現代火工品壓藥技術及裝備淺析

張弦弦， 朱全松， 王雪晶， 陳偉

（中國兵器裝備集團自動化研究所， 四川 綿陽 621000）

0 引言

火工品是裝有火藥或炸藥， 受外界刺激后產生燃燒或爆炸，以引燃火藥、引爆炸藥或做機械功的一次性使用的元器件和裝置的總稱，它包括火帽、底火、點火管、延期件、雷管、傳爆管等。火工品是引發彈藥可靠爆炸的初始激發能源，它的可靠性與安全性直接影響爆炸威力的發揮[1]。在火工品制造過程中，由于火工品藥劑的敏感度普遍較高，因此在壓藥工序對壓藥裝備的安全性、 壓力精度都有嚴格的要求。本文主要論述了火工品壓裝設備的發展過程，并對當前先進的壓藥技術進行了相應的描述， 以提高火工品裝配過程的安全性及產品精度。

1 壓藥裝備的發展

由于我國早期的軍工建設主要是由前蘇聯援建的，因此火工品壓藥設備是在前蘇聯援建設備的基礎上發展起來的，主要沿用的是前蘇聯的裝備及技術。 后期，我國自行對火工品壓藥工藝和技術不斷改進和提升， 壓藥裝備也不斷發展，壓制的安全性和自動化、數字化水平都不斷得以提升[2]。

第一代壓藥設備：（80 年代及以前）

早期我國火工品壓藥主要采用純機械方式和油壓機進行。 這種方式結構簡單， 并且由于當時自動化水平低下，基本采用人工操作。

早期壓機根據工藝要求和產量主要采取單模和群模方式壓藥， 單模壓藥一般適用于小批量生產同時對壓力精度要求較高的適合單模生產方式火工品壓藥； 而群模壓藥一般適用于大批量制造同時對壓力精度要求相對較低的適合群模生產方式的火工品壓藥。 其工作流程如下圖1、2 所示。

根據壓力大小和壓力精度采用的壓機主要為上移配重式壓機和油壓機。 對于壓力較小的工序采用上移式配重方式壓機，其配重塊一般采用鉛塊或者鐵塊，主要由人工放置，因此壓機的壓力一般都在200kg 以內。 這種方式的特點是結構簡單，壓機主要由配重塊重力決定，壓力重復精度很高。 對于壓力較大的火工品壓制主要采用油壓機方式，這種方式缺點是工作時噪音大，壓力精度低，壓力受溫度影響大，如圖3～5 所示。

圖1 火工品單模壓藥操作流程

圖2 火工品群模自動壓藥流程

圖3 上移配重式壓機

圖4 群模上移式油壓機

圖5 群模上移式油壓機結構圖

隨著火工品裝配技術的不斷發展以及自動化水平的提高， 火工品制造過程中物流方式逐漸由人工取放模具改為模具自動傳輸，減少了工人的勞動強度，同時安全性也得以很大的提高[3]，如圖6 所示。

壓藥的裝備也逐漸由機械式壓機、 油壓機發展為氣動式壓機、氣動增力式壓機等，這種方式的壓機主要采用可編程邏輯控制器PLC 進行控制，可設定壓頭運行速度、壓力大小、保壓時間等參數，同時還可以采用PID 方式動態調整壓力，壓力精度及穩定性都可以大幅提高。

圖6 群模自動化物流生產線

圖7 自動氣動上移式壓機

氣動上移式壓機結構相對簡單，成本低，適合壓力較小的火工品壓制 （一般在200kg 以內）。 如圖7，8 所示。

氣液增力式壓機成本相對上移式壓機較高， 可將氣壓轉化成液壓，適用合壓力需求較大的火工品壓制（最大壓力可達30T）。 如圖9，10 所示。

圖8 自動氣動上移式壓機結構圖

圖9 自動氣液增力式壓機

圖10 氣液增力式壓機結構圖

2 最新火工品壓藥裝備介紹

為了近一步提高火工品壓藥精度及質量，目前在火工品壓藥時，已采用電子伺服式壓機，如圖11 所示。 這種壓機能實現定位壓和定壓機壓，運行速度、 位移精度高，設備的柔性化程度高，可進行多種產品的壓制。

圖11 電子伺服壓力機

2.1 功能簡介

精密電子伺服壓裝機簡稱伺服沖壓機， 伺服沖壓機是采用交流伺服電機驅動， 通過高精度滾珠絲杠把回轉力量改變為垂直方向， 依靠裝載于驅動部位前端的壓力傳感器控制管理壓力，依靠編碼器控制管理位置，同時向工作對象施加壓力，從而達到加工目的的裝置，能隨時控制壓力/停止位置/驅動速度/停止時間， 能夠在壓力裝配作業中實現壓裝力與壓入深度的全過程閉環控制； 采用友好人機界面的大尺寸觸摸屏直觀易操作， 裝有安全光幕， 在安裝過程中如有手伸入安裝區域壓頭將自動返回保證操作安全[4]。

2.2 壓裝過程

整個壓裝過程分為快進、探測、壓裝、保壓、返回五個階段。 壓裝流程圖如圖12 所示，開機時機器會自動尋找機械原點，設置好參數后，按啟動按鈕壓頭將在此位置以快進速度下降到探測位置，然后以探測速度下降，開始探測過程。探測過程直到所設定的探測限制位置為止，如到了探測限制位置還未探測到工件，壓頭將停止動作，此時可按回零按鈕返回機械原點； 當在探測過程接觸壓力達到設定值時，壓頭自動切換到壓裝速度開始壓裝工件。壓裝到設定位置時將按用戶所設定的保壓時間保壓， 保壓時間結束后壓頭以設定速度返回至所設置的工作原點。

圖12 電子伺服壓力機工作過程

3 火工品壓機分類

根據上述介紹，目前我國在火工品制造過程中，主要有機械式壓機、油壓機、單模壓機、群模壓機、氣動式壓機、電子伺服壓機等組成，其分類如圖13 所示。

圖13 火工品壓藥設備分類

4 結束語

隨著現在自動化技術的不斷發展， 火工品壓藥工藝裝備也不斷得以發展， 從傳統的純機械手工方式壓藥發展到自動化方式壓藥，從氣動式壓機、油壓機發展到氣液增力式壓機、電子伺服等閉環控制方式壓機，從單模壓藥發展到群模壓機， 從而使火工品制造的產品質量也不斷得以提高。