梯形翅片状薄壁半圆锥天线的加工工艺

席 蕙

（桂林长海发展有限责任公司，广西 桂林 541001）

1 引言

梯形翅片状薄壁半圆锥天线是我公司某产品天线分机的一个重要组成部分，它有着与以往产品的天线完全不同的结构外形，它是由一个弧度为 157.5°、锥角为 54°的薄壁半圆锥筒及安装底板组合而成的零件，天线的反射面为交错的梯形翅片状，如图1所示：

由于我们以前没有加工此类零件的经验，但从工艺实现的方式分析，可以有多种加工途径：

途径一：用熔模铸造的方法直接加工成型。缺点：工序繁多；制造费用高；一般必须上批量；况且我公司目前的加工能力有限，还需外协。

途径二：用电铸的方法加工。缺点：芯模制造技术要求高，制造成本昂贵；脱模困难，生产效率低；且周期长。

途径三：用模具冲压成型后，再用线切割加工出反射面的梯形翅片。缺点：因为模具的制造费用较高，由于目前产品还在试制阶段，尚未定型，尺寸可能会有变动，一般须在产品定型的情况下采用。

途径四：直接用黄铜棒车出圆锥台筒，再用银钎焊将固定底板连接起来,最后用线切割加工出反射面的梯形翅片。缺点：劳动强度大、原材料浪费严重。

以上几种加工途径，虽也能加工出最后产品，但并不是最佳选择，怎样才能以最低的成本，最合理的加工工艺实现产品，这是我必须考虑和解决的问题，由于时间紧迫、加上以前没有此类零件的加工经验，这对我来说是一个新的课题，但同时也是一个新的挑战，经过对图纸的反复研究，查阅了大量的相关工艺资料，同时考虑到我公司目前的设备和实际加工能力，我认为可以借鉴圆柱筒零件的冷加工原理，利用金属材料的塑性变形，在外力作用下使金属材料产生使之变形的内力，当内力的作用达到一定的数值时，材料便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件。经过与大家的探讨商量后，于是我制定了以下加工方案：

首先在车床上利用带滚筒的滚压工具在零件表面上作相对滚动，利用滚压力加工出圆锥筒雏形后，经过模具整形加工，再用银钎焊将成型的天线板和固定底板连接起来，最后用线切割割出157.5°反射面弧形及其交错的梯形翅片。由于该加工方案中所用模具比较简单，成本较低，而且可根据天线板的成型情况进行及时修理与调整。

2 结构分析与材料特性分析

（1）结构分析

该天线的一个特点就是在半圆锥台筒的反射面上加工出交错的梯形翅片，首先要求加工的半圆锥台筒必须符合外形要求，因此该半圆锥台筒的加工除了用滚压加工以外，必须经过多次模具整形才能保证半圆锥筒符合图纸要求，同时滚压后的残余应力必须进行热处理退火去除；另外该零件对反射面的不对称梯形齿有一定尺寸要求，我们选用 DK7740A电火花数控线切割机床通过线切割电脑编程来控制尺寸，因为该机床的加工精度可以达到 0.015mm，且加工表面粗糙度 Ra不大于2.5um,因此完全可以满足设计要求。

（2）材料特性分析

该天线的材料是 H62，H62是铜-锌二元系的（α＋β）两相合金，属高锌黄铜，具有较高的强度和优良的冷热加工性，易于进行各种形式的压力加工和切削加工。由于合金具有很好的塑性，特别是M状态的板料，屈服点σs很小，伸长率δ10很大，很有利于进行滚压加工，同时H62合金的焊接性能良好，易于钎焊、锡焊，也能较好地进行气焊、点焊等焊接。

3 工艺设计及加工

结构设计只提供了整体设计图纸，具体零件怎么加工、是否需要分解，及分解零件的结构要求，必须由工艺根据设计图纸要求作出具体方案。从以上的结构分析和材料特性分析知道：可选冷轧黄铜板 H62-M为原料，由于其塑性很好，有利于进行滚压加工，同时 H62合金的焊接性能良好，易于银钎焊，因此在考虑该天线板零件的加工工艺方案时可以将其拆分为两个零件：即上面的半圆锥台筒（以下简称件A）和下面的半圆环底座（以下简称件B）如图2所示：

图2 半圆锥台筒（件A）及半圆环底座（件B）

在件A件B分别加工成形后，用银钎焊将其组合成一体，然后通过线切割割出 157.5°的反射面弧形及其交错的梯形翅片，最后进行表面镀涂。工艺流程为：

（1）半圆锥台筒（件A）的加工

件 A的加工是否成型是该天线板零件是否成功的关键。件A的材料用厚度为1mm的退火状态的冷轧黄铜板H62，下长方料后用数控铣先铣成一扇形板， 通过圆弧公式可知：

圆弧长L =圆弧半径R×圆弧角α×π/180°在留工艺余量前：

半圆锥台筒底边圆弧对应的扇形板大圆弧为L：

半圆锥台筒母线对应的扇形板大圆弧半径为R：

由此可以计算出该半圆锥台筒对应的扇形板弧度角α：α＝（80×157.5°×π/180°）÷（80÷sin27°）×180°/π＝71.5°

由于操作中是手摇控制车床主轴旋转，首尾的变形量难以控制，因此扇形板必须留工艺加工余量，弧度放大为 120°，即使该扇形板围成的半圆锥台筒的弧度为270°。扇形板各工艺加工尺寸如图3所示：

由于没有现成的滚压圆锥形状的设备，为此设计了专用车床滚压工具，滚压工具由锥滚轮和夹装座组成，同时还有一个可以固定扇形板的圆锥模，如图4所示：

由于没有这类锥体滚压加工的材料弹性变形回弹的直接理论计算依据，只能参照 M状态黄铜板弯曲件的弹性变形的回弹量推算圆锥模的圆锥半角。假设工件的弯曲半径为r1= 80mm，根据σs和r1/t可查表求得弯曲凸模的圆角半径r2=70mm,这里σs 为工件材料的屈服点，t 为工件的厚度。由于扇形板大圆弧半径为R = r1/sin27°＝ r2/ sinα2,可算出圆锥模的圆锥半角α2=23.4°，而在滚压过程中锥滚轮与圆锥模所接触部位中各点的线速度各自相同，且滚轮轴为φ20mm，根据线速度V=r×ω(角速度)，可推算出锥滚轮的圆锥半角α′＝38.5°。实际加工后进行测量，外形基本与图纸要求接近。具体的加工过程为：将圆锥模固定在普通车床C630的卡盘上，把铣好的扇形板用螺钉固定其一端在圆锥模上，用固定在刀架上的锥滚轮压紧扇形板并用手摇卡盘进行滚压，由于黄铜板的塑性变形，不但形状发生了改变，内部也产生了内应力，因此在其一次成形后需进行热处理退火去除残余应力。当第二次滚压成形后，必须进行油压模的整形，为了使半圆锥台筒的锥度达到设计要求，所设计的油压模必须满足锥度54°的要求。整形过程是在40T的油压机上进行的，加压15T后保压 8分钟取出，经检验，必须保证半圆锥台筒的锥度满足要求后才能转入下道工序。该油压模除作整形加工外，也将作为后面钎焊的夹具，其结构如图5所示：

整形后，半圆锥台筒的大端面还必须加工一刀，既要达到大端尺寸半径80mm，又能保证大端的平面度要求。最后切除半圆锥台筒的两边多余部分，保留其中间部分圆弧约在175°。

（2）半圆环底座的加工

半圆环底座的加工则是普通的切削加工，通过普通机床加工就能满足要求，但半圆环 B的圆弧也应考虑留工艺加工余量，圆弧应与加工的半圆锥台筒一样取175°。由于半圆环B在后面的银钎焊中必定会留有焊疤和产生较大变形，为保证底面的平面度及其与圆锥台筒中心线的垂直度，因此在件 B的材料选择上可选用厚度1.5mm的H62冷轧黄铜板，这样就可以在件A和件B焊好后增加一道加工底面的工序，既能消除和切去焊接时所产生的变形量，也保证了底面与圆锥台中心线的垂直度要求，同时也满足了图纸对底环的厚度 1mm要求。

（3）将件A和件B焊接成天线前，为了保证焊接质量，必须采用焊前清洗工艺。焊接采用了φ2的银铜合金钎料312、钎剂 102进行焊接，焊接利用了整形油压模作为夹具，起到了一模两用的作用，保证了焊接变形最小以及收缩各向均匀。具体操作按照工艺细则IG0.045.234执行。

（4）焊接过程中由于温度高达600°C，零件必然会产生变形，因此焊接后采用油压模进行多次整形校正，保证圆度、锥角、底圆直径尺寸，以及底座与圆锥体的垂直度。最后是钳工在加工好的底面上划线、钻孔，该孔也作为后一道线切割工序的定位孔。

（5）成形加工是在DK7740A电火花数控线切割机床上进行的。在第一个半圆锥天线零件线切割时，由于采用了使半圆锥天线的中心线垂直于线切割钼丝的定位装夹方式，通过编程定点，一次切割出反射面上的不对称梯形翅片和 157.5°的反射面弧度，从实际加工的效果看：这种加工方法是不够科学的，边缘部分由于切割时导线不通过圆锥体中心线，斜面切割产生了平台，工件如图6所示：

在第二个天线零件加工时总结了第一个天线零件加工的不足之处，并进行了切割时的装夹改进，将工序由一次装夹改为两次装夹：

第一次装夹：使天线板的中心线平行于线切割的钼丝，通过编程，切割钼丝通过圆锥体中心线，割出157.5°的反射面弧度。

第二次装夹：使天线板的中心线垂直于线切割的钼丝，通过编程，割出反射面上的不对称梯形翅片。由于装夹改进后，钼丝通过了圆锥体的中心线，避免了斜面切割，从而避免了平面的产生，保证了弧度。

（6）最后进行表面处理 D.Ag7，操作按照相关工艺细则执行。到此完成了该梯形翅片状薄壁半圆锥天线的全部加工。

4 结束语

从试制过程及结果看，我们所实施的梯形翅片状薄壁半圆锥天线的加工工艺，从线切割成形后通过万能工具显微镜检测有关数据完全符合设计要求，表明该加工工艺是完全可行的，既保证了产品质量，又提高了经济效益。通过该梯形翅片状薄壁半圆锥天线的试制生产，对加工薄壁圆锥筒零件有了深刻的认识，同时在加工过程中也积累了一定的经验，这对今后类似零件的加工具有很好的借鉴作用。