某輻射組件加工工藝研究

徐　琳

(西安導(dǎo)航技術(shù)研究所，陜西 西安 710068)

某輻射組件加工工藝研究

徐琳

(西安導(dǎo)航技術(shù)研究所，陜西 西安 710068)

摘要：輻射組件是相控陣?yán)走_(dá)天線的關(guān)鍵組件，具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸小、尺寸精度要求高和表面粗糙度要求高等特點(diǎn)，采用常規(guī)機(jī)械加工的整體加工思路存在很大難度。針對(duì)某輻射組件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，就其機(jī)械加工工藝進(jìn)行了多方面的分析，最終提出了先結(jié)構(gòu)拆分再拼焊的加工方法，并加工出了合格的輻射組件，充分證明了該工藝方法可行、高效。同時(shí)成功地用金屬3D打印技術(shù)成形出了該組件，為此類零件的加工提供了新思路。

關(guān)鍵詞：輻射組件；結(jié)構(gòu)拆分；拼焊；3D打印技術(shù)

雷達(dá)技術(shù)一直在與空中進(jìn)攻性武器激烈的攻防對(duì)抗中不斷發(fā)展，傳統(tǒng)采用機(jī)械掃描式天線的雷達(dá)已很難與現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中快速、密集的空中目標(biāo)相抗衡，于是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了第二代雷達(dá)，即裝備相控陣天線的雷達(dá)。顧名思義，這是一種通過計(jì)算機(jī)來控制一系列輻射單元輻射波的相位變化，形成特定方向的能量集中(波束)并進(jìn)行空中掃描的陣列式天線和電掃描雷達(dá)，已經(jīng)成為現(xiàn)代雷達(dá)的重要發(fā)展方向之一。

在相控陣天線中，輻射單元眾多，少則幾百，多則成千上萬，并且按一定規(guī)律排列成陣，以輻射組件為主要零件的輻射單元是其中的關(guān)鍵器件，對(duì)質(zhì)量與成本的影響舉足輕重[1]。輻射組件本身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，電性能要求嚴(yán)格，查閱資料發(fā)現(xiàn)很少有期刊、雜志報(bào)道關(guān)于此類零件的加工工藝或方法；因此，本文針對(duì)某輻射組件的加工工藝進(jìn)行了相應(yīng)的研究。

1輻射組件結(jié)構(gòu)分析

該輻射組件為四連體臺(tái)階式雙脊型喇叭腔體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。輻射組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1a所示，輻射組件的外形結(jié)構(gòu)如圖1b所示。輻射組件外觀尺寸小，外表面粗糙度要求為Ra3.2 μm，內(nèi)表面粗糙度要求為Ra1.6 μm，主要尺寸精度為0.03～0.05 mm，平均厚度為1 mm，內(nèi)部有階梯結(jié)構(gòu)，階梯之間有窄縫，縫寬0.2 mm。該結(jié)構(gòu)一端封閉，易產(chǎn)生加工死角。該輻射組件的電性能指標(biāo)要求為駐波比<2.0。

圖1　輻射組件結(jié)構(gòu)

2加工工藝

2.1拼焊法

2.1.1工藝路線

由于輻射組件結(jié)構(gòu)為半封閉型，形成多處加工死角，若采用整體加工的方法則只能采用電火花加工死角和臺(tái)階處微小尺寸。在實(shí)際加工過程中，臺(tái)階處窄縫導(dǎo)致相應(yīng)的電極小而薄，電極在加工中產(chǎn)生彎曲和變形，致使加工出的尺寸精度檢驗(yàn)不合格。

因?yàn)檎w加工有難度，所以只能對(duì)零件進(jìn)行拆分，以加工死角為分界點(diǎn)，將零件拆分成7個(gè)部分，各部分分別加工后再拼焊組裝，最后對(duì)外形尺寸進(jìn)行加工，工藝路線如圖2所示。零件拆分圖如圖3所示，拆分時(shí)考慮到后續(xù)焊接定位，在四周及外沿設(shè)計(jì)定位臺(tái)階，中間腔體的定位由專用工裝保證，專用工裝如圖4所示。

圖2　拼焊法工藝路線

圖3　零件拆分圖

圖4　專用工裝

2.1.2拆分零件加工

從圖3可以看出，各拆分件尺寸小、尺寸精度高、表面粗糙度要求高且外觀多為斜面。若采用插補(bǔ)銑的方法加工斜面，斜面的表面粗糙度只能達(dá)到Ra3.2 μm，不能滿足圖樣表面粗糙度Ra1.6 μm的要求；若采用線切割加工，仍然會(huì)存在加工不到的地方，而且加工時(shí)間和加工成本都會(huì)增加。所以，采用數(shù)控銑和線切割相結(jié)合的方法是比較適宜的，用數(shù)控銑加工外形和去掉多余材料，用線切割加工臺(tái)階和斜面形狀。為防止各拆分件在加工過程中產(chǎn)生變形，無論是用數(shù)控銑還是線切割的方法進(jìn)行加工，都應(yīng)在零件四周留有較大的余量，以保證零件加工完成后周邊的殘料還保持整體形狀。

2.1.3拼焊

由于零件尺寸精度要求高，為保證機(jī)械加工的尺寸在焊接中盡量不被改變，采用了焊接過程中變形較小的真空釬焊進(jìn)行焊接。焊接前利用定位臺(tái)階和定位工裝進(jìn)行裝配，裝配后的尺寸應(yīng)能達(dá)到尺寸精度要求，并保證裝配間隙≤0.1 mm，然后再進(jìn)行焊接。

2.1.4焊后加工

焊接完成后零件四周均有焊接定位臺(tái)階，上、下端面也留有加工余量，應(yīng)將焊前加工得到的平面作為加工基準(zhǔn)進(jìn)行加工。實(shí)際加工中，以窗口可以窺探到的臺(tái)階平面作為加工基準(zhǔn)加工輻射組件小端面和孔，再以小端面為基準(zhǔn)加工大端面和其他表面。

2.23D打印

利用3D打印快速成形技術(shù)能夠直接將產(chǎn)品的三維模型快速成形出產(chǎn)品，針對(duì)輻射組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精度高和表面粗糙度小的特點(diǎn)，采用金屬材料3D打印激光快速成形技術(shù)得到了鈦合金和鋁合金的輻射組件試驗(yàn)件。經(jīng)過測(cè)量，試驗(yàn)件尺寸精度完全符合設(shè)計(jì)要求，但表面粗糙度為Ra6.3 μm，經(jīng)過表面拋光處理后，表面粗糙度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求；但是，相比傳統(tǒng)加工方法，目前3D打印在我國(guó)的工業(yè)應(yīng)用中仍然存在成本高的問題。

3結(jié)語(yǔ)

通過電性能測(cè)試，拼焊法和3D打印工藝方法均能達(dá)到駐波比<1.6。在產(chǎn)品試驗(yàn)階段，3D打印加工方法能縮短產(chǎn)品成形周期，提高生產(chǎn)效率；在產(chǎn)品批生產(chǎn)階段，拼焊法能降低生產(chǎn)成本，是既保證產(chǎn)品質(zhì)量同時(shí)又控制成本的有效途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 張潤(rùn)逵.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝：上冊(cè)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

責(zé)任編輯李思文

Research on Machining Process of Radiation Component

XU Lin

(Xi’an Research Institute of Navigation Technology, Xi’an 710068, China)

Abstract:The radiation component was a pivotal and important part of radar, which had complicated internal structure, small size, high dimensional precision and high surface smoothness. It was very difficult to machine the radiation component in its entirety. The paper provided the processing method of structure splitting first and butt welding second. By practice validated, the results indicated that the machining process was effective in the manufacture of radiation component. This paper also successfully manufactured the radiation component by using 3D mimeograph technology.

Key words:radiation component, structure splitting, butt welding, 3D mimeograph technology

收稿日期：2014-05-14

作者簡(jiǎn)介：徐琳(1983-)，女，工程師，主要從事導(dǎo)航、雷達(dá)和通信領(lǐng)域電子設(shè)備的機(jī)械加工和焊接工藝等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TN 957.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A