一种密度分布可变的抗旋药型罩增材制造方法技术

一种密度分布可变的抗旋药型罩增材制造方法,步骤如下：将药型罩结构沿轴向划分为多个切片结构，将每个切片结构划分为多个环向重复区域，最后将每个重复区域细分为多个特征单元，采用LMD送粉式增材制造技术制备药型罩。本发明专利技术所述方法可使传统轴对称药型罩具备一定的抗旋性能，且材料利用率高、制备工期短，便于在药型罩制备领域进行推广使用。在药型罩制备领域进行推广使用。在药型罩制备领域进行推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种密度分布可变的抗旋药型罩增材制造方法


[0001]本专利技术涉及材料制备和增材制造的
，具体地说是一种密度分布可变的抗旋药型罩增材制造方法，具体可应用于抗旋药型罩及具有异形结构特征的药型罩制备等领域。

技术介绍

[0002]破甲战斗部是打击重装甲防护目标的重要利器，其装药采用聚能结构，装药起爆后的爆轰产物挤压金属药型罩材料至轴线并发生高速碰撞，形成高速运动的聚能射流，射流在与目标靶接触时会形成高温、高压、高应率的“三高区”，使得靶板材料迅速失效并以流体形式流动，在此情况下，射流在目标靶上的侵彻深度将会达到数倍装药口径。
[0003]在使用线膛炮发射时，战斗部出膛后将作绕轴线的自旋运动以保持飞行稳定性，从而提高命中精度。在设计传统破甲战斗部时，药型罩多为轴对称结构，并且在对战斗部进行威力评估时，通常在静态条件下而非自旋状态下引爆主装药，形成的射流形态准直，且具有较高的侵彻能力。然而在战场实际应用中，战斗部的自旋运动将会在射流内部产生离心应力，导致材料向四周飞溅，从而大幅度降低射流的侵彻威力。因此，需要设计一种能够抵消自旋运动的药型罩来提升自旋状态下射流的侵彻威力。
[0004]目前的抗旋药型罩的原理是，将药型罩的内外侧加工成壁厚周期性变化的结构，导致药型罩材料在爆轰产物的挤压作用过程中获得周期性变化的径向速度梯度，从而引入环向冲量，以抵消药型罩材料沿轴线的转动惯量，图1
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1为现有技术中内外侧均为沟槽结构的抗旋药型罩整体示意图，图1
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2所示为装药爆轰前的药型罩截面图，ω1为药型罩的自旋方向，图1
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3所示为装药爆轰后的药型罩截面图，ω2为爆轰产生的角速度方向，用以抵消ω1。但这种药型罩由于结构复杂，装药工艺只能采用注装形式，注装药的密度较压装药低，从而限制了装药的能量释放率。此外，注装过程中易在沟槽处形成缩孔和瑕疵等装药缺陷，使得装药安全性大大降低。因此，需设计一种外表面光滑，并且具备抗旋能力的药型罩以满足战场需求。
[0005]除采用壁厚周期性变化的结构外，还可以在传统轴对称药型罩结构的基础上改变药型罩的密度分布，使得药型罩在压垮过程中出现径向速度梯度。但此设计难以用传统工艺进行实现，因此阻碍了抗旋药型罩的发展。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对
技术介绍
中提及的技术缺陷，基于增材制造原理，采用送粉式激光金属熔化沉积技术（Laser metal deposition, LMD），提出一种密度分布可变的抗旋药型罩制备方法，从而制备外表面光滑，且具有抗旋能力的轴对称药型罩，对于提高破甲战斗部的侵彻能力具有重要的军事意义和应用价值。
[0007]为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种密度分布可变的抗旋药型罩增材制造方法，包括以下步骤：
（1）几何构型的分层切片分析；将药型罩的几何构型沿药型罩轴线细分成多层切片；（2）环向重复区域划分；确定步骤（1）完成后的每层切片结构上的重复区域的数量；（3）特征单元划分；将每个重复区域细分为多个特征单元，调整每个特征单元的几何参数及材料密度，以调控药型罩的密度分布；重复步骤（2）和（3），将整个药型罩细分为多个特征单元；（4）增材制备过程；最后将步骤（3）完成的若干特征单元拼接制备成型。
[0008]作为优选的技术方案：适用于制备各种形状的轴对称结构药型罩。
[0009]作为优选的技术方案：药型罩的壁厚可变。
[0010]作为优选的技术方案：步骤（4）的制备过程中采用的增材制造技术为送粉式激光熔化沉积技术。
[0011]作为优选的技术方案：所述步骤（4）的制备过程中所使用的金属粉末至少为两种。
[0012]作为优选的技术方案：步骤（1）中的每层切片厚度视粉末几何特征尺寸和具体加工需求而定，在步骤（4）的制备过程中视需求进行调整。
[0013]作为优选的技术方案：所述步骤（2）中，所确定的重复区域为沿圆周分布的扇形结构；环向扇区角α在整个制备过程中保持定值，环向重复区域的数量由360/α计算可得。
[0014]作为优选的技术方案：所述步骤（3）中，特征单元的划分模式包括条型和网型；条型特征单元划分模式的主要参数为周角β，网型特征单元划分模式的主要参数为周角γ和径宽r。
[0015]作为优选的技术方案：每个所述特征单元的材料填充密度相同。
[0016]作为优选的技术方案：每个重复区域内的特征单元的排布密度沿环向和径向均呈渐变式分布。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的方法适用于制备各种形状的药型罩，且药型罩几何外形仍为轴对称结构，无需改变战斗部原有的装药结构，使得制备的抗旋药型罩与装药具有良好的结构匹配性；2、本专利技术中涉及的密度分布可变的药型罩在压垮过程中会产生径向速度梯度，使得药型罩在汇聚过程中发生错位，从而引入环向冲量，抵消药型罩的自旋运动，利用增材制造原理，在加工前将药型罩的几何构型进行分层切片分析，之后将每一层的切片结构细分成多个特征单元，通过控制每个特征单元的材料密度，以达到改变药型罩密度分布的目的；3、本专利技术使用的切片分析法和特征单元法能够在增材制造技术的支持下快速制备密度分布可变的金属药型罩，工作效率高；4、本专利技术采用激光熔化沉积技术，在送粉过程中可以调整不同组分粉末的输送速度，以此调控每个特征单元的材料配比，从而达到调控成型件密度的目的；5、本专利技术通过改变特征单元的几何参数及密度梯度调整药型罩的抗旋能力。
附图说明
[0018]图1
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1为现有技术中内外侧均为沟槽结构的抗旋药型罩整体示意图。
[0019]图1
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2为现有技术中内外侧均为沟槽结构的抗旋药型罩装药爆轰前的药型罩截面图。
[0020]图1
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3为现有技术中内外侧均为沟槽结构的抗旋药型罩装药爆轰后的药型罩截面图。
[0021]图2
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1为本专利技术中变密度药型罩整体示意图。
[0022]图2
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2为本专利技术中变密度药型罩装药爆轰前的药型罩截面图。
[0023]图2
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3为本专利技术中变密度药型罩装药爆轰后的药型罩截面图。
[0024]图3为本专利技术中条形特征单元的划分方式示意图。
[0025]图 4为本专利技术中网形特征单元的划分方式示意图。
[0026]图5为LMD工艺熔化金属粉末示意图。
[0027]图6为本专利技术实例中的战斗部结构示意图。
[0028]图7为本专利技术实例中的Cu
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Sn粉末微观形貌图。
[0029]图8为将一个药型罩截面划分为八个重复区域示意图。
[0030]图9为将一个重复区域划分为40个特征单元示意图。
[0031]图10为本专利技术中一个分层切片结构示意图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。
[0033]参见附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种密度分布可变的抗旋药型罩增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）几何构型的分层切片分析；将药型罩的几何构型沿药型罩轴线细分成多层切片；（2）环向重复区域划分；确定步骤（1）完成后的每层切片结构上的重复区域的数量；（3）特征单元划分；将每个重复区域细分为多个特征单元，调整每个特征单元的几何参数及材料密度，以调控药型罩的密度分布；重复步骤（2）和（3），将整个药型罩细分为多个特征单元；（4）增材制备过程；最后将步骤（3）完成的若干特征单元拼接制备成型。2.如权利要求1所述的密度分布可变的抗旋药型罩增材制造方法，其特征在于，适用于制备各种形状的轴对称结构药型罩。3.如权利要求2所述的密度分布可变的抗旋药型罩增材制造方法，其特征在于，药型罩的壁厚可变。4.如权利要求1所述的密度分布可变的抗旋药型罩增材制造方法，其特征在于，步骤（4）的制备过程中采用的增材制造技术为送粉式激光熔化沉积技术。5.如权利要求4所述的密度分布可变的抗旋药型罩增材制造方法，其特征在于，所述步骤（4）的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙圣杰，门建兵，王树有，蒋建伟，李梅，
申请(专利权)人：北京理工大学唐山研究院，
类型：发明
国别省市：