【摘要】：引信是武器系統(tǒng)實現(xiàn)目標毀傷的控制核心,直接決定了武器系統(tǒng)與目標對抗的成敗。將微機電系統(tǒng)(MEMS)用于引信中,將大大提高武器裝備的小型化、智能化和精確打擊能力。在MEMS引信中,安全機構(gòu)直接決定引信的安全和可靠起爆,這要求所用的材料有優(yōu)異的力學性能及良好的微納尺度成形能力。然而,目前引信安全機構(gòu)所用材料存在抗沖擊能力弱、強度低,微納尺度加工難、成本高等不足。嚴重影響精確制導武器的可靠性與精確打擊能力。非晶合金由于沒有晶粒,具有一系列明顯優(yōu)于晶態(tài)材料的機械性能,且可實現(xiàn)微納、甚至原子尺度近凈成形。若將非晶合金用于MEMS引信安全機構(gòu),不僅可解決當前MEMS引信安全機構(gòu)的材料難題,還可大幅提高武器裝備的可靠性、智能化和精確打擊能力。本文系統(tǒng)研究了非晶合金MEMS引信安全機構(gòu)的超塑性成形,并對非晶合金成形中的界面摩擦因子進行測量。首先采用電弧熔煉制備出成分均勻的Zr_(35)Ti_(30)Cu_(8.25)Be_(26.75)(at.%)合金錠,然后噴鑄成形制備出非晶合金片材。采用差示掃描量熱儀(DSC)對制備好的非晶合金進行熱分析,獲得該非晶合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,晶化溫度及過冷液態(tài)區(qū)寬度。通過Creo三維建模軟件設計“W”型彈簧的三維結(jié)構(gòu),采用通用有限元模擬軟件Ansys對微型彈簧的變形進行有限元模擬,得到彈簧的應力分布,預測彈簧應力集中點。以帶有微彈簧結(jié)構(gòu)的硅模為模板,在過冷液相區(qū)(390℃),以應變率為0.001s~(-1)在非晶合金表面壓印成形出平面微彈簧拉伸試樣和MEMS引信安全機構(gòu)。X射線衍射儀(XRD)檢測表明非晶合金在熱塑性成形后未發(fā)生晶化。用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡對微結(jié)構(gòu)進行表征,觀察成形微彈簧形狀完整。采用電子動靜態(tài)疲勞試驗機對非晶合金平面微彈簧進行拉伸測試,獲得其彈性系數(shù)為0.0135N/mm。微彈簧最大可以承受1.54N的力,可以產(chǎn)生539%的變形量。對彈簧的斷口形貌進行觀察,分析斷裂形式為韌性斷裂。針對非晶合金微成形中界面摩擦影響成形能力問題,本文對比研究了準靜態(tài)和超聲振動對摩擦因子的影響。結(jié)果表明,超聲振動能顯著降低摩擦力,如非晶合金熱塑性成形的摩擦因子約為準靜態(tài)的1/3。從而表明采用超聲振動技術(shù),可有效提高非晶合金的超塑性成形能力。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG139.8;TJ430.5
【圖文】：

由美國Robinson[1]等設計并經(jīng)過多次完善的引信安全機構(gòu)如圖1-1所示，由：搖桿鎖、后座鎖、后座滑塊、解保裝置構(gòu)成、離心滑塊、離心滑塊傳爆藥槽。在平時搬運時，震動會使后座滑塊產(chǎn)生移動，但是彈簧會讓后座滑塊恢復原位。在發(fā)射時，后座滑塊相對于MEMS引信安全機構(gòu)反方向運動，解除對離心滑塊的限制作用。離心滑塊在離心力的作用下運動，在離開炮管一定距離后，搖桿鎖解除安全保險，離心滑塊完全移動到位，此時引信完全解除保險進入待發(fā)狀態(tài)[2]。圖1-1 美軍MEMS引信安全機構(gòu)[1]Fig1-1.MEMS safety device of US army[1].

2華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文圖1-2中所示的導彈用電磁驅(qū)動式MEMS引信安全機構(gòu)適用于自身不發(fā)生旋轉(zhuǎn)的武器，比如導彈、榴彈、迫擊炮彈等，解除保險主要是利用電磁力，體積小、信息化程度高[3]。這種引信結(jié)構(gòu)采用LIGA或者UV-LIGA工藝制備，材料是鎳金屬。鎖銷彈簧保證平時在搬運、維護過程中不會發(fā)生解除保護，保證了彈藥的安全性，即便由于晃動，鎖銷脫離滑塊卡槽也能迅速恢復。其次在發(fā)射時，電磁驅(qū)動器接收到電信號產(chǎn)生磁力，使鎖銷克服平面彈簧的拉力脫離滑塊卡槽，滑塊沒有了鎖銷的約束后，可在磁力吸引下解除保險。然后鎖銷的電磁驅(qū)動器斷電，鎖銷被平面彈簧拉回，使滑塊保持解除保險，當收到起爆信號的時候，通電加熱將起爆藥引爆，然后依次引爆輸入藥、傳爆藥、輸出藥

3華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文圖1-3 采用UV-LIGA制備的MEMS引信安全機構(gòu)[4, 5]Fig. 1-3 MEMS MEMS safety device fabricated by UV-LIGA process[4, 5].1.2 非晶合金微成形技術(shù)概述非晶合金微成形在制備 MEMS 引信安全機構(gòu)方面有一定的應用前景。采用塑性成形工藝制造零件，具有較高的生產(chǎn)效率，且產(chǎn)品力學性能好、尺寸精度高。然而隨著科技的發(fā)展，對微小零件的需求越來越旺盛，微型零件在消費電子、醫(yī)療器械等方面有著廣闊的應用前景。這就要求我們開發(fā)出新的工藝來制備這些微小零件。光刻工藝在半導體工業(yè)中被廣泛應用，可以刻蝕微尺度的形狀，但是只能用在硅等材料上，難以制備具有良好力學性能的金屬材料零件。非晶合金通過熱塑性成形可以高效制備形狀復雜的微尺度零件，且微成形件有良好的力學性能。微塑性成形工藝是指通過塑性變形生產(chǎn)出在至少兩個尺寸維度小于毫米尺度的零件的工藝。圖1-4 是通過微成形工藝制備的零件。圖 1-4 微型零件(a)體積成形零件；(b)?

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 夏天東;張曉宇;徐仰濤;丁萬武;趙文軍;;電沉積鎳和軋制鎳顯微組織和力學性能的對比[J];中國有色金屬學報;2015年11期

2 汪衛(wèi)華;;非晶態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)和特性[J];物理學進展;2013年05期

3 吳志亮;常娟;馮鵬洲;朱繼南;;引信用MEMS平面微彈簧彈性系數(shù)分析[J];南京理工大學學報(自然科學版);2008年02期

4 李華;石庚辰;;MEMS平面微彈簧剛度分析[J];壓電與聲光;2007年02期

5 李華,石庚辰;MEMS平面微彈簧彈性系數(shù)的研究[J];探測與控制學報;2005年04期

相關(guān)碩士學位論文 前2條

1 賈勝芳;MEMS引信保險裝置的制作及鑄層結(jié)合強度研究[D];大連理工大學;2010年

2 王詩祺;基于MEMS技術(shù)的引信隔爆機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計及工藝研究[D];南京理工大學;2008年

本文編號：2747602