《装备制造技术｝２０１１年第８期 超穿深石油射孑Ｌ弹粉末冶金药型罩的研制 林育阳 （陕西省机械研究院，陕西咸阳７１２０００） 摘要：介绍了一种特殊石油射孔弹药型罩，通过在粉末冶金材料配方选择、冷压成型、高温烧结、多次整形等工序，应 用了我国传统的粉末药性罩制造工艺，达到了无堵杵、高穿深（１ ５００ ｍｍ）等性能指标，超过了国外同类产品的穿深 指标。 关键词：药型罩、钨粉、高温烧结、温压整形 中图分类号：ＴＪ４１ ０．３３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６７２—５４５Ｘ（２０１ １）０８—００５３－０３ 石油射孔弹粉末冶金药型罩，在我国是２０世纪 １．２ 国内外粉末罩材料及配方的收集 ８Ｏ年代末期开始被广泛使用的，经过２０年来的技术 （１）埃列克公司： 引进和行业整合，国内几大油田以及知名民爆器材 Ｃｕ８８—９７Ｐｂ２一ｌＯＺｎＯ．２产品不烧结 公司，已经形成了在市场和生产工艺技术上的统一， （２）斯仑贝谢公司： 主要采用不烧结全自动旋转冷压一次成型，或后序 Ｃｕ８０—９０Ｐｂ６—１８Ｃ０．５ 产品不烧结 低温烧结工艺，实现了批量规模生产。 （３）欧文公司： 本文介绍的特种石油射孔弹粉末冶金药型罩研 Ｃｕ８０Ｐｂ１９Ｃ１ 产品不烧结 制工艺，是在我国２０世纪八九十年代通常采用的成 （４）专利： Ｃｕ４ＯＷ６０产品不烧结 型—烧结一整形生产工艺基础上，针对我国西南、西 北地质岩层的特点，充分发掘粉末材料及配方，集成 （５）国内几家公司： 原有生产工艺的优势，在粉末罩超高穿深方面，做出 Ｃｕ８７Ｐｂ５ｗ５Ｂｉ５ 产品烧结２００ｏＣ Ｃｕ—Ｐｂｌ８Ｃ０．２ 产品烧结５００℃ 一次有力的尝试，取得了很好的效果。 Ｃｕ—Ｐｂ１８ｗ５ＣＯ．２ 产品烧结５００℃ １ 材料、配方和工艺方案 Ｃｕ３８Ｐｂ２４Ｂｉ２８Ｗ１０Ｂｉ５产品烧结２００℃ （６）陕西省机械研究院使用的烧结药型罩配方 １．１ 产品形状及性能要求 Ｃｕ６６３Ｃ１ 产品烧结６５０ｏＣ 严格按产品形状加工，材料以铜基材料为主，密 Ｃｕ—Ｐｂ２ＯＣＯ．４ 产品烧结５８０℃ 度大于８．９ ｇ／ｃｍ ，穿深性能按ＡＰＩＲ４０进行混凝土 Ｃｕ７０Ｐｂ２４ｗ５Ｃ０．４ 产品烧结４８０℃ 靶试验，穿深深度≥１ ０００ ｍｍ １．３材料及配方设计对比 陕西省机械研究院是国内几家最早在粉末冶金 药型罩研制和生产方面的研究单位之一，特别在烧 结罩方面取得了很大的发展，从材料选择、配方优 化、配套的设备都具备一定的优势和特点。 针对该罩型的形状特点和超越的穿深性能，在 材料和配方选择上，考虑了以下问题： （１）粉末成型性要好，特别在旋转成型过程中， 各种粉末的成型性、粒度大小及搭配方式等； （２）保证各种粉末混合的均匀程度； ｙ＝ｔａｒ．ｚ Ｌ ｎ （’Ｊｕ・ｊ ）Ｊ‘ ｌ （３）药型罩整体密度要高于常规产品（大于１０ ｇ ｎ＝６．２７４Ｏ３ 图１粉末罩形状 ／ｃｍ ），沿药型罩母线方向，密度要一次降低，实现爆 收稿日期：２０１１＿０５—１１ 作者简介：林育阳（１９６７一），男，陕西人，工程师，在职硕士，研究方向：超硬材料及粉末冶金零件开发。 ５３ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｅｔｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．８，２０１ １ 炸过程射流的一致性； （４）保证产品形状尺寸和精度； （５）生产工艺对穿深性能的影响。 １．４材料和配方（净质量配比） 表１ 旋转成型设计方案相关参数表 压制压力设置（ｋＮ） 压制密度控制（ｇ／ｒｎ１ ） １ ２ｏ０—１ ５００ ｌＯ～Ｉ１．５ 模芯下行距离（ｍｍ） 成型阴模转速（ｒ／ｒａｉｎ） 模芯下行速度（ｃｍ／ｒａｉｎ） Ｉ５．１１．７，３，ｏ ５００，２００，１２０，３０，ｏ １２，ｌＯ，６，３，ｏ 综合考虑以上几个问题，结合十几年来的生产 经验，选择了以下材料和配方（净质量配比）： （１）电解铜粉（含Ｃｕ量９９．８％）３５％～４０％： ３００目占７５％，１００目占２５％； （２）成型模芯设计。在考虑高温烧结带来的收 缩、预留整形量和变密度的要求，成型模芯相关尺寸 （２）雾化合金铜粉（含Ｐｂ量２０％～２２％）１５％ 设计如表２。 ～２Ｏ％：２００目； （３）钨粉（含ｗ量９９．９９８％）３０％～３５％： ５００目： （４）铋粉（含Ｂｉ量９８％）２％～４％：１００目； （５）胶体石墨Ｆ１０ ０．２５％ ｌ％：３００目； （６）外加：成型剂（有机油脂）０．０５％ ０．０８％。 １．５工艺方案 （１）粉末与预处理一配料、混合一成型—烧结一 整形一检测—包装；成型和整形为一套模具。 （２）粉末与预处理一配料、混合一成型—烧结一 整形一检测—包装；成型和整形各一套模具。 （３）粉末与预处理一配料、混合一成型—烧结 ｌ一整形１—烧结２～整形２一检测—包装；成型和整 形各一套模具。 综合该产品形状及性能要求，采用第三种工艺 方案合理可行。 ２试制过程 ２．１ 配料、混合 影响该工序的因素较多，优良的成型剂材料及 正确的添加顺序和合理的混合工艺，是混合品质的 关键。该工序采用不锈钢偏心滚筒，１５ ｋｇ装筒，转速 ４５ ｒ，ｒａｉｎ。主要步骤如下： （１）成型剂５Ｏ％＋钨粉＋胶体石墨Ｆ１０：混合 ５～１０ ｍｉｎ； （２）成型剂５Ｏ％＋电解铜粉＋雾化合金铜粉＋ 铋粉：混合５～１０ ａｒｉｎ； （３）两种混合料：混合ｌ０～１５ ｍｉｎ。 混合料出筒后，密闭保存，不必过筛。 ２．２成型 成型工序是保证产品形状尺寸和密度分布的 关键。 （１）采用旋转成型设计方案，相关参数如表１。 ５４ 表２成型模芯相关尺寸设计表 （单位：ＩＴｌｍ） ２．３烧结 烧结工序是一个特殊工序，对于该产品的烧结， 采用的温度较高，产品收缩较大，变形较大。原来采 用立式氢气还原烧结炉，由于烧结温度的不均匀，产 品一致性较差。为解决产品烧结均匀性和工艺执行 水平。采用液氨一氮气保护气氛，２５０网带烧结连续 炉，两次烧结工艺如表３。 表３网带烧结工艺参数 烧结炉温度（℃） 两次烧结温度设定 温区 第波动 一次 第二次 １ ４００ ４００ ±２Ｏ ２ ４８０ ４８０ ±２０ ３ ５３Ｏ ５３Ｏ ±２０ ４ ５８０ ５３Ｏ 士ｌＯ ５ ６０ｏ ５５Ｏ ±１０ ６ ５Ｂ０ ５３Ｏ ±ｌ０ 保护气体参数 冷却水温度（℃） 气氛 流量 冷却温区 ±ｌ０ 氮气 ３＿４ ｌ＃ ６０ 氮气 ３—４ ２样 ５０ 氨分解 ５—８ ３＃ ４５ １．网速：１２０ＩｒＩＴｒＩ，ｍｉｎ ２．单层摆放在烧结垫板上。 ２．４整形 由于粉末冶金药型罩经过高温烧结，发生了形 变和质变，必须要在整形模具中校形；经过整形，产 品发生了变形，存在内应力和回弹，再经过第二次烧 结，在进行最终整形（二次整形）。具体工艺参数如 表４。 《装备制造技术》２０ｌ１年第８期 表４ 整形工艺参数表 吨位（ｋＮ） １ ５【ｘ】 整形要求 清除毛刺和飞边 阴模不动旋转冲模２次（１２０。），整形３次 ，３ 穿深性能试验结果 （１）按ＡＰＩＲ４０进行混凝土靶试验ｌ０发，结果： 平均穿深ｌ ５６０ｍＩｎ，最深Ｉ ７００ｍｍ，最浅１ ４４０ｍｍ； （２）用 １２０ ｍｍ ｘ ２００ ｍｍ的４５＃钢做钢靶， 第一次整形 保压时间３ ｓ 第二次整形 ８ｏｏ 阴模不动，旋转冲模１次（１８０。），整形３次 保压时间５ ｓ。 炸高３６ ｍｍ，实验６发，结果：平均穿深４６１ ｍｍ，最深 ２．５检测 ４８６ ｍｍ，最浅４２０ ｍｍ。 （１）成型件的尺寸检测，使用成型模冲，检测两 个部位壁厚度及跳动：距离口部１０ ｍｍ处和距离顶 ４ 结束语 部１０ ｍｍ处，顶径跳小于０．０５ ｍｍ，口径跳小于 ０．０４５ ｍｍ； 在借鉴国内外材料配方的基础上，尝试了用于 （２）整形件的尺寸检测，使用成型模冲，检测两 高温烧结的材料配方，并经过二次烧结、二次整形的 个部位壁厚度及跳动：距离口部１０ Ｉｎｎ处和距离顶 工艺，对药型罩精度保证和穿深性能的提高发挥了 部１０ ｍｍ处，顶径跳小于０．０３ ｍｍ，口径跳小于 很大作用；采用高温烧结和二次整形工艺，使穿深性 ０．０３ ｍｍ； 能超过国外同类产品２００ ｍｍ以上，说明我国在烧结 （３）口径和高度以按工艺要求执行； 药型罩生产方面，具备生产粉末烧结药型罩的设备 （４）整体密度、分体密度：距口部向上每１５ ｍｍ 和技术能力。 取样，采用排水法检测（如表５）。 表５ 整体密度、分体密度表 参考文献： （单位：ｇ，ｃ ） ［１］徐润泽．粉末冶金结构材料学 】．长沙：中南工业大学出版 分体密度 整体密度 社，１９９８． ０一ｌＯｍｍ ９．６８ ［２］张华诚．粉末冶金实用工艺学［Ｍ］．北京：冶金工业出版， ｌＯ一２５ｍｍ ９．７２ ２Ｏ０４． １Ｏ．１８ ２５—４０ｍｍ １０．２３ ［３】韩凤麟．粉末冶金机械零件［Ｍ】．北京：机械工业出版社， ４０—５５ ｒｌｌｉｌｌ＇ １０．６５ １９８７． ５５—７Ｏ．３ ｍｍ １１．Ｏ２ Ｕｌｔｒａ－ｄｅｅｐ Ｏｉｌ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ Ｓｈｅｌｌｓ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｏｗｄｅｒ Ｌｉｎｅｒ ＬＩＮ Ｙｕ—－ｙａｎｇ （Ｓｈａｎ ｘｉ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｘｉａｎｙａｎｇ Ｓｈａｈ ｘｉ ７ １２０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎ ａｍｍｕｎｉｔｉｏｎ ｌｉｎｅｒ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｉｎ ｐｏｗｄｅｒ ｍｅｔｌａｌｕｒｇｙ ｍａｔｅｒｉｌａｓ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｃｏｌｄ ｆｏｒｍｉｎｇ，ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ｐｌａｓｔｉｃ ａｎｄ ＳＯ ｍａｎｙ ｔｉｍｅｓ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｈｅｒｂａｌ ｐｏｗｄｅｒ ｍａｓｋ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｏ ｈｔｅ ｎｏｎ－ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｐｅｓｔｌｅ ｈｉｇｈ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ（１５００ＭＭ）ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ，ｍｏｒｅ ｈｔａｎ ｓｉｍｉｌｒａ ｆｏｒｅｉｇｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｉｎｅｒ；ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｏｐｗｄｅｒ；ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ｐｌｓａｔｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｎａｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ５５
