研制工艺策划工作概述

1工艺方案研究

1.1方案设计

采用合成法方案以后，(2)、(3)、(4)项技术要求由零部件直接加工保证，(l)、(2)项技术要求最终通过装配保证。前、后端轴转动部分同轴度由框架安装孔同轴度、前后端轴安装面对转轴平行度以及装配误差等3部分构成。天线安装面与盲配面深度尺寸由天线安装面与盲配板安装面距离减去盲配板厚度形成。工程设计时，组成环公差主要在平均公差的基础上，根据组成环尺寸大小、结构工艺特点和加工难易程度等进行适当调整得到初步数值，复核计算满足设计要求后确定。取天线安装面与盲配板安装面距离公差为*0.08mm，盲配板厚度公差为土0.05mm，根据极值法进行封闭环尺寸链计算，得出天线安装面与盲配面深度尺寸公差为土0.13mm，小于设计要求的公差值土0.15mm。接下来，就是天线框架主体部分工艺成形方法确定。考虑到机载使用环境、柱式结构、安装窗口的存在等不利因素，焊接、整体加工和铆接方法都难以满足要求。本设计中，提出一种使用整块铝板折弯成U形件，利用折弯塑性变形来提高部件局部刚性，并围绕这些局部刚性增强部位构建空间主承力框，再在相应部位安装上连接件后整体加工成形。本设计中的技术难点是要在低刚性u形件上实现高精度安装孔、面加工，工艺设计时必须针对基准统一、装夹可靠、工艺刚性增强以及精度保持等采取相应措施。为此，工艺方案设计时需要考虑以下几点:(l)使用专用安装平台，避免多次装夹中安装基准的不一致性;(2)采用工艺刚性增强支撑，增加天线框架加工过程工艺系统刚性;(3)通过边加工边装配，使天线框架的刚性在加工过程中逐步增强，最后进行高精度的安装面、孔加工。

1.2工艺路线设计

天线框架主要工艺流程可以概括为:定制折弯专用铝合金板材，设计大圆弧折弯模具，在大型折弯机上成形为U形件。折弯件粗加工出减轻、安装窗口后在专用平板上使用工装进行刚性增强，加工出安装面、孔后再与结构件组装，接下来继续进行安装面、孔精加工。加工过程中对U形件基准边监测，并随着精加工的进行不断采取工艺保形措施。最后将精密加工成形的安装板以及热处理强化处理的端轴与部件组装，并在机床上对天线框架的制造精度进行在线检测。图3为天线框架的主要工艺流程图。天线框架工艺研制过程重点需要解决的技术问题包括材料选择及定制、折弯模具设计加工及试模、两种安装平板设计制造、刚性增强工装设计制造、U形件高速加工技术和ZL205A铝合金热处理强化处理等。工艺上需要对其中的主要单元技术进行有效集成才能最终保证天线框架的设计要求，同时，在天线框架研制过程中要发挥工艺策划在产品实现过程的指导性作用。天线框架工艺策划工作的思路是:以U形件成形为主线、分步骤实施、尽可能并行同时开展工作和工艺试验提前开展以降低风险。

2关健工艺实现

2.1U形件工艺设计

U形件采用板料直接折弯成形工艺，材料采用5A06(O)高强度防锈铝合金板，其抗拉强度和抗腐蚀性等综合指标要优于同状态的ZA12铝板。板料厚度选择主要取决于天线的力学要求，同时兼顾成形工艺的需要。为了保证铝板良好的折弯性能，工艺上采用专门定制的铝板，保持材料纹向与折弯母线方向一致。同时，毛坯板的校平处理也是工艺上必须考虑的。校平机上机械校正方法可以改善局部凸凹不平，但会增加内部应力，并对长度方向大弯无能为力。所以本方案中采用了一种热处理校平的方法，图4显示了热处理校平的工艺参数曲线，考虑到尺寸因素，在低温阶段安排了一段较长的保温时间。热处理校平工艺的使用同时可以有效改善铝合金材料折弯开裂倾向。折弯圆角的选择，是成形工艺的开裂倾向与冷作强化效果的折中，本设计中折弯内圆角取4倍板料厚度。折弯模具设计应考虑模具加工所需的刚强度外，还应考虑零件成形时的回弹补偿和成形调整，确保相邻二侧折弯边的垂直度。模具材料选择42CrM。合金钢，经调质处理后硬度要求不低于HRC25。上模采用多件分段短模，拼接成需要长度，工作面精磨成形，安装后保证模具长度方向直线度不大于o.lmm在折弯设备选择上除满足工作行程与吨位要求以外，还必须设有下扰度补偿机构和下死点保压延时功能，从而保证零件折弯精度。同时为获得更好的尺寸精度，上模连接部分最好也能够装有补偿机构，用于抵消工作台和上模的扰度。

2.2端轴工艺设计

天线框架端轴为方圆变换壳式结构，主要精度要求是基准面形状精度和回转部分尺寸精度以及相对基准面位置精度。异形壳式结构非常适合采用铸造工艺方法，作为承力结构件零件自身强度要求高，综合两方面考虑，端轴采用ZL205A高强度铸造铝合金，该材料是目前铸造铝合金中抗拉强度最高的，其力学性能达到某些黑色金属和锻造铝合金的水平。合金的热裂倾向和显微疏松倾向较大，但略优于ZL201合金，应严格控制其铸造和热处理强化工艺过程。考虑到端轴属于承受较大载荷的结构件，工艺上选择“淬火十不完全人工时效”的热处理强化规范，以提高材料的屈服强度，同时保持好的塑性。淬火处理的加热温度取决于铸件晶粒大小，针对低压铸造工艺特点，淬火温度设置为(540士5)℃;保温时间则取决于零件尺寸大小与材料厚度，本次设置为6h。在加热方式选择上为了减少铸件内外温度差，一般选择阶梯加热的渐进方式，本设计中采用了盐浴池加热的方式，很好的保证了铸件内部温度场的一致性。为了保证材料的强化效果，铸件从出炉到人水的时间必须控制在5一125之间。不完全人工时效处理的规范是:160℃，保温4h，空气冷却。在精密加工工艺流程安排上，采取分步实现的策略，即首一先对基准面进行首次精加工，并以此对回转部分精加工，最后以回转部分为基准对基准面进行再次精加工，从而满足端轴基准面形状精度和回转部分尺寸精度以及相对基准面位置精度。

2.3盲配板工艺设计

盲配板正反两面有密集的高精度安装孔系，工艺难点是大面积薄板可靠夹持的实现。大面积薄板可靠夹持方式主要有压板加压、螺钉吊紧和真空吸附等。零件厚度达到20mm真空吸附存在一定风险，压板无法加压到盲配板中间部分，所以我们最终选择螺钉吊紧的方式:在安装板正反两面预留300个工艺吊装螺纹孔，将坯件两面精光后钻攻工艺螺纹孔，将零件用螺钉连接紧固在高精度铸铁平板表面，从而保证零件底面与定位面完全贴合，装夹可靠。

2.4框架精密加工

由于铝板折弯成型的U形件毛坯刚性极差，不采取刚性增强措施无法进行精密切削加工。在专用铸铁平板上从X、Y、Z三个方向使用工艺筋条对毛坯进行固定和刚性增强，并随着加工的进行不断对已加工要素采取保形措施，如图5所示。为了保证U形件在工艺刚性增强过程中内部微应力，装夹过程中利用百分表对基准边进行监控。基准边上相同点在自由状态、装夹状态和成品状态的测量数据如表2所示，数据表明:百分表监控下自由、装夹状态测量数据基本没有变化;成品状态零件刚性明显增强，基准边直线度数据变好。为了进一步弥补工艺系统刚性不足给切削加工带来的不利影响，高速铣削被应用到天线框架平面加工中。由于采用了高的切削速度、合适的进给量和小的切削深度的高速铣策略.大量铣削热被切屑带走，加工表面温度较低，铣削力下降，有利于获得好的表面质量，加工振颤现象有比较明显改善，图6为实物加工状态图片。

3结束语

本文用一个实例介绍了某机载有源相控阵雷达天线框架的工艺设计与实现，产品实物已经通过有关力学试验和飞行试验。研制过程中成功解决了大尺寸铝板折弯、U形件工艺过程刚性增强和铸造铝合金热处理强化等技术难题。同时在特殊设备资源快速利用、工艺过程仿真分析验证和制造周期控制等方面还有待进一步开展研究工作。

作者：朱春临 左防震 单位：中国电子科技集团公司38所