CN105798451A - 一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法 - Google Patents

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黄永宪
曹志宇
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Abstract

一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法，以解决现有方法制备的铜弹带，在堆焊过程中需要消耗大量的电能，电弧还存在着辐射污染的问题。本发明方法：一、用黄泥封住石墨弹带模具与炮弹弹体之间的缝隙；二：将CuO粉末与Al颗粒均匀混合后得到铝热反应物，将铝热反应物放入石墨弹带模具中，将火药粉铺在铝热反应物上面；三、将放有铝热反应物与火药粉的炮弹弹体放置在机械振动平台上，启动机械振动平台；四、引燃火药粉，进而引燃铝颗粒，使铝热反应发生，铝热反应物与炮弹弹体基体充分发生冶金反应；五、待反应完全，炮弹弹体冷却至室温，熔融的铜熔敷在炮弹弹体的表面形成铜弹带。本发明用于制备弹带。

Description

一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法
技术领域
本发明涉及一种炮弹制造过程中的弹带制备方法，具体涉及一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法。
背景技术
弹带在各类型炮弹上有着至关重要的作用。在炮弹发射过程中，弹带被压入膛线，密闭火药气体，使炮弹在膛线的作用下实现旋转，从而提高了炮弹的射程和精度。用来作为炮弹弹带的金属多为铜合金和软铁，其中铜弹带的应用相对来说更加广泛。目前采用的生产弹带的方法主要包括机械嵌合和堆焊方式。机械嵌合方式，是通过在弹体上加工出导带凹槽(大口径炮弹是燕尾槽)，在强压下，将铜合金或软铁带与弹体嵌合。这种生产弹带的方式，需要在弹体上加工导带凹槽，因此需要更厚的炮弹弹壁，不但增加了炮弹的重量，更减少了装药量，爆炸威力和射程都会大打折扣，还可能出现弹带与弹体脱落的问题。不仅如此，机械嵌合生产弹带的生产效率低下，对刀具的磨损比较严重，已经不能满足当代炮弹弹带发展的需要了。堆焊方法制备铜弹带的方法与传统的机械嵌合方式相比，拥有很多优点，例如弹带与弹体实现了冶金结合，弹带不易脱落，不增加弹体壁厚，生产效率相对较高。但它也存在着一些明显的不足。铜和钢是两种不同的金属，物理和化学性质相差较大，焊接难度大，对施焊者的操作水平要求较高；而且在堆焊过程需要消耗大量的电能，电弧还存在着辐射污染。
至今为止，并没有人将自蔓延技术应用在弹带的制备上。自蔓延技术是利用化学反应自身放热合成材料的一种技术。铝热反应就是自蔓延的一个典型代表。除了碱金属、碱土金属的氧化物，几乎所有其它金属氧化物，当它们与铝混合加热时都可以被还原，并得到金属或合金。CuO粉末与Al颗粒在引燃条件下可以发生铝热反应，生成铜合金。利用这个原理，可以用来制备铜弹带。
发明内容
本发明为了解决现有方法制备的铜弹带，铜和钢是两种不同的金属，物理和化学性质相差较大，焊接难度大，对施焊者的操作水平要求较高，在堆焊过程中需要消耗大量的电能，电弧还存在着辐射污染的问题，而提出一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法。
本发明的一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、将石墨弹带模具套在炮弹弹体的预定位置A处，用黄泥封住石墨弹带模具与炮弹弹体之间的缝隙；
步骤二：将CuO粉末与Al颗粒均匀混合后得到铝热反应物，将铝热反应物放入石墨弹带模具中，将火药粉铺在铝热反应物上面；
步骤三、将放有铝热反应物与火药粉的炮弹弹体放置在机械振动平台上，并用卡具限制弹体在平面上的运动，启动机械振动平台，使弹体发生竖直方向的轻微振动；
步骤四、引燃火药粉，进而引燃铝颗粒，使铝热反应发生，反应放出大量的热量，使还原处的铜处于熔融状态，铝热反应物与炮弹弹体基体充分发生冶金反应；
步骤五、待反应完全，炮弹弹体冷却至室温，关闭振动平台，卸下炮弹弹体，卸下石墨弹带模具，熔融的铜熔敷在炮弹弹体的表面形成铜弹带。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明利用机械振动辅助自蔓延制备铜弹带，实现铜弹带环与炮弹壳体的有效连接。制备过程中，将CuO粉末、Al颗粒和火药通过石墨模具环套在炮弹弹体上，通过引燃火药，进而触发CuO粉末与Al颗粒的铝热反应，在几秒的时间内制备出铜合金弹带。辅以机械振动，促使CuO粉末与Al颗粒反应伴随的气泡逸出，使得弹带内部无气泡，防止在弹带中出现气孔缺陷，炮弹发射过程中不会出现弹带脱落的现象。本发明的方法不需要消耗大量的电能，没有电弧产生，因此，避免了辐射污染的问题，保证了节能环保的要求。
二、利用本发明的方法得到的铜弹带与钢制壳体实现冶金结合，接头强度高，弹带质量高。
三、本发明的自蔓延反应时间很短，在几秒钟内就能完全反应，制备过程简单易行，是一种简单高效的制备铜弹带的方法。
四、本发明的方法对操作者水平要求较低、简单易行、快捷高效。
附图说明
图1是本发明方法的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：
步骤一、将石墨弹带模具3套在炮弹弹体1的预定位置A处，用黄泥封住石墨弹带模具3与炮弹弹体1之间的缝隙，确保弹带生产的精确和安全；
步骤二：将CuO(氧化铜)粉末与Al(铝)颗粒均匀混合后得到铝热反应物2，将铝热反应物2放入石墨弹带模具3中，将火药粉6铺在铝热反应物2上面；
步骤三、将放有铝热反应物2与火药粉6的炮弹弹体1放置在机械振动平台5上，并用卡具4限制弹体在平面上的运动，防止弹体倾倒或者移位，而在竖直方向不加以限制，启动机械振动平台5，使弹体发生竖直方向的轻微振动；
步骤四、引燃火药粉6，进而引燃铝颗粒，使铝热反应发生，反应放出大量的热量，使还原处的铜处于熔融状态，铝热反应物2与炮弹弹体1基体充分发生冶金反应；
步骤五、待反应完全，炮弹弹体1冷却至室温，关闭振动平台5，卸下炮弹弹体1，卸下石墨弹带模具3，熔融的铜熔敷在炮弹弹体1的表面形成铜弹带，再用车刀对制备的铜弹带进行后续的平整加工。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是步骤一中的炮弹弹体1的外壳材料为钢。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是步骤二中的CuO粉末与Al的质量比为：4:1。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式是步骤二中火药粉6的厚度为0.2mm～0.5mm。其它步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式是步骤二中火药粉6的厚度为0.3mm。其它步骤与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式是步骤二中火药粉6的厚度为0.4mm。其它步骤与具体实施方式四相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式是步骤三中的采用振动电机带动机械振动平台5振动，从而为铜弹带的焊接过程施加机械振动。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式是步骤三中的机械振动平台5振动频率为25Hz～50Hz，振动幅度为0.5mm～1mm。其它步骤与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式是步骤三中的机械振动平台5振动频率为35Hz，振动幅度为0.6mm。其它步骤与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式是步骤三中的机械振动平台5振动频率为45Hz，振动幅度为0.8mm。其它步骤与具体实施方式八相同。

Claims (10)

1.一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法，其特征在于：所述制备铜弹带的方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、将石墨弹带模具(3)套在炮弹弹体(1)的预定位置A处，用黄泥封住石墨弹带模具(3)与炮弹弹体(1)之间的缝隙；
步骤二：将CuO粉末与Al颗粒均匀混合后得到铝热反应物(2)，将铝热反应物(2)放入石墨弹带模具(3)中，将火药粉(6)铺在铝热反应物(2)上面；
步骤三、将放有铝热反应物(2)与火药粉(6)的炮弹弹体(1)放置在机械振动平台(5)上，并用卡具(4)限制弹体在平面上的运动，启动机械振动平台(5)，使弹体发生竖直方向的轻微振动；
步骤四、引燃火药粉(6)，进而引燃铝颗粒，使铝热反应发生，反应放出大量的热量，使还原处的铜处于熔融状态，铝热反应物(2)与炮弹弹体(1)基体充分发生冶金反应；
步骤五、待反应完全，炮弹弹体(1)冷却至室温，关闭振动平台(5)，卸下炮弹弹体(1)，卸下石墨弹带模具(3)，熔融的铜熔敷在炮弹弹体(1)的表面形成铜弹带。
2.根据权利要求1所述的一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法，其特征在于：所述步骤一中的炮弹弹体(1)的外壳材料为钢。
3.根据权利要求1所述的一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法，其特征在于：所述步骤二中的CuO粉末与Al颗粒的质量比为：4:1。
4.根据权利要求3所述的一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法，其特征在于：所述步骤二中火药粉(6)的厚度为0.2mm～0.5mm。
5.根据权利要求4所述的一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法，其特征在于：所述步骤二中火药粉(6)的厚度为0.3mm。
6.根据权利要求4所述的一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法，其特征在于：所述步骤二中火药粉(6)的厚度为0.4mm。
7.根据权利要求1所述的一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法，其特征在于：所述步骤三中的采用振动电机带动机械振动平台(5)振动。
8.根据权利要求7所述的一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法，其特征在于：所述步骤三中的机械振动平台(5)振动频率为25Hz～50Hz，振动幅度为0.5mm～1mm。
9.根据权利要求8所述的一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法，其特征在于：所述步骤三中的机械振动平台(5)振动频率为35Hz，振动幅度为0.6mm。
10.根据权利要求8所述的一种机械振动辅助自蔓延制备铜弹带的方法，其特征在于：所述步骤三中的机械振动平台(5)振动频率为45Hz，振动幅度为0.8mm。
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