本发明涉及穿甲弹弹托，具体来说是碳纤维复合材料穿甲弹的弹托卡瓣及其成型方法。
背景技术：
1、穿甲弹弹托通常由3到4瓣均匀分布的马鞍形托瓣组成，弹托托瓣内侧的环形齿纹与侵彻体外部的齿啮合，将火炮发射时作用到弹托上的作用力通过啮合作用传递给侵彻体，使得侵彻体与弹托一同高速运动弹托托瓣前定心部的前腔在飞出炮口后会产生径向分离力，使弹托与侵彻体脱离；弹托托瓣后定心部的外侧设置有用软质材料制作的弹带，能够对炮膛起密封作用，防止高压气体泄漏。弹托的作用是获取发射药燃烧释放的能量并将能量尽可能多的转移给侵彻体，显然弹托的质量属于消极质量，弹托越轻越好。火炮发射过程时间很短，但膛压非常高，弹托与侵彻体啮合的齿牙受到的应力非常大，故复合材料弹托设计和制造的关键点就是齿牙部分的强度。
2、目前穿甲弹弹托的材质为金属材料以及轻质复合材料等，现有金属材料弹托因金属大密度，使得金属弹托消极质量过大，金属材料的弹托在发射时，将产生较大的消极质量，影响穿甲弹的初速度，并对穿甲弹的飞行造成一定的影响；而轻质复合材料材质的弹托，其显著降低了弹托的整体质量，大大降低了消极质量，但面对大口径穿甲弹，目前多采用注塑工艺或模压成型工艺制备轻质纤维增强复合材料弹托齿牙区域，其中注塑工艺所使用的注塑材料纤维体积含量较低，容易出现齿牙区域富树脂，导致齿牙强度低，齿牙区域容易发生断裂，齿牙在发射过程中容易破坏的问题；模压成型工艺如采用短切碳纤维预浸料，会出现与注塑工艺相同的问题，如采用连续碳纤维预浸料，则弹托的齿牙区域以及其复杂外形不易铺覆成型，效率低下，弹托各结构间存在多个胶接界面，容易发生胶接破坏，结构整体性、稳定性差，齿牙区域容易发生断裂，从而严重影响发射性能。因此制备一个消极质量小、质轻且齿牙区域不易发生断裂的碳纤维复合材料穿甲弹的弹托卡瓣及其成型方法具有十分重要的意义。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供碳纤维复合材料穿甲弹的弹托卡瓣及其成型方法，本发明解决了金属材料弹托消极质量过大；轻质复合材料弹托齿牙部分强度不足以及轻质复合材料弹托多胶接界面，整体性、稳定性差的问题。并给出采用连续碳纤维增强预浸料增强齿牙部分强度，并与齿牙、壳体注塑一体化成型，避免胶接界面产生，减轻结构消极质量，增强整体结构稳定性、可靠性。
2、为解决上述技术问题，本发明给出第一种实现方案：外壳、扇环形齿牙以及齿牙增强部分，所述齿牙增强部分由连续碳纤维增强预浸料制成；所述外壳、齿牙及连续碳纤维增强预浸料采用短切碳纤维增强复合材料注塑形成一体。
3、本发明给出第二种实现方案：碳纤维复合材料穿甲弹的弹托卡瓣的成型模具，包括上模和下模，所述上模扣合在所述下模上，所述下模的顶面开设有纵向截面为扇环形的下模凹槽，所述下模凹槽的底部等间距设有多个齿牙凹槽，多个所述齿牙凹槽沿前后方向的同一侧的槽壁为坡面，嵌装在该齿牙凹槽内的齿牙增强部分与坡面之间留有成型缝隙，用于铺设连续碳纤维增强预浸料以及注塑成型。
4、本发明给出第三种实现方案：碳纤维复合材料穿甲弹的弹托卡瓣的成型方法，包括如下步骤：
5、将连续碳纤维增强预浸料按照设计的铺层角度以及数量铺放于弹托卡瓣的成型模具的多个齿牙凹槽部分，加热并维持模具温度；
6、采用短切碳纤维增强复合材料进行注塑，待注塑一体成型后，降温脱模得到弹托卡瓣，其中连续碳纤维增强预浸料与短切碳纤维增强复合材料采用相同的树脂基体，该模具的温度是使连续碳纤维增强预浸料能够与后注入的短切碳纤维增强复合材料结合相融的温度。
7、优选地，所述连续碳纤维增强预浸料所用碳纤维品级为t300及以上。
8、优选地，所述连续碳纤维增强预浸料所用碳纤维的编织方向为单向编织或者0°与90°方向编织成的经编织物。
9、优选地，所述连续碳纤维增强预浸料的树脂基体和短切碳纤维增强复合材料的树脂基体均为热塑性工程塑料。
10、优选地，所述热塑性工程塑料包括但不限于peek、pei、pekk、pi以及pps树脂。
11、优选地，所述连续碳纤维增强预浸料的铺层角度0°-90°。
12、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
13、1、本发明解决了金属材料弹托消极质量过大；轻质复合材料弹托齿牙部分强度不足以及轻质复合材料弹托多胶接界面，整体性、稳定性差的问题。并给出采用连续碳纤维增强预浸料增强齿牙部分强度，并与通过短切碳纤维增强复合材料注塑得到的齿牙、壳体注塑一体化成型，避免胶接界面产生，减轻结构消极质量，增强整体结构稳定性、可靠性。
14、2、采用连续碳纤维预浸料增强复合材料制备穿甲弹弹托显著降低消极质量，这是因为连续碳纤维作为增强材料，连续碳纤维具有比拟金属的强度，而连续碳纤维预浸料增强复合材料中还具有树脂体系，树脂体系能够大幅减轻相对于金属材料的质量，因此采用连续碳纤维预浸料增强复合材料制备穿甲弹弹托不但具有比肩金属的强度，其总体质量大幅降低。
15、3、采用注塑一体化成型工艺显著提升加工效率，这是因为不需要单独制备齿牙增强部分，采用连续碳纤维增强预浸料增强齿牙部分，在制备时贴合在模具表面，直接注塑，即可得到齿牙增强的弹托卡瓣。
16、4、采用注塑一体化成型工艺显著减少加工步骤，这是因为通过注塑一步成型不需要设定其他额外的制备步骤。
17、5、采用注塑一体化成型工艺显著提升弹托整体结构稳定性、可靠性。这是因为采用注塑一体化成型工艺，与传统单独制备齿牙增强部分通过胶接的方式粘连到齿牙部分相比较，避免了胶接界面的产生，由于胶接的存在，难免会存在缺陷以及应力集中、缺陷部分且粘接剂强度难以满足使用要求，而采用一体化直接成型，避免了胶接界面的产生，整体成分均一，整体性强，受力分布均匀，与胶接相比，不会产生结构强度薄弱的部分，可靠性强，不会出现胶接界面破坏的情况。
18、6、采用连续碳纤维预浸料增强弹托齿牙部分，显著增强齿牙强度，这是因为续碳纤维增强预浸料拉伸强度可达1-2gpa，与传统复合材料齿牙增强板对比，远超其强度，材料综合力学性能好，且质量较轻，用来增强齿牙部分效果提升十分明显。
1.碳纤维复合材料穿甲弹的弹托卡瓣，其特征在于，包括：外壳(1-1)、扇环形齿牙(1-2)以及齿牙增强部分(1-3)，所述齿牙增强部分(1-3)由连续碳纤维增强预浸料制成；所述外壳(1-1)、齿牙(1-2)及连续碳纤维增强预浸料采用短切碳纤维增强复合材料注塑形成一体。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料穿甲弹的弹托卡瓣的成型模具，其特征在于，包括上模(3)和下模(4)，所述上模(3)扣合在所述下模(4)上，所述下模(4)的顶面开设有纵向截面为扇环形的下模凹槽，所述下模凹槽的底部等间距设有多个齿牙凹槽(2)，多个所述齿牙凹槽(2)沿前后方向的同一侧的槽壁为坡面(2-1)，嵌装在该齿牙凹槽(2)内的齿牙增强部分(1-3)与坡面(2-1)之间留有成型缝隙，用于铺设连续碳纤维增强预浸料以及注塑成型。
3.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料穿甲弹的弹托卡瓣的成型方法，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的碳纤维复合材料穿甲弹的弹托卡瓣成型方法，其特征在于，所述连续碳纤维增强预浸料所用碳纤维品级为t300及以上。
5.根据权利要求3所述的碳纤维复合材料穿甲弹的弹托卡瓣成型方法，其特征在于，所述连续碳纤维增强预浸料所用碳纤维的编织方向为单向编织或者0°与90°方向编织成的经编织物。
6.根据权利要求3所述的碳纤维复合材料穿甲弹的弹托卡瓣成型方法，其特征在于，所述连续碳纤维增强预浸料的树脂基体和短切碳纤维增强复合材料的树脂基体均为热塑性工程塑料。
7.根据权利要求6所述的碳纤维复合材料穿甲弹的弹托卡瓣成型方法，其特征在于，所述热塑性工程塑料包括但不限于peek、pei、pekk、pi以及pps树脂。
8.根据权利要求3所述的碳纤维复合材料穿甲弹的弹托卡瓣成型方法，其特征在于，所述连续碳纤维增强预浸料的铺层角度0°-90°。
