拋物面雷達(dá)天線制造工藝

■ 揚(yáng)州恒星精密機(jī)械有限公司 （江蘇 225127） 曾天俊

拋物面天線是雷達(dá)的重要部件，其精度對雷達(dá)信號的收發(fā)可靠性起決定性作用，如何提高拋物面天線的制造工藝水平是行業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱門課題。本天線為拋物面薄壁結(jié)構(gòu)，采用5A05鋁合金材料制造，具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢，產(chǎn)品如圖1所示。我公司通過制造工藝研究，使其制造精度很好地滿足了設(shè)計(jì)要求，拋物面成形精度可以達(dá)到0.03mm，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)性，所以此制造工藝具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

圖1 天線軸測圖

1.天線結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)要求

如圖2所示，整個(gè)天線為薄壁結(jié)構(gòu)，高精度、低剛性，天線外形尺寸500mm×500mm。天線由反射面、加強(qiáng)筋和安裝座組成，反射面厚度2mm，加強(qiáng)筋厚度2mm。反射面為天線功能面，用于接收和反射雷達(dá)微波信號，為拋物面結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)筋的作用是增加天線反射面剛性，保持拋物面的成形精度。安裝座用于天線安裝固定。天線主要技術(shù)要求為拋物面成形精度均方根＜0.03mm，表面粗糙度值Ra=0.8μm。設(shè)計(jì)要求材料為5A05鋁鎂合金，成品天線結(jié)構(gòu)強(qiáng)度＞300MPa，結(jié)構(gòu)尺寸公差＜0.05mm。

圖2 天線截面

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)要求，我公司分別選用兩種制造工藝進(jìn)行研究，方案1為厚板料直接加工成形，方案2為焊接毛坯加工成形。由于產(chǎn)品具有壁薄、高精度、低剛性的特點(diǎn)，加工技術(shù)難點(diǎn)主要是如何控制和減小變形量。

2.厚板料直接加工成形

根據(jù)零件最終規(guī)格大小并考慮加工裝夾余量，需用520mm×520mm×120mm厚板料毛坯進(jìn)行加工，由于零件屬曲面加工，為了提高加工效率并保證表面質(zhì)量，需選用高速銑加工。由于此加工方案材料去除率極高，約90%，會(huì)產(chǎn)生較大的切削應(yīng)力，需設(shè)置多次粗加工并進(jìn)行去應(yīng)力熱處理工序。從裝夾方式到切削參數(shù)的選擇都很關(guān)鍵，對產(chǎn)品成形精度都會(huì)產(chǎn)生直接影響。

（1）工序設(shè)置。為了盡可能地減少和控制切削應(yīng)力導(dǎo)致的工件變形量，工藝路線在粗精銑之間增加半精銑，粗銑后單邊留5mm余量，半精銑后留有1mm余量精銑，粗銑和半精銑后都設(shè)置了熱處理去應(yīng)力工序，工藝路線為：備料→粗銑→熱處理→半精銑→熱處理→精銑。

（2）裝夾方式。由于工件是拋物面結(jié)構(gòu)，沒有裝夾平面，工藝設(shè)計(jì)時(shí)考慮裝夾方便，設(shè)計(jì)6個(gè)等高裝夾凸臺(tái)。為了防止凸臺(tái)去除后產(chǎn)生二次變形，此凸臺(tái)設(shè)計(jì)為分散斷續(xù)狀結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

（3）切削參數(shù)。由于工件材料切除率90%以上，切削應(yīng)力需進(jìn)行控制，本次加工全過程采用小切深大進(jìn)給量高速銑加工方式，粗加工階段主要是去除材料，采用圓柱平底立銑刀加工，半精加工階段再次進(jìn)行大量材料切除并為精加工做準(zhǔn)備，選用球形銑刀加工保證良好的表面質(zhì)量，精加工階段要求高的表面質(zhì)量和成形精度。各階段切削參數(shù)的選擇是關(guān)鍵，具體切削參數(shù)如表1所示。

3.焊接毛坯加工成形

從產(chǎn)品批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性考慮，必須提升材料的利用率，因此選擇焊接毛坯加工成形的方案。此方案是先將反射板拋物面通過模具沖壓成形，再與加強(qiáng)筋、安裝座通過氬弧焊連成整體。此方案在節(jié)省材料的同時(shí)，材料去除率低，切削應(yīng)力大大減小，有利于拋物面成形精度的保證。

圖3 裝夾凸臺(tái)示意圖

表1 切削參數(shù)

（1）工序設(shè)置。由于焊接會(huì)產(chǎn)生一定的變形量，不能直接保證拋物面成形精度均方根＜0.03mm，因此將反射板拋物面留有3mm余量，焊后再對拋物面進(jìn)行精銑加工，確保壁厚2mm及精度要求。由于拋物面反射板焊后會(huì)產(chǎn)生焊接變形和熱應(yīng)力，焊接變形量會(huì)超出3mm加工余量的范圍，因此焊后設(shè)置了一個(gè)熱處理定形工序，同時(shí)也能去除焊接殘余應(yīng)力。工藝路線為：備料→沖壓→焊接→熱定形→精銑。

（2）沖壓模具設(shè)計(jì)。由于鋁合金變形抗力相對較小、塑性好，而且是毛坯沖壓，沖壓成形精度要求＜1mm，因此只需要設(shè)計(jì)冷沖模具。模具采用Q235低碳鋼材料焊接成形，焊后成形面采用數(shù)控加工成形?；貜椓客ㄟ^試壓修模，確定為10mm?？紤]到熱定形的需要，模具上設(shè)計(jì)了壓板支撐結(jié)構(gòu)，具體模具結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4.結(jié)論

以上兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，從技術(shù)角度都能保證產(chǎn)品要求，但工藝經(jīng)濟(jì)性有明顯區(qū)別，具體經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)指標(biāo)達(dá)成情況如表2所示。

綜上所述，使用厚板料直接加工，通過機(jī)械尺寸檢測和電性能測試，產(chǎn)品質(zhì)量可以得到保證，但加工成本相對較高。厚板料直接加工適合單件生產(chǎn)，焊接毛坯方案適合批量生產(chǎn)。

圖4 拋物面天線沖壓模具

表2 經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)指標(biāo)達(dá)成情況

[1] 張士林，任頌贊. 簡明鋁合金手冊[M]. 2版. 上海：上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2006.

[2] 沖模設(shè)計(jì)手冊編寫組. 沖模設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

[3] 王先逵. 精密加工技術(shù)實(shí)用手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.