CN110256177A - 一种平板形熔铸炸药成型工艺设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种平板形熔铸炸药成型工艺设计方法,用于对平板形熔铸炸药浇铸及成型工艺单元进行模拟设计,包括:步骤A工装模型设计;步骤B材料参数获取;步骤C浇铸工艺设计和步骤D成型工艺设计。适用于各种尺寸规格的平板形熔铸炸药浇铸及成型过程的抽象建模和工艺设计,覆盖面广,灵活性高。
Description
技术领域
本发明属于熔铸炸药成型工艺仿真设计领域,具体涉及一种平板形熔铸炸药成型工艺设计方法。
背景技术
熔铸炸药是一类使用非常广泛的军用混合炸药,一个突出的优势就是熔铸炸药具有灵活的工艺特性。熔铸炸药制备过程可以类比为金属熔体的铸造过程。设计不同规格的模具,以熔混均匀的熔铸炸药作为铸件部件浇铸到模具中,经过成型工艺处理,即可获得不同形状和样式的半成品或者装药产品。
在实际生产过程中,往往需要采用块铸的方法来辅助装药,从而提高装药密度,缩短凝固时间,改善产品质量。块铸方法中使用的近似于多棱柱形的小药块主要是由平板形熔铸炸药经过振动破碎工艺加工而成。可见平板形熔铸炸药的制备是进行后期装药研制必不可少的工艺环节。
对于平板形熔铸炸药的制备往往伴随具体的装药产品而展开,尚未将其视为完整的工艺单元而进行独立研究,也缺少关于平板形熔铸炸药成型工艺的设计,这就相应的需要创造一种平板形熔铸炸药成型工艺设计方法,用于指导实际应用。
中国专利CN 201510772398.5公开了一种基于fluent软件的合金微铸造成形过程的仿真方法,涉及一种针对微铸造成型过程的仿真数值模拟方法,用于解决现有方法不适用于微精密铸造成型过程的难题。但是该发明基于的多相流VOF模型并不适用于描述熔体成型过程中的界面穿插交叠,并且缺少对成型过程缺陷的描述和计算。
因此,需要发明一种平板形熔铸炸药成型工艺设计方法,加强对平板形熔铸炸药浇铸及成型工艺单元的模型化设计,为实际应用提供技术支撑。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明提供一种平板形熔铸炸药成型工艺设计方法,为平板形熔铸炸药成型工艺设计提供支撑。
为了实现上述目标,本发明采取如下的技术方案:
本发明涉及一种平板形熔铸炸药成型工艺设计方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤A,工装模型设计;采用计算机辅助造型软件ANSYS DesignModeler根据工艺实际抽象构建工装模型;工装模型包括样品铸件、金属铸型、金属挡板和金属散热底板四个部件,样品铸件为长方体形,通过指定长、宽和厚三个形状参数来构建,金属铸型围绕在样品铸件的外侧面,金属挡板再围绕在金属铸型的外侧面,金属散热底板位于熔铸炸药铸件、金属铸型和金属挡板三个部件的底部,装配形成完整的工装模型,导入到工艺设计软件中;
步骤B,材料参数获取;采用不可压缩条件下的Navier-Stokes方程描述样品铸件的流动过程,以Fourier热传导定律描述整个工装模型的热量交换过程,选定样品铸件的材料种类为熔铸炸药,输入熔铸炸药的材料参数,包括密度、粘度、比热容、导热系数、潜热;选定金属铸型、金属挡板和金属散热底板的金属材料种类,输入密度、导热系数和比热容材料参数;
步骤C,浇铸工艺设计;以步骤A中装配完成的工装模型为基础,在样品铸件部件表面选择适合的位置作为浇铸入口,设计熔铸炸药的浇铸温度和流速,确保浇铸工艺过程中熔铸炸药物料保持完整连续流动;
步骤D,成型工艺设计;在步骤C设计的浇铸工艺基础上,以表面空气冷却的方式描述熔铸炸药的成型过程,设计工装模型中四个部件之间的界面换热系数,设计熔铸炸药样品铸件的成型时间,运行工艺设计软件对平板形熔铸炸药浇铸及成型工艺过程进行计算设计。
进一步的,步骤A中,所述长、宽和厚三个形状参数的比例范围为:长:宽:厚=60~100:25~50:1。
进一步的,步骤B中,所述金属材料种类为钢合金、铝合金或铜合金。
进一步的,步骤C中,所述浇铸工艺为铅垂的重力浇铸方式。
进一步的,步骤C中,所述熔铸炸药的浇铸温度为熔点之上的10℃~15℃,流速为1.0m/s~2.0m/s。
进一步的,步骤D中,所述界面换热系数的范围为200W·m-2·K-1~450W·m-2·K-1。
进一步的,步骤D中,所述工艺设计软件为ProCAST软件。
本发明提供的技术方案能够全面的应用于平板形熔铸炸药浇铸及成型工艺过程中,其创造性体现在:对实际工艺进行抽象化模拟设计和计算分析方面。以熔铸炸药铸件的长、宽和厚三个形状参数为变量进行有比例范围的参数化建模,涵盖了大多数的平板形熔铸炸药的尺寸范围。浇注工艺设计时浇铸变量的选取,以及成型工艺设计时成型过程的控制,是对实际工艺的抽象概括和深入认识,进一步拓展了本发明应用范围,而非拘泥于单一个例,具有广泛的实用性。本发明以,模拟设计的理念指导平板形熔铸炸药的成型工艺研究,新颖性明显。
本发明具有以下优点:
(1)本发明中工装模型设计可基于实际工况灵活调整,覆盖面广;
(2)本发明中对浇铸工艺及成型工艺的设计抓住了平板形熔铸炸药制备的技术核心,内涵深刻;
(3)本发明可与具体生产实践紧密结合,优势明显。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明,但本发明不受下列实施例的限制。
实施例1
应用本发明对一种平板形梯恩梯熔铸炸药成型工艺进行设计。
步骤A,工装模型设计;采用计算机辅助造型软件ANSYS DesignModeler根据工艺实际抽象构建工装模型;工装模型包括样品铸件、金属铸型、金属挡板和金属散热底板,样品铸件为长方体形,通过指定长、宽和厚三个形状参数来构建,样品铸件的长为150cm,宽为75cm,厚为1.5cm,三者的比例为:长:宽:厚=100:50:1.金属铸型围绕在样品铸件的外侧面,金属铸型的厚度为2cm;金属挡板再围绕在金属铸型的外侧面,金属挡板的厚度为1cm;金属散热底板位于样品铸件、金属铸型和金属挡板三个部件的底部,金属散热底板的高度为3cm。将样品铸件、金属铸型、金属挡板和金属散热底板进行几何图元的检查与修整,装配形成完整的工装模型,导入到工艺设计软件中;
步骤B,材料参数获取;采用不可压缩条件下的Navier-Stokes方程描述梯恩梯熔铸炸药的流动过程,以Fourier热传导定律描述整个工装模型的热量交换过程,选定样品铸件的材料种类为梯恩梯熔铸炸药;输入梯恩梯的材料参数,固相密度为1650kg/m3,液相密度为1440kg/m3,粘度为3×10-3Pa·s,比热容为1270J/(kg·K),导热系数为0.224W/(m·K),潜热为98600kJ/kg;选定金属铸型的金属材料种类为铜合金,输入材料参数,密度为8390kg/m3,导热系数为140W/(m·K),比热容为440J/(kg·K);金属挡板的金属材料种类的钢合金,输入材料参数,密度为7860kg/m3,导热系数为43W/(m·K),比热容为470J/(kg·K);金属散热底板的金属材料种类为铜合金,输入材料参数,密度为8360kg/m3,导热系数为380W/(m·K),比热容为410J/(kg·K);
步骤C,浇铸工艺设计;以步骤A中装配完成的工装模型为基础,在样品铸件部件表面选择适合的位置作为浇铸入口,设计梯恩梯熔铸炸药的浇铸温度为96℃,在梯恩梯熔点之上15℃,梯恩梯熔铸炸药的流速为1.0m/s,确保浇铸工艺过程中熔铸炸药物料保持完整连续流动;
步骤D,成型工艺设计;在步骤C设计的浇铸工艺基础上,以表面空气冷却的方式描述梯恩梯熔铸炸药的成型过程,设计工装模型中四个部件之间的界面换热系数,样品铸件与金属铸型时间的界面换热系数为200W·m-2·K-1,金属铸型与金属挡板之间的界面换热系数为290W·m-2·K-1,金属铸型与金属散热底板之间的界面换热系数为450W·m-2·K-1,金属挡板与金属散热底板之间的界面换热系数为260W·m-2·K-1;设计梯恩梯熔铸炸药样品铸件的成型时间为浇铸完成后的2400s,运行工艺设计软件对平板形梯恩梯熔铸炸药浇铸及成型工艺过程进行计算设计。
本实施例中工装模型设计灵活,抓住了平板形熔铸炸药制备的技术核心,可与具体生产实践紧密结合,优势明显。
实施例2
应用本发明对一种平板形RZ2熔铸炸药成型工艺进行设计。
RZ2熔铸炸药的配方组成为:梯恩梯/黑索今/铝粉=27/55/18(质量比)。
步骤A,工装模型设计;采用计算机辅助造型软件ANSYS DesignModeler根据工艺实际抽象构建工装模型;工装模型包括样品铸件、金属铸型、金属挡板和金属散热底板,样品铸件为长方体形,通过指定长、宽和厚三个形状参数来构建,样品铸件的长为160cm,宽为70cm,厚为2cm,三者的比例为:长:宽:厚=80:35:1.金属铸型围绕在样品铸件的外侧面,金属铸型的厚度为3cm;金属挡板再围绕在金属铸型的外侧面,金属挡板的高度为4cm;金属散热底板位于样品铸件、金属铸型和金属挡板三个部件的底部,金属散热底板的厚度为2cm。将样品铸件、金属铸型、金属挡板和金属散热底板进行几何图元的检查与修整,装配形成完整的工装模型,导入到工艺设计软件中;
步骤B,材料参数获取;采用不可压缩条件下的Navier-Stokes方程描述RZ2熔铸炸药的流动过程,以Fourier热传导定律描述整个工装模型的热量交换过程,选定样品铸件的材料种类为RZ2熔铸炸药;输入RZ2的材料参数,固相密度为1820kg/m3,液相密度为1750kg/m3,粘度为15×10-3Pa·s,比热容为1070J/(kg·K),导热系数为0.319W/(m·K),潜热为26700kJ/kg;选定金属铸型的金属材料种类为铝合金,输入材料参数,密度为2720kg/m3,导热系数为165W/(m·K),比热容为890J/(kg·K);金属挡板的金属材料种类的钢合金,输入材料参数,密度为7930kg/m3,导热系数为28W/(m·K),比热容为505J/(kg·K);金属散热底板的金属材料种类为铜合金,输入材料参数,密度为8360kg/m3,导热系数为380W/(m·K),比热容为410J/(kg·K);
步骤C,浇铸工艺设计;以步骤A中装配完成的工装模型为基础,在样品铸件部件表面选择适合的位置作为浇铸入口,设计RZ2熔铸炸药的浇铸温度为101℃,在RZ2熔点之上10℃,RZ2熔铸炸药的流速为1.5m/s,确保浇铸工艺过程中熔铸炸药物料保持完整连续流动;
步骤D,成型工艺设计;在步骤C设计的浇铸工艺基础上,以表面空气冷却的方式描述RZ2熔铸炸药的成型过程,设计工装模型中四个部件之间的界面换热系数,样品铸件与金属铸型时间的界面换热系数为210W·m-2·K-1,金属铸型与金属挡板之间的界面换热系数为260W·m-2·K-1,金属铸型与金属散热底板之间的界面换热系数为400W·m-2·K-1,金属挡板与金属散热底板之间的界面换热系数为240W·m-2·K-1;设计RZ2熔铸炸药样品铸件的成型时间为浇铸完成后的2800s,运行工艺设计软件对平板形RZ2熔铸炸药浇铸及成型工艺过程进行计算设计。
本实施例中工装模型设计灵活,抓住了平板形熔铸炸药制备的技术核心,可与具体生产实践紧密结合,优势明显。
实施例3
应用本发明对一种平板形RZ3熔铸炸药成型工艺进行设计。
RZ3熔铸炸药的配方组成为:2,4-二硝基苯甲醚/黑索今/铝粉/蜡=31/56/11/2(质量比)。
步骤A,工装模型设计;采用计算机辅助造型软件ANSYS DesignModeler根据工艺实际抽象构建工装模型;工装模型包括样品铸件、金属铸型、金属挡板和金属散热底板,样品铸件为长方体形,通过指定长、宽和厚三个形状参数来构建,样品铸件的长为180cm,宽为75cm,厚为3cm,三者的比例为:长:宽:厚=60:25:1.金属铸型围绕在样品铸件的外侧面,金属铸型的厚度为4cm;金属挡板再围绕在金属铸型的外侧面,金属挡板的高度为5cm;金属散热底板位于样品铸件、金属铸型和塑料挡板三个部件的底部,金属散热底板的厚度为2cm。将样品铸件、金属铸型、金属挡板和金属散热底板进行几何图元的检查与修整,装配形成完整的工装模型,导入到工艺设计软件中;
步骤B,材料参数获取;采用不可压缩条件下的Navier-Stokes方程描述RZ3熔铸炸药的流动过程,以Fourier热传导定律描述整个工装模型的热量交换过程,选定样品铸件的材料种类为RZ3熔铸炸药;输入RZ3的材料参数,固相密度为1720kg/m3,液相密度为1670kg/m3,粘度为22×10-3Pa·s,比热容为1103J/(kg·K),导热系数为0.294W/(m·K),潜热为34200kJ/kg;选定金属铸型的金属材料种类为钢合金,输入材料参数,密度为7840kg/m3,导热系数为35W/(m·K),比热容为570J/(kg·K);金属挡板的金属材料种类的铝合金,输入材料参数,密度为2690kg/m3,导热系数为170W/(m·K),比热容为760J/(kg·K);金属散热底板的金属材料种类为铜合金,输入材料参数,密度为8360kg/m3,导热系数为380W/(m·K),比热容为410J/(kg·K);
步骤C,浇铸工艺设计;以步骤A中装配完成的工装模型为基础,在样品铸件部件表面选择适合的位置作为浇铸入口,设计RZ3熔铸炸药的浇铸温度为113℃,在RZ3熔点之上12℃,RZ3熔铸炸药的流速为2.0m/s,确保浇铸工艺过程中熔铸炸药物料保持完整连续流动;
步骤D,成型工艺设计;在步骤C设计的浇铸工艺基础上,以表面空气冷却的方式描述RZ3熔铸炸药的成型过程,设计工装模型中四个部件之间的界面换热系数,样品铸件与金属铸型时间的界面换热系数为220W·m-2·K-1,金属铸型与金属挡板之间的界面换热系数为220W·m-2·K-1,金属铸型与金属散热底板之间的界面换热系数为390W·m-2·K-1,金属挡板与金属散热底板之间的界面换热系数为240W·m-2·K-1;设计RZ3熔铸炸药样品铸件的成型时间为浇铸完成后的3000s,运行工艺设计软件对平板形RZ3熔铸炸药浇铸及成型工艺过程进行计算设计。
本实施例中工装模型设计灵活,抓住了平板形熔铸炸药制备的技术核心,可与具体生产实践紧密结合,优势明显。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述,但是,应该理解,本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式,这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (5)
1.一种平板形熔铸炸药成型工艺设计方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤A,工装模型设计;采用计算机辅助造型软件ANSYSDesignModeler根据工艺实际抽象构建工装模型;工装模型包括样品铸件、金属铸型、金属挡板和金属散热底板四个部件,样品铸件为长方体形,通过指定长、宽和厚三个形状参数来构建,金属铸型围绕在样品铸件的外侧面,金属挡板再围绕在金属铸型的外侧面,金属散热底板位于样品铸件、金属铸型和金属挡板三个部件的底部,装配形成完整的工装模型,导入到工艺设计软件中;
步骤B,材料参数获取;采用不可压缩条件下的Navier-Stokes方程描述样品铸件的流动过程,以Fourier热传导定律描述整个工装模型的热量交换过程,选定样品铸件的材料种类为熔铸炸药,输入熔铸炸药的材料参数,包括密度、粘度、比热容、导热系数、潜热;选定金属铸型、金属挡板和金属散热底板的金属材料种类,输入密度、导热系数和比热容材料参数;
步骤C,浇铸工艺设计;以步骤A中装配完成的工装模型为基础,在样品铸件部件表面选择适合的位置作为浇铸入口,设计熔铸炸药的浇铸温度和流速,确保浇铸工艺过程中熔铸炸药物料保持完整连续流动;
步骤D,成型工艺设计;在步骤C设计的浇铸工艺基础上,以表面空气冷却的方式描述熔铸炸药的成型过程,设计工装模型中四个部件之间的界面换热系数,设计熔铸炸药样品铸件的成型时间,运行工艺设计软件对平板形熔铸炸药浇铸及成型工艺过程进行计算设计。
2.根据权利要求1所述的平板形熔铸炸药成型工艺设计方法,其特征在于,步骤A中,所述长、宽和厚三个形状参数的比例范围为:长:宽:厚=60~100:25~50:1。
3.根据权利要求1所述的平板形熔铸炸药成型工艺设计方法,其特征在于,步骤B中,所述金属材料种类为钢合金、铝合金或铜合金。
4.根据权利要求1所述的平板形熔铸炸药成型工艺设计方法,其特征在于,步骤C中,所述熔铸炸药的浇铸温度为熔点之上的10℃~15℃,流速为1.0m/s~2.0m/s。
5.根据权利要求1所述的平板形熔铸炸药成型工艺设计方法,其特征在于,步骤D中,所述界面换热系数的范围为200W·m-2·K-1~450W·m-2·K-1。
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