度無異常。

7)切刀刃口厚度超差。切刀刃口厚度的尺寸決定著切刀的性能，太薄，刃口容易崩或發生卷曲，太厚，刀刃即為鈍，切割效果不佳，該切刀的刀刃厚度尺寸是經過上萬次的試驗驗證確定下來的，切刀淬火后每一個都要在顯微鏡下對刃口厚度進行檢測，追溯淬火后檢測結果為(δ1-0.02)～(δ1+0.02)mm,符合產品圖樣尺寸要求((δ1±0.03)mm)。對2發故障樣品進行計量，結果均為(δ1-0.05)mm，不符合產品圖樣要求，對故障批剩余切刀隨機抽取100個，重新進行刃口厚度檢測， 91個刃口尺寸不符合要求，結果為(δ1-0.06)～(δ1-0.04)mm，9個刃口尺寸為(δ1-0.03)mm。切刀刃口厚度檢測結果表明，故障批產品用切刀存在批刃口厚度尺寸超差現象，有可能是切刀在車間流轉過程中出現批管理問題，誤用批不合格品。具體分析如下。

a.對切刀零件機械加工過程及熱處理過程進行排查。機加分廠的轉手庫里只有1個批次的零散不合格品，無其他批次產品，且審理單數量與庫存數量相同，無批次性不合格品；因該切刀不會在存放過程中發生批管理問題。對產品加工過程首件產品的檢驗記錄、生產過程抽檢記錄以及切刀生產完成后檢驗人員的抽驗結果的檢查，全部符合產品圖樣要求，沒有出現切刀批不合格現象。該火工品合同完成只有1個批次，生產線無第2個批次的切刀生產記錄。通過上述對切刀零件機械加工及熱處理工序的排查，該過程中不會出現切刀批次性不合格現象。

b.對切刀裝配過程進行排查。該火工品試制初期因切刀刃口厚度尺寸未做規定，出現卷刃質量問題，對切刀刃口厚度尺寸增加控制后，要求對轉入成品裝配車間的切刀全部進行報廢隔離處理。對裝配分廠半成品庫進行排查，發現裝配分廠半成品庫還存放著該火工品試生產以來不同批次的切刀，切刀在包裝袋內包裝，1個包裝袋為1個批次，內置1張周轉卡，但沒有切刀狀態標識，查留轉卡及切刀留存數量，發現故障批用的切刀數量與投入批生產第1年第6個批(6-XX批)次切刀的總量相差12個，其余批次數量相差甚遠。有可能切刀裝配過程中出現切刀取錯周轉卡調位，使本應報廢隔離的切刀裝配于產品中。

4　驗證試驗

1)對包裝內周轉卡為6-XX批的切刀隨機抽取100發進行各項目檢測。切刀刃口角度檢測結果為(P-0.5)°～(P+0.6)°，符合工藝規定的要求；切刀刃口硬度檢測結果為(B1-1)、(B1+2)HRC，符合產品圖樣規定的要求；切刀刃口厚度尺寸計量結果為(δ1-0.01)～(δ1+0.02)mm，符合產品圖樣尺寸要求。

2)取產品故障批用切刀和6-XX批切刀各39發裝配為成品進行切束傘繩試驗，結果見表1。

表1　產品故障批用切刀和6-XX批切刀性能試驗對比結果

5　結語

通過上述分析，得出結論如下。

1)該故障的出現是由于切刀刃口厚度超差，強度降低，作用時刃口發生卷曲未完全切斷束傘繩。

2)在生產過程中，不合格品管理存在不規范現象，零部件的存放狀態應有明顯的標識，該故障的出現是由于不合格切刀與合格切刀發生錯批形成。

3)細節決定成敗。產品必須做好批次管理，不合格品應及時進行處理，不能與合格品混放；操作人員在進行零部件檢查及取貨裝配時必須嚴謹，周轉標簽一定要與實物相吻合， 不然后果不堪設想。應對各種技術狀態的零部件加強批次及周轉和管理，降低質量問題風險。

[1] 王凱民. 火工品工程[M]. 北京：國防工業出版社，2014.

[2] 李便花，潘會平，孔俊峰，等.某型電點火具結構設計與工藝改進研究[J].新技術新工藝，2014(10)： 59-61.

[3] 王凱民. 軍用火工品設計技術[M]. 北京：國防工業出版社，2006.

責任編輯馬彤

ResearchontheFailureofaCertainTypeoftheExplosiveEffect

CHANGJunhong1,LIBianhua2,PANHuiping2,SUNHongtao2,HEHailiang2,ZHANGJingli2

(1.MilitaryRepresentativeOfficeinYangquanLocality,Yangquan045000,China;2.ShanxiNorthJindongChemicalImdustryCo.,Ltd.,Yangquan045000,China)

Withthecontinuousprogressofthescienceandtechnology,theinternationalsituationischanging,andtheconventionalammunitionisindispensableinmodernwarweapons,itsdevelopmentandproductionwillcontinuetodeveloptotheintelligentdirectionwiththerenewalinnovation.Theprecisionstrikeandmultipointattackofthenewconventionalammunitionimprovestheutilizationrateandthelethalityoftheammunition.Pyrotechnicsaredistributedinmanypartsoftheammunitiontoachieveincreasinganddecelerationinmoreblow“controller”,sothereliabilityrequirementismorestrict.Fromtheproductstructuredesign,dimensionofthepartsprocessing,productassemblyprocess,andpartsbatchmanagement,theinvestigationandanalysisisdone.Throughthetesttodeterminethecausesofproductfailure,putforwardtheeffectivepreventionmeasures,andcanrefertoallEEDintheproductionprocessofthemanagement.

explosive，failure,preventivemeasures

2016-01-27

TQ560B

萇軍紅(1973-)，男，工程碩士，主要從事火工品、彈藥研制等方面的研究。