拋物面雷達天線制造工藝

■ 揚州恒星精密機械有限公司 （江蘇 225127） 曾天俊

拋物面天線是雷達的重要部件，其精度對雷達信號的收發可靠性起決定性作用，如何提高拋物面天線的制造工藝水平是行業內關注的熱門課題。本天線為拋物面薄壁結構，采用5A05鋁合金材料制造，具有質量輕、結構緊湊等優勢，產品如圖1所示。我公司通過制造工藝研究，使其制造精度很好地滿足了設計要求，拋物面成形精度可以達到0.03mm，并取得了良好的經濟性，所以此制造工藝具有很好的推廣應用價值。

圖1 天線軸測圖

1.天線結構及主要技術要求

如圖2所示，整個天線為薄壁結構，高精度、低剛性，天線外形尺寸500mm×500mm。天線由反射面、加強筋和安裝座組成，反射面厚度2mm，加強筋厚度2mm。反射面為天線功能面，用于接收和反射雷達微波信號，為拋物面結構。加強筋的作用是增加天線反射面剛性，保持拋物面的成形精度。安裝座用于天線安裝固定。天線主要技術要求為拋物面成形精度均方根＜0.03mm，表面粗糙度值Ra=0.8μm。設計要求材料為5A05鋁鎂合金，成品天線結構強度＞300MPa，結構尺寸公差＜0.05mm。

圖2 天線截面

根據產品結構特點及關鍵技術要求，我公司分別選用兩種制造工藝進行研究，方案1為厚板料直接加工成形，方案2為焊接毛坯加工成形。由于產品具有壁薄、高精度、低剛性的特點，加工技術難點主要是如何控制和減小變形量。

2.厚板料直接加工成形

根據零件最終規格大小并考慮加工裝夾余量，需用520mm×520mm×120mm厚板料毛坯進行加工，由于零件屬曲面加工，為了提高加工效率并保證表面質量，需選用高速銑加工。由于此加工方案材料去除率極高，約90%，會產生較大的切削應力，需設置多次粗加工并進行去應力熱處理工序。從裝夾方式到切削參數的選擇都很關鍵，對產品成形精度都會產生直接影響。

（1）工序設置。為了盡可能地減少和控制切削應力導致的工件變形量，工藝路線在粗精銑之間增加半精銑，粗銑后單邊留5mm余量，半精銑后留有1mm余量精銑，粗銑和半精銑后都設置了熱處理去應力工序，工藝路線為：備料→粗銑→熱處理→半精銑→熱處理→精銑。

（2）裝夾方式。由于工件是拋物面結構，沒有裝夾平面，工藝設計時考慮裝夾方便，設計6個等高裝夾凸臺。為了防止凸臺去除后產生二次變形，此凸臺設計為分散斷續狀結構，如圖3所示。

（3）切削參數。由于工件材料切除率90%以上，切削應力需進行控制，本次加工全過程采用小切深大進給量高速銑加工方式，粗加工階段主要是去除材料，采用圓柱平底立銑刀加工，半精加工階段再次進行大量材料切除并為精加工做準備，選用球形銑刀加工保證良好的表面質量，精加工階段要求高的表面質量和成形精度。各階段切削參數的選擇是關鍵，具體切削參數如表1所示。

3.焊接毛坯加工成形

從產品批量生產的經濟性考慮，必須提升材料的利用率，因此選擇焊接毛坯加工成形的方案。此方案是先將反射板拋物面通過模具沖壓成形，再與加強筋、安裝座通過氬弧焊連成整體。此方案在節省材料的同時，材料去除率低，切削應力大大減小，有利于拋物面成形精度的保證。

圖3 裝夾凸臺示意圖

表1 切削參數

（1）工序設置。由于焊接會產生一定的變形量，不能直接保證拋物面成形精度均方根＜0.03mm，因此將反射板拋物面留有3mm余量，焊后再對拋物面進行精銑加工，確保壁厚2mm及精度要求。由于拋物面反射板焊后會產生焊接變形和熱應力，焊接變形量會超出3mm加工余量的范圍，因此焊后設置了一個熱處理定形工序，同時也能去除焊接殘余應力。工藝路線為：備料→沖壓→焊接→熱定形→精銑。

（2）沖壓模具設計。由于鋁合金變形抗力相對較小、塑性好，而且是毛坯沖壓，沖壓成形精度要求＜1mm，因此只需要設計冷沖模具。模具采用Q235低碳鋼材料焊接成形，焊后成形面采用數控加工成形。回彈量通過試壓修模，確定為10mm。考慮到熱定形的需要，模具上設計了壓板支撐結構，具體模具結構如圖4所示。

4.結論

以上兩種方案各有優缺點，從技術角度都能保證產品要求，但工藝經濟性有明顯區別，具體經濟性和技術指標達成情況如表2所示。

綜上所述，使用厚板料直接加工，通過機械尺寸檢測和電性能測試，產品質量可以得到保證，但加工成本相對較高。厚板料直接加工適合單件生產，焊接毛坯方案適合批量生產。

圖4 拋物面天線沖壓模具

表2 經濟性和技術指標達成情況

[1] 張士林，任頌贊. 簡明鋁合金手冊[M]. 2版. 上海：上海科學技術文獻出版社，2006.

[2] 沖模設計手冊編寫組. 沖模設計手冊[M]. 北京：機械工業出版社，1988.

[3] 王先逵. 精密加工技術實用手冊[M].北京：機械工業出版社，2001.