新（xīn）型高精度（dù）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（de）部件，廣泛應用於雷達、微波通信和電子對抗等領域。隨著我國雷（léi）達事業（yè）的（de）發展，小型（xíng）化（huà）、高頻率超寬帶微波功分器（qì）需求迅猛增加，已（yǐ）經成為了現代（dài）雷達重要的發展方向，這就給功分器（qì）的設計及加工製造帶來了新（xīn）的挑戰[1，2]。圖1所示某新型功分器主體結構是由整塊鋁板加工型腔而成，雙麵用（yòng）蓋板分別（bié）真空釺焊成形（xíng）。型腔要求整（zhěng）體（tǐ）加工精度±0.03mm，上、下麵平（píng）麵度0.05mm；內部腔體在40倍放大鏡下觀（guān）察無毛刺，且波導腔內邊緣不允許有倒角；真空釺焊焊料均勻填滿焊縫（féng），內部焊縫無明顯溢出。加工（gōng）製造難度極大。

2  技（jì）術難點分（fèn）析

功分器整體結構尺寸為（wéi）16mm × 300mm ×500mm，采用上、下蓋板與中間殼體真空釺焊拚（pīn）焊而（ér）成，材料選用3A21鋁（lǚ）合金。主要技術難點如下（xià）。
1）中間殼（ké）體（tǐ）外形及上、下麵平麵度要求高，普通數控銑床及裝夾（jiá）方式難以（yǐ）保證尺寸要（yào）求。
2）波導內腔表麵粗糙度值Ra=1.6μm，在40倍放大鏡下觀察無毛刺（cì）。由於不允許用金屬工具去除毛刺（cì），波導腔內邊緣不允（yǔn）許（xǔ）有倒（dǎo）角（jiǎo），所以用普通數控加工極（jí）難保證。
3）雙麵要求真空釺焊（hàn）一次成形，成形後麵型精度0.05mm，且要求焊縫均勻、一致性（xìng）好，無明顯焊料溢流，無明顯焊接縫隙，真空釺焊難度極大。
4）焊接後的精加工要求（qiú）腔體內部（bù）應無切削料、線切割（gē）油泥等多餘物，使控製過程複雜（zá），可操作性（xìng）差，質（zhì）量難以保證。
3  無毛刺切削（xuē）控製

新型功分器主盒體殼體基本結構如圖2所示。整個殼體的主要加工量在於腔體的加工，為了保證腔體（tǐ）內部尺寸精度，采用高速銑削加工，既能提高效率，又能提高精度及工（gōng）件的表麵質量。加工順序（xù）為先加工上、下（xià）麵（miàn）及外形，再以外形定（dìng）位（wèi）銑削波（bō）導（dǎo）內腔。裝夾方（fāng）式上采用自（zì）製的真空吸盤裝夾，不但（dàn）便於加工，而且可有效控製加工（gōng）變形（xíng）。考慮到零件精度高的特點，在加工之前、下料之後采取去應力退火（huǒ）處理，從而消除內應（yīng）力釋放對後期加工精度可（kě）能造成的影響。最後由鉗（qián）工進行收尾工作，清理工作台麵，在40倍放（fàng）大鏡下用牙簽去除毛刺及多餘（yú）物。

通過以上控製措施，很好地解決了（le）工（gōng）件的加工精度難題（tí）。具（jù）體工藝路線為：下料→退火→高速銑削→鉗工（gōng）。
對於波導內腔表麵粗糙度值Ra=1.6μm、在（zài）40倍放（fàng）大鏡下觀察無毛刺以及波導腔內邊緣不允許有倒角的（de）加工要求，工藝上必須進行特殊處理方能滿（mǎn）足要求。尤其是在40倍放大鏡下無毛刺的要求，公司毫無加工經驗。國內外對無毛刺加工的研究（jiū）相對較少，王貴成教授（shòu）於2002年首次提出（chū）了少無毛刺切削加工的概念[3]，同（tóng）年，Bo-LinHsu博（bó）士提出了著名的EOS理論，指出在端銑過（guò）程中，毛刺尺（chǐ）寸很大程度上取決於（yú）刀尖的退出順序，合理（lǐ）的刀尖退（tuì）出順序能（néng）有效（xiào）減少銑削毛刺的生成（chéng）。有（yǒu）文獻指出，基於正交（jiāo）試驗和人工神（shén）經網絡方法，優化切削參數能有效減少切削毛刺的生成[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（suǒ）示（shì）。該功分器零件結構已（yǐ）經多次優化，不能改動（dòng）；在加（jiā）工方（fāng）法上，由於材（cái）料及結構限製，所以目前隻能采用機械切削加工。嚐試從切削過程控製（zhì）、切（qiē）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（guò）程控製  為防止內腔邊（biān）緣毛刺的產生，考慮到毛刺的棱角效應，在切削（xuē）加工時，應（yīng）使（shǐ）出（chū）刀口位於（yú）零件棱角較大的部位。本零件的加工切入點在腔體（tǐ）內部，加工順序為由腔體內（nèi）部向外部（bù）切削，禁止沿外圍（wéi）邊部切入。
（2）切削參數（shù）調整　一（yī）般情況下，毛刺高度隨著切削深度的增大呈現增加趨勢，基於（yú）此，在（zài）切削深度設計上，要求先采用端銑刀加工型（xíng）腔大部，在深度及側邊單邊各留0.15mm左右餘量采用周銑刀加工，周銑（xǐ）時對該（gāi）餘量進行多次精（jīng）銑，邊銑邊（biān）去毛刺，精銑過程中反複變換方向，待餘量加工完畢後，再加一次空銑，以最（zuì）大（dà）限度去除毛刺（cì）。值（zhí）得說明的是，深度方向精加工時，為了防止（zhǐ）硬點的產生，第一刀切削進給量必（bì）須較小（xiǎo）。經反複試驗，第一刀取0.03mm進給量，效（xiào）果良好。在切削寬度選（xuǎn）擇上，經多（duō）次試驗，選擇以（yǐ）60%的刀具直徑加工，效果最佳。目前我公司機床所能達到的最大有（yǒu）效轉速為15000r/min，經多（duō）次試驗，本次加工線速度選擇200mm/min。通過切削參數的調整，較好地解決了加工毛刺難題。
（3）刀具選擇  在考慮刀具（jù）強度和使用性能的（de）情況下，優化刀具前（qián）角、後角，鈍圓半徑等（děng），以減小切（qiē）削（xuē）變形和切削力，從而最大限度地減小界限切削深度，減小毛刺的影響程（chéng）度。一般情（qíng）況下，隨著（zhe）刀具前（qián）角的增加，毛刺高度呈減小趨勢。這（zhè）是由於刀具前角增加，導致切屑受到的剪切應變減小，所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（tóu）的強度降低，刀頭（tóu）的導熱麵積和容（róng）熱體積減小。因此過分地增大前角，有可能導（dǎo）致切削（xuē）刃處出（chū）現彎曲應力，造成崩（bēng）刃。在材質（zhì）上，優先選用硬質合金材質刀具，既能提高精度，又（yòu）能（néng）減少毛刺（cì）。
定製美福（M.A.FORD）牌D1×1.5×8×D6×50兩刃微型硬質合（hé）金銑刀作為最終精加（jiā）工刀具。該刀（dāo）具（jù）在（zài）底齒部分設計有帶保護的修光刃，能有效降低加工零件的表麵粗糙度值；同時在前角設計上應盡（jìn）量大，以（yǐ）較少毛刺生成（chéng）和（hé）提高切削精度。圖4為在40倍放大鏡下觀察局部毛刺（cì），可見基本無毛刺，且內腔邊緣無倒角，符合（hé）設（shè）計要求。

4  真空釺焊（hàn）變形及焊縫（féng）控製

該零件的結構（gòu）形式決定了其在（zài）真空釺焊時（shí）極易產生變形以及焊縫不均勻。經多次焊接試驗（yàn），最終（zhōng）確定了焊接（jiē）工藝路（lù）線，其（qí）中的關鍵控製（zhì）點如下。
（1）清洗（xǐ）　設計特定塑料工裝（zhuāng）固定在金屬清洗框底部，用（yòng）於隔離金屬框與（yǔ）零件表麵，避免劃傷（shāng）零件。焊前具體清（qīng）洗流程為：溶劑清洗（xǐ）→堿液清（qīng）洗（xǐ）→冷水清洗→超聲波清洗（xǐ）→去離子水清洗→烘幹。
（2）焊片預處理　焊片（piàn）采用激（jī）光（guāng）切割成形，焊前采用適當砂紙打磨。
（3）裝配　裝配操作人員十（shí）指均佩戴橡膠指套製作定位工裝，以（yǐ）保證定位和裝配用的夾（jiá）具、工裝清（qīng）潔，不允許存在油汙或鏽漬。通（tōng）過采取以上措施，成功保（bǎo）證了（le）焊接質量（liàng）。焊接後焊縫外觀質量如（rú）圖5所示。

5  精加工時多餘物控製

真空釺焊（hàn）後精加工時，腔體內部的多餘物主要產生在加工端口孔及台階處，端（duān）麵形狀如圖6所示。加工（gōng）工序為高速銑削。為防止（zhǐ）多餘物進入內腔，一般的處理方式是在入口處堵或者加工後清理。由於結構所限，一旦多餘物進入內腔後，將很難清理出來，因此該零件隻能是設法在入口處堵。特殊的端麵結構使得堵（dǔ）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（gōng）時，發現仍（réng）有切削多（duō）餘物進入內腔，導致零件報廢。為了解決此難題，嚐試對堵頭進行封蠟（là）處理（見圖7），加工完成後去除封蠟（là），取出堵頭並進行超聲波清洗，有效控製了（le）加工多餘物的進入。

6  結束語

通過合理選（xuǎn）擇加（jiā）工（gōng）設備和裝夾方式，調整加工參數及合理選用（yòng）刀具等措施，基本實現了無毛刺加工。通過焊接關鍵（jiàn）點控製，掌握了（le）真空釺焊要（yào）領（lǐng）。采取堵（dǔ）頭外加封蠟的新方法，成功實現了多（duō）餘物的控製，最（zuì）終實（shí）現了新型雷達功分器的成功試製。