焊接后的陣列天線類零件干切削加工技術(shù)研究

楊 杰

（中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所，成都 610000）

3A21和6063鋁合金由于良好的焊接性能，被廣泛應(yīng)用于需要焊接的風(fēng)冷、液冷及各種陣列天線類零件中。陣列天線類零件是3A21和6063材料應(yīng)用的代表性零件，由多層帶有復(fù)雜波導(dǎo)腔及裂縫的薄板零件經(jīng)真空釬焊組焊而成。這兩種材料的共性是有著良好的焊接性能、一定的耐蝕性和較高的塑性，可切削性能不良，極易粘刀，給切削加工造成困難。如果在干切削這種惡劣的加工環(huán)境下，加工難度更是可想而知。下文將從陣列天線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、機(jī)床刀具選擇、合理選擇切削用量以及合理控制切削環(huán)境等方面提出焊接后的陣列天線類零件的加工對策。

1 陣列天線類零件結(jié)構(gòu)工藝性分析

1.1 陣列天線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

陣列天線由多層材料為3A21或6063的薄板零件經(jīng)真空釬焊焊接而成，每一層都布滿形狀復(fù)雜的波導(dǎo)腔、裂縫及減重槽，波導(dǎo)腔精度較高（公差±0.02），表面粗糙度為1.6。焊接后需要加工的部分為一般型腔、凸臺、各種通孔、盲孔及螺紋孔，除少數(shù)公差在0到+0.03的定位孔以外單就精度來講并不高，波導(dǎo)腔面表面粗糙度為1.6，其余為3.2。某陣列天線零件實(shí)物圖如圖1所示。

圖1 某陣列天線零件

1.2 加工工藝分析

焊接前的薄板零件由于波導(dǎo)腔及裂縫精度及表面質(zhì)量要求高，采用真空吸盤吸附裝夾，在三軸高速銑機(jī)床上加工，完成后及時(shí)清洗零件上殘留切削液，以防止波導(dǎo)腔面被腐蝕。

眾所周知，波導(dǎo)腔面需要很高的精度及表面質(zhì)量，雖然3A21和6063具有一定的耐蝕性，但如果焊接后的陣列天線類零件加工中使用了切削液，由于波導(dǎo)腔內(nèi)部形狀復(fù)雜，人們難以完全清理所有波導(dǎo)腔區(qū)域，這就造成了零件仍然會有一定概率出現(xiàn)波導(dǎo)腔面被切削液腐蝕的情況發(fā)生。

于是，專業(yè)工藝人員明確要求此類焊接后的零件加工禁止使用切削液，采用干切削加工杜絕波導(dǎo)腔面發(fā)生腐蝕，并對波導(dǎo)口進(jìn)行堵塞，以免切屑進(jìn)入波導(dǎo)腔內(nèi)部無法完全排出影響產(chǎn)品電路信號。

即使在有切削液的加工環(huán)境下切削3A21/6063材料，如果切削參數(shù)不當(dāng)也很容易發(fā)生粘刀現(xiàn)象。而在干切削加工環(huán)境下，由于失去了切削液的潤滑、冷卻、輔助排屑等作用，刀具在加工中承受的負(fù)荷增大，切削溫度升高，刀具與零件均易發(fā)生熱變形，刀具磨損加劇，使用壽命縮短，加工表面質(zhì)量降低，產(chǎn)生毛刺大，更容易發(fā)生粘刀現(xiàn)象導(dǎo)致刀具損壞、零件報(bào)廢、主軸受損。如何避免粘刀并提高效率，保證干切削環(huán)境下加工順利滿足設(shè)計(jì)要求是筆者研究的重點(diǎn)

2 干切削要點(diǎn)

2.1 工藝系統(tǒng)選擇

2.1.1 機(jī)床選擇

在常規(guī)加工中，刀具切削零件產(chǎn)生的切削熱被切削液帶走，而干切削時(shí)產(chǎn)生的切削熱會大量聚集于刀具和零件，溫度升高極易造成3A21和6063這類材料發(fā)生粘刀現(xiàn)象。而高速銑方式加工的顯著特點(diǎn)就是高轉(zhuǎn)速、高切削速度、低吃刀深度，快速進(jìn)給產(chǎn)生的切削熱大部分被切屑迅速帶走，只有少部分熱量傳遞到刀具和零件，從而大大降低粘刀的可能，并且切削效率是普通數(shù)控機(jī)床加工效率的數(shù)倍。所以，采用高速銑方式干切削此類零件是更好的選擇。

精度高，加工區(qū)域小，自帶微量潤滑系統(tǒng)，且配備探頭方便找正波導(dǎo)口定位的米克朗HsM600/HsM600U機(jī)床是干切削此類零件的最佳選擇。

2.1.2 夾具的選擇

焊接后的陣列天線及功放盒體類零件外形較規(guī)則，選用通用夾具精密虎鉗即可裝夾。

2.1.3 刀具的選擇

由于材料易粘刀，在刀具選擇方面應(yīng)優(yōu)選排屑性能好的刀具，且能承受較高的切削速度，盡量選擇大螺旋角的高速銑整體硬質(zhì)合金刀，優(yōu)選排屑槽更寬大的兩刃銑刀，以降低粘刀的可能。

2.2 冷卻方式

2.2.1 常溫風(fēng)冷

HsM600/HsM600U機(jī)床自帶微量潤滑油霧冷卻系統(tǒng)，利用氣液兩相流體的混合體以高壓霧化的方式噴射到加工區(qū)，達(dá)到潤滑、冷卻、排屑的效果，但如果使用油霧，很容易滲入波導(dǎo)腔內(nèi)部難以清潔，所以加工過程中需要在程序中加入一段海德漢系統(tǒng)301指令關(guān)閉油霧（見圖2），僅以壓縮空氣對準(zhǔn)刀尖，提供冷卻降溫作用。并且，高速銑加工通常采用低吃刀深度，所產(chǎn)生的切屑更小，壓縮空氣能把切屑吹走，起到輔助排屑的作用。

圖2 海德漢301指令

2.2.2 渦流管制冷低溫風(fēng)冷

壓縮空氣噴射進(jìn)渦流管渦流室后，氣流以高達(dá)100萬r/min的速度旋轉(zhuǎn)著流向渦流管熱氣端（右側(cè)）出口，一部分氣流通過控制閥流出，剩余的氣體被阻擋后，在原氣流內(nèi)圈以同樣的轉(zhuǎn)速反向旋轉(zhuǎn)，并流向渦流管冷氣端（左端）。在此過程中，兩股氣流發(fā)生熱交換，內(nèi)環(huán)氣流變得很冷，從左側(cè)流出，外環(huán)氣流則變得很熱，從右側(cè)流出。冷氣流的溫度及流量大小可通過調(diào)節(jié)渦流管熱氣端閥門控制。渦流管熱氣端出氣比例越高，則渦流管冷氣端氣流的溫度就越低，流量也相應(yīng)減少，如圖3所示。

圖3 渦流管制冷原理

采用渦流管制冷低溫風(fēng)冷最低溫度可達(dá)-30°，能更加有效地降溫，提高刀具壽命，提高表面粗糙度，減少零件熱變形，防止粘刀。

2.3 數(shù)控程序編制要點(diǎn)

2.3.1 切削參數(shù)選擇

在切削參數(shù)的選擇方面，主軸轉(zhuǎn)數(shù)、吃刀深度、進(jìn)給速度受選擇的刀具以及冷卻方式影響較大，可根據(jù)試切試驗(yàn)確定，在此不給出具體數(shù)值。

2.3.2 下刀方式

銑刀如果直接垂直下刀，底刃所受切削力大，容易出現(xiàn)粘刀以及積屑瘤。而鉆頭由于排屑斷屑性能大大優(yōu)于銑刀，所以用鉆頭鉆出預(yù)鉆孔再用銑刀在預(yù)鉆孔位置快速垂直下刀可避免粘刀并提高效率。

開闊空間區(qū)域，下刀可從加工區(qū)域外部直接用銑刀快速垂直下刀，由外往內(nèi)切削，以提高效率。

封閉空間區(qū)域，下刀可采用先鉆頭預(yù)鉆孔再用銑刀快速垂直下刀和直接銑刀斜線下刀兩種方式。前者適用于大的內(nèi)腔開粗，后者適用于小的封閉切削區(qū)域以及底面精銑。采用銑刀斜線下刀時(shí)下刀角度不能過大，且進(jìn)給速度不能太大，否則易出現(xiàn)粘刀、擠削切削、積屑瘤、毛刺硬化等加工現(xiàn)象，直接導(dǎo)致刀具壽命縮短、零件表面粗糙度下降。下刀角度一般選擇1.5°～2°即可，如圖4所示。

圖4 下刀角度設(shè)置

2.3.3 分粗精加工

由于缺乏切削液的潤滑作用，如果不分精加工直接銑到最終尺寸，干切削的表面粗糙度要明顯更差，所以側(cè)面以及底面都需要留0.05mm精加工余量，才能保證1.6的表面粗糙度。

2.3.4 小孔的干切削方法

孔越大，排屑越容易，孔越小則反之，用銑刀加工則越容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象。小直徑銑刀一旦發(fā)生粘刀，往往刀具立即折斷，同時(shí)造成孔的損傷，零件有可能報(bào)廢。所以，對于小孔加工優(yōu)先采用鉆頭，且先鉆孔后擴(kuò)孔，以保證干切削環(huán)境下的孔徑和表面粗糙度，如表1所示。

2.3.5 去毛刺

干切削加工中產(chǎn)生的毛刺更多更大，不利于鉗工手工操作去毛刺，可利用高速銑的高轉(zhuǎn)速快速進(jìn)給空走刀迅速去除毛刺，以極短的時(shí)間取代長時(shí)間的手工去毛刺，大大縮短后續(xù)鉗工工序的操作時(shí)間。由于3A21/6063材料軟，僅僅在頂面空走一刀并不能完全去掉毛刺，會有小部分毛刺下翻，這時(shí)還應(yīng)在側(cè)面空走一刀才能完全去除毛刺。HsM600/HsM600U機(jī)床XYZ三軸的重復(fù)定位精度都在0.003mm左右，所以去毛刺時(shí)頂面、側(cè)面都要留0.005mm余量，余量留得多則殘余毛刺多，余量留得少則有可能產(chǎn)生接刀痕影響表面質(zhì)量。

表1 小孔加工方法

3 結(jié)論

對于焊接后的陣列天線類零件干切削加工，通過選擇高速銑加工方式，以及常溫風(fēng)冷或者效果更優(yōu)的渦流管制冷低溫風(fēng)冷散熱降溫，在數(shù)控程序編制時(shí)采用合理的切削參數(shù)、下刀方式，加工時(shí)粗精加工分開并以合理的方法加工干切削時(shí)難加工的小孔，最后快速空走刀去毛刺。這樣不僅能解決干切削狀態(tài)下各種困難避免粘刀、滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及加工工藝要求，保證加工精度，提高加工效率實(shí)現(xiàn)高效切削，而且大大降低后續(xù)鉗工工序的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短工序時(shí)間，值得推廣。