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（1.中国电子科技集团公司第二十九研究所工艺部;2.成都瑞华机械制造有限责任公司）

导读

介绍了采用石膏型熔模精密铸造工艺铸造了宽带馈源一体化零件。通过对整体制造的宽带馈源铸件的内部组织、尺寸精度、电性能、环境试验等测试，其测试值完全满足设计要求，并且一致性比相同机加件产品优良。该整体制造生产效率高、生产成本低。

某宽带馈源产品（见图1）截面呈梯形空心并具有拓展带宽的内芯结构，属于高增益天线功能结构产品，被广泛应用于TE微波和TM微波的能量和信息传输。为了保证宽带馈源产品的功率容量有较低的损耗和衰减、尽量小的色散，要求所传输波型为单一模式，宽带馈源天线产品需具有比较高的内腔壁表面粗糙度（内壁要求达到Ra 1.6 um）和尺寸精度（精度达±0.05mm）。宽带馈源功能结构产品的制造技术在国外少有介绍，可借鉴和参考的资料很少。在国内通用的生产工艺是将产品拆解成10多个零部件，通过机械切削、线切割、钎焊等100多道生产工序，并用很多紧固件组合装配而成。该生产工艺复杂烦琐，效率低、周期长、成本高。另外，由于在制造过程中要经过一百多道加工工序，会产生较大的加工累积误差，产品品质一致性参差不齐；采用紧固件连接，会使宽带馈源产品密封性和结构整体性很不好；而且焊接外形不美观，钎剂会溢流到内腔产生堆积难以清除，会导致不少成品达不到要求而报废。

为了解决传统生产工艺存在的问题，采用ZL101A铝合金并结合石膏型熔模精密铸造工艺将其结构一体化整体精密铸造成形，实现大批量生产，提高生产效率和品质，降低生产成本。

图1 传统宽带馈源机加工件

1工艺结构优化与型腔设计

为了整体铸造出符合设计要求的宽带馈源铸件，首先将图1所示分解式结构按照一体化整体结构重新优化设计，将组成宽带馈源的梯形腔体、U型前端腔体、后盖板、法兰盘等零件构成的围合结构与双指数脊整体设计为一个零件，取消各紧固件和焊接分拆件，优化电气互联结构，最后根据仿真优化得出的参数绘制出宽带馈源三维模型（见图2），因为宽带馈源产品作为微波电气功能结构件使用，结构优化是否合理还需要对其驻波比电性能进行HFSS仿真优化，当驻波比的电气性能指标满足≤2时合格。经过对一体化结构的宽带馈源产品的电气性能仿真计算分析，驻波比最大值为1.6，符合原设计参数指标要求。

图2 结构优化设计三维模型图

2 模具设计与制造

模具采用7050或7075轻质高强度铝合金。将经过HFSS仿真优化后得到的宽带馈源三维零件进行分模设计制作。将型腔分割成4部分制作：①将宽带馈源分解为馈源腔主体和小端盖板两部分；②形成馈源主体外形结构的模具型腔被分割成两部分；③形成馈源主体内腔的抽芯被分割成4部份，两端分别抽芯；④小端盖板型腔集成到馈源腔主体外形模具中。将设计好的模型数据资料送到数控加工中心，通过编程进行加工制造、试模、检测。

3宽带馈源整体铸造过程

3.1蜡模、型壳制作

模料用熔点58℃的改性蜡基模料，线膨胀系数和粘度小、热强度高。蜡模成形时分别压制出馈源腔主体和小端盖板，然后将两部分通过DG-3S环氧胶粘接成一个整体。

石膏浆料由粘接剂（半水熟石膏）和耐火材料（石英粉+铝矾土）以及软化自来水按质量比（质量比为32:33:35）混合配制，配制过程中需要严格控制水膏比，保证灌浆时所需的浆料流动性、铸型强度、空气易排出以及满足宽带馈源铸件内腔的粗糙度和尺寸精度要求。

灌浆在真空条件下并结合振动装置进行，步骤如下：①真空度控制在88~90 kPa，保证混合浆料和宽带馈源蜡件内腔中残留空气泡能最大化上浮破裂，也能保证蜡件中残留空气不膨胀，以免造成其表面起鸡皮疙瘩，影响后续铸件产品内腔粗糙度;②振动频率控制在30Hz，最大限度加速耐火混合浆料和蜡件内腔表面残留的空气泡迅速破裂或上浮，同时控制蜡件不破坏或变形。

3.2焙烧工艺

灌浆后的铸型需在室温25℃中放置24 h左右。脱蜡方式在焙烧炉中低温脱蜡，型壳焙烧温度采用阶梯步进方式进行，温度分别为125、200、250、360、500、650、720℃，对应的保温时间分别为8、10、6、5、6、4、5，然后随炉冷却至300℃保温，满足铸型浇注温度要求。

3.3熔炼和浇注

采用ZL114A铸造铝合金，熔炼时使用无毒变质精炼混合剂进行除气除渣、孕育变质处理。将待浇注铸型置入真空压力罐下，先抽空气，当真空度达到6 x10-2 MPa左右时，在浇注温度720 ℃时开始浇注，在10 s内快速完成浇，然后即刻在8 s内施压0.6MPa，保证铝合金在压力结晶凝固，获得致密组织。

3.4后处理

宽带馈源铸件固溶处理加完全人工时效（T6）热处理完毕后，内腔表面需经抛光处理，粗糙度Ra达到1.6 um。由于宽带馈源内腔空间异形狭窄，采用流态砂抛处理工艺。经过反复试验，选择140~200的刚玉砂。宽带馈源铸件两端面配以简单机加工，再经化学表面处理后得到宽带馈源铸件（见图3）。

图3 宽带馈源精密铸件

4检测结果

4.1尺寸、内部组织及表面质量检测

铸件尺寸经线切割剖开并用三坐标测量机进行检测（见图4），符合图纸设计指标要求，铸件外表面粗糙度Ra为1.6～3.2 um，宽带馈源内腔壁表面粗糙度Ra为0.8～1.6 um[4]，尺寸公差精度控制在±0.05mm范围内。铸件内部组织经X射线探伤，均未发现缺陷。另外，宽带馈源铸件质量比机加工件减轻约12.56%，实现了轻量化制造。

图4 宽带馈源精密铸件剖切面

4.2电性能检测

对整体制造的精密铸件宽带馈源随机抽取8件与机加工件进行电压驻波比检测，以评估新工艺制造的宽带馈源电气性能符合性，其检测值见表1。可以看出，两者驻波比基本相当，一体化制造的宽带馈源电性能一致性总体上比传统方法生产的机加件电性能好。在功率耐受试验过程中，随机选用了5个频点进行试验，每个频率点加辐射30 min，每隔10 min观察一次宽带馈源天线温度变化并同时在整个过程中观察辐射功率的变化[5]。结果表明,天线没有明显的温度升高，也无高频打火的情况发生，整体精密铸造的宽带馈源天线对有效辐射功率测试结果无太大影响，有些频率甚至比机加件有更好的特性。

4.3环境试验

表2为环境试验项目和试验条件。

（1）宽带馈源精密铸件经振动和冲击环境试验后，试验结果经目视和X射线探伤检测没有发现任何裂纹、凹坑等缺陷。与振动冲击环境实验前相比，驻波电性能指标值几乎没有变化。

（2）宽带馈源产品表面进行化学导电氧化（H.DY），以提高表面三防性能，再喷涂浅灰氟聚氨酯涂料（见图5），经温度和盐雾试验，表面没有电化学腐蚀现象，金属基体也没有发暗、变黑、腐蚀现象。漆层无失光、变色，表面没有直径大于0.5mm的气泡。

图5 涂装实物产品

5结论

通过对宽带馈源功能结构件产品进行一体化整体结构设计，结合石膏型熔模精密铸造工艺技术，实现了对宽带馈源产品的整体制造，生产的精密铸件宽带馈源产品质量稳定，一致性好，其尺寸精度和表面光洁度满足电气性能设计要求，而且力学性能、三防性能也符合环境试验条件，目前该工艺方法已推广应用到宽带或超宽带馈源天线产品制造中。

引用格式：刘正勇，张永红，林晨阳，等. 宽带馈源产品一体化熔模精密铸造新工艺[J].特种铸造及有色合金，2021,41（9）：1181-1183.