顺序凝固工艺对大长径比装药缩松的影响研究.pdf

第 卷 第 期兵 器 装 备 工 程 学 报 年 月 收稿日期:修回日期:基金项目:科技计划项目()作者简介:刘恒著()男博士讲师:.通信作者:刘鹏飞()男博士讲师:.:./.顺序凝固工艺对大长径比装药缩松的影响研究刘恒著刘鹏飞王兆国曹红松黄求安牛凯博沈冠军(.中北大学 机电工程学院 太原 .晋西工业集团有限责任公司 太原.中国兵器装备集团自动化研究所有限公司 四川 绵阳.辽沈工业集团有限公司 沈阳.西安现代控制技术研究所 西安)摘要:针对顺序凝固工艺对大长径比装药易形成缩松的问题分别以受控生长期、自由凝固期的相界面形貌特征参数为中间量建立了工艺参数到缩松体积的 层关联路径选择/(./)炸药、长径比 的装药模具进行了正交仿真、极差分析以及 相关系数计算结果表明降低水温、入水速度以及提高环境换热系数可提高受控生长期的相界面高度、开口角从而降低自由凝固期的凝固区间最大厚度最终减少缩松体积工艺参数影响强弱为:水温、入水速度、环境换热系数降低入水速度、提高环境换热系数可减少对低水温的依赖 本研究探明了顺序凝固工艺参数对大长径比装药相界面演化及缩松的影响机理可为相关工艺设计提供理论支撑关键词:熔铸装药顺序凝固大长径比缩松本文引用格式:刘恒著刘鹏飞王兆国等.顺序凝固工艺对大长径比装药缩松的影响研究.兵器装备工程学报():.:.():.中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):./(./).:.:.:引言在熔铸装药 中 缩 孔 与 缩 松 是 种 主 要 的 孔 隙 缺陷 缩孔(二次缩孔)是封闭的液相区域因冷却导致体积收缩后在重力作用下与上方固相区域分离所形成的宏观孔隙缩松则是在平缓温度梯度以及“同时凝固”机制作用下形成的区域性微观孔隙 这 种缺陷均会极大地降低药柱力学性能严重制约弹药使用安全及威力性能 为此专家学者们提出了许多新的工艺方法 其中以弹体缓慢入水为典型的顺序凝固工艺通过控制相界面自下而上生长可有效提升装药质量 由于其在工程上易实现、安全性高近年来受到广泛关注通过控制冷却液面高度实现了药浆固相界面的顺序生长进而有效减少了模具内部缩孔 马松与易茂光的研究均表明水浴顺序凝固工艺不仅能减少缩孔还因水浴较高的换热系数可降低工艺时间 万大奎针对大长径比小口径战斗部采用多层保温夹套的方式通过逐层对保温夹套通冷却水实现了自下而上的顺序凝固消除了缩孔缺陷 胡菲针对高固含量 基熔铸炸药开展了基于移动边界的顺序凝固工艺仿真验证了 顺序凝固工艺仿真的有效性 杨治林结合正交试验与灰色关联度方法对水浴顺序凝固工艺进行了仿真研究结果表明降低水温与入水速度有助于提升工艺质量 牛凯博针对顺序凝固工艺参数对装药质量的影响进行了模拟研究在其条件下得到最优的入水速度为./水温为 对宏观缩孔来说由于该工艺自下而上的顺序凝固特性在冒口保温、环境保温等措施的辅助下可相对容易地使模具内液相区域在其完成凝固之前始终保持开放状态从而有效、彻底地消除模具内的宏观缩孔缺陷 而缩松则由于其特殊形成机理水浴顺序凝固工艺实际上对其并没有明确的抑制作用 从杨治林以及牛凯博的文献中可发现多组仿真试验中均预测了药柱中心会形成缩松缺陷 在牛凯博的大长径比模型中情况更为严重 为此本文中在对相界面演化及缩松形成机理分析基础上基于 的大长径比装药模具以不同时期相界面形貌特征为中间量建立了从水温、入水速度、环境换热系数到缩松的多层关联路径通过开展基于 的正交仿真试验结合极差分析与相关系数计算探明了工艺参数对相界面形貌演化以及缩松的影响机理为水浴顺序凝固工艺设计提供理论支撑 水浴顺序凝固工艺相界面演化及缩松形成的机理分析 根据水浴顺序凝固工艺过程相界面演化的主要特征本文中以相界面上方是否沿壁面延升至模具入口区域为界限将相界面演化过程划分为 个主要时期 如图 所示从文献第 号仿真试验(以下简称)中提取了数个时刻的固相率及温度场云图用以说明这 个时期第 时期受控生长期 随着液面不断升高模具壁体内部低温区被同步推高 由于环境空气换热能力较低其对模具未入水部分的保温作用不足以抵抗低温区在模具壁体内的进一步向上传播这导致冷却液实际影响高度要高于液面高度(图)随即相界面上方亦被带动沿模具内壁向上快速延伸且早于液面达到模具入口区域(图 )由于低温区是自下而上地扫过模具壁面于是不同高度的相界面从壁面形成及向内收缩存在时间上的先后顺序 到该时期结束时相界面便具有了一定的向上开口角度 同时由于液面或低温区向上的速度相对较快导致相界面上方沿壁面向上延伸的速度比相界面底部向上收缩发展的速度快于是从截面看就形成了一种拉长的“”或“”字形轮廓第 时期:自由凝固期 随着液面实际影响范围到达模具入口区域外部边界条件基本稳定药浆进入自由凝固阶段 在模具入口处受冒口高温区域的作用相界面逐渐停止向内收缩保持液相区域的开放从而避免了宏观缩孔的形成 由于其模具大长径比特征随着相界面逐渐远离模具内壁温度梯度特别是轴向方向被放缓拉平此时相界面将主要沿径向方向向内收缩 而在轴向方向除内部液相界面所包裹的高温区域尚具备一定向上发展的速度(图 时的深紫色区域)底部的固相界面上升速度将显著降低进而导致固液相界面发生分离相界面尾部的凝固区间厚度显著增大 按照缩松形成机理的一般说法相界面尾部将趋于“同时凝固”极易形成众多由晶枝分割包围的微小熔池随后则发展成缩松 如果工艺得当能够使固、液相界面保持较小的距离则可降低缩松发生的概率如果固相界面刘恒著等:顺序凝固工艺对大长径比装药缩松的影响研究发展过于缓慢相界面始终以较厚的凝固区间向上收缩发展最终药柱中心极大可能出现连串的缩松缺陷图 文献试验相界面及温度场演化过程示意图.图 文献中第 个缩松缺陷形成时的收缩率及固相率云图(时间:).(:)从仿真角度看 中利用补缩距离法预测缩松的 种判据皆可能在固液相界面严重分离的情况中成立:尾部凝固区间厚度过大导致临界固相率 到(固相界面)的距离超过补缩距离(距离上部可流动区域较远)从而判定在 到 的区域存在缩松 相界面尾部凝固区间过厚过长甚至出现断开的孤立小区域由于其内部不存在可流动区域(均大于)失效从而判定此区域内存在缩松(如图 所示从 中捕捉到的第 个缩松缺陷即属于此类情况)此外不难看出同口径条件下大长径比模具会比小长径比模具更易在中心形成缩松 这主要是因为进入第 时期后如果固液相界面趋向于分离那么在更长的模具中在时间积累作用下固液相界面可能分离的更远相界面尾部的凝固区间厚度更大从而加大了缩松出现的概率 水浴顺序凝固工艺仿真建模.数学模型水浴顺序凝固工艺仿真数学模型主要是由瞬态热传导方程组成用于描述热量从药浆通过模具向外界的传递以及药浆凝固相变阶段结晶潜热的释放 该方程的基本形式为()()式()中:为密度为比热 为结晶潜热 为固相率为温度 为热传导率 为时间/主要用于实现炸药相变结晶期潜热的释放 为实现对式()的求解还需补充初值及边界条件 其中初值条件主要指药浆、模具等部件初始时刻的温度场边界条件主要指药浆与模具、模具与环境等不同物质界面之间的热交换条件在这里主要通过流体与固体壁面的对流换热条件予以描述()()式()中:为边界条件 为换热系数与 分别为模具外表面与周围介质的温度对于缩孔缩松的预测则主要采用临界固相率与补缩距离相结合的方法该预测方法需要针对炸药设定、与 个参数其具体值如.节所示.改进的水浴顺序凝固工艺移动边界建模基于 的水浴顺序凝固工艺仿真关键步骤在于实现模具进入冷却液的运动过程 本文中主要利用文献的方法对其进行实现 该方法不关注冷却液内部动量及能量变化通过建立筒状水浴模型并对其添加温度边界条件以及利用()功能对其定义位移数据将其处理为一个可移动的边界换热条件从而实现这一相对运动过程为模拟环境介质对模具在强制对流等条件下的大换热系数情况在文献方法基础上额外建立了一个筒状环境介质模型(如图 所示)以单独模拟空气等环境换热介质 该模型的结构尺寸与原有筒状水浴模型一致能够完全覆盖模具外壁即可 类似于文献中对水浴模型初始位置的处理同样设定初始时刻环境介质与模具不接触(如图 所示置于冒口上方)这主要是为了防止环境介质与模具或冒口形成共节点并且随部件的运动拖拽网格进而引起网格畸变 在定义环境介质对模具的换热系数时需手动添加 类型换热条件 在利用()定义环境介质位移数据时需在首行添加瞬时复位数据使上下 筒以及托盘在仿真开始后立即与模具接触(如表 第 行所示该数据为本文中.节模具以./入水时各移动部件的位移数据其零点位于模具外壁底部中心)如图 所示为各移动部件与模具的相对运动过程示意图仿真开始 秒钟后上下筒与托盘立即复位表示模具接触到了水面然后兵 器 装 备 工 程 学 报:/./正式开始工艺过程 随着水浴的上升环境介质逐渐被顶出模具外壁逐渐被水浴所包裹 其他关于顺序凝固工艺移动边界建模方法的详细步骤可参考文献此处不再赘述图 改进的顺序凝固工艺移动边界建模方法示意图.表 移动部件位移数据示例 时间/环境介质/托盘/水浴/图 移动部件与模具的相对运动过程示意图.几何模型与网格划分如图 所示为本文中所使用的长径比 的装药模具几何模型 其中模具内径 高度 冒口高度 药浆总高度为 冒口与模具壁厚均为 水浴模型高度为 保证其升至模具与冒口交界处时可刚好完全覆盖模具 由于水浴与托盘只起边界作用为减小计算量筒壁与托盘厚度取 环境介质模型几何尺寸与水浴模型完全一致不再单独画出图 几何模型.在网格划分上为兼顾精度与效率采用分部件划分策略 经网格无关性测试对模具、冒口与炸药 个主要关注对象建立单元长度.的三角形面网格对应的四面体单元可达 个对只起边界作用的 个筒状模型与托盘建立单元长度为 的三角形面网格对应的四面体单元仅为 个约占总计算量的.材料参数在材料参数设定上 本文中所选炸药为/(./)混合炸药模具和冒口材质为 表 中列出了各个主要部件的热物理参数 此外环境介质、水浴与托盘分别设定为空气与水使用 内置材料库其参数不再列出在缩孔缩松预模型参数上参考文献与文献对/(./)设定 为.为 为 表 主要部件材料热物理参数 冒口模具炸药导热系数/().密度/()()()比热/().结晶潜热/().固相线/液相线/刘恒著等:顺序凝固工艺对大长径比装药缩松的影响研究.界面换热系数设定界面换热系数受材料属性、界面形状、粗糙度、流速等诸多因素的影响一般难以确定其准确值 在本文中炸药对模具与冒口模具对冒口的换热系数按文献 设定为/()对于水浴对模具的换热系数由于冷却液一般是通过模温机或高低温循环槽等设备形成的具有一定流速的恒温循环水因此可将其考虑为强制对流 在强制对流条件下水的换热系数范围为 /()本文中按照文献将水浴、托盘对模具的换热系数设定为/()对于环境介质对模具的换热系数在文献中均设定为./()这实际对应的是自然对流条件下空气对壁面的热交换 事实上通过吹高速热风将自然对流变为强制对流或是增加湿度提升介质热传导性等均可提高环境介质对模具壁面的换热系数 由文献可知强制对流下气体换热系数最高可达./()而高压水蒸气换热系数范围在./()综合考虑以上因素本文中适当扩大环境介质对模具的换热系数将其范围设定为./()用于正交仿真试验 正交仿真试验设计根据第 节分析相界面形貌特征与缩松的形成存在密切联系而相界面形貌特征主要受模具与上下筒状模型的相对运动速度(入水速度)、水温、换热能力等因素影响 在本文中主要选择环境换热系数(环境介质对模具的界面换热系数)、入水速度与温度(水浴及托盘)作为正交仿真试验的 个因子 在参数范围上以文献的正交试验设计为基础将入水速度范围设定为./水温范围扩大为 环 境 换 热 系 数 如 上 所 述 为./()试验选择 因子 水平表共计 组试验各因子水平在其范围内等分(如表 所示)表 正交仿真试验各因子水平 水平环境换热系数/()入水速度/()水温/.试验以模具内缩松体积为响应值 在其计量方式上利用 功能对凝固完成后模具内的收缩体积进行计量在计量范围上根据第 节分析水浴顺序凝固工艺下缩松可能以连串微孔形式存在于药柱中心区域因此小体积微孔不能被忽略 在本文中将收缩率.以上微孔均纳入计量范围对于仿真中其他不涉及正交试验的固定工艺参数其值设定如表 所示 其设定原则为保证相界面不提前封闭不在模具内形成宏观缩孔 由于冒口保温时间属于逻辑控制量(模具内完成凝固之前持续保温)由具体工况所决定因此未列在其中表 正交仿真试验中的固定工艺参数 项目数值冒口保温温度/模具初始温度/药浆初始温度/水浴换热系数/()环境温度/相关性分析设计在正交试验基础上为探明上述 个工艺参数对缩松的具体影响机理 以第、时期分界时刻的相界面形貌特征参数作为中间量关联前后 个时期然后通过第 时期凝固区间最大厚度关联至缩松体积建立了 层关联路径(如图所示)由于水温作用于整个工艺过程因此也放入第 层中图 参数关联路径示意图.对于第、时期的分界点将其严格定义为相界面上部沿模具内壁刚好延伸至模具与冒口交界处的时刻(如图 所示)对此时刻遴选出相界面高度与开口角作为相界面形貌特征参数 对于第 时期基于 节缩松形成机理分析选择与缩松形成密切关联的凝固区间最大厚度作为第 层参数 如图 所示相界面高度主要是指固相界面最底部到模具内壁底部的距离相界面开口角也主要是以固相界面为轮廓进行测量凝固区间最大厚度主要是指第 时期相界面尾部的凝固区间固相与液相界面在轴向方向可能发展到的最大距离兵 器 装 备 工 程 学 报:/./图 相界面形貌特征参数示意图.然后针对图 中每组关联的参数计算它们之间的 相关系数 相关系数不考虑 个变量是否呈线性或正态分布通过秩次来评估它们是否具有一致的增减趋势 其主要计算公式为 ()()()()式()中:()、()为 列数据的秩次即为 相关系数其区间为 正负号对应了正负相关性其绝对值越接近 相关性越大 结果与讨论在表 中罗列了本文正交仿真的试验结果 在图 中基于表 数据进行了极差分析表 正交仿真试验结果 试验号参数组合模具内缩松体积/././././././././././././././././././././.续表(表)试验号参数组合模具内缩松体积/././././././././././././.从图 中可观察到提高环境换热系数降低入水速度与水温均有助于减小缩松体积 由图 中 因素各自的极差值 可知对缩松体积的影响力强弱排序为:水温、入水速度、环境换热系数 这主要是因为:水温作为整个工艺过程的凝固驱动力来源贯穿整个工艺过程而环境换热系数和入水速度主要作用于第 时期从而降低了对最终缩松体积的影响另一方面由于水温与缩松体积之间的非线性关系也增强了水温的影响 从表 与图 中均可观察到当水温处于第 水平()时缩松体积会出现明显陡增的情况图 缩松体积极差分析结果.对于本文中的大长径比模具在前 个温度水平下温度升高主要使轴向方向的温度梯度被拉平而径向方向由于相界面距离壁面相对较近温度梯度变化相对较小凝固区间直径增加不大 由第 节可知此时凝固区间在径向方向依然可能处于 的作用范围内从而导致缩松主要集中在模具中轴线上 而当水温来到第 水平时径向方向温度梯度被进一步拉平凝固区间径向方向可能会在某时刻出现 到 的距离超过 的情况缩松形成判据成立导致模具中心区域的缩松“变粗”进而引起缩松体积上的非线性增长 如图 所示提取了、的收缩率 图 在这 组试验中温度分别是、入水速度均为最高值./(第 时期较短不同环境换热系数的影响可予以忽略)在 的 水温条件下中心缩松缺陷直径明显增大而前 组中尽管温度不断升高但是凝固区间在径向方向还处于 作用范刘恒著等:顺序凝固工艺对大长径比装药缩松的影响研究围内所以缩松主要是在模具中心线上被逐渐加密 在文献 的正交仿真试验中均得到了水温影响力低于入水速度的结论 这种矛盾可能与本文中水温范围上限过高引起的非线性增长有关 事实上将表 中 组水温为 的仿 真 试 验 去 掉 后 再 进 行 极 差 分 析 亦 可 得 到 与 文献 相同的影响力排序图 不同水温下模具的缩松分布.表 相界面形貌特征参数测量结果 试验号相界面高度/相界面开口角/()凝固区间最大厚度/.表 相关系数计算结果 模具内缩松体积凝固区间最大厚度.凝固区间最大厚度相界面高度.相界面开口角.水温.相界面高度相界面开口角环境换热系数.入水速度.水温.基于正交仿真试验数据按照 节对各参数的定义对 个层次中的相界面形貌特征参数进行了测量(如表 所示)在表 中罗列了各层次关联参数之间的 相关系数计算结果从表 第 层可以看到模具内缩松体积与相界面尾部的凝固区间最大厚度存在高达.的正相关性 该参数表征了固相界面对液相界面的追赶能力 如果最大厚度较小则表明固相界面能够与液相界面保持较小距离不易发生“同时凝固”从而减少了缩松的形成反之亦然 从表 可以看到未形成缩松的试验(、)中其凝固区间最大厚度均低于其他试验中的凝固区间最大厚度 该结果进一步表明了第 节所论述的相界面尾部凝固区间厚度与缩松体积之间的密切联系由表 第 层可知 个参数均与凝固区间存在较大的相关性只是正负性不同 其中水温作为核心工艺参数过高的水温会拉平放缓温度梯度进而引起后续形成缩松的系列反应其具体作用机制已在前文阐述对于相界面开口角表 的结果表明开口角越小(“”形轮廓)后期更易发生固液相界面分离而开口角越大(“”形轮廓)则有助于固相对液相界面的追赶 从表 可以看到未形成缩松的试验(、)中其相界面开口角为 组试验中最大的 个其余形成缩松的试验中其相界面开口角均小于 在图 中从 与 组存在显著质量差距的试验中分别提取了第 时期结束时的固相率云图 从图中可以看到相界面接近“”形其开口角为 如表、表 所示第 时期凝固区间最大厚度为 最后在中心处形成了.的连串缩松而 相界面接近“”形开口角为.如表、表 所示第 时期凝固区间最大厚度仅为.最后没有形成缩松(如表 所示)对于轮廓差异所导致的后续固液相界面分离程度不同这可能主要与相界面生长模式的改变有关:进入第 时期后随着温度梯度特别是轴向温度梯度的拉平放缓轴向方兵 器 装 备 工 程 学 报:/./向的凝固驱动力减弱 此时相界面的生长模式由模具底部低温区对相界面的直接抬升为主导转换为模具壁径向方向低温区对中间高温区的“挤压”或“消解”在这种模式下如果相界面开口角较大(“”形)相邻 层高温区被“消解”掉的时间间隔则会更长反之如果开口角较小(“”形)相邻 层几乎会被同时“消解”(如图 所示)图 和 第 时期结束时相界面轮廓.图 工艺后期不同轮廓相界面生长模式示意图.从宏观上看对于“”形轮廓其某个固相率界面在不断被挤压变细后在某个时刻会突然上升 然而由于温度梯度的放缓引起的固液相界面发展动力的差异固相界面(固相率为 的界面)“突然上升”的时刻相对液相界面(固相率为 的界面图 中深紫色区域)会出现明显的延迟这就导致凝固区间会有相对较长的一段时间保持较大厚度随后便诱发缩松形成 在图 中从 第 时期()开始提取了后续数个时间点的固相率云图 从图 中可以看到从 开始在其后约 的时间内其液相界面主要以向内压缩变细为主而高度上只略有增长 而从 开始在其后短短 时间内液相界面突然上升到了模具入口区域 凝固区间厚度被突然拉长至最大 而固相界面则延迟了约 才开始突然上升 大厚度的凝固区间最终导致药柱中心出现大量连续缩松 相比之下对于 这种“”形轮廓其固液相界面向上生长速度较为均匀一致固相界面可全程与液相界面保持相对较小的距离(如图 所示)图 试验不同时刻固相率云图.图 试验不同时刻固相率云图.对于相界面高度该参数则反应了第 时期内相界面底部区域向上的生长程度 该参数同样与凝固区间最大厚度成高度的负相关 从表 第 层可以看到相界面高度对凝固区间最大厚度的相关系数(.)略微高于相界面开口角度的相关系数(.)这可能是由于相界面高度相对更直接地反应了进入第 时期自由凝固阶段后的实际长径比(待凝固部分液相长径比)更大的相界面高度在一定程度上缓解了大长径比下更易形成缩松的特性从而降低了缩松形成的概率此外单独计算相界面高度与开口角的 相关系数发现其值高达.从图 中也可以看出两者具有几乎一致的变化趋势 这主要是由于当前水浴式的顺序凝固工艺水温在模具壁面各个部位的一致性所导致的必然结果 也就是说除非采用某种底托盘式的入水方式并且对托盘内部加装独立温控单元通过单独控制模具底部温度进而改变模具内部轴径向温度梯度特性否则对于当前的刘恒著等:顺序凝固工艺对大长径比装药缩松的影响研究入水方式(本文中对应的是吊装入水)在同一条件下一定的相界面高度则对应了一定的开口角图 不同仿真试验中的相界面高度及开口角.对于表 最后一层首先是水温作为前文多次提及的核心因素该参数决定了相界面向内向上发展的动力强弱然而由于环境换热系数与入水速度对第 时期时长的影响水温的作用时长受限 因此水温在这一层对 个相界面形貌参数的相关系数只有.与.而在第 时期温度对凝固区间最大厚度的相关系数则达到了.对于入水速度与相界面高度的相关性由于入水速度是模具壁体内部低温区向上传播的主要驱动因素而相界面又会随低温区的抬高而沿着模具内壁向上延升 因此如果入水速度快相界面上方则会更早的延伸至模具入口区域使得第 时期提早结束导致相界面下方没有足够的时间向上发展进而降低了相界面高度对于入水速度与相界面开口角的相关性如第 节所述这种“”或“”形轮廓是由于低温区自下而上扫过模具外壁使相界面从壁面形成与向内发展存在时间上的先后顺序所引起的 因此在相同水温及环境换热系数下如果液面的上升速度过快不同高度的相界面形成与向内发展的时间差异则不大其相界面轮廓则可能趋向于“”形反之则是趋向于“”形对于环境换热系数由第 节分析可知模具壁体内低温区域可能会以超过液面上升的速度在模具壁体内部向上传播使得水浴的实际影响高度要高于液面高度进而导致相界面提早延伸至模具冒口交界处 而提高环境换热系数则提高了环境介质对模具未入水部分的保温能力从而抑制模具壁体内低温区的向上传播减缓相界面沿模具内壁向上延升的速度起到了类似于降低入水速度的效果:加剧不同高度相界面向内发展在时间上的差异有利于形成“”字形轮廓 使得第 时期持续时间更久相界面底部有更多时间向内向上收缩发展然而从表 最后一层来看环境换热系数与 个相界面形貌特征参数的相关性均较低分别为.与.这可能是因为:延长第 时期只是间接影响相界面生长其生长快慢主要还是取决于温度梯度 其作用上限较低也导致其影响力较小 在本文条件下提升环境介质换热系数理论上最多将低温区域控制到与液面齐平 此时低温区向上的速度则主要依赖于入水速度 这就导致环境换热系数对抑制冷却液实际影响高度、延长第 时期时长的能力上限不高进而削弱了环境换热系数与相界面形貌特征的相关度 更进一步也降低了环境换热系数对最终缩松体积的影响这与图 中极差分析的结果是一致的 另一方面如果更进一步的降低入水速度(比如采用阶梯式的入水策略延长间隔时长)则可能使环境介质换热系数发挥更大作用因为此时模具壁体内低温区向上传播的速度主要由模具内部材料热传导系数所决定此时更高的环境介质换热系数则可有效抑制低温区的向上传播由文献可知低水温所带来的陡峭温度梯度可能导致壁面粗结晶增大装药热应力甚至在固相阶段形成裂纹等缺陷 而在更慢的入水速度下采用更高的环境介质换热系数即使水浴温度不够低因为第 时期足够长不同高度相界面形成与发展的时间差异足够大也可提升相界面高度、增大开口角以更好的相界面形貌进入第 时期 从表 的 中 可 以 看 到 此 时 的 环 境 换 热 系 数 为 第 水 平(./()入水速度为最慢的第 水平(./)而水温则来到了第 水平()此时依然没有形成缩松缺陷 这表明适当降低入水速度、提升环境保温能力可减小工艺质量对低水温的依赖程度这对提升装药综合质量具有一定意义 结论)相界面尾部凝固区间厚度过大是形成缩松的直接诱因 第 时期结束时相界面高度越高开口角越大配合低水温越有利于减小第 时期凝固区间最大厚度 在 组未形成缩松的试验中相界面最小高度为.、相界面开口角最小为.、凝固区间最大厚度为.)适当降低水温使相界面向内向上发展更快可促使相界面开口角更大、高度更高在第 时期可促使固液相界面保持相对更小距离从而减小凝固区间最大厚度有助于减少缩松形成)降低入水速度提高环境换热系数均可使相界面沿模具内壁向上延伸至不同高度的时间先后差异更大第 时期时长更长从而增大相界面开口角与高度 此外低入水速度、大环境换热系数有利于减少工艺质量对低水温的依赖有助于提升综合工艺质量)在本文条件下由于水温与缩松体积的非线性关系水温对缩松体积的影响强于入水速度由于环境换热系数为间接作用且受入水速度限制其影响力最小参考文献:崔庆忠刘德润徐培等.高能炸药与装药设计.北兵 器 装 备 工 程 学 报:/./京:国防工业出版社.:.李敬明田勇张伟斌等.炸药熔铸过程缩孔和缩松的形成与预测.火炸药学报():.():.祖方遒.铸件成形原理.北京:机械工业出版社.:.赵信毅.曲轴箱体金属型低压铸造过程数值模拟及工艺研究.哈尔滨:哈尔滨工业大学.:.高丰黄求安王冠一.熔注炸药低比压顺序凝固界面生长规律研究.兵器装备工程学报():.():.徐更光刘德润王延增等.熔态炸药低比压顺序凝固技术.北京理工大学学报(英文版)():.()():./.马松袁俊明刘玉存等.水浴和自然条件下熔铸炸药凝固过程的数值计算.火炸药学报():.():.易茂光张明明冉靖等.弹药熔铸装药水浴护理凝固控制技术.兵工自动化():.():.万大奎张明明焦云朵等.大长径比小口径战斗部熔铸装药工艺研究.兵工自动化():.():.胡菲.熔铸炸药固化参数全时域测试及内部缺陷成因.太原:中北大学.:.杨治林李昂余瑶等.战斗部顺序凝固装药过程数值模拟研究.兵器装备工程学报():.():.牛凯博曹红松刘恒著等.顺序凝固工艺参数对熔铸装药影响的模拟研究.含能材料():.():.:.黄求安刘恒著史慧芳等.基于 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