新型高精度功分器加工技術（shù）

1  序言

功分器是微波接收、發射及頻率合成係統中不可缺少的部件，廣泛應用於雷達、微波（bō）通信和電子（zǐ）對抗等領域。隨著我國雷達事業的發（fā）展，小（xiǎo）型化、高頻率（lǜ）超寬帶微波功分器需求迅猛增加，已經成為了現（xiàn）代雷達重要的發展方向（xiàng），這就給功分器的設計及加工（gōng）製造帶（dài）來了新的挑戰[1，2]。圖1所示某（mǒu）新型功分（fèn）器主體結構是由（yóu）整塊鋁板加工型腔而成，雙麵用蓋板分別真空釺（qiān）焊成（chéng）形。型（xíng）腔要（yào）求整體加工精度±0.03mm，上、下麵平麵（miàn）度0.05mm；內部腔體在40倍放大鏡下觀察無毛刺，且（qiě）波導（dǎo）腔內（nèi）邊（biān）緣不（bú）允許有倒角；真空釺焊焊料均勻填滿焊縫，內部焊縫無明顯（xiǎn）溢出。加工（gōng）製（zhì）造難度極大。

2  技術難點分析

功分器整體結構尺寸為（wéi）16mm × 300mm ×500mm，采用上、下蓋（gài）板與中（zhōng）間殼體真空釺焊拚焊（hàn）而成，材料選用3A21鋁合金（jīn）。主要技術（shù）難點如下。
1）中間殼體外形及上、下麵平麵度要求高，普通數控銑床及裝夾方式難以保（bǎo）證尺寸（cùn）要（yào）求。
2）波導內腔表麵粗糙度值Ra=1.6μm，在40倍放大鏡下觀察（chá）無毛刺。由於不允許用金屬工具去除毛刺，波導腔內邊緣不允許有倒角，所以用普通數控加工極難保（bǎo）證（zhèng）。
3）雙麵要求真空釺焊一次成形，成形後麵型精度0.05mm，且（qiě）要求焊縫均勻、一（yī）致性好，無明顯焊料溢流（liú），無明顯焊接縫隙，真空（kōng）釺焊（hàn）難度極大。
4）焊接後的精加工要求腔體內部應無切削料、線切割油泥等多餘物，使控製過程複（fù）雜，可操（cāo）作性（xìng）差，質量難以保證。
3  無毛刺切削控製

新型（xíng）功分器主盒體殼體基本（běn）結構如圖（tú）2所（suǒ）示。整個殼體（tǐ）的主要加工量在於腔體的加工，為了（le）保（bǎo）證腔體內部尺（chǐ）寸精度，采用高速銑削加工，既（jì）能提高效率，又能提高精度及工件的表麵質量。加工順序為（wéi）先加工上、下麵及外形，再以外形（xíng）定位銑削波（bō）導內腔。裝夾方式上采用自製的真空吸盤裝夾，不但便於加工（gōng），而且可有效控製加工變形。考慮到零件精度（dù）高的特點，在加工之前、下料之後采取去應力退火處理（lǐ），從而消除內（nèi）應力釋放對後期加工精度可（kě）能造成的影響。最後由（yóu）鉗工進行收尾工作（zuò），清理工作（zuò）台麵，在40倍放大（dà）鏡下（xià）用牙簽去除毛刺及多餘物。

通過以上控製措施，很好地解決了工件的（de）加工精度難題。具體工藝路線為：下料→退火→高速銑削→鉗（qián）工。
對於波導內腔表麵粗（cū）糙度值Ra=1.6μm、在40倍（bèi）放大鏡下觀察無毛刺以及波導腔內邊緣不允許有倒角的加工要求（qiú），工藝上必須進行特殊處理方能滿足要求（qiú）。尤其是在40倍放大鏡下無毛刺的要求，公司毫無加工經（jīng）驗。國內外對無毛刺加（jiā）工的研究相（xiàng）對較少，王貴（guì）成教授於2002年首次提出了少無（wú）毛刺切削加工的概念（niàn）[3]，同年，Bo-LinHsu博士提出了著名的EOS理論，指出在（zài）端銑過（guò）程中，毛刺尺寸很大（dà）程度上取決於刀尖的（de）退出（chū）順序，合理的（de）刀尖退出（chū）順序能有效減（jiǎn）少銑削毛刺的生成。有文獻指（zhǐ）出，基於正交試驗和人（rén）工神經網絡方法，優化切削參數能有效減少切削毛刺的（de）生成[4]。
經查閱資料，總結得出目前常用的無毛刺加工方法如圖3所示。該功（gōng）分器零件結構已（yǐ）經多次優化，不能（néng）改動；在加工方法上，由於材料及結構限製，所以目（mù）前隻能采用機械（xiè）切削加工（gōng）。嚐試從切削過程控製、切削參數調整和刀具選擇3方麵進行質量控製，以達到設計要求。

（1）切削過程控（kòng）製  為防止內腔邊緣毛刺的產（chǎn）生，考慮到毛刺的棱角效應（yīng），在（zài）切削加工時（shí），應使出刀口位於零件棱（léng）角較大的部位。本零件的加工切入點（diǎn）在腔體內部，加工順序為由腔體內（nèi）部向外部（bù）切削，禁止沿外圍邊部切（qiē）入。
（2）切（qiē）削參數調整　一般情（qíng）況下（xià），毛刺高度（dù）隨著切削深度的增大（dà）呈現增加（jiā）趨勢，基於此，在切削（xuē）深（shēn）度設計上，要求先（xiān）采用端銑刀加工型腔大部，在深度及側邊單邊各留（liú）0.15mm左右餘量采用周（zhōu）銑（xǐ）刀加工（gōng），周銑時對該餘量進行多次（cì）精銑，邊銑（xǐ）邊去毛刺，精銑過程中反複變換方（fāng）向，待餘量加工（gōng）完畢後，再（zài）加一（yī）次空銑，以最大限度去除毛刺。值得說明的是，深度方向精加工時，為了防止硬點的產生，第一刀切削進給量必須較小。經（jīng）反（fǎn）複試驗，第一刀取0.03mm進給量，效果良好（hǎo）。在切削寬度選擇上，經多次（cì）試驗，選擇以60%的（de）刀具直（zhí）徑加工（gōng），效果最佳。目（mù）前我公司機（jī）床所能達到的最大有效轉速為15000r/min，經多次試（shì）驗，本次加工線速度選擇200mm/min。通過切削（xuē）參數的調整，較好地解決了加工毛刺難題。
（3）刀具選擇  在考慮刀具強度和（hé）使用性能的情況下，優化刀具（jù）前角、後角，鈍圓半徑等，以減小切削變形和切削力，從而（ér）最大（dà）限度地減小界限切削（xuē）深度，減小毛（máo）刺的影（yǐng）響程度。一般情況下，隨著刀具前角的增加，毛（máo）刺高度（dù）呈減小趨勢。這是由於刀（dāo）具前角增（zēng）加，導致切屑受（shòu）到的剪（jiǎn）切應變減小，所（suǒ）以兩側方向毛刺尺寸減小。但是增大前角會使切削刃與刀頭的強度降低，刀（dāo）頭的導熱麵積（jī）和容熱體積減小。因此（cǐ）過分地增大前角，有可能導致切削刃處出現彎曲應力，造成崩刃。在（zài）材質上，優（yōu）先選用硬質合金材（cái）質刀具，既能提高精（jīng）度，又能減（jiǎn）少毛刺。
定製美福（fú）（M.A.FORD）牌D1×1.5×8×D6×50兩刃微型硬（yìng）質合金銑刀作為（wéi）最終（zhōng）精加工刀具。該刀具在底齒部（bù）分設計有帶保護的修光刃，能有效降低加工零件的（de）表（biǎo）麵粗糙度（dù）值；同時在前角設計上應盡量大，以較少毛（máo）刺生成和提高切削（xuē）精度。圖4為在40倍放大鏡下觀察局部毛刺，可見基本無（wú）毛（máo）刺，且內腔邊緣無倒角，符合設計要求。

4  真空釺焊變（biàn）形及焊縫控（kòng）製

該零件的結（jié）構形式決定了其在真空釺焊時極易產生變形以及焊縫不均勻。經多次焊接試驗，最終確定了焊接工藝路線，其中（zhōng）的關鍵控製點如下（xià）。
（1）清洗　設計特定塑料工裝固定在金屬清洗框底部，用於隔離金屬框與（yǔ）零件表麵，避免劃傷零件。焊前具體清洗流程為：溶劑清洗→堿（jiǎn）液清（qīng）洗→冷水清洗→超聲波清洗→去離子水（shuǐ）清洗→烘幹。
（2）焊片預（yù）處理　焊片（piàn）采用激光切割成形，焊前采用適當（dāng）砂紙打磨。
（3）裝配　裝配操作人員十指均（jun1）佩戴橡膠指套製作定位工裝，以（yǐ）保證（zhèng）定位（wèi）和裝配用的夾具、工裝清潔，不允許存在（zài）油汙（wū）或（huò）鏽漬。通過采取（qǔ）以上措（cuò）施，成（chéng）功保證了焊接質量。焊接後（hòu）焊縫外觀質量如圖（tú）5所示。

5  精加工時多餘物控製（zhì）

真空釺焊後精加工時，腔體內部（bù）的多餘物主要產（chǎn）生在加工端口孔及台階處，端麵形狀如（rú）圖6所示。加工工序為高速銑削。為防止多餘物進入內腔，一般的處理方式是在入口處堵（dǔ）或者加工後清理。由於結構所限，一旦多餘物進入內腔後，將很難清理出來，因此（cǐ）該零件隻能是（shì）設法在入口處堵。特殊的端麵結構使得堵頭尺寸較難控製，且為了便於裝配堵頭，堵頭的尺寸比（bǐ）端口方孔要小。前期試件加工時，發現仍有切削多餘物進入內腔，導（dǎo）致零件報廢。為了解決此難題，嚐試對堵頭進行封蠟處理（見圖7），加工完（wán）成後去除封蠟，取出堵頭並進行超聲波（bō）清洗，有效控製了（le）加工多餘物的進入。

6  結束語

通（tōng）過合理選擇加工設備和裝夾方式，調整加工參數及合理選用（yòng）刀具等措施，基（jī）本實現了無毛刺加工。通（tōng）過焊接關鍵（jiàn）點控製，掌握了真（zhēn）空釺焊要領（lǐng）。采取堵頭外加封蠟的新方法，成功實現（xiàn）了多餘物的控（kòng）製，最（zuì）終實現了（le）新型雷達功分器的成功試製。