火工品压药工艺自动化与实现研究

韩旭东

火工品的质量及可靠性除与正确的设计、所用材料质量等因素有关外,还与火工品的生产工艺及生产过程中的工艺参数的控制密切相关。药剂是火工品的心脏,“压药”是火工品生产最为关键的工艺之一。压药压力、加压速度、保压时间等重要工艺参数都直接影响其质量,因此严格控制工艺过程工艺参数是质量保障的关键。

一、火工品压药工艺自动化功能参数

火工品自动压药机是针对火工品生产过程中压药工艺实现自动化生产与管理的专用设备,要求能自动完成火工品压药工艺过程中的加压、保压、卸压及拔模等过程,并实现加压压力及保压时间的精确控制,加压压力的无超调控制,能自动给出原始记录数据及分析结果,对生产过程实现质量跟踪和自动化管理。

压药机的主要功能

（1）系统自检自诊断。系统启动时,自动检查系统初始条件,并随时监测系统各部分是否正常。当操作失误或系统出现异常,计算机能给出诊断结果,以帮助排除故障。

（2）多种工艺流程选择和自动控制。根据实际需要选择压药工艺流程,包括:自动压药;自动拔模;自动压药—拔模三种模式,并实现整个过程的自动控制。

（3）自动校对、切换传感器。根据输入的压力参数,自动判别传感器量程是否合适,如果不一致,将提醒操作者确认切换传感器,操作者确认后将自动完成切换,切换到位后指示新的传感器。

（4）友好的人机界面。控制计算机命令及参数输入采用对话方式。参数及有关信息输入方式方便灵活,采用键盘输入与查表选择结合,操作者只需要具备计算机的一般知识就能胜任工作要求。另外,计算机还可以根据产品型号,对人工输入的工艺参数及设备状态进行校对和提示,尽量避免操作者输入参数出现差错。

（5）自动显示、记录、分析加压数据。自动记录加压过程的原始数据,自动完成数据的分析与处理,并给出有关分析结果和技术指标。

（6）压力控制曲线存储和显示功能。压力控制过程的原始数据将自动存档,并可进行浏览追踪。

（7）自动生成标准报表文件和数据查询及报表打印。

自动记录每件产品或每批产品的工艺参数及统计分析数据,并生成相应的报表文件;可查询并打印输出多种报表,如日报表、月报表、年报表及随时报表。

（8）各种安全保护功能。

（9）在线帮助功能。

二、设备结构的确定及设计

自动压药机从硬件结构分,大体上可为分为主机系统及控制系统两大部分。从功能作用上分包含了四个主要部分:加压装置及压力闭环控制系统,送料装置及运动顺序控制系统,安全门开关控制及其安全保护系统,数据处理与管理系统。

1.系统组成

火工品自动压药机主要由五个部分组成:主机,控制柜,主控监视器,手动控制器及打印机。

2.主机结构及工作原理

火工品自动压药机主机采用立式三层框架下拉式加压和水平直线送料的结构布局。从功能上分为五个部分:加压、送料、安全门开关、传感器自动切换和自动拔模。

三、相关关键技术

1.多压力传感器及自动切换。

将测量范围分为0-50kg.50-200kg,200-600kg三段,分别用三个精度优于 0.1%的传感器,采用 12位AD转换即可满足精度要求,传感器和ND二者产生的最大误差≤0.2%。这样降低了对传感器的要求。实际采用的传感器精度优于0.1%,A/D为,12位。压力检测部件由压力传感器、线性缓冲器及加压头组成。置于第二层框架上板上部,它由0-50kg.50-200kg、200-600kg 三套压力传感器,线性缓冲器组成。三套压力传感器分别对应三个量程不同的压力传感器A、B、C及相应的压力线性缓冲器a,b.c。压药机工作时,根据加压参数,自动选择压力传感器,完成传感器的切换。缓冲器为 605i2MnA 优质弹簧钢制成的三个0型优质弹簧圈,实际设计三个压力段的弹簧刚度不同,每个弹簧允许最大变形量不大于3mm。

2.通用模具设计

使用时对模具有特殊要求,除要求模具外径为Φ30mm 外,模具的组合高度应为 55mm,对组合高度不足55mm的模具应在其底部加垫板。此外,模芯棒直径应小于Φ6mm,模芯头直径应为Φ14mm。在未装药时,模芯头下底面到模具顶面的最小高度应为 10mm,模芯头高度(厚度)应等于 10mm。其它外径模套应另行设计,具体尺寸可根据模具外径大小,参考系统原配模套确定,但应保证各种模具加压中心位置相同。

3.自动随动拔模

（1）拔模组件。拔模组件安装在第二层框架上板的下部,拔叉的槽宽初步设计为 6mm,当模芯棒直径大于6mm时,应另行设计加工拔叉。

（2）自动随动拔模原理。火工品药剂模具在压药位完成加压、保压任务;加压装置与拔模器一起向上移动,直至拔模器到位检测发光对管信号从有效变为无效;加压装置与拔模器一起向反方向(向下)移动,直至拔模器到位检测发光对管信号从无效变为有效;加压装置与拔模器一起继续向下移动约 12mm,拔模器通过气缸推至压药位;拔模器向上实现拔模,使模具模芯棒拔松并推出压药位;然后由送料器将模具送回装药位,从而实现自动拔模过程。

4.安全性设计

（1）使用安全门开关。安全门是为了防止加压过程及拔模过程发生意外爆炸时对操作人员的人生伤害而设置的一道防护屏障,安全门开闭运动控制也是由计算机根据程序流程控制的,当模具进人安全门后,门就关闭,加压,拔模完成后门就自动开启。安全门为一厚10mm 的钢板，用钢丝绳牵引在一-对固定的滑槽中作升降运动，完成安全门的开关动作。牵引安全门的钢丝绳经过一个滑轮与一个气缸的活塞杆连接。驱动的行程末端有可调缓冲装置，保证安全门的开关无冲击。安全门开关的行程为 170mm。

（2）多重运动安全保护。作为自动压药机,尽量做到只需操作者按一下键,其它都交给机器去干。为此除了机器本身应具备高度的自动化外,充分考虑了各种误操作情况下的安全保护及异常情况的系统恢复。运动安全保护控制系统包括:每个运动的极限安全保护;模具高度超限保护;压力超限或压力测量通道异常(弹簧失效、传感器损坏或电路故障等)时的加压运动保护;按钮操作保护;紧急停机再启动安全保护;压力闭环控制过程中的看门狗保护功能等。所有保护功能发生作用时计算机都将给出状态提示,并给出解决措施,这为设备安全工作提供了保障。