一种小尺寸群模装药方法及装置与流程

本发明涉及一种微装药方法。具体涉及小尺寸的固体化学推进阵列的装药方法及装置。

背景技术：

随着火工系统的微型化发展，常规的装压药方法已不再适用，必须寻求能满足微尺度药剂装填方式。装药量的精度和均匀性直接关系到固体化学微推进阵列的可靠性和安全性。因此，微小尺寸的装药技术是固体化学推进阵列的关键技术。常用的微小尺寸装药技术有电喷法装药技术和喷墨打印微装药方法。

电喷法是利用电场对液滴形变而产生射流的过程。当对储存在毛细管内的液体施加一定电压时，喷口处的液滴会因为电荷在表面聚集而变形，由半圆形拉长为圆锥状，继而从喷口喷出射流。射流在电荷相互排斥力的作用下分散形成微小液滴，液滴的粒径分布为几百纳米到几百微米。微小液滴在静电场的作用下，飞向导电基底。在飞行的过程中，液滴中的溶剂不断挥发，到达基底时，溶剂基本完全挥发。这种装药方法比较适用于药室高度较小的情况，当药室深宽比较大时，装药效果不好，药室底部及边缘不容易装填药剂；同时，该方法药剂装填密度小，受到震动容易掉药。

喷墨打印微装药方法是采用溶胶凝胶法制备含能油墨，利用喷墨打印快速成型装置将含能油墨喷射至药室内。此种装药方法的优点是：装药量精度高。缺点是：装药量和装药密度都比较小；药室底部及边缘无法装填药剂。

根据目前的研究进展，微小尺寸装药技术存在以下问题：

(1)装药量和装药密度较小；

(2)药剂与药室之间的结合强度不够，容易脱落；

(3)装药效率低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种小尺寸群模装药方法及装置，以期解决小尺寸、高深宽比的微药室均匀装药的问题，为微型固体化学推进阵列技术的研究提供新工艺和新技术。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种小尺寸群模装药方法及装置，包括装药流程中使用的微机械抖药装置、装置主体、电子压力机。

装置主体为小尺寸群模装药压药装置，具体为压药模具、压冲；

其中，压药模具包括导药模、模具底座、微药室腔。导药模含有导药孔和微药室槽一；模具底座包含微药室槽二；微药室腔由微药室槽一和微药室槽二构成。

进一步的，导药模的高度根据装药高度做出相应的改变。

进一步的，微药室腔外形尺寸由微药室的外形尺寸确定，微药室腔外形尺寸与微药室的外形尺寸相同。

进一步的，导药孔呈锥形，导药孔扩孔的倾斜角度为5°，导药孔的最小圆直径与微药室的装药孔直径相同。

进一步的，导药模含有多个导药孔，导药孔呈矩阵状分布。导药孔阵列与微药室的装药孔阵列相匹配。

压冲包括压冲头、压针阵列。压针阵列为多根矩阵分布的压针(圆柱体)，压针直径与微药室的装药孔直径相同。

进一步的，压针阵列与微药室的装药孔阵列相匹配。

附图说明

图1为本发明装置结构三维示意图；

图2为本发明装置主体结构示意图；

图3为本发明装置使用方法流程示意图。

具体实施方式

以下针对该装置和使用该装置进行小尺寸药室装药的操作步骤结合附图对本发明进一步说明：

本发明涉及一种小尺寸群模装药装置，包括：包括：电子压力机1、微机械抖药装置2、装置主体；装置主体放置在电子压力机的待压平台上，微机械抖药装置与装置主体相接触用于药粉抖动；

装置主体具体包括压药模具4、压冲3；

其中，压药模具包括导药模5、模具底座6、微药室腔7；导药模5顶部设有导药孔8与其底部设置的微药室槽一9连通；模具底座6顶部设有微药室槽二10；其中，微药室槽一9和微药室槽二10构成微药室腔7用于放置微药室；

压冲3包括压冲头11及压冲头底部设置的压针阵列12；其中压针阵列12为多根矩阵分布的压针13。

导药模5的高度根据装药高度做出相应的改变。

微药室腔7外形尺寸由微药室的外形尺寸确定，微药室腔7外形尺寸与微药室的外形尺寸相同。

导药模5含有多个导药孔8，导药孔8呈矩阵状分布，导药孔8阵列与微药室的装药孔阵列相匹配。

导药孔8呈锥形，导药孔8扩孔的倾斜角度为5°，导药孔底部的最小圆直径与微药室的装药孔直径相同。

压针阵列12与微药室的装药孔阵列相匹配。

压针13为圆柱体，压针13直径与微药室的装药孔直径相同。

压药模具外形尺寸为：32.4mm×32.4mm×10.0mm。导药模5含有100个(10×10矩阵分布)导药孔8和微药室槽一；

导药孔8呈锥形，导药孔8扩孔的倾斜角度为5°，导药孔的最小圆直径为1.0mm且与微药室的装药孔直径相同。

压冲头3的外形尺寸为10.0mm×10.0mm×4.0mm；压针阵列12为多根矩阵分布的压针(圆柱体)，压针13直径为1.0mm且与微药室的装药孔直径相同。

进一步的，压针阵列3-2与微药室的装药孔阵列相匹配。

装药方式一：

不使用压药模具，仅使用压冲。即每次装药使用微机械抖药装置装满微药室后，再使用压冲和电子压力机进行装药。

根据装药方式一的装药方式建立数学模型，假设药室高度为l，第i次压药高度为li，药剂压缩前密度为ρ1，药剂压缩后密度为ρ2，药室底面积为s，药室形状为圆柱状，装药高度为h。

则第一次完成装药后，有关系式：

(1)

第二次完成装药后，有关系式：

(2)

第i次完成装药后，有关系式：

ρi(3)

由上述公式(1)、(2)和(3)可得：

(4)

(5)

注：k为压药前、后药剂的密度之比。

(6)

此种装药方式适用于装药高度为h的情况。

此种装药方式操作简单。

装药方式二：

同时使用压药模具和压冲。根据所需要的装药高度，压药模具需要做相应的改变，一次装药，一次压药即可完成装药过程。

压药模具做出相应改变的原理为：

假设所需装药高度为l，装药模具的高度为h。由装药方式一中公式(4)可得压药前、后药剂的密度之比为k，即装药之后的药剂高度和压药之后的药剂高度之比。因此有

(7)

得

(8)

在已知药剂压缩前后比值k和装药高度l，可确定压药模具的高度。此种装药方式可高效率、高均一性、高精度地完成装药。

此种装药方式适用于装药高度大于公式(5)中l1的装药高度。

装药流程如图3所示，详细操作步骤如下：

1、开始装药前，根据装药高度判断使用装药方式。当使用装药方式二时，则进行下一步；否则，直接跳至步骤6。

2、将压药模具固定在微药室上，保证微药室与压药模具之间没有间隙。

3、将微药室和压药模具固定在微机械抖药装置上，将粒度合适的药剂均匀置于压药模具上，打开微机械抖药装置进行装填药剂，直至微药室和装药孔填满药剂。

4、将压冲置于压药模具之上，使压针阵列对齐压药模具的导药孔阵列。然后设置电子压力机工作模式为恒定速度并设定停止压力，驱动终了压力设定为0.1kg，驱动速度为0.5mm/s。开启运行电子压力机，达到预定的停止压力。压冲有25根压针，压药模具有100个装药孔，因此需要压药4次。

5、装药完成后，收集样品，清擦模具，压药结束。

6、将微药室具固定在微机械抖药装置上，将粒度合适的药剂均匀置于装药模具上，打开微机械抖药装置进行装填药剂，直至微药室填满药剂。

7、将压冲置于微药室之上，使压针阵列对齐微药室的装药孔阵列。然后设置电子压力机作业模式为恒定速度并设定停止压力，驱动终了压力设定为0.1kg，驱动速度为0.5mm/s。开启运行电子压力机，达到预定的停止压力。压冲有25根压针，微药室有100个装药孔，因此需要压药4次。

8、查看装药孔是否达到预定装药高度，是则装药完成；否则重复步骤6和步骤7.直至达到预定装药高度。

9、装药完成后，收集样品，清擦模具，压药结束。