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1、一种微小型微波波导器件的制造技术 成都技术支持工程师：郑国全一、说明：这个技术已经申报了国家发明专利。二、背景技术：波导是微波系统特有的传输器件。由于微波是指在300MHz300GHz范围内的电磁波，原有的适用于300MHz频率以下的传输器件，如：双芯或是电缆、电容、电感等，都难以应用在微波系统。这个时候，波导器件就大显身手了。波导一般是圆形、矩形的管状器件以及它的转接头等，它的作用是用来传输电磁波的。波导的加工可以采用切削、拉伸、压铸等机械方式，加工完毕还需要对波导表面进行喷涂、电镀等再加工，以增加它的光洁度提高波导的电气性能。下图即是图一，所示是部分工作在微波频段波导的零件图。图一三、要解
2、决的技术问题原有的微波通信系统一般都是工作在0.3GHz4GHz的频段，在早初几百MHz系统，当时使用的波导其直径有半人多高，如图二所示，既笨重庞大又加工安装困难。随着传输频道越来越多，需要传输的信息量越来越大，人们不得不一再提高微波通信系统的工作频率使之适应发展的需求。目前新一代的移动通信基站工作频率已经超过了5GHz的工作频率，特别是现在的各种雷达设备，很多的工作频率甚至超过了15GHz。工作频率的提高就意味着传输的电磁波波长的缩短，势必造成其中重要的传输部件波导的外形越来越小，如图一所示，使波导的加工越来越困难。小尺寸的波导如果仍然沿用切削、拉伸、压铸等机械传统的加工方式，会使废品率大大
3、增加，造成加工难度大，生产率低。同时波导尺寸的减小，其Q值会大幅降低，这些都会影响波导的电气性能，带来整体通信系统技术指标的降低。四、技术方案：我们采用最新的精确温挤压机械加工技术，这种技术是指坯料在金属再结晶温度以下、在金属回复温度以上进行的挤压。这个技术是介于冷挤压和热挤压之间，综合了两个技术的优点，回避了他们技术上的缺点。只要模具试压成功，就能够大批量的生产。这种生产方式的特点是：没有废品，生产效率和材料利用率都是极高，适合小尺寸器件的生产，模具的寿命较长。而且制成品有几个优点：1）不需要二次再加工处理，因为它表面的光洁度已经是非常的高了。2）这种方法加工的零件和冷挤压和热挤压加工方法比
4、较，零件产生的应力是最小的，消除起来相对就容易一些。热挤压加工情况下零件要被加热到1000以上，零件有冷却再结晶的过程，同时对模具的散热要求很高。冷挤压加工过程纯粹就是对模具的严苛考验，同时由于零件材料的变形太大就具有相当大的应力存在，完全消除这些应力费时费力，并伴随着比较大的变形。3）一般应用在微波系统的金属材料是铜和铝，这两种金属材料的拉伸挤压塑性比较好，应用在这里是恰到好处。同时这种制成品金属材料是经过大吨位压机挤压出来的，其内部材料的致密度非常高，由于挤压时材料处于三向压力状态，其塑性可得到较大的提高，因此由材料塑性所决定的变形程度亦可大幅提高，铝及铝合金可达95%以上，这是其它加工成
5、形方式无法达到的，所以在微波系统中使用其电性能、电参数都非常好。挤压是根据金属塑性变形原理，利用装在压力机上的模具，在相当大的挤压力（一般超过600kg）作用下，金属在模腔内产生塑性变形，使坯料变成所需形状、尺寸以及具有一定性能的零件的工艺过程。 以钢为例，比较热、温、冷三种挤压技术的优劣 项 目变形方法热挤压温挤压冷挤压变形温度范围（）851200200850室温产品精度/mm±0.5±0.050.25±0.030.25产品组织晶粒粗大晶粒细化晶粒细化产品表面质量严重氧化、脱碳极少氧化、脱碳无氧化、脱碳工序数量少较少多能量消耗大少少合金铝2A12高温下的机械性能
6、温度（）300350400450480500延伸率252530323945屈服强度646577838282应变速率1.53.05.08.04.00.1几种金属材料常用温挤压的温度范围 材料 温挤压温度（） 碳 钢 600850 纯 铝 250350 铝合金 300450 铜和铜合金 300350 钛和钛合金 260650在实际加工中，一般选择的是接近高温值。在挤压前需要对挤压模具和坯料分别进行预加热。温挤压模具预热温度为450，采用热铁辐射的方法进行。坯料加热的目的是提高金属坯料的塑性，降低变形抗力，使金属易于流动。挤压坯料可用电热炉进行加热，加热温度为430±5，这个温度大约比2A
7、12铝合金的熔化温度低300。波导器件一般选用2A12铝合金制造，润滑剂选用：水基石墨或是油基石墨再加上其它一些润滑剂。挤压速度：挤压速度在波导器件的温挤压加工中比较重要。温挤压加工过程中对挤压速度是采用快慢控制的方法：在成形的初期是用高速，可以达到提高生产率和细化晶粒的目的；在成形的后期采用慢速，以提高零件的塑性和降低它的应力。对2A12铝合金波导零件的挤压速度，初期定为：每分钟1020m,末期定为：每分钟0.51m。挤压过程中温度的控制手段是：坯料的温度是用非接触的测温技术红外测温仪；对模具是采用温度测试仪。加工工艺：a、工艺过程：分成3个工序完成，就是首先由铝棒上切割粗坯料；然后对粗坯料
8、在模具中进行冷镦加工获得具有较为精确尺寸的精坯料；最后选用精确温挤压技术中的反挤压工艺成型。b、工艺方案：1）坯料：2A12，棒料120*158mm2;2）凹模材料：采用模具钢5CrMnMo;3) 凸模材料：预成形和反挤压凸模都选用3Cr2W8V;4) 润滑剂：石墨+汽缸油+硬脂酸锡；5）挤压温度：坯料为430±5，模具为450±10.6）挤压速度：挤压时间共2分钟，在前三分之一，挤压的速度为233mm/S，即15m每分钟；在后三分之二时间，挤压速度为18mm/S，即1m每分钟。C、工艺描述：1）通过对零件的三维造型，确定零件的体积V=1.7*106mm3；2）零件挤压后需
9、要少量的机械加工，如钻孔、消除飞边等。在挤压加工过程中一些损耗、烧蚀等，坯料体积V1=2.01*106mm3；3）零件的材料利用率是1.7*106mm3÷2.01*106mm3=84.58%；4）图三是零件的三个加工过程示意图，a是粗坯料，b是精坯料，c是成形的零件。五、本发明具有的优点和有益效果：精确温挤压技术加工出来的零件尺寸精度和表面光洁度高，精度可达89级；具有极高的生产效率，比公司原来采用常规的切削加工工艺效率至少要高出80倍以上；挤压件的质量好：挤压过程在三向压应力的作用下，变形后的材料其组织结构特别致密，还具有连续的纤维流向，因而制件的强度大大提高，加之制件的光洁度又特
10、别高，不需要再进行加工处理就有了很好的高频特性，完全满足新一代微波通信系统严格苛刻的技术要求；节省原材料：挤压件材料的利用率很高，通常可达80%以上，能最大程度的减小材料的消耗；经仔细测试计算，生产同样一个零件，该精确温挤压加工技术的耗能要比传统切屑加工技术耗能节省至少在24%以上。波导器件由于生产成本比较低，批量大，市场售价就较过去有所降低。六、权利要求书“微小型毫米波波导器件的制造方法”技术主要是一种最新的加工方法-精确温挤压机械加工技术。根据权利要求1所述的“微小型毫米波波导器件的制造方法”技术， 其特征在于：采用最新的精确温挤压机械加工技术，这种技术是指坯料在金属再结晶温度以下、在金属
11、回复温度以上进行的挤压。这个技术是介于冷挤压和热挤压之间，综合了两个技术的优点，回避了他们技术上的缺点。根据权利要求1所述的“微小型毫米波波导器件的制造方法”技术， 其特征在于：采用精确温挤压加工技术，对加工坯料要预先加温，对模具也是预先要加温，模具一般是加温至450。坯料加温对每个不同的金属材料所加温度不同，纯铝一般选用350，铝合金一般选用450；铜和铜合金一般选用350等等。根据权利要求1所述的“微小型毫米波波导器件的制造方法”技术，其特征在于：采用精确温挤压加工技术必须要选用合适的润滑剂，我们选用：水基石墨或是油基石墨加上汽缸油再加上硬脂酸锡组合成混合型润滑剂。根据权利要求1所述的“微小型毫米波波导器件的制造方法”技术，其特征在于：采用精确温挤压加工技术对挤压速度有着严格要求，加工过程中对挤压速度是采用快慢控制的方法：在成形的初期是用高速，可以达到提高生产率和细化晶粒的目的；在成形的后期采用慢速，以提高零件的塑性和降低它的应力。对2A12铝合金波导零件的挤压速度，初期定为：每分钟1020m,末期定为：每分钟0.51m。根据权利要求1所述的“微小型毫米波波导器件的制造方法”技术，其特征在于：采用精确温挤压加工技术来加工生产微波领域所需要的小型化金属波导器件或是零件。附图：图二5 / 5