一種毫米波復(fù)合波導(dǎo)天線零件高壓水去毛刺技術(shù)研究

王志鵬 楊文靜 曹來(lái)東 肖愛(ài)群 王建華

一種毫米波復(fù)合波導(dǎo)天線零件高壓水去毛刺技術(shù)研究

王志鵬 楊文靜 曹來(lái)東 肖愛(ài)群 王建華

（北京華航無(wú)線電測(cè)量研究所，北京 100013）

針對(duì)某毫米波復(fù)合波導(dǎo)天線零件加工后毛刺多，且與基體附著力強(qiáng)，提出了新的去毛刺要求。通過(guò)高壓水去毛刺技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“十”字縫、縫隙、功分枝節(jié)、窄細(xì)筋壁直角等典型結(jié)構(gòu)邊緣毛刺的完全去除，零件表面沒(méi)有損傷，腔體銳邊保持完好，解決了該類復(fù)合波導(dǎo)天線零件毛刺去除的技術(shù)難題。

毫米波；復(fù)合波導(dǎo)天線；高壓水；去毛刺

1 引言

毫米波復(fù)合波導(dǎo)天線是雷達(dá)導(dǎo)引頭的核心部件，可提高雷達(dá)整體抗干擾能力。隨著天線技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合化的波導(dǎo)天線功能區(qū)域更加緊湊，天線單元數(shù)成倍增加，內(nèi)部腔體結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，零件層數(shù)越來(lái)越多，加工精度要求越來(lái)越高。通常加工中產(chǎn)生的毛刺由鉗工手工去除，但毫米波復(fù)合天線零件由于天線單元數(shù)的成倍增加，往往存在上千處窄縫、“十”字縫、功分枝節(jié)等結(jié)構(gòu)，加工后毛刺多且與基體附著力強(qiáng)，為保證電氣性能不允許倒鈍，手工方法不僅去除效率低，且很難完全去除，同時(shí)易造成工件的表面損傷。毛刺去除已成為毫米波復(fù)合波導(dǎo)天線零件加工的關(guān)鍵技術(shù)，迫切需要采用自動(dòng)化方法實(shí)現(xiàn)毛刺的無(wú)損傷去除。

目前，國(guó)內(nèi)外較常見(jiàn)的零件去毛刺方法有電化學(xué)、熱能、超聲波、磨粒流、磁力研磨、高壓水等[1]，在毫米波波導(dǎo)器件上應(yīng)用的主要是超聲波去毛刺技術(shù)[2～4]，這種方法可高效去除微細(xì)毛刺，但對(duì)毛刺與基體附著力強(qiáng)的零件，去毛刺效果較差。高壓水去毛刺技術(shù)是在水噴射清洗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種加工方法[5]，應(yīng)用越來(lái)越廣泛[6]，其原理是利用高壓水產(chǎn)生的高速射流沖擊零件，毛刺根部產(chǎn)生極大的局部應(yīng)力，在射流沖擊下從工件本體上脫落，從而達(dá)到去毛刺和清洗的目的。與超聲波去毛刺技術(shù)相比，高壓水去毛刺技術(shù)的去除力更強(qiáng)，同時(shí)由于高壓水射流的工作介質(zhì)是水，屬于柔性加工，對(duì)工件的損傷少。對(duì)于毫米波復(fù)合波導(dǎo)天線零件的高壓水去毛刺技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)促進(jìn)其在雷達(dá)上的應(yīng)用具有重要意義。

2 試驗(yàn)方法

2.1 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

毫米波復(fù)合波導(dǎo)天線由6～8層零件焊接而成，零件材料是鋁合金3A21，零件外形尺寸為335mm×2mm，通過(guò)數(shù)控銑加工而成，其中，縫隙、“十”字縫、功分枝節(jié)、窄細(xì)筋壁直角等結(jié)構(gòu)邊緣的毛刺較難去除，對(duì)應(yīng)的典型零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如表1所示。

表1 毫米波復(fù)合波導(dǎo)天線典型零件結(jié)構(gòu)

2.2 典型毛刺形貌

天線零件加工后，縫隙、筋壁、直角邊附近存在著大量的毛刺，在光學(xué)放大鏡下的形貌如圖1所示。

圖1 毫米波復(fù)合波導(dǎo)天線典型零件毛刺圖

2.3 工裝設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方法

圖2 高壓水去毛刺工裝圖

由于零件為薄壁多腔的薄片結(jié)構(gòu)，為防止在水射流沖擊下變形，在零件底部設(shè)置高精度墊板工裝，并在邊緣部分裝夾，如圖2所示。

試驗(yàn)時(shí)，將待加工的零件放置在中間的高精度墊板上，噴嘴按照設(shè)計(jì)的程序，在設(shè)定的壓力下，對(duì)零件的全部毛刺進(jìn)行清洗去除。

2.4 去毛刺參數(shù)選取

對(duì)于毫米波復(fù)合波導(dǎo)天線零件來(lái)說(shuō)，影響高壓水去毛刺質(zhì)量的主要參數(shù)是壓力。壓力過(guò)小，零件表面的毛刺不能完全去除，壓力過(guò)大，將不能保證零件波導(dǎo)腔體邊緣的尖銳性，甚至造成零件變形?！笆弊挚p波導(dǎo)腔零件為陣列結(jié)構(gòu)，在不同的區(qū)域分別選擇高壓水壓力為15MPa、25MPa、35MPa進(jìn)行試驗(yàn)，在相同的5min時(shí)間下進(jìn)行去毛刺對(duì)比試驗(yàn)，確定合適的壓力。在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行不同典型結(jié)構(gòu)零件的去毛刺試驗(yàn)。

3 結(jié)果分析

3.1 壓力對(duì)去毛刺質(zhì)量的影響

圖3 “十”字縫波導(dǎo)腔零件去毛刺前后對(duì)比圖

在不同壓力下，“十”字縫波導(dǎo)腔零件在10倍光學(xué)放大鏡下的形貌如圖3所示。由圖可見(jiàn)，在15MPa水壓下，位于“十”字縫隙根部的毛刺未完全去除干凈，如圖3b所示。由圖3c、圖3d可知，當(dāng)水壓增大至25MPa、35MPa時(shí)，“十”字縫隙周邊的毛刺已被全部去除，零件表面沒(méi)有損傷，腔體銳邊保持完好?？紤]到復(fù)合波導(dǎo)天線其余更為微細(xì)的結(jié)構(gòu)，壓力越大，破壞零件的隱患更大，故最終確定合適的壓力為25MPa。

3.2 不同零件結(jié)構(gòu)的去毛刺效果

在前述試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取密集縫隙波導(dǎo)腔零件的縫隙和窄細(xì)筋壁結(jié)構(gòu)、復(fù)雜功分波導(dǎo)腔零件的功分枝節(jié)結(jié)構(gòu)邊緣的毛刺進(jìn)行去毛刺試驗(yàn)。根據(jù)三種零件的結(jié)構(gòu)特征及復(fù)雜程度，設(shè)定了不同的清洗時(shí)間，試驗(yàn)參數(shù)分別選擇了25MPa、3min；25MPa、2min和25MPa、0.5min，零件去毛刺前后的對(duì)比圖如圖4～圖6所示。

圖4 密集縫隙波導(dǎo)腔零件的縫隙結(jié)構(gòu)去毛刺前后對(duì)比圖

圖5 密集縫隙波導(dǎo)腔零件的窄細(xì)筋壁結(jié)構(gòu)去毛刺前后對(duì)比圖

圖6 復(fù)雜功分波導(dǎo)腔零件的功分枝節(jié)結(jié)構(gòu)去毛刺前后對(duì)比圖

由圖可見(jiàn)，典型零件結(jié)構(gòu)邊緣的毛刺均完全去除，零件表面沒(méi)有損傷，腔體銳邊保持完好。高壓水去毛刺技術(shù)是一種較好的去毛刺方法，能夠有效去除毫米波復(fù)合波導(dǎo)天線零件的毛刺。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)毫米波復(fù)合波導(dǎo)天線零件復(fù)雜、高精度的結(jié)構(gòu)，高壓水去毛刺技術(shù)是一種較好的去毛刺方法，在25MPa壓力下，不會(huì)對(duì)零件產(chǎn)生機(jī)械力破壞，毛刺能夠完全去除，零件表面沒(méi)有損傷，腔體銳邊保持完好，同時(shí)，對(duì)于一些機(jī)械工具難以達(dá)到部位的毛刺具有較好的去除效果，毛刺去除效率比手工方法可提高近40倍，且一致性好。

1 劉斌，彭滿華，鄒仕放. 制品表面毛刺去除技術(shù)綜述[J]. 表面技術(shù)，2010，39(5)：100～102

2 林奈. 毫米波波導(dǎo)器件超聲波去毛刺技術(shù)的研究[J]. 機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2016，29(1)：9～11

3 文磊. 毫米波組件腔體工藝設(shè)計(jì)與制造[J]. 機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2012，25(3)：149～151

4 趙平. 一種平板裂縫天線制造技術(shù)[J]. 機(jī)械制造，2012，9(20)：69～70

5 周燕輝，劉秋平，康春蘭.高壓水去毛刺技術(shù)的應(yīng)用研究[J].機(jī)床與液壓，2011，39(2)：87～89

6 周燕輝，康春蘭，劉朝暉.高壓水去毛刺技術(shù)的參數(shù)選配試驗(yàn)研究[J].機(jī)床與液壓，2014，22(42)：53～55

Research on High Pressure Water Deburring Technology for Millimeter Wave Composite Waveguide Antenna Parts

Wang Zhipeng Yang Wenjing Cao Laidong Xiao Aiqun Wang Jianhua

(Beijing Huahang Radio Measurement & Research Institute, Beijing 100013)

Some millimeter wave composite waveguide antenna parts have many burrs strongly adhering to the substrate after processing. A new deburring requirement is proposed. The high-pressure water deburring technology realizes the complete removal of the edge burrs of the typical structure such as the “ten” seam, the gap, the branch of the work, and the right angle of the narrow and thin ribs. The surface of the part is not damaged, and the sharp edge of the cavity remains intact. The technical problem of burr removal of composite waveguide antenna parts is solved.

millimeter wave；composite waveguide antenna；high-pressure water；deburring technology

王志鵬（1987），副主任工藝師，材料加工工程專業(yè)；研究方向：航天產(chǎn)品及新材料釬焊。

2018-07-30