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1、火工品课程设计说明书 题 目： 撞击火帽感度与发火可靠性研究 专 业： 特种能源技术与工程 学 号： XXXXXXXX 姓 名： X X 能源与水利学院目 录撞击火帽感度与发火可靠性研究20摘要21对撞击火帽的常见结构和作用机理作详细介绍和说明31.1撞击火帽的常见结构31.2撞击火帽的作用机理42撞击火帽中药剂的选择和选择依据52.1撞击火帽中药剂的选择52.2撞击火帽中药剂选择的依据53测定撞击火帽感度的方法和仪器设备及撞击感度的表示方法63.1测定撞击火帽感度的方法63.2测定撞击火帽感度的仪器63.3撞击火帽感度的表示方法64撞击火帽发火感度与可靠性现状85撞击火帽发火感度和可靠性影响
2、因素95.1 击发药的优选95.2撞击火帽装配参数的确定125.3撞击火帽可靠性统计136适当列举几种提高发火感度和可靠性的有效措施147参考文献15撞击火帽感度与发火可靠性研究0摘 要 本文对撞击火帽的感度进行了说明，从撞击火帽的常见结构和作用机理、药剂的选择和选择依据、撞击火帽感度的方法和仪器设备及撞击感度的表示方法、撞击火帽的发火感度和可靠性现状、撞击火帽发火感度和可靠性影响因素、以及最后例举了几个提高发火感度和可靠性的有效措施这几个方面进行了简述。关键词：撞击火帽；感度；可靠性1 撞击火帽的常见结构和作用机理 撞击火帽的定义：撞击火帽是以接受机械撞击冲能而发火、输出火焰的引燃火工品。1
3、.1撞击火帽的常见结构撞击火帽一般由火帽壳、击发药、盖片和火台组成。典型撞击火帽结构如下图1.1所示：图1.1 典型撞击火帽的结构示意图1火帽壳；2击发药；3盖片；4火台火帽壳多采用黄铜冲压制而成，为了提高和药剂的相容性，常常采用涂虫胶漆或镀镍。火帽壳具2有装激发药、固定药剂、密封药室防止药剂受潮和调节感度等作用。为了保证火帽的性能，要求火帽具有一定的机械强度。火帽壳底厚、壁厚、壳底到壁的过渡半径等均应相互匹配。如果火帽壳壁同底部没有过度半径时，火帽装配好存放一定时间后，会产生火帽壳自裂。击发药的作用是保证火帽有合适的感度和足够的点火能力。感度的要求为在撞针撞击下确实发火，撞击能量一般为，即。
4、火帽感度首先靠药剂成分保证，同时也要考虑撞针、火台形状、硬度的作用。点火能力要求能很好的点燃传火药、发射药。点火能力强弱决定于激发药成分及药量，其确定方法同针刺火帽。盖片通常由金属箔或涂虫胶漆后的羊皮纸冲压而成，起密封药剂、防潮作用。火台在火帽中有两种，一种是（b）、（d）有火台；另一种是（a）、（c）为无火台。火台尖端部形状、工作台的面积、火台材料及装入底火时结合的紧密性都对感度有影响。火台尖、工作台面积大、硬度高、结合紧，感度增加。1.2撞击火帽的作用机理 撞针撞击火帽底部，火帽变形，击发药在火帽壳与火台的挤压下，使得药剂产生热点。然后使得药剂在该热点的地方发生热分解，并且由于热分解放热性
5、质，分解速度迅速增加，使小点的高于爆发点。爆炸在这些小点上发生、成长并扩散到整个炸药。从而使得炸药爆炸。对撞击火帽的基本要求有以下几方面： 1、合适的感度。 2、足够的点火能力。 3、一定的强度。 撞击火帽作用后火帽壳不被击穿，结构完整，广泛应用于各种撞击底火中。12撞击火帽中药剂的选择和选择依据22.1撞击火帽中药剂的选择击发药是撞击火帽发火感度与可靠性的决定因素。虽然击发药的成分配比种类较多，但被广泛使用的却很少。撞击火帽常用的两种击发药成分配比（重量比）为：、三硝基间苯二酚铅 25%、四氮烯 4%、硫化锑 36%、氯酸钾（余量）35%；、三硝基间苯二铅 53%、四氮烯 5%、硝酸钡 22
6、%、雾化铝粉 10%、硫化锑（余量）10%。2.2撞击火帽中药剂选择的依据配采用 SSL共沉淀法：配比采用干混法。从使用情况看，配比较配比敏感、发火可靠，且配比中三硝基间苯二酚铅含量较小、点火猛度适中，因此配比仍可用作撞击火帽改进研制的基本药剂。3测定撞击火帽感度的方法和仪器设备及撞击感度的表示方法 3.1测定撞击火帽感度的方法 测定撞击火帽感度的方法是固定火帽，使重锤撞击火帽，改变重锤下落的高度，测得百分之百发火的最小落高。3.2测定撞击火帽感度的仪器图 3.1撞击感度仪3.3撞击火帽感度的表示方法1、用爆炸百分数表示炸药的撞击感度：该方法是将一定质量的重锤从一定的高度落下后撞击炸药，通过发
7、生爆炸的百分数，来表示炸药的感度。爆炸的百分数越大，则炸药的撞击感度越大；炸药的百分数越小，炸药的撞击感度越小。2、上下限表示炸药的撞击感度：撞击感度的上限是指炸药100发生爆炸时的最小落高，下限则是指炸药100不发生爆炸的最大落高。3、用50%爆炸特性落高（临界落高）来表示撞击感度：临界落高是指一定质量的落锤使炸药样品发生50%爆炸几率时的高度，常用来表示。4、撞击能法：以50%爆炸的落高与锤重的乘积表示由于落锤撞击到击柱等装置时，有一部分能量损耗于落锤系统材料弹性引起的落锤反跳，不可能全部能量都传给炸药，故落锤落下时传给炸药的撞击能量为（31）式中m为锤质量，为50%爆炸落高，为落锤反弹高
8、度，为重力加速度。4撞击火帽发火感度与可靠性现状 近几年，随着兵器技术的发展，撞击火帽在弹药点火系统中得到了新的应用，如用于点火具解脱保险点火、手榴弹延期管点火、热电池激活放电点火等。由于这些点火机构的发火能量要求小，现有火帽均不能满足要求，需进行改进研究。表4.1 撞击火帽发火感度与发火率现状从表4.1数据可以看出，底一6乙底火发火能量最小，发火率最小，感度高但可靠性差；3号甲撞击火帽的发火能量较小，发火率最高(99.75%)，相当于置信度为0.90时，发火可靠度，其可靠性较高。与要求的1200(撞击延期管的上限发火能量为1500，配用的撞击火帽必须保证在1200下100%发火)的发火能量相
9、比，其感度满足不了要求，感度有待提高。我们可以该撞击火帽为基础进行撞击火帽的改进研究。5撞击火帽发火感度和可靠性影响因素3 影响撞击火帽发火感度与可靠性的主要因素有以下四方面：击发药的成分配比和制造方法、火帽结构、装配工艺、使用条件。撞击延期管的上限发火能量为1500gcm，配用的撞击火帽必须保证在1200gcm下100%发火。同时为了撞击延期管作用后撞击面不破裂，延期时间不跳动，还要求撞击火帽的输出猛度小，产气量小。主要从影响撞击火帽发火感度与可靠性的主要因素入手进行提高撞击火帽感度、可靠性的研究工作。5.1 击发药的优选 确定击发药配比 击发药是影响撞击火帽发火感度、可靠性的决定因素。虽然
10、击发药成份配比种类较多，但被广泛使用的却不多。常用的击发药的成份配比见表5.1表5.1 常用击发药成分配比分别用四种药剂装配产品做感度对比试验，试验情况见表5.2。表5.2 击发药对比试验情况(撞击能量1200gcm)根据试验情况装4号击发药的火帽发火声音最小，火帽作用后火帽结构完整，无变形；装2号击发药的火帽发火声音最大，火帽作用后没有变形。由试验现象可得出结论：4号击发药猛度最小、产气量最小，2号击发药猛度最大、产气量最大。鉴于1号击发药和2号击发药成份、配比相同，但混药工艺l号击发药选用的SSL共沉淀优于2号击发药选用的干混，因此选用1号击发药作为撞击火帽用药剂。在选定1号击发药做为撞击
11、火帽用击发药后，装配230发产品做发火可靠性试验，发火率为100%，且火帽作用后结构均完整。5.1.1撞击火帽结构改进 击发药成份配方确定后，通过改进火帽结构进一步提高火帽发火感度、发火可靠性。调整撞击火帽小火帽的药高、火帽高度、火帽壳底厚、火台台面等均可改变火帽的感度。5.1.2减薄药层厚度 根据撞击发火机理，降低火帽药高，可以提高撞击火帽的感度。在其余装配条件相同的条件下，装配不同药高的小火帽，小火帽的药高对火帽感度的影响见表5.3。表5.3 小火帽药高对火帽感度的影响注:装配条件为:05一2批火帽壳、05一2批火台、05一3批1号击发药、火帽总高2.00mm一2.25mm、100g落锤。
12、 从表5.3可以看出，在别的装配条件均相同的条件下，降低火帽药高在一定程度可以提高撞击火帽感度。药高为0.85mm一0.981二时，火帽感度低;药高为0.45mm一0.6mm时，火帽感度最高，但药高过低时，易造成小火帽内药不均匀。所以结合试验，我们选定0.6mm0.75mm为小火帽最佳药高。5.1.3降低撞击火帽高度 由表4.1可以看出，火台台面与小火帽药面之问有问隙，火帽的总高决定了该间隙的大小。根据撞击火帽的发火机理，间隙值小，火帽易发火。该间隙值的大小直接影响火帽的感度。小火帽的药高、火台的高度确定后，火帽总高低，则间隙位小，撞击火帽感度高。高度对火帽感度的影响试验情况见表5.4表5.4
13、 高度对火帽感度的影响 从表5.4可以看出，当火帽高度为1.90mm一2.00mm时，小火帽药面与火台台面为过盈配合，最大过盈0.5mm，最小过盈0.15mm。火帽感度高，但装配中锡箔盖片破裂现象明显，易引起洒药粉，形成安全隐患。火帽高度为2.35mm一2.45mm时，锡箔盖片无破裂现象，但火帽感度低，满足不了使用需求。为了在保证锡箔盖片完整的前提下，达到要求的火帽感度，确定火帽高度为2.00mm一2.25mm。5.1.4减少火台台面积 根据撞击火帽的发火机理，火台的台面积减小，撞击火帽感度可提高。但考虑到火工品标准化、系列化的发展趋势，该火帽在火台台面积上未作改动。5.1.5降低火帽壳底厚
14、火帽壳通常选用延展性好的紫铜冲制而成。当撞针撞击火帽时，火帽壳底部要先发生变形，这种变形需要一定的能量。当火帽壳底厚减少，同样的变形需要的能量将减小，火帽的感度提高。通过火帽感度摸底试验进一步验证这个结论。火帽壳底厚对火帽感度的影响试验结果见表5.5。表5.5 火帽壳底厚的试验从表5.5可看出，火帽壳底厚为0.15mm时，火帽感度最高，结合试验现象，底厚为0.15mm的火帽壳发火后撞击面破裂的现象显著，该现象易引起撞击延期管时间变化。火帽壳底厚为0.40mm时，火帽较钝感，故结合表5.5的试验数据及试验现象，将火帽壳底厚设计为0.30mm。5.1.6优化撞击火帽的装配工艺在击发药和火帽结构确定
15、后，装配工艺是撞击火帽发火感度和可靠性的重要保证。撞击火帽的装配工艺流程包括:清擦压药模一扣模子一火帽壳装模一装药一预压药一装锡箔片一终压药一小火帽检验一小火帽装入火台一合台一火帽检验。撞击火帽的压药多数采用群模定位压药。定位压药的优点是生产效率高，缺点是火帽发火感度依赖于装配过程的药量和压药高度的控制，产品可检验性差，可靠性不高。所以提高产品作用可靠性。压药方式对火帽的感度的影响情况见表5.6。表5.6 压药方式对火帽的感度的影响5.2撞击火帽装配参数的确定5.2.1压力的确定 结合经验，初步确定压力范围为250MPa士20MPa。在药量为10mg，压力250MPa条件下装配产品做感度试验，
16、试验结果见表5.7，落球重量10g。表5.7 250MPa压力下火帽的感度试验结果 从表5.7可看出250MPa压力的确定是可行的，为了进一步验证压力确定的正确性，做极限压力下火帽的感度试验，试验结果见表5.8。表5.8 极限压力下火帽的感度试验 表5.7的结论证实250MPa士20MPa的压力能保证产品性能。5.2.2药量的确定 我们已确定了小火帽药高为0.6mm一0.75mm，在压力为250MPa士20MPa时，击发药药量为11mg士2mg。为保证火帽的设计裕度，做了极限药量试验，试验结果见表5.9。表5.9 火帽极限药量试验结果 药量为上限药量15mg时，230发火帽100%发火，且火帽
17、作用后，火帽撞击面完整，表5.9可看出火帽药量的确定是正确的。5.3撞击火帽可靠性统计撞击火帽技术状态确定后的可靠性按GJB376一1987火工品可靠性评估方法，用计数法统计评估：撞击火帽发火试验，1120发，无1发失效，置信水平为0.90时，可靠度为0.999。6适当列举几种提高发火感度和可靠性的有效措施1）选用感度较高的药剂作为击发药2）减薄药层的厚度，依次降低火帽的药高3）减少火台台面积，提高感度4）降低火帽底壳的底厚5）选用合适的装药药量和装药压力7参考文献1 郝志坚、李有良.炸药理论.沈阳理工大学应用技术学院能源工程系2李发安、刘永德.提高撞击火帽发火感度与可靠性的有效途径 3胡淑娟.提高撞击延期管发火感度、可靠性、延期精度的研究及应用.2008年5
