CN108453145B - 一种镁锂合金波导管及其制作方法 - Google Patents

一种镁锂合金波导管及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种镁锂合金波导管及其制作方法，属于通讯技术领域。所述制作方法包括：对镁锂合金铸棒进行机加工，以去除所述镁锂合金铸棒外表面的偏析瘤；对去除了偏析瘤的镁锂合金铸棒进行酸洗、干燥处理后，进行加热；通过挤压机对加热后的镁锂合金铸棒进行挤压成型，得到镁锂合金波导管毛坯；对所述镁锂合金波导管毛坯进行校直、锯切及热处理，得到镁锂合金波导管。本发明提供的方法制备的镁锂合金波导管符合国家标准要求，且成品率可达78％，极大地提高了镁锂合金波导管的成品率，降低了生产成本。

Description

一种镁锂合金波导管及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种镁锂合金波导管及其制作方法，属于通讯技术领域。
背景技术
波导管是信息通讯领域里电磁波传输不可缺少的元器件。它主要用在航天器、卫星、飞机、雷达、战舰、战车等领域。最早的波导管一般为铜合金材质波导管，然后发展成铝合金材质波导管。铜合金波导管及铝合金波导管虽然在电磁信号上达到了使用要求，但是它们质量重、导电性(电磁波)、电磁屏蔽性并不是最佳等级。现今随着航天、航空、车载、船载等技术的发展，对轻量化提出了更高的要求，以航天为例，每减轻一克重量，火箭推进剂燃料费就可大约节省1000元人民币，因此亟需一种比铜合金波导管、铝合金波导管更轻的波导管。
镁锂合金重量轻于铝合金三分之一、电磁屏蔽性优于铜合金、铝合金。若利用镁锂合金制备波导管，得到的产品将具有将重量轻，电磁屏蔽性能佳，不受外界干扰等优点。现有技术中，通常使用冷拉过渡方法制作波导管，即先采用穿孔挤压方法制做出无缝的圆形铜、铝合金管材，再通过冷拉机进行椭圆变形、近似矩形变形、矩形定形等最少3次换模具的加工程序，最终得到波导管。
采用现有技术所加工出的镁锂合金波导管长超过500mm就弯曲，在很多产品上达不到国标中的直线度和扭曲度要求；冷拉工艺由于存在内芯头，波导管内部4个内角经常被内芯头拉伤、烧角；内外模具配合不好时、壁厚不均匀，偏心度不合格；冷拉过渡方法生产出的镁锂合金波导管成品率一般在40％以下。
发明内容
本发明主要解决的问题是提供一种镁锂合金波导管及其制作方法，以得到符合国家标准的镁锂合金波导管，该制作方法成品率为78％以上。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种镁锂合金波导管的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、对镁锂合金铸棒进行机加工，以去除所述镁锂合金铸棒外表面的偏析瘤；
步骤2、对去除了偏析瘤的镁锂合金铸棒进行酸洗、干燥处理后，进行加热；
步骤3、通过挤压机对加热后的镁锂合金铸棒进行挤压成型，得到镁锂合金波导管毛坯；
步骤4、对所述镁锂合金波导管毛坯进行校直、锯切及热处理，得到镁锂合金波导管。
在一可选实施例中，步骤1中机加工量为8-12mm。
在一可选实施例中，步骤2中所述的对去除了偏析瘤的镁锂合金铸棒进行酸洗，包括：
将去除了偏析瘤的镁锂合金铸棒浸入酸洗溶液中，在18-38℃下，摆动浸渍0.25-3min，然后用水冲洗，其中，所述酸洗溶液包含以下质量百分比组分：
CrO3 10-14％、Fe(NO3)3·9H2O 1-3％、KF0.1-0.3％、HNO30.5-1.5％、余量为H2O。
在一可选实施例中，步骤2中所述的加热包括：
在250－260℃下，保温至少3h。
在一可选实施例中，步骤3中所述的通过挤压机对加热后的镁锂合金铸棒进行挤压成型，包括：
先将钢材质的挤压成型模具在220-250℃下，保温至少2h；
然后在220-240℃下，对加热后的镁锂合金铸棒进行挤压，挤压比为69-83，镁锂合金波导管毛坯的挤出速度为0.5-0.8m/min。
在一可选实施例中，通过顺着挤出的镁锂合金波导管毛坯运动方向吹风，使挤压得到的镁锂合金波导管毛坯在温度220-230℃，风向与所述运动方向呈30-60°角，风量为1.5-2m3/min。
在一可选实施例中，步骤4所述的校直，包括：通过张力矫直机以1％-3％的变形率进行校直。
在一可选实施例中，步骤4所述的锯切，包括：
采用直径为350-400mm的圆盘锯，以3200-3700r/min的转速、1000-6000mm/min的液压进给速度进行锯切。
在一可选实施例中，步骤4所述的热处理，包括：
在180-200℃下，保温1.5-2.5h。
上述方法制作的镁锂合金波导管。
本发明具有如下优点：
(1)本发明实施例提供的镁锂合金波导管的制作方法，通过去除镁锂合金铸棒表面的偏析瘤、对镁锂合金铸棒进行酸洗及预热处理，实现用挤压机对镁锂合金铸棒进行挤压成型，得到外缘公差尺寸精度为±(0.04—0.05)，内孔公差尺寸精度为±(0.017—0.03)，内r角≤0.3—0.8，外r角≤0.8—1.2，矩形度为900±10’,弯曲度600mm不超过0.25mm，扭曲度1000mm不超过1.60的镁锂合金波导管；该方法成品率可达78％，极大地提高了镁锂合金波导管的成品率，降低了生产成本；
(2)本发明提供的酸洗方法能够去除机加工过程附着在镁锂合金铸棒表面的冷却润滑油或冷却润滑液，避免了这些残留油液在后续工艺中随着合金棒进入挤压筒时腐蚀挤压筒，进入挤压模具腔体时在成型材料中产生疏松及气孔；同时在金属棒表面形及内部形成夹杂等缺陷，避免了合金棒裸露放置时间过长时导致表面腐蚀；
(3)通过控制挤压比和挤出速率，在保证镁锂合金波导管顺利挤出的同时避免镁锂合金波导管管壁破损或扭曲，确保得到符合要求的波导管，进一步提高了成品率、降低了生产成本；
(4)通过顺着镁锂合金波导管毛坯运动方向吹风，使挤压得到的镁锂合金波导管毛坯的温度在220-230℃，使毛坯得以淬火(固溶)，从而产生强化相，增强波导管的力学强度，当风向与所述运动方向呈30-60°角，风量为1.5-2m3/min时，在确保波导管毛坯淬火的前提下避免了因风向和/或风量不当导致的波导管表面凹陷或弯曲问题。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的矩形镁锂合金波导管结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的扁矩形镁锂合金波导管结构示意图；
图3为本发明实施例3提供的水平翅脊异形镁锂合金波导管结构示意图；
图4为本发明实施例4提供的上下错位翅脊异形镁锂合金波导管结构示意图；
图5为本发明实施例5提供的内凸脊异形镁锂合金波导管结构示意图；
图6为本发明实施例6提供的外凹脊异形镁锂合金波导管结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和具体实施例对本发明作更全面、细致地描述，但这些实施例并不应理解为是对本发明的限制，也不仅限于实施例提供的具体条件、参数或数值才能实施本发明。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
本发明实施例提供了一种镁锂合金波导管的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、对镁锂合金铸棒进行机加工，以去除所述镁锂合金铸棒外表面的偏析瘤；
具体地，本发明实施例中，镁锂合金铸棒优选φ90-100mm铸棒，机加工量优选8-12mm，例如镁锂合金铸棒为φ98mm铸棒，机加量为8mm，机加后得到φ90mm铸棒；通过机加工可以避免最终产品中因夹杂偏析瘤导致的缺陷，通过控制切削量使得到的铸棒的尺寸公差精度达到±1.0mm左右；
本发明实施例所用镁锂合金铸棒符合中华人民共和国国家标准GB/T5153—2003《变形镁及镁合金排号和化学成分》，GB/T33141—2016《镁锂合金铸锭》。即：Li 9.2～9.8、Al 0.8～1.5、Cd≤0.001、Se≤0.001、Fe+Cu 0.002～0.004、Mg余量；
步骤2、对去除了偏析瘤的镁锂合金铸棒进行酸洗、干燥处理后，进行加热；
本发明实施例中，优选将去除了偏析瘤的镁锂合金铸棒浸入酸洗溶液中，在18-38℃下，摆动浸渍0.25-3min，然后用水冲洗，其中，所述酸洗溶液包含以下质量百分比组分：CrO3 10-14％、Fe(NO3)3·9H2O 1-3％、KF0.1-0.3％、HNO30.5-1.5％、余量为H2O；
该酸洗方法能够去除机加工过程附着在镁锂合金铸棒表面的冷却润滑油或冷却润滑液，避免了这些残留油液在后续工艺中随着合金棒进入挤压筒时腐蚀挤压筒，进入挤压模具腔体时在成型材料中产生疏松及气孔；同时还能在金属棒表面形成化学氧化膜，避免了合金棒裸露放置时间过长时导致表面腐蚀；
本发明实施例中，优选在250-260℃下，保温至少3h对去除了偏析瘤的镁锂合金铸棒进行加热；
步骤3、通过挤压机对加热后的镁锂合金铸棒进行挤压成型，得到镁锂合金波导管毛坯；
具体地，本发明实施例中，先给挤压机上模具，然后用在空气炉加热后的镁锂合金铸棒，进行挤压成型；本发明实施例中挤压模具优选钢材质平面分流组合模具，包括上模和下模，上模上分流桥斜度(焊合角)优选25-36°、桥底圆角R优选2.5-3.5mm、焊合室高度优选25-35mm、分流孔优选4孔；
初次挤压成型时，挤压力通过下式(1)确定：
P＝BAsδplnλ+μδpπ(D+d) (1)
式中：
P为挤压力，MPa；
As为挤压筒或挤压针面积，cm2；
δp为与变形速度和温度有关的变形抗力，MPa，对于镁锂合金在250℃左右时δp取值为36—47MPa；
λ为挤压系数，为挤压筒面积和挤压制品的断面积的比值；
μ为
D为挤压筒直径，cm；
L为镁锂合金铸棒长度，cm；
d为挤压针直径，cm；
B为修正系数，取值为1.3-1.5，硬合金取下限1.3，软合金取上限1.5。
由于镁锂合金波导管所需截面积、长度要求不同(最小截面积4.0mm2；最大截面积＜200mm2；最大长度2100mm)，后续工艺中，在截面积不同时，采用式(2)确定挤压力：
P＝BAsδplnλ (2)；
在一优选实施例中，先将钢材质的挤压成型模具在220-250℃下，保温至少2h，然后装配到挤压机模具台架上，在不超过2.5min内进入挤压程序；在挤压程序中，在220-240℃下，对加热后的镁锂合金铸棒进行挤压，挤压比为69-83，镁锂合金波导管毛坯的挤出速度为0.5-0.8m/min。通过控制挤压比和挤出速率，在保证镁锂合金波导管顺利挤出的同时避免镁锂合金波导管管壁破损或扭曲，确保得到符合要求的波导管，进一步提高了成品率、降低了生产成本。
进一步地，通过顺着镁锂合金波导管毛坯运动方向吹风，使挤压得到的镁锂合金波导管毛坯的温度在220-230℃，使毛坯得以淬火(固溶)，从而产生强化相，增强波导管的力学强度，当风向与所述运动方向呈30-60°角，风量为1.5-2m3/min时，在确保波导管毛坯淬火的前提下避免了因风向和/或风量不当导致的波导管表面凹陷或弯曲问题；
步骤4、对所述镁锂合金波导管毛坯进行校直、锯切及热处理，得到镁锂合金波导管。
本发明实施例中，优选通过张力矫直机以1％—3％的变形率进行校直，可使镁锂合金波导管消除纵向上的形状不整，还可减小其内部的残余应力，提高强度并保持其良好的外形表面；
所述的锯切包括：采用直径为350-400mm的高速圆盘锯，以3200-3700r/min的转速、1000-6000mm/min的液压进给速度进行锯切，以确保产品的型面精度；
所述的热处理包括：在180-200℃下，保温1.5-2.5h，以使固溶(淬火)后的金属强化相，在一定的温度下和一定的时间内均匀扩散到各金属晶格中，起到强化金属的作用。
本发明实施例提供的镁锂合金波导管的制作方法，通过去除镁锂合金铸棒表面的偏析瘤、对镁锂合金铸棒进行酸洗预热处理，实现用挤压机对镁锂合金铸棒进行挤压成型，得到外缘公差尺寸精度为±(0.04—0.05)，内孔公差尺寸精度为±(0.017—0.03)，内r角≤0.3—0.8，外r角≤0.8—1.2，矩形度为90°±10’,弯曲度600mm不超过0.25mm，扭曲度1000mm不超过1.6°的镁锂合金波导管；该方法成品率可达78％，极大地提高了镁锂合金波导管的成品率，降低了生产成本。
本发明实施例还提供了上述方法制作的镁锂合金波导管。所述波导管截面可以为空心矩形柱状结构、空心扁矩形柱状结构、异型空心结构等，本发明不做限定。
以下为本发明的几个具体实施例：
实施例1
本实施例提供了一种镁锂合金波导管的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、对φ98mm镁锂合金铸棒进行机加工，加工量为8mm，以去除所述镁锂合金铸棒外表面的偏析瘤，得到φ90mm镁锂合金铸棒；
步骤2、将φ90mm镁锂合金铸棒浸入酸洗溶液中，在20℃下，摆动浸渍1min，然后用水冲洗、干燥，得到表面清洁的φ90镁锂合金铸棒，所述酸洗溶液包含以下质量百分比组分：CrO3 12％、Fe(NO3)3·9H2O2％、KF0.3％、HNO31％及余量为水；将表面清洁的φ90mm镁锂合金铸棒放入空气电炉中，加热至250℃(金属温度)，保温3h；
步骤3、通过国产电脑控制的650吨明晟挤压机对加热后的φ90镁锂合金铸棒进行挤压成型，得到镁锂合金波导管毛坯：
挤压机上模具：挤压模具外形尺寸为φ149×220mm，钢材为H13，为平面分流组合模具，挤压模具包括上模和下模，上模上分流桥斜度(焊合角)为36°、桥底圆角R＝3.5mm、焊合室高度为35mm、分流孔为4孔；将模具在空气炉中加热至250℃(金属温度)、保温2.5h后人工取出，装到挤压模具台架上，在2.5min内进入挤压程序；
挤压成型：挤压筒径为φ92mm、加热温度为230℃、保温时间5h，主缸压力为188.6bar，突破点压力为221bar，挤压比69～83，挤压制品出口速度(速度为镁锂合金波导管毛坯的挤出速度)为0.5—0.8m/min；镁锂合金波导管毛坯从挤压机出口出来时、采用的是上方悬挂8台风机，顺着波导管毛坯运动方向吹风，风向与所述运动方向呈45°角，总风量为1.8m3/min，保证出口的镁锂合金波导管毛坯的温度为230℃。
步骤4、对所述镁锂合金波导管毛坯进行校直、锯切及热处理，得到成品镁锂合金波导管：
校直：通过150KN的张力矫直机以1％—3％的变形率进行校直；
锯切：采用直径为380mm、厚度为3mm、行程为600mm的圆盘锯，以3500r/min的转速、3000mm/min的液压进给速度进行锯切，得到等尺寸的多个波导管；
热处理：采用3吨国产苏州新长光空气电炉对锯切得到的产品进行热处理，热处理时，用1.5h从室温升温至180℃，然后在180℃保温2.5h。
本实施例提供的镁锂合金波导管如图1所示，该波导管材质均匀、精度高(内截面尺寸宽28.50±0.05mm，内截面尺寸高12.62±0.05mm，内角r1≤0.8；外截面尺寸宽31.75±0.057mm，外截面尺寸高15.88±0.057mm，外角r2≤1.2)；主模电磁信号频率fL为6.57GHz、fH为9.99GHZ。
实施例2
本实施例提供了一种镁锂合金波导管，其制备方法与实施例1基本相同，唯一不同的是上模上分流桥斜度为35°，桥底圆角R＝3.4mm，焊合室高度33mm；
本实施例提供的镁锂合金波导管如图2所示，该波导管材质均匀、精度高(内截面尺寸宽28.50±0.028mm，内截面尺寸高5.0±0.028mm，内角r1≤0.8；外截面尺寸宽31.75±0.057mm，外截面尺寸高8.25±0.057mm，外角r2≤1.2)；主模电磁信号频率fL为7.2GHz、fH为11.5GHZ.
实施例3
本实施例提供了一种镁锂合金波导管，其制备方法与实施例1基本相同，唯一不同的是为使水平翅筋金属能便好的从模具腔中流出成形，上模分流桥斜度为32°、桥底圆角R＝2.8mm、焊合室高度为28mm；
本实施例提供的镁锂合金波导管如图3所示，该波导管材质均匀、精度高(内截面尺寸宽10.16±0.03mm，内截面尺寸高22.86±0.03mm，内角r1≤0.6；外截面尺寸宽12.16±0.04mm，外截面尺寸高24.86±0.04mm，外角r2≤0.8；水平翅筋宽7mm×厚3mm)；主模电磁信号频率fL为8.2GHz、fH为12.5GHZ；同时本实施例提供的波导管具有对称设置在空心矩形柱两侧的两个水平翅筋，提高了平面度安装质量，解决了电磁遏流。
实施例4
本实施例提供了一种镁锂合金波导管，其制备方法与实施例1基本相同，唯一不同的是为使上下错位的翅筋能更好的从模具腔中流出成形，上模分流桥斜度为30°、桥底圆角R＝3.0mm，焊合室高度为30mm；
本实施例提供的镁锂合金波导管如图4所示，该波导管材质均匀、精度高(内截面尺寸宽22.86±0.03mm，内截面尺寸高5.0±0.03mm，内角r1≤0.5；外截面尺寸宽25.40±0.04mm，外截面尺寸高7.54±0.04mm，外角r2≤0.8；两个上下错位翅筋宽7mm×厚3mm)；主模电磁信号频率fL为8.2GHz、fH为12.5GHz；同时本实施例提供的波导管具有错位设置在空心矩形柱两侧的两个水平翅筋，进一步提高了平面度安装质量，更好的消除了电磁遏流。
实施例5
本实施例提供了一种镁锂合金波导管，其制备方法与实施例1基本相同，唯一不同的是为使内孔中凸起的单脊能更好的从模具腔中流出成型，上模分流桥斜度为28°、桥底圆角R＝2.7mm、焊合室高度为27mm；
本实施例提供的镁锂合金波导管如图5所示，该波导管材质均匀、精度高(内截面尺寸宽28.0±0.05mm，内截面尺寸高7.56±0.05mm，内角r1≤0.5；外截面尺寸宽31.0±0.05mm，外截面尺寸高15.1±0.05mm，外角r2≤0.8；内孔中凸起的单脊高7mm×厚3mm)；主模电磁信号频率fL为3.961GHz、fH为11.705GHz；凸起的单脊即可平均分配电磁波的流向，又提高了其弯曲时的抗撕裂性能。
实施例6
本实施例提供了一种镁锂合金波导管，其制备方法与实施例1基本相同，唯一不同的是为使内孔中凹进的单脊能更好的从模具腔中流出成型，上模分流桥斜度为27°、桥底圆角R＝2.6mm、焊合室高度为26mm；
本实施例提供的镁锂合金波导管如图6所示，该波导管材质均匀、精度高(内截面尺寸宽28.0±0.05mm，内截面尺寸高12.6±0.05mm，内角r1≤0.5；外截面尺寸宽31.0±0.05mm，外截面尺寸高15.1±0.05mm，外角r2≤0.8；内孔中凹进的单脊深7mm×厚3mm；主模电磁信号频率fL为3.9GHz、fH为11.7GHz；凹进的单脊即可平均分配电磁波的流向，又提高了其弯曲时的抗撕裂性能。
本发明各实施例提供的波导管均符合以下国家标准要求：GB/T11450.1-1989《空心金属波导第一部分：一般要求和测量方法》，GB/T11450.2-1989《空心金属波导第二部分：普通矩形波导有关规范》，GB/T11450.5-1989《空心金属波导第六部分：中等扁矩形波导有关规范》。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种镁锂合金波导管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对镁锂合金铸棒进行机加工，以去除所述镁锂合金铸棒外表面的偏析瘤；
步骤2、对去除了偏析瘤的镁锂合金铸棒进行酸洗、干燥处理后，进行加热；
步骤3、先将钢材质的挤压成型模具在220-250℃下，保温至少2h；然后在220-240℃下，对加热后的镁锂合金铸棒进行挤压，挤压比为69-83，镁锂合金波导管毛坯的挤出速度为0.5-0.8m/min，得到镁锂合金波导管毛坯，通过顺着挤出的镁锂合金波导管毛坯运动方向吹风，使挤压得到的镁锂合金波导管毛坯在温度220-230℃，风向与所述运动方向呈30-60°角，风量为1.5-2m3/min；
步骤4、对所述镁锂合金波导管毛坯进行校直、锯切及热处理，得到镁锂合金波导管。
2.根据权利要求1所述的镁锂合金波导管的制作方法，其特征在于，步骤1中机加工量为8-12mm。
3.根据权利要求1所述的镁锂合金波导管的制作方法，其特征在于，步骤2中所述的对去除了偏析瘤的镁锂合金铸棒进行酸洗，包括：
将去除了偏析瘤的镁锂合金铸棒浸入酸洗溶液中，在18-38℃下，摆动浸渍0.25-3min，然后用水冲洗，其中，所述酸洗溶液包含以下质量百分比组分：
CrO3 10-14％、Fe(NO3)3·9H2O 1-3％、KF0.1-0.3％、HNO30.5-1.5％、余量为H2O。
4.根据权利要求1所述的镁锂合金波导管的制作方法，其特征在于，步骤2中所述的加热包括：
在250－260℃下，保温至少3h。
5.根据权利要求1所述的镁锂合金波导管的制作方法，其特征在于，步骤4所述的校直，包括：通过张力矫直机以1％-3％的变形率进行校直。
6.根据权利要求1所述的镁锂合金波导管的制作方法，其特征在于，步骤4所述的锯切，包括：
采用直径为350-400mm的圆盘锯，以3200-3700r/min的转速、1000-6000mm/min的液压进给速度进行锯切。
7.根据权利要求1所述的镁锂合金波导管的制作方法，其特征在于，步骤4所述的热处理，包括：
在180-200℃下，保温1.5-2.5h。
8.由权利要求1-7任一项所述的镁锂合金波导管的制作方法制作的镁锂合金波导管。
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