陳小軍，趙鑫(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京211153)

?

一種批量化T/R組件盒體成型工藝研究

陳小軍，趙鑫
(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京211153)

摘要:通過(guò)一種批量化T/R組件盒體的成型工藝試驗(yàn)和分析，采用壓鑄工藝，選用合適的壓鑄鋁合金材料、合理的工藝措施，同時(shí)解決電磁兼容、散熱、三防等關(guān)鍵技術(shù)，滿足總體設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞:T/R組件;批量盒體;壓鑄;水道

0　引言

與常規(guī)雷達(dá)相比，有源相控陣?yán)走_(dá)具有探測(cè)威力大、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、可維護(hù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。T/R組件是有源相控陣?yán)走_(dá)天線的重要組成部分，每部雷達(dá)約有成百甚至上千個(gè)T/R組件。T/R組件的結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)關(guān)系到批量生產(chǎn)的加工周期乃至整部雷達(dá)的成本造價(jià)。

作為有源相控陣?yán)走_(dá)的核心部件，T/R組件要求高性能、高可靠性和低成本，對(duì)大批量的組件盒體的成型工藝提出了很高的要求。

1　工藝研究問(wèn)題的提出

圖1為某T/R組件盒體結(jié)構(gòu)示意圖。該盒體采用定制鋁板CNC加工成型。T/R組件的安裝載體及散熱冷板由流道盒體及流道蓋板焊接而成，并制定了T/R組件冷板爐中釬焊工藝規(guī)范。但是，由于內(nèi)腔復(fù)雜，臺(tái)階面及槽孔較多，精度高并要求重量輕，CNC加工周期較長(zhǎng)，加工成本也較高，盒體及流道蓋板焊接經(jīng)過(guò)不斷試驗(yàn)，成品率才不斷提高。

圖1　某T/R組件盒體

為縮短加工周期，降低制造成本，保持尺寸一致性及互換性，提高成品率，對(duì)某型批量化T/R組件盒體的成型工藝進(jìn)行研究，采用壓鑄工藝，并制定精密塑性成型工藝方案，同時(shí)滿足總體設(shè)計(jì)要求。

2　壓鑄工藝的特點(diǎn)

壓鑄工藝是一種高效率的少、無(wú)切屑金屬的成型工藝。作為有色金屬鑄造業(yè)的一種革命，它大大提高了鑄件生產(chǎn)的生產(chǎn)率、成型率，降低了生產(chǎn)成本。

壓鑄工藝是將壓鑄機(jī)、壓鑄模和合金三大要素有機(jī)地組合而加以綜合運(yùn)用的過(guò)程，而壓鑄時(shí)金屬按填充型腔的過(guò)程是將壓力、速度、溫度以及時(shí)間等工藝因素得到統(tǒng)一的過(guò)程。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱處理工藝、模具制造及模具裝配對(duì)鋁合金壓鑄模壽命產(chǎn)生影響。

由于合金元素含量較高，鑄造鋁合金的可加工性比一般變形鋁合金的好。尤其Al-Si鑄造合金(共晶型合金)，其特點(diǎn)是鑄造性能好，抗蝕性能高，密度小，力學(xué)性能較好。向Al-Si鑄造合金中加入銅、鎂、錳等元素可大大改善其性能。

采用壓鑄工藝優(yōu)點(diǎn):

(1)可以制造形狀復(fù)雜、輪廓清晰、薄壁深腔的金屬零件。因?yàn)槿廴诮饘僭诟邏焊咚傧卤３指叩牧鲃?dòng)性，因而能夠獲得其他工藝方法難以加工的金屬零件;

(2)壓鑄件的尺寸精度較高，可達(dá)IT11-13級(jí)，有的可達(dá)IT9級(jí)，表面粗糙度可達(dá)Ra0.8～3.2 μm，互換性好;

(3)材料利用率高。由于壓鑄件的精度較高，只需經(jīng)過(guò)少量機(jī)械加工即可裝配使用，有的壓鑄件可直接裝配使用，其材料利用率約60%～80%，毛坯利用率達(dá)90%;

(4)生產(chǎn)率高，在各種鑄造工藝中，壓鑄方法生產(chǎn)率最高，適合大批量生產(chǎn);

(5)方便使用鑲嵌件，易于在壓鑄模具設(shè)置定位機(jī)構(gòu)，方便嵌鑄鑲嵌件，滿足壓鑄件局部特殊性能要求。

一方面，管理者特質(zhì)和內(nèi)部控制機(jī)制形成協(xié)同作用共同維護(hù)企業(yè)發(fā)展的目標(biāo)和運(yùn)營(yíng)基礎(chǔ)。另一方面，企業(yè)管理者結(jié)合內(nèi)外環(huán)境對(duì)企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略內(nèi)控結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合優(yōu)化，維護(hù)內(nèi)外信息資源的時(shí)效性，并且保證企業(yè)研發(fā)水平、經(jīng)營(yíng)水平以及人力資本管理效率都能順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，真正意義生提高企業(yè)的市場(chǎng)價(jià)值，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

采用壓鑄工藝缺點(diǎn):

(1)由于高速填充，快速冷卻，型腔中氣體來(lái)不及排出，致使壓鑄件常有氣孔及氧化夾雜物存在，從而降低了壓鑄件質(zhì)量。因高溫時(shí)氣孔內(nèi)的氣體膨脹會(huì)使壓鑄件表面鼓泡，因此有氣孔的壓鑄件不能進(jìn)行熱處理;

(2)壓鑄機(jī)和壓鑄模費(fèi)用昂貴，不適合小批量生產(chǎn);

(3)壓鑄件尺寸受到限制，因受到壓鑄機(jī)鎖模力及裝模尺寸的限制而不能壓鑄大型壓鑄件;

(4)壓鑄合金種類受到限制，由于壓鑄模具受到使用溫度的限制，目前主要用來(lái)壓鑄鋅合金、鋁合金、鎂合金及銅合金。

圖2為壓鑄工藝流程圖。

圖2　壓鑄工藝流程圖

盒體采用壓鑄工藝需解決的問(wèn)題:

(2)由于散熱等因素在電鍍后不涂漆的情況下能通過(guò)GJB150A環(huán)境試驗(yàn);

(3)常用的壓鑄工藝方法無(wú)法壓鑄水道型腔，如何解決水道的成型工藝問(wèn)題等。

3　壓鑄材料的選用及表面處理工藝

常用壓鑄鋁合金化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1所示。

用常用的壓鑄鋁合金材料ADC12壓鑄盒體后進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)。壓鑄腔體導(dǎo)電氧化后按《GJB150A-2009軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》進(jìn)行高溫貯存、低溫貯存、交變濕熱等環(huán)境試驗(yàn)，考察壓鑄成型鋁合金盒體的耐溫度環(huán)境能力。高溫貯存試驗(yàn)結(jié)束后經(jīng)檢查外表面鍍層有少量花斑，低溫貯存試驗(yàn)結(jié)束后經(jīng)檢查外觀與試驗(yàn)前無(wú)明顯變化，交變濕熱試驗(yàn)結(jié)束后經(jīng)檢查外表面出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

ymt631鋁合金防腐液，即“鋁合金表面二氧化鈦轉(zhuǎn)化膜液”，適用于鋁合金及鑄鋁合金的表面處理能適應(yīng)惡劣環(huán)境，同時(shí)不影響導(dǎo)電性能。該技術(shù)利用“金屬表面抗氧化化學(xué)轉(zhuǎn)化膜”技術(shù)，與國(guó)外的“三價(jià)鉻”化學(xué)轉(zhuǎn)化膜是同一類技術(shù)，屬于新材料和無(wú)機(jī)化學(xué)腐蝕學(xué)科，防腐蝕工程技術(shù)領(lǐng)域。做了該處理后，將樣品外觀出現(xiàn)了一些變化，需進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)。

表1　壓鑄鋁合金化學(xué)成分和力學(xué)性能表

普通鋁合金壓鑄材料壓鑄后，由于電磁兼容需要接觸表面導(dǎo)電，表面處理經(jīng)導(dǎo)電氧化后很難通過(guò)GJB150A環(huán)境試驗(yàn)，可考慮用需導(dǎo)電接觸面鑲鑄不銹鋼等材料方法進(jìn)行壓鑄，其余表面涂漆處理。

壓鑄件的化學(xué)成分對(duì)壓鑄件的力學(xué)性能、抗腐蝕能力都有很大的影響。硅是改善流動(dòng)性能的主要成份，但結(jié)晶析出的硅易形成硬點(diǎn)，使切削性變差，所以一般都不讓它超過(guò)共晶點(diǎn)。另外，硅可改善抗拉強(qiáng)度、硬度、切削性以及高溫時(shí)強(qiáng)度，但使延伸率降低。銅含量高可增加合金的強(qiáng)度和硬度，但會(huì)使腐蝕性和塑性降低，熱裂傾向增大。鎂含量高可增加合金的抗拉強(qiáng)度和耐腐蝕性，但對(duì)熱傳導(dǎo)有明顯的影響等。在壓鑄過(guò)程中，如鋁液中含有大量的氫氣、氧氣等氣體，鋁合金制品很容易有針孔以及裂紋等缺陷產(chǎn)生，對(duì)鋁合金制品的熱傳導(dǎo)將產(chǎn)生很大影響;加入微量稀土中間合金，能與氫氣生成穩(wěn)定的稀土氫化物，改變了氫氣在鋁合金中存在的形態(tài)，并且稀土與鐵等原固溶在鋁中有害雜質(zhì)形成穩(wěn)定的金屬間化合物在晶界析出，從而降低了雜質(zhì)元素在鋁中的固溶量，可使鋁合金有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。

改進(jìn)壓鑄鋁合金的化學(xué)成分，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，使壓鑄盒體經(jīng)導(dǎo)電氧化后通過(guò)GJB150A環(huán)境試驗(yàn)，并通過(guò)了鹽霧試驗(yàn)(96 h)。

4　水道成型工藝研究

盒體水道用一般的壓鑄工藝方法很難壓鑄，考慮用紫銅管代替水道彎成型，放在壓鑄模具內(nèi)，然后注射鋁合金把銅管壓鑄在鋁合金內(nèi)，銅管和鋁合金成為一體。

圖3為壓鑄鋁合金與紫銅管壓鑄成型的盒體。試驗(yàn)的銅管內(nèi)徑為5 mm，外徑為8 mm，盒體毛坯厚度為14 mm。

圖3　壓鑄鋁合金與紫銅管壓鑄成型的盒體

紫銅管和鋁合金的膨脹系數(shù)不同，在高溫下紫銅管受熱后有可能會(huì)把鋁合金表面鼓出一個(gè)包，在低溫下銅管有可能會(huì)脫離鋁合金的包裹。為了驗(yàn)證銅管和鋁合金在高溫和低溫下是否會(huì)對(duì)產(chǎn)品性能有影響，委托廠家進(jìn)行相關(guān)溫度沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)后銅管和鋁合金貼合緊密，兩者間無(wú)間隙，厚度尺寸幾乎無(wú)變化。

由于彎管工序復(fù)雜，彎管的截面、形狀等受到限制等因素，同時(shí)由于內(nèi)部熱流密度大，散熱要求高，單路水道換熱面積小，換熱效率低，不能與熱源進(jìn)行充分的換熱，導(dǎo)致通道間溫升過(guò)大，無(wú)法滿足均溫性的要求。在進(jìn)行水道改進(jìn)設(shè)計(jì)后，水道采用變截面，水道中增加散熱齒，大幅度增加流道換熱面積，經(jīng)熱仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證后能提高冷板的整體換熱效率。帶散熱齒的水道考慮采用壓鑄方法最終與盒體一同壓鑄出。

圖4為改進(jìn)水道后的某T/R組件盒體。

先用第一套模具把帶齒的流道和蓋板壓鑄出，然后把兩者貼合在一起，再放入完整產(chǎn)品的模具內(nèi)一起壓鑄完成，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，壓鑄出帶散熱齒水道盒體。圖5為某壓鑄盒體X光投影透視圖片。

由于壓鑄件的殘余應(yīng)力分布不均勻會(huì)使有些零件產(chǎn)生變形，必須進(jìn)行相應(yīng)的后處理，如校形后時(shí)效處理等。當(dāng)然，壓鑄工藝不當(dāng)，表面會(huì)出現(xiàn)拉傷、氣泡、裂紋、冷隔等缺陷，內(nèi)部也會(huì)出現(xiàn)氣孔、縮孔、滲漏等缺陷。

圖4　改進(jìn)水道后的某T/R組件盒體

圖5　某壓鑄盒體X光投影透視圖片

參考文獻(xiàn):

［1］電機(jī)工程手冊(cè)編輯委員會(huì)編.機(jī)械工程手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［2］M I Skolnik.雷達(dá)手冊(cè)［M］.王軍，林強(qiáng)，等譯.北京:電子工業(yè)出版社，2003.

［3］王德純.寬帶相控陣?yán)走_(dá)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

［4］張光義，趙玉潔.相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2012.10.

［5］TACTICOS NC.Link Y TECHNICAL MANUAL ［M］.Thales Netherland Corp.，2006.

爐料在配料前須經(jīng)化學(xué)分析，清楚各種合金元素含量。進(jìn)行精準(zhǔn)配料，嚴(yán)格遵守熔煉工藝。

生產(chǎn)中定期對(duì)鑄件進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，調(diào)整工藝參數(shù)。合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)等確保壓鑄件的質(zhì)量等。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)一種批量化T/R組件盒體的成型工藝進(jìn)行了分析和試驗(yàn)，結(jié)果表明采用壓鑄工藝的可行性，為以后工程應(yīng)用提供了參考。

采用壓鑄工藝，同時(shí)要考慮水道與冷卻介質(zhì)防腐蝕問(wèn)題、壓鑄盒體上攻螺紋的加工問(wèn)題，以及用壓鑄模具壓鑄出的盒體外形及內(nèi)腔會(huì)有一定脫模斜度等等，壓鑄件的焊接性能也需作進(jìn)一步研究驗(yàn)證，以便滿足不同工程需要。

當(dāng)然，除了控制成本縮短加工周期外，還需合理確定組件指標(biāo)、合理選用組件構(gòu)成、完善測(cè)試系統(tǒng)與提高成品率等。

Research on a forming technique of mass T/R module boxes

CHEN Xiao-jun，ZHAO Xin
(No.724 Research Institute of CSIC，Nanjing 211153)

Abstract:A forming technique of mass T/R module boxes is tested and analyzed.The die-casting technique is adopted，and the appropriate die-casting alloy materials and the reasonable technique measures are also used.At the same time，the problems of the key technologies such as the electromagnetic compatibility，heat dissipation，and protection against the nuclear，biological and chemical(NBC)corrosion are resolved，which satisfy the requirements of the overall design.

Keywords:T/R module; mass boxes; die-casting; waterway

作者簡(jiǎn)介:陳小軍(1977-)，男，高級(jí)工程師，研究方向:雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝技術(shù);趙鑫(1980-)，女，工程師，碩士，研究方向:數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

收稿日期:2015-01-10;修回日期:2015-01-30

文章編號(hào):1009－0401(2015)01－0050－04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

中圖分類號(hào):TN957.8