裂缝波导加工变形控制技术研究
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【摘要】一个波导组件由多个波导零件经过多次拼焊加工而成，通过对影响拼焊波导加工合格率因素的研究，可以进一步拼焊波导加工成品率。
【关键词】拼焊；波导加工；合格率
1.引言
裂缝波导是相控阵雷达中最为常见和重要的零件之一，也是其天线制造中较为困难的零件之一，其加工质量和效率直接影响着雷达产品的性能。随着相控阵天线技术的不断发展和广泛应用，对裂缝波导的加工提出更高的要求，其加工精度的保证也成为相控阵雷达生产中的关键技术之一。
某型号相控阵雷达的阵列天线由若干根窄边裂缝波导组成。天线阵面上每根波导的窄边开有许多裂缝，裂缝深度、角度不一。作为天线阵面的重要组成部分，裂缝波导的直线度影响着天线阵面系统的平面度要求，并最终对天线系统的电气性能产生至关重要的影响。为保证天线阵面的平面度要求及后续加工要求，裂缝波导加工要满足很高的直线度要求。
在裂缝波导加工过程中，为保证裂缝深度公差要求，在开缝加工之前对波导管先校直，校直后直线度可达到0.12mm/全长。但开缝加工后由于波导管单侧内应力释放，会导致波导产生较大程度的弯曲。为解决这一加工变形问题，提高加工质量，保障雷达产品的性能指标，在查阅相关方面资料后，笔者采取了预先反变形加工工艺方法来控制裂缝波导加工的精度，使其变形量控制在设计要求以内。
2.裂缝波导加工现状及加工变形机理分析
2.1 加工现状
某型号相控阵雷达的裂缝波导采用标准铝波导，材料为铝合金3A21，长度为3200mm，各裂缝深度公差要求为±0.02mm，要求加工完成后的直线度为3mm，波导截面为矩形，形状公差为±0.02mm。该裂缝波导加工的现行工艺过程为：
（1）原材料波导管通过下料获得足够的尺寸；
（2）钳工对下料之后的波导管进行校直，达到直线度0.12mm/全长；
（3）数控铣进行波导管开缝加工。由于裂缝波导管壁较薄，强度不高，且波导管内壁的形状公差及裂缝的尺寸公差要求很高，加工完成后不宜采用校形工艺。
按照上述工艺过程加工后进行测量。该工件属于典型的细长件，为更精确的掌握裂缝波导各段的变形情况，以后续装配阶段裂缝波导安装点的位置确定每根波导的测量点，按照上述工艺过程加工得到的裂缝波导的直线度在10mm/全长左右，变形量较大，难以保证天线系统的平面度要求，也为后续的加工装配带来了困难。裂缝波导的变形控制一直是该型号雷达生产加工中的瓶颈，影响着天线系统质量，以及生产的进度。雷达性能的实现和生产进度的保证对裂缝波导加工变形控制方面的研究提出了很迫切的需求。
2.2 变形机理分析
针对裂缝波导开缝加工的变形问题，从人员、设备、材料、方法、环镜等因素分析，人员、设备、环境等因素均能达到要求。在工艺方法上，从切削力、装夹方案、加工参数等方面做过多次试验，结果均不理想。而裂缝波导的原材料为标准型材波导管，经调研，波导管是通过多次拉制成型，在拉制成型过程中，四周管壁产生了拉应力。在裂缝波导加工时，由于一窄边多处开缝，拉应力消除，导致波导管管壁的应力平衡被打破而产生变形。
通过分析，证实了裂缝波导加工变形的主要原因是原材料波导管管壁内存在的残余拉应力。但目前较为常用的几种去应力方法或对设备要求很高，或效果不十分理想。为此，本文提出一种预先反变形加工工艺方法进行裂缝波导的加工。
3.预先反变形控制技术
3.1 预先反变形法
反变形法广泛应用于焊接技术和结构件校形技术方面。在结构件校形过程中，工件在校正载荷作用下发生弹塑性变形。由于弹性变形是可逆的，塑性变形是不可逆的，所以弹塑性弯曲后有一部分变形得到回复，另一部分被残留下来。对于发生弯曲变形的零件，通过施加满足特定曲率关系的相应校正载荷，对变形零件进行精确校正。焊接技术上采用的是预先反变形法，预先模拟计算焊接受热不均导致的工件变形量，以该变形量的反方向预先使工件产生变形，通过预先的反变形量来抵消焊接过程中的应力变形，从而得到最终的理想形状。
3.2 波导管预先反变形处理
现将该原理应用到裂缝波导开缝加工中，以测量得到的裂缝波导加工变形量，预先对波导管进行校弯操作，使波导管处于弯曲状态，然后进行开缝加工。通过分析开缝加工中单边应力释放导致的变形量，将波导管预先校弯为弓形，中心的校弯量确定为10mm。设计了波导管预先反变形工装，调节块位置的变动可以对波导管弯曲量进行调节。
3.3 开缝加工的装夹
由于波导管的直线度直接影响裂缝的深度尺寸，所以对校弯后的波导管进行开缝加工时，必须通过装夹保证波导管在开缝加工中的直线度。由于波导的刚性较差，工装设计时需避免装夹变形，工装压紧点的选择与装配阶段裂缝波导安装点的位置尽可能一致。为保证波导管装夹后的直线度，在将工装安装到位后，先对工装上的定位面进行精铣加工，消除工件安装基准面定位误差。
3.4 裂缝波导预先反变形法加工过程
采用预先反变形法之后，裂缝波导的加工工艺过程为：
（1）原材料波导管通过下料获得足够的尺寸；
（2）钳工对波导管宽边进行校直；
（3）通过校弯工装对波导管窄边进行校弯，产生预先反变形；
（4）利用专用工装对波导管进行装夹；
（5）数控铣进行波导管开缝加工。
4.试验结果分析
继续以某型号相控阵雷达的裂缝波导为试验件，采用预先反变形法加工后的裂缝波导直线度均小于1.2mm/全长，加工变形得到很大改善，达到了设计要求，也降低了后续加工、装配的难度。采用该工艺方法批量生产的某型号雷达经电气测试，完全满足性能要求。
5.结论
裂缝波导是相控阵体制雷达中的重要部件，其加工精度的保证是相控阵雷达生产中的关键技术之一。针对其加工变形问题，本文首次将预先反变形法引入到裂缝波导加工中。以某型号相控阵雷达裂缝波导以试验件进行了对比试验，加工变形情况得到较好控制，加工效果提高明显。该方法提高了裂缝波导的加工质量，保证了雷达产品的性能，在波导成形和裂缝加工上取得较大进展，同时也为精密零件加工提供了一些新的思路。
参考文献
[1]叶尚辉，赵有鑫.天线结构设计手册[M].西安电子科技大学出版社.
[2]孙训方，方孝淑，等.材料力学[M].人民教育出版社.
[3]王广东.相控阵列天线框架结构设计规范[M].206内部资料.
作者简介：颜琦赟（1972—），江苏南京人，技师，主要从事微波器件精密加工技术研究。