塑料藥筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及吹塑成形工藝

劉海艷，楊健，姜春茂，婁勇健，張麗娜，周宇杭

（北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司，齊齊哈爾 161046）

塑料藥筒與鋼質(zhì)藥筒相比，具有工藝簡(jiǎn)便、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品重量輕、射擊后抽殼故障率低、成本低并可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。在藥筒這種關(guān)鍵件上以塑代鋼勢(shì)在必行，因此自主研制塑料藥筒代替外購(gòu)鋼制藥筒用于科研試驗(yàn)及批生產(chǎn)交驗(yàn)，為塑料藥筒逐步取代金屬銅及鋼制藥筒，奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，可謂開(kāi)辟了藥筒加工的新時(shí)代，具有十分重要的意義［1—2］。

文中通過(guò)對(duì)塑料藥筒結(jié)構(gòu)及加工工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使塑料藥筒在裝配工藝性、密封性、射擊強(qiáng)度等方面滿足產(chǎn)品使用要求。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合考慮藥筒的投膛性、比起性、抽殼可靠性、射擊強(qiáng)度和成形工藝合理性等綜合使用性能，塑料藥筒宜采用塑料筒體和金屬鋼底座分別加工，利用適當(dāng)?shù)姆绞绞箖烧哂行У剡B接成為一體的整體結(jié)構(gòu)形式［3—5］。

2 成形工藝方法分析

同一種材料采用不同的成形工藝方法成形，其成形制品的性能有很大的差異。針對(duì)塑料筒體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，若采用壓鑄法成形，高分子材料以黏流態(tài)沿壓鑄方向（筒身縱向）流動(dòng)，分子因黏流而取向。當(dāng)采用擠出吹塑方法成形時(shí)，屬于半結(jié)晶的高密度聚乙烯（HDPE）材料，先以黏流態(tài)沿?cái)D出型坯的方向流動(dòng)，分子因黏流而取向。之后，在壓縮空氣膨脹外力的作用下，分子沿徑向取向，而這種在外力作用下的取向度要比縱向因黏流的取向度大得多［6—8］。

這種擠出吹塑成形塑料筒體的特點(diǎn)，是在吹脹過(guò)程中型坯徑向擴(kuò)張，使材料大分子鏈沿著藥筒圓周方向取向，致使藥筒圓周方向的力學(xué)性能優(yōu)于其他方向，這與射擊時(shí)火藥氣體作用藥筒內(nèi)壁的受力狀態(tài)的分布相吻合，恰好可以滿足藥筒的使用性能要求［9］。根據(jù)塑料藥筒的使用特性要求和受力狀態(tài)分析，塑料藥筒筒體的成形，采用擠出-吹塑成形技術(shù)工藝方法較為適宜。

3 加工及性能檢測(cè)結(jié)果

利用鞍山君利公司生產(chǎn)的改性高密度聚乙烯，吹塑加工塑料筒100發(fā)，尺寸檢驗(yàn)及外觀檢驗(yàn)均滿足產(chǎn)品圖樣要求，且塑料筒體底部較平整。之后，對(duì)塑料筒體及裝配后的塑料藥筒進(jìn)行了相關(guān)的性能檢測(cè)。

3.1 實(shí)驗(yàn)部分

3.1.1 主要原材料與儀器設(shè)備

材料:改性聚乙烯。

儀器設(shè)備:吹塑成形機(jī)，深圳注塑機(jī)有限公司生產(chǎn)的HFB100A型中控吹塑機(jī);高速攪拌機(jī)，規(guī)格100 L;塑料藥筒筒體成形模具、組裝機(jī)、切口機(jī)、合膛規(guī)均為自制。

3.1.2 試樣的制備

塑料筒體材料性能檢測(cè)試樣的制備:將吹塑成形的塑料筒體按筒體上、中、下3個(gè)不同部位制取試樣，進(jìn)行相應(yīng)力學(xué)性能檢測(cè)［10—11］。

3.2 塑料藥筒吹塑試制

通過(guò)對(duì)塑料筒體吹塑過(guò)程中工藝參數(shù)的調(diào)整，最終調(diào)試出最佳的工藝參數(shù)進(jìn)行吹塑加工［12—13］，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 吹塑工藝參數(shù)Table 1 Blow molding process parameters

3.3 塑料筒拉伸力學(xué)性能檢測(cè)

抽取2發(fā)塑料筒體，按上、中、下3個(gè)不同部位制取試樣，按照GB 1040—92規(guī)定的檢測(cè)方法進(jìn)行拉伸性能檢測(cè)，檢測(cè)后試樣見(jiàn)圖1。結(jié)果表明，拉伸強(qiáng)度完全符合性能指標(biāo)要求［14］。

圖1 拉伸性能試驗(yàn)后試樣Fig.1 Specimen after tensile test

3.4 合膛性能

抽取5發(fā)裝配后的塑料藥筒進(jìn)行合膛試驗(yàn)（見(jiàn)圖2），結(jié)果均滿足合膛使用要求。

圖2 塑料藥筒合膛試驗(yàn)Fig.2 Plastic cartridge bore test

3.5 靶場(chǎng)射擊試驗(yàn)

在試驗(yàn)基地進(jìn)行了2發(fā)塑料藥筒發(fā)射強(qiáng)度摸底試驗(yàn)（全裝藥、強(qiáng)裝藥各1發(fā)，經(jīng)測(cè)量全裝藥膛壓為289.8 MPa、強(qiáng)裝藥膛壓為377.5 MPa，射擊后藥筒鋼底座與塑料筒結(jié)合處未出現(xiàn)裂紋、漏氣等問(wèn)題，見(jiàn)圖3。

圖3 藥筒鋼底座與塑料筒結(jié)合處射擊后情況Fig.3 The junction of the cartridge steel base and the plastic tube after firing

4 存在問(wèn)題

4.1 吹塑加工

由于吹塑工藝及塑料筒模具的影響，造成了塑料筒吹塑加工后壁厚不均勻，合模線位置較厚，其余位置較?。?5］。

4.2 密封膠粘劑未固化

本次試驗(yàn)用塑料藥筒裝配采用單組分室溫硫化硅橡膠密封，裝配后與空氣接觸部分硅橡膠已完全固化。經(jīng)動(dòng)態(tài)射擊試驗(yàn)考核后，對(duì)射擊后塑料藥筒進(jìn)行拆解時(shí)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部未接觸空氣處膠粘劑未固化，但在動(dòng)態(tài)射擊試驗(yàn)中對(duì)射擊密封性及內(nèi)彈道性能未造成影響［15］。

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)塑料藥筒筒體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及吹塑工藝的優(yōu)化，試制生產(chǎn)的塑料塑料藥筒在動(dòng)態(tài)射擊考核中未出現(xiàn)藥筒底部裂紋、燒蝕等問(wèn)題，合膛性、力學(xué)性能、跌落性能等均滿足產(chǎn)品使用要求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，從而使得塑料藥筒成為大口徑藥筒家族中新的成員。下步需繼續(xù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)考核，完善吹塑工藝優(yōu)化、密封膠選型等方面工作，真正解決技術(shù)難題，達(dá)到降低成本的目的。

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