徐芳 夏琳軍

摘要：以高強度鋁合金為材料的平板裂縫天線具有高增益、低副瓣、體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)點，可以顯著提高雷達產(chǎn)品的靈敏度，實現(xiàn)對目標的精確跟蹤。但由于變形控制的問題，加工精度和口面尺寸受到一定制約。本文作者根據(jù)多年實踐經(jīng)驗總結(jié)概述了平板裂縫天線的機械加工工藝方法和技術要點，對高速切削加工環(huán)節(jié)進行了重點論述，為鋁合金薄壁件的精密加工提供借鑒。

關鍵詞：平板裂縫天線；精密制造；高速加工

金屬薄板的尺寸界定通常為h/b≤（1/5～1/8），其中：h為板材厚度，b為較小邊長。金屬薄板在機械加工中主要存在的問題是變形控制難度較大。對于薄板薄壁類結(jié)構件來說，由于局部材料厚度的不均勻，精密加工難度更大。以廣泛應用于雷達產(chǎn)品的平板裂縫天線為例，造成饋電腔變形的因素有材料殘余內(nèi)應力釋放、切削力和切削熱過大、材料去除率不均勻、焊接過程中散熱不均勻等，導致結(jié)構件整體平面度、相對位置度等關鍵指標保證困難。必須采用精密制造技術，對加工工藝進行合理的組配，選擇合理的參數(shù)。

一、平板裂縫天線的加工工藝性分析

（一）設計結(jié)構及要求

以高強度鋁合金為材料的平板裂縫天線具有高增益、低副瓣、體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)點，可較大幅度地提高雷達產(chǎn)品的靈敏度，實現(xiàn)雷達產(chǎn)品的精確跟蹤。近二十年來，隨著平板天線技術在理論和加工方式上的不斷成熟，其在民用機載氣象雷達、港管雷達、尋的雷達等領域獲得了廣泛應用。平板裂縫天線作為多層復雜腔體的整體結(jié)構，由饋電板、輻射板和激勵波導等零件焊接而成。

設計要求天線輻射面范圍內(nèi)平面度0.05mm，饋電縫及腔體、契形孔等相對位置度誤差要控制在±0.02mm之內(nèi)，材料去除率達到95%以上。

（二）加工工藝過程設計

在切削加工過程中，為降低切削力和切削熱以及材料去除不均勻性的影響，我們采用粗精加工分段并輔以中間去應力穩(wěn)定化處理（根據(jù)零件的復雜程度選擇）的工藝流程?？蛇x擇的焊接工藝方法有真空釬焊和鹽浴釬焊，需綜合考慮結(jié)構件尺寸、生產(chǎn)效率、焊后處理、設備能力等幾方面因素確定。全部工藝流程如下圖示：

二、精密制造關鍵技術要點

高速加工技術是指采用超硬合金材料的刀具，通過極大地提高切削速度和進給速度來提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術。高速加工薄壁薄板件相對傳統(tǒng)加工具有顯著的優(yōu)越性：切削力小，工件產(chǎn)生的讓刀變形相應減少，易于保證零件的尺寸精度和形位精度。切削熱對零件的影響減少，零件加工熱變形小。

（一）裝夾

平板裂縫天線屬較大型薄壁件，強度低、剛性差，夾緊宜采用真空吸附方法，使零件緊貼于夾具表面，其工作系統(tǒng)為：

對于雙面有薄壁槽的結(jié)構件，可以先加工槽少的一面，加工完后在此面槽腔內(nèi)填充石膏作為翻面加工的定位基準并防止吸附導致零件變形，再進行真空吸附裝夾和加工。

（二）設備選用

我們選用德國生產(chǎn)的DMU125P五軸四聯(lián)動加工中心，主軸結(jié)構采用HSK型式，可配備HSK40或JT50等多種形式的刀柄。加工完畢后，需使用三坐標測量機進行檢測。

（三）切削參數(shù)選擇

切削參數(shù)要根據(jù)機床剛性、刀具直徑、刀具長度、工件材料、粗加工或精加工模式而定。平板裂縫天線材料為鋁合金6063，由于硬度、強度低、導熱性好，切削加工容易。在相同切削條件下，鋁合金的切削功率僅為軟鋼的1/2。鋁合金導熱性好，約為45#鋼的3倍，切削溫度不致太高?？偨Y(jié)各參數(shù)選擇的原則為：

切削速度：鋁合金的切削速度可選擇范圍較大，但設計要求零件表面粗糙度達到1.6，可通過選擇較高的切削速度來達到。切削速度的提高無疑會加劇刀具的磨損，但可以有效提高加工效率，同時在一定的高速切削范圍內(nèi)提高零件表面的加工質(zhì)量?？紤]設備的穩(wěn)定使用，我們選用轉(zhuǎn)速為8000～10000rpm.。

進給量：加大進給量對薄壁加工不利，但過小時，擠壓代替了切削，發(fā)熱嚴重，造成粘滯，不但影響零件表面粗糙度，而且使零件變形增大。我們在粗銑、半精銑、精銑三種模式下選擇不同的進給量，數(shù)值由2000mm/min～200mm/min。

吃刀量：從切削力、殘余應力、切削溫度等因素考慮，高速切削參數(shù)的選擇原則是小軸向切深、大徑向切深。而且在小軸向切深的情況下，徑向切深在一定限度內(nèi)的增加并不會增大薄壁變形?？紤]加工效率，我們在粗銑、半精銑、精銑三種模式選用不同的進給量，軸向切深從1mm逐步降至0.2mm，徑向切深在2mm左右。

（四）焊接

1.焊接方法的選擇。由于壁厚薄，并內(nèi)置多條焊縫，一般鋁合金的釬焊方法不適合于平板裂縫天線的焊接。由于鋁合金的釬焊溫度和它的熔點非常接近，釬焊溫度和均勻性的控制非常重要。目前只能選擇真空釬焊和鹽浴釬焊。

真空釬焊的優(yōu)點是無腐蝕性，無環(huán)境污染，釬縫成型美觀，設備自動化程度高。缺點是生產(chǎn)效率低，熱均勻性不如鹽浴焊，目前還不能進行大尺寸鋁合金零件的焊接。

鹽浴釬焊的優(yōu)點是熱均勻性好、釬縫成型質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，非常適合大尺寸零件的大批量生產(chǎn)。缺點是釬劑鹽中的氟化物具有強腐蝕性，對設備腐蝕嚴重，揮發(fā)氣體對人體的健康有不利影響，需要進行較大的環(huán)保投入。

由于我們所焊平板天線的外形尺寸達到800mm以上，故選擇采用鹽浴釬焊的方法進行焊接。

2.變形控制要點。控制焊接變形是平板天線焊接工藝中的最大難題之一。天線釬焊溫度為600℃左右，此時鋁材料的屈服點、強度極限和彈性模量幾乎為零，零件受拘束或較小外力就會引起塑性變形。在釬焊的預熱、焊接和冷卻過程中，如果加熱和冷卻過程不能保證均勻吸熱和散熱，由于局部材料厚度不均勻，天線截面不對稱，變形不均勻產(chǎn)生內(nèi)應力，當內(nèi)應力達到材料屈服強度時產(chǎn)生塑性變形。因此，在工藝方法選定后，焊接夾具的設計和使用就非常關鍵。主要要求達到對焊接件支撐面的平面度、足夠的熱剛性、定位壓緊機構不妨礙被焊材料的自由伸縮。

三、結(jié)束語

按照以上工藝方法和路線，通過對技術要點的研究、試驗、參數(shù)優(yōu)化選擇，制造的平板天線平面度達到0.46mm<0.5mm，饋電縫及腔體、契形孔相對位置度誤差控制在±0.02mm之內(nèi)，滿足了設計要求。

參考文獻：

[1]張武.裂縫波導數(shù)控高速加工工藝研究[J].《第八屆全國雷達學術年會論文集》，2002年

[2]張啟運.釬焊文集[M].北京師范大學出版集團