摘要
熔铸装药是一种将混合炸药熔化后注入弹体冷却凝固成型的工艺，由于不受弹体内腔形状限制、成本低，在常规弹药中应用较为广泛。DNAN作为新一代低敏性熔铸载体炸药，提高固相高能组分可以增强弹药毁伤能力，但药浆在凝固过程存在相变、结晶等物理现象，易形成气孔、缩孔、裂纹等缺陷，因此改善装药工艺、减少缺陷是提高装药质量的研究热点。本文针对高固含量DNAN基熔铸炸药，采用数值模拟方法对顺序凝固过程建模、工艺参数对装药质量的影响以及与质量关联关系开展了研究。 主要研究内容如下： （1）在熔铸炸药凝固过程分析基础上，建立了有限元仿真模型，分析了凝固过程中温度场的变化规律、固液相变以及缺陷产生的机理，采用光纤布拉格光栅传感器对药浆温度场测试设计了试验方案，验证了仿真建模方法的合理性。 （2）根据顺序凝固原理，设计了一种动态入水顺序凝固工艺方案，基于移动边界法对入水过程进行建模，相对于传统的配置跳转曲线方法，建模更加精确，在此基础上针对药浆初温、水温、模具入水速度等典型工艺参数对装药质量的影响开展了仿真研究。结果表明：提高药浆温度、模具进行预热有利于减少缩孔缺陷；模具入水速度过慢，药浆凝固时间增长，效率降低；速度过快，药浆不能逐层凝固，轴心区域易形成缺陷；冒口结构及保温时间对药柱口部的缺陷有一定影响。 （3）在工艺参数影响研究基础上，设计了4因素3水平正交试验方案。以缩孔体积空隙率和凝固时间为评价指标，利用极差分析法得到了不同指标下的因素影响主次顺序；综合考虑两个评价指标，采用灰色关联度分析方法得到了最优工艺参数组合下的优选方案，比正交试验中最短凝固时间减少了5.7%，比最小缩孔体积空隙率减少了61.18%。 （4）根据药浆固相点迁移规律和顺序凝固原理，提出了一种新的变速入水工艺方法。仿真结果显示：变速入水工艺比正交优选方案缩孔体积空隙率又减少了 29.69%，充分说明变速入水工艺方法可以更有效控制缺陷的产生。 以上研究成果可为DNAN基熔铸装药工艺的设计提供参考。
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