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工业CT在火工品逆向工程的应用研究

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    传统的产品生产过程是从设计图纸到加工、组装成成品的过程,而逆向工程是针对一个结构未知的产品,通过用工业无损检测设备 CT 对其进行一系列的断层扫描,然后将其还原成生产用图纸或产品的过程。目前国际、国内在逆向工程应用研究方面大致可分为 3 种途径:第 1 种途径是将系列的工业 CT 断层扫描图像,利用计算机软件进行三维重建,得到立体图像,用自动成型机自动生产成形,得到产品。这种方法对空间形状复杂扭曲的构件使用最为方便。但是只能适用于一种材料的构件;第 2 种途径是将第一种途径中得到的三维立体图像,再利用专业软件进行特征尺寸辨别,获知结构的长、宽、高、直径等特征尺寸,与传统加工工艺接轨,获得产品。这种方法也只能适用于材料种类较少的构件;第 3 种途径是对未知产品进行多方位的断层扫描,获得扫描图像,精确测量产品各零部件的特征尺寸、位置尺寸和密度变化,绘制成加工用图纸,用传统工艺加工,生产成产品。这种无损测绘方法目前已经应用于火工品样品解剖测绘中,非常适用于有效地引进消化吸收新产品。

    1 利用工业 CT 进行火工品结构分析

    火工品的结构大多为准旋转体结构,它的外部壳体为金属材质,内部有非金属、药剂等各种材料。对简单的未知构件,可先用工业 CT 进行结构纵向断层扫描,判断结构的内部装配关系和产品的工作机理,并测量纵向结构尺寸;再根据不同需要选择做结构的横向断层扫描,进一步了解内部结构状况细节,并测量内、外径等横向尺寸;进而做出该结构的测绘图纸。

    图 1 所示是某火工产品的纵向工业 CT 断层扫描图。图 1 中各位置的 CT 值以不同灰度显示出来,CT值与其对应位置的零件密度有近似比例关系。从图 1中可以清楚的区分各零件并判断它们之间的装配位置关系。由图 1 可见,产品的密封系统是通过闭气环中锥体上下移动,在同一通道内起到打开和闭气作用。当始发装药发火,产生的燃气将锥体推向产品输出端,这时,锥体与闭气环内腔形成一个缝隙,燃气通过闭气档板的 7 个小孔点燃装药壳体内的输出装药,输出装药燃烧产生一定压力后又将锥体反推。利用工业 CT 定位测量功能,可以测得锥体大端面有一底为R0.5mm、深0.98mm的凹坑,大端壁厚为0.36mm,燃气从凹坑处将锥体推向小端,同时凹坑上端的燃气又向四周挤压,仅有 0.36mm 厚的锥体壁则产生变形,与闭气环内壁挤压在一起,从而起到密封作用。此设计利用始发装药和输出装药点燃的时间差和锥面特性,将燃气和机械运动结合在一起,达到在同一通道内打开或闭气的作用,点火管外部的环行槽内放置 O形橡胶圈,构成一个完整的密封系统。该产品除在密封系统设计中有独到之处外,另一突出的特点是电极塞结构设计新颖,电极塞端面有一个φ5mm×0.6mm的孔,始发装药装于药室内,这种设计提高了产品装药与壳体间的绝缘强度。电极塞的侧面有一条宽2.2mm、深0.2mm 的槽,露出一对静电放电电极的端部,与产品外壳形成静电泄放通道,提高了产品抗静电能力。电极结构设计独特、精巧,集焊桥、静电泄放、双桥并联和导线转换为一体。同时在图 1 上可以准确的测量纵向装配位置尺寸和零件纵向尺寸。横向尺寸的测量应该在横向断层扫描图上测量,这样可以避免纵向断层扫描位置未与产品中面重合而造成的误差。图 2 所示是该产品闭气挡板的横向工业 CT 断层扫描图。图2 清楚的显现了该截面上闭气档板的具体形状。用此图可以准确的测量各直径尺寸和各孔的位置尺寸。

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