一種毫米波復合波導天線零件高壓水去毛刺技術研究

王志鵬 楊文靜 曹來東 肖愛群 王建華

一種毫米波復合波導天線零件高壓水去毛刺技術研究

王志鵬 楊文靜 曹來東 肖愛群 王建華

（北京華航無線電測量研究所，北京 100013）

針對某毫米波復合波導天線零件加工后毛刺多，且與基體附著力強，提出了新的去毛刺要求。通過高壓水去毛刺技術實現了“十”字縫、縫隙、功分枝節、窄細筋壁直角等典型結構邊緣毛刺的完全去除，零件表面沒有損傷，腔體銳邊保持完好，解決了該類復合波導天線零件毛刺去除的技術難題。

毫米波；復合波導天線；高壓水；去毛刺

1 引言

毫米波復合波導天線是雷達導引頭的核心部件，可提高雷達整體抗干擾能力。隨著天線技術的發展，復合化的波導天線功能區域更加緊湊，天線單元數成倍增加，內部腔體結構更加復雜，零件層數越來越多，加工精度要求越來越高。通常加工中產生的毛刺由鉗工手工去除，但毫米波復合天線零件由于天線單元數的成倍增加，往往存在上千處窄縫、“十”字縫、功分枝節等結構，加工后毛刺多且與基體附著力強，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，同時易造成工件的表面損傷。毛刺去除已成為毫米波復合波導天線零件加工的關鍵技術，迫切需要采用自動化方法實現毛刺的無損傷去除。

目前，國內外較常見的零件去毛刺方法有電化學、熱能、超聲波、磨粒流、磁力研磨、高壓水等[1]，在毫米波波導器件上應用的主要是超聲波去毛刺技術[2～4]，這種方法可高效去除微細毛刺，但對毛刺與基體附著力強的零件，去毛刺效果較差。高壓水去毛刺技術是在水噴射清洗的基礎上發展起來的一種加工方法[5]，應用越來越廣泛[6]，其原理是利用高壓水產生的高速射流沖擊零件，毛刺根部產生極大的局部應力，在射流沖擊下從工件本體上脫落，從而達到去毛刺和清洗的目的。與超聲波去毛刺技術相比，高壓水去毛刺技術的去除力更強，同時由于高壓水射流的工作介質是水，屬于柔性加工，對工件的損傷少。對于毫米波復合波導天線零件的高壓水去毛刺技術進行研究，對促進其在雷達上的應用具有重要意義。

2 試驗方法

2.1 零件結構特點

毫米波復合波導天線由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，通過數控銑加工而成，其中，縫隙、“十”字縫、功分枝節、窄細筋壁直角等結構邊緣的毛刺較難去除，對應的典型零件結構特點如表1所示。

表1 毫米波復合波導天線典型零件結構

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，在光學放大鏡下的形貌如圖1所示。

圖1 毫米波復合波導天線典型零件毛刺圖

2.3 工裝設計及試驗方法

圖2 高壓水去毛刺工裝圖

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

試驗時，將待加工的零件放置在中間的高精度墊板上，噴嘴按照設計的程序，在設定的壓力下，對零件的全部毛刺進行清洗去除。

2.4 去毛刺參數選取

對于毫米波復合波導天線零件來說，影響高壓水去毛刺質量的主要參數是壓力。壓力過小，零件表面的毛刺不能完全去除，壓力過大，將不能保證零件波導腔體邊緣的尖銳性，甚至造成零件變形。“十”字縫波導腔零件為陣列結構，在不同的區域分別選擇高壓水壓力為15MPa、25MPa、35MPa進行試驗，在相同的5min時間下進行去毛刺對比試驗，確定合適的壓力。在此基礎上再進行不同典型結構零件的去毛刺試驗。

3 結果分析

3.1 壓力對去毛刺質量的影響

圖3 “十”字縫波導腔零件去毛刺前后對比圖

在不同壓力下，“十”字縫波導腔零件在10倍光學放大鏡下的形貌如圖3所示。由圖可見，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，當水壓增大至25MPa、35MPa時，“十”字縫隙周邊的毛刺已被全部去除，零件表面沒有損傷，腔體銳邊保持完好。考慮到復合波導天線其余更為微細的結構，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 不同零件結構的去毛刺效果

在前述試驗基礎上，選取密集縫隙波導腔零件的縫隙和窄細筋壁結構、復雜功分波導腔零件的功分枝節結構邊緣的毛刺進行去毛刺試驗。根據三種零件的結構特征及復雜程度，設定了不同的清洗時間，試驗參數分別選擇了25MPa、3min；25MPa、2min和25MPa、0.5min，零件去毛刺前后的對比圖如圖4～圖6所示。

圖4 密集縫隙波導腔零件的縫隙結構去毛刺前后對比圖

圖5 密集縫隙波導腔零件的窄細筋壁結構去毛刺前后對比圖

圖6 復雜功分波導腔零件的功分枝節結構去毛刺前后對比圖

由圖可見，典型零件結構邊緣的毛刺均完全去除，零件表面沒有損傷，腔體銳邊保持完好。高壓水去毛刺技術是一種較好的去毛刺方法，能夠有效去除毫米波復合波導天線零件的毛刺。

4 結束語

針對毫米波復合波導天線零件復雜、高精度的結構，高壓水去毛刺技術是一種較好的去毛刺方法，在25MPa壓力下，不會對零件產生機械力破壞，毛刺能夠完全去除，零件表面沒有損傷，腔體銳邊保持完好，同時，對于一些機械工具難以達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綜述[J]. 表面技術，2010，39(5)：100～102

2 林奈. 毫米波波導器件超聲波去毛刺技術的研究[J]. 機電產品開發與創新，2016，29(1)：9～11

3 文磊. 毫米波組件腔體工藝設計與制造[J]. 機電產品開發與創新，2012，25(3)：149～151

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

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

6 周燕輝，康春蘭，劉朝暉.高壓水去毛刺技術的參數選配試驗研究[J].機床與液壓，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；研究方向：航天產品及新材料釬焊。

2018-07-30