PBX车削表面的细观形貌与粗糙度研究

利用三维视频光学显微镜和扫描电子显微镜对某奥克托今基PBX试样干车削和加切削液车削产生的表面进行观测,发现存在明显的刀尖划过和未划过的螺旋状车削纹,并在相同车削参数下加切削液车削的较干车削的明显.刀尖划过区域比较平整,切屑脱落后残留的微裂纹和破碎的炸药颗粒在未划过区域清晰可见,区域整体显得极不平整.采用轮廓仪对这种不平整的检测表明车削表面的粗糙度随车削深度、进给量和机床主轴转数的增大而均呈现增大趋势.推导的表面粗糙度经验公式可预测不同工艺参数下的实际表面粗糙度.     

基于径向基函数神经网络的高聚物粘结炸药切削表面粗糙度预测研究

高聚物粘结炸药（PBX）的切削表面质量是影响炸药部件甚至是武器性能的重要因素。通过对PBX炸药切削表面三维轮廓的观察和分析,发现其切削表面形貌由于材料、工艺和工况等多因素作用而产生不确定崩落现象,导致对切削表面进行二维轮廓算术平均偏差与三维轮廓算术平均偏差的计算值最大相差32%. 基于此,综合考虑多因素影响,利用RBF人工神经网络构建了炸药切削表面粗糙度预测模型。通过网络训练和验证表明,该模型基本能够反映PBX炸药切削表面成形的基本规律,并且预测值与实际值误差不超过3%.     

超声振动切削对炸药模拟材料切削温度的影响

为了解超声振动切削对切削温度的影响,促进该技术在炸药机械加工领域中的应用,对HMX基高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料进行了传统切削和超声振动切削的对比试验,测试了已加工表面和刀尖区域的切削温度分布,分析了超声振动切削对切削累积热的作用机制。结果显示:两种切削方式的切削温度均随切削速度、切削深度和进给量的增大而增加,且超声振动切削的增加量更大,给定切削参数下的最高切削温度为78.1℃,较传统切削高31.3℃。分析表明:超声振动切削的生成热低于传统切削,散失热高于传统切削,激振热量的累积是造成切削温度高于传统切削的关键原因;当激振热量大于、等于或小于散失热与生成热变化量之和时,切削温度较传统切削升高、不变或降低。     

温度对高聚物粘结炸药模拟材料拉伸性能的影响

采用标准巴西实验研究不同温度条件(从室温到90℃)下高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料的准静态力学行为。采用电荷耦合器件相机和数字图像相关方法测量宏观变形场,测得PBX模拟材料的破坏载荷、拉伸强度等参数;采用平台巴西实验测量PBX模拟材料在不同温度下的平面应变断裂韧性,利用扫描电子显微镜观察巴西实验断面形貌。结果发现,拉伸强度和断裂韧性随温度的增加而降低,同时,随着温度的升高,PBX模拟材料脆性降低。其破坏模式主要由穿晶断裂向沿晶破坏转变,是温度产生的热损伤膨胀破坏和应力产生断裂的复合破裂模式。     

高聚物粘结炸药铣削时的边缘崩块形成机理分析

针对高聚物粘结炸药边缘质量的控制与优化问题,采用显微摄像和扫描电子显微镜,研究奥克托今基某高聚物粘结炸药件铣削时边缘崩块的宏观与细观特征及其形成机理。研究结果表明：大切深下铣削边缘产生向工件内部扩展的断裂裂纹而出现边缘崩块,控制切深不大于0.1 mm时可以获得较好的边缘完整性;崩块区域的损伤炸药颗粒以穿晶断裂和孪晶分裂方式破坏,因而完整的炸药颗粒较少;裂纹扩展至自由表面时拉应力与剪应力起主导作用,产生沿晶裂纹、粘接剂开裂以及坑窝等损伤。     

不同形貌FOX-7炸药的制备及其性能表征

含能材料晶体的粒度和形貌对其性能影响较大,为了研究1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯（FOX-7）炸药晶体形貌、粒度与其热分解性能的关系,采用溶剂-非溶剂法制备得到了不同形貌、粒度的FOX-7炸药颗粒。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、差示扫描量热仪和撞击感度测试仪分别对FOX-7炸药的晶体形貌、粒度、晶型、热分解性能和安全性能进行了表征和测试。结果表明,通过改变降温速率、搅拌速率等工艺条件,可以得到海胆形、球形、花状和块状等不同形貌的FOX-7炸药颗粒,所制备的FOX-7炸药晶型与原料一致,均为α型;粒度和形貌对FOX-7分子内氢键的断裂和共轭体系的破坏影响较大,球形形貌有利于提高FOX-7的热分解温度;同一形貌的FOX-7样品,粒径越大,热稳定性越好。在粒径为几十微米的FOX-7样品中,球形形貌的FOX-7样品安全性能最好。     

高聚物粘结炸药模拟材料的超声振动切削试验研究

高聚物粘结炸药广泛运用于武器战斗部领域,由于其低拉伸强度使得传统切削方式加工炸药件时易出现脆性断裂等问题。超声振动切削目前已广泛运用于不包括炸药在内的玻璃、陶瓷及各类合金等难切削材料的加工中。研究中以高聚物粘结炸药模拟材料为试验对象,开展超声振动切削和传统切削的对比试验研究,结果表明超声振动切削可有效降低切削力,各向切削力的下降程度依次为主切削力>切深抗力>进给抗力,具体下降幅度范围为61.75%~67.98%、55.57%~65.56%和31.63%~42.29%;已加工表面的光学显微观测显示超声振动切削获得的表面无明显的切削纹理,同时较传统切削表面灰暗,表明该切削方式在一定程度上有利于缓解切削过程中刀具尖端与炸药材料之间的挤压行为,进而有望获得表面残余应力更小的加工表面,降低挤压生成热和出现切削意外时的风险。由于主切削力和切深抗力的大幅度下降,超声振动切削还可以增强细长杆、薄壁类炸药件的产品制造能力。     

TATB基高聚物粘结炸药高温力学性能

为分析TATB基高聚物粘结炸药(PBX)在高温状态下的性能变化,对该高聚物粘结炸药在不同温度下的压缩性能、拉伸性能、蠕变性能及泊松比进行了测试,并采用扫描电子显微镜对其高温蠕变断面形貌进行了观察。结果表明,该高聚物粘结炸药的压缩强度、拉伸强度、抗蠕变持久应力及持久时间均随温度升高而降低,其泊松比随温度升高无明显变化; 在高温70 ℃、拉伸应力为3 MPa下,该PBX拉伸蠕变破坏模式主要为炸药颗粒与粘结剂脱粘,而在相同拉伸应力、温度为50 ℃和60 ℃下,其拉伸蠕变破坏模式还表现为炸药颗粒断裂。     

用原子力显微镜观察HMX基炸药老化前后的表面形貌变化

用原子力显微镜(AFM)观察了不同老化条件下HMX基炸药的表面形貌变化.结果显示,老化后表面形貌有细微的变化,与高分子材料接触老化的样品特别明显,可见炸药颗粒长大、粘结剂-炸药界面模糊或消失等现象.对比自然老化、等温老化等样品的表面形貌,讨论了形貌变化的原因,推测了库存老化过程中可能发生的变化.     

超声振动对炸药模拟材料车削表面质量的影响

以MJ-9159炸药模拟材料超声振动车削及数字共聚焦表面微观形貌测量为试验基础,针对炸药材料较差的加工性及对力和温度冲击的敏感性,研究了超声振动车削的切削机理,对比分析了普通车削和超声振动车削以及2,3.4,5μm振幅超声振动车削模式对加工表面质量的影响。结果表明,超声振动车削表面质量优于普通车削。基于应力波作用的断屑方式,使用分离式超声振动切削状态即转速60 m·min-1、振幅5μm时车削表面质量最好。     

PBX炸药模拟材料正交切削的切削力响应规律

为了分析炸药材料切削加工过程中切削力响应规律及加工特性,采用低速正交切削试验的方法,结合显微摄像、三向测力仪和三维表面轮廓仪表征测试,分析高聚物粘结炸药(PBX)炸药模拟材料瞬时切削力特性,研究PBX炸药模拟材料的切削过程中切削力响应规律及其关键影响因素。结果表明,不同的切削深度PBX炸药模拟材料的动态切削力变化规律不同,切深为0.1 mm时的切削力峰值变化主要由颗粒切屑成型引起,切屑呈蜷曲喷射状,切削力曲线呈微细锯齿状动态特征变化,切深为0.3 mm和0.5 mm时的切削力峰值主要由材料脆性断裂裂纹扩展引起,切削力呈周期性的大锯齿特性变化,fz在过切凹坑处降至零。fx标准偏差在0.4 mm切深处产生显著变化,反映了炸药模拟材料切削状态由连续去除到脆性去除的转变。低速正交切削下,切削宽度对切削力影响大于切削速度对切削力的影响,切削速度对切削力的影响较小。     

超声空化处理对高聚物粘结炸药表面结构的影响研究

对以TATB为基的高聚物粘结炸药(JB1)进行了超声空化处理,并利用扫描电镜(SEM)观察了处理前后JB1炸药表面的细观形貌,用X射线能谱仪(EDS)检测了处理前后JB1炸药表面的相对元素含量。结果表明:超声空化处理可以使JB1炸药表面的粘结剂和炸药晶体的界面脱粘,使炸药晶体裸露。随着超声空化处理时间的延长,炸药晶体裸露程度加大,炸药晶体表面的小孔洞增加,表面也变得更加粗糙和疏松,起爆感度提高。     

炸药模拟件水射流切割参数的试验研究

对D－90023炸药模拟件进行水射流切割试验，确定了主要的切割参数，探索了水射流技术应用于炸药部件切割加工的可行性，为今后运用水射流技术切割炸药部件提供了实验依据。     

炸药切削过程中切削力的数值模拟方法研究

PBX炸药在武器中有广泛的应用，由于其钝感性，可以通过机械加工的手段将其加工成所需形状；但是，从保证炸药车削加工安全的角度出发，研究炸药切削加工过程中力的大小与分布十分重要，本文根据PBX炸药材料的力学性能实验和切削实验的结果，采用有限元显式侵彻算法，研究适合炸药材料特点的弹塑性本构关系和等效应力的失效准则，模拟炸药切削过程；利用干切实验的结果，对数值模拟模型进行了修正和完善，切削合力的计算曲线与实验结果比较接近，随不同切削参数的变化趋势与实验基本一致，从而证明了此模拟方法是可行的。     

一种爆炸硬化用高聚物粘结塑性炸药及应用研究

针对目前爆炸硬化所用炸药的性能不足,研制成功一种高聚物粘结塑性炸药。该炸药以RDX为主炸药,烯烃类高聚物作粘结剂,并添加惰性粉体作爆速调节剂、癸二酸二辛酯增塑剂和液体石蜡钝感剂进行配方设计,运用该配方所配制的塑性炸药对高锰钢辙叉的爆炸硬化表明:在辙叉铸造基体硬度为HB170～190时,一次硬化后,表面硬度达到HB260～280;两次硬化后,表面硬度达到HB310～330。结果表明:该塑性炸药的爆炸硬化工艺性能稳定。     

炸药切削数值模拟研究

采用LS-DYNA显式非线性动力分析程序，针对HMX基PBX炸药材料的切削加工进行了切削数值模拟及相关模型的研究，完成了不同切削参数下切削力的数值计算，与实验测量结果吻合较好。研究表明，在切削宽度远大于切削层厚度的条件下，采用平面应变切削模型进行炸药切削数值模拟是可行的，等效应力失效准则适合于描述炸药切屑的断裂和分离。切削力的计算结果显示，切削力随切深和进给量的增大而增大，切削速度对切削力的影响不明显，其中，切深对切削力的影响最为显著。     

PBX压制过程中细观力学行为的二维数值模拟

应用圆形近似,建立了炸药颗粒随机分布的细观力学模型。进行了基于物质点法的奥克托今(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)炸药压制过程中力学行为的数值模拟。重点分析了压制过程中体系的应力和温度的变化以及晶体颗粒的变形。模拟结果表明,压制过程可以分为整合和巩固两个阶段。在整合阶段,颗粒受到压力而重新排列,应力产生于颗粒与压缩面的接触部分,并形成了多条的应力链。应力链沿炸药颗粒间的接触面向上和向下传播,体系在受力的过程中温度逐渐升高,体系局部最大温升为10K。体系进入巩固阶段的塑性形变过程后,内部应力梯度减小,同时体系内部明显存在温差,最大温差为20K。