CN110026880A - 3d打印薄壁异形喇叭天线的内表面磨粒流抛光工装 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种3D打印薄壁异形喇叭天线的内表面磨粒流抛光工装，上定位板和下定位板通过套筒联接，喇叭天线安装在套筒内，置于喇叭天线的大端内；套筒侧壁上至少开有两个贯通孔，用于向套筒内灌注介质，介质冷却凝固后将喇叭天线外周包裹紧密；补芯的外壁与喇叭天线的大端内壁形状相同，且补芯外壁与喇叭天线的大端内壁之间留有间隙；由下定位板通孔流入的磨粒流进入喇叭天线内表面并从喇叭天线另一端向上定位板通孔挤出。本发明能够有效的防止喇叭在进行磨粒流加工时的变形而产生结构破坏，使磨粒流在进行磨削时使喇叭的大、小端的内表面磨削量保持一致。
Description
技术领域
本发明涉及磨粒流光整加工领域。
背景技术
口径天线广泛应用于各类雷达天线中，是一种能获得高增益的天线，喇叭天线是其中最简单的一种。它既可以作为反射面天线或透镜天线的馈源、阵列天线的辐射单元，也可用作微波中继站或卫星上的独立天线。它具有增益较高、电压驻波比较低、工作频带宽、功率容量大、重量轻和易于制造等优点，得到了广泛的应用。对于结构较复杂的喇叭天线，常采用的有电铸法、纯机械加工、机加工零件焊接、3D打印等加工方法。电铸法加工高频件存在着加工成本高、加工周期长的缺点，纯机械加工的方法受加工条件的制约且加工成本相对较高，因此通常采用的加工方式就是机械加工零件后焊接成型。
标准波导与机加工零件焊接的加工方法，一般将喇叭天线分解成多个零件后进行机械加工、酸洗零件，装配定位后焊接成型，然后手工去焊疤修挫焊缝及口部。然而对于结构较为复杂的喇叭天线其内部焊缝、焊疤人工去除不但困难，而且某些部位人工是没有办法修挫的，质量得不到保证，效率极为低下，焊接后的零件存在较大的变形和内部的焊疤，对微波的电气性能有很大的影响。
近年逐渐得到较多推广应用的3D打印技术应用在微波器件上，为提高喇叭天线的制造精度、微波电气性能又提供了一条路径。3D打印技术可以精确的制造出任意几何形状的产品，并且具有成型速度快、精度高、处理简单省时等优点，尤其适用于喇叭天线这种薄壁、异形内表面、尺寸和形位公差精度要求高的产品。3D打印可实现多种金属材料的成形，目前由于3D打印技术的限制，3D打印喇叭天线内腔的初始表面粗糙度均较高约为Ra6.3μm以上，不能满足喇叭天线对内表面粗糙度Ra1.6μm以下的要求。因此就需要对3D打印的喇叭进行后续处理，由于喇叭内部是异形、曲面、薄壁等特殊构造，不能采用常规机械办法加工或手工修磨内表面的方法，因此就需要采用磨粒流技术对喇叭天线内表面进行光整加工，来降低喇叭内表面的粗糙度。
磨粒流加工技术是由美国在上世纪八十年代发展起来的一项光整加工工艺技术，该工艺技术是通过在高分子材料中加入具有切削作用的磨粒及其它改性剂使磨粒悬浮在高分子材料中形成粘弹性软质磨料，依靠压力作用使磨料作连续往复流动，磨料与被加工表面接触，产生切削作用进行光整加工。磨粒流工艺具有柔软性和流动性的特性，易与复杂结构的孔槽表面相接触，尤其是适于内腔深孔和复杂型面的表面光整加工。通过选择不同种类的磨料、粒度、密度以及介质粘度，可以获得不同的研磨效果。
由于喇叭天线的结构特性：薄壁、内表面异形、结构复杂、内腔通透、结构强度弱、大小端尺寸差异较大等，不能直接应用磨粒流对喇叭天线进行加工，必须根据喇叭天线的结构设计专用工装对喇叭天线进行保护。由于喇叭天线的大小端尺寸差异较大，如果直接用磨粒流加工就会产生大小端的磨料流量不同，从而产生大、小端磨削量不一致，所以就必须在喇叭天线内设置补芯来调整喇叭天线内腔大小端的磨料流量，其流量比值最大不能超过2～3倍。因此发明3D打印薄壁异形喇叭天线的内表面磨粒流抛光工装就是必须的。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种磨粒流抛光工装，能够对3D打印薄壁异形喇叭天线内表面进行光整加工。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种3D打印薄壁异形喇叭天线的内表面磨粒流抛光工装，包括上定位板、下定位板、套筒和补芯。
所述的套筒为中空柱体，所述的上定位板和下定位板通过套筒联接，所述的上定位板和下定位板分别在相对一端的端面凹陷，且凹陷处开有贯通上下定位板的通孔；喇叭天线安装在套筒内，喇叭天线的两端分别定位在上定位板和下定位板的凹陷处；所述的补芯置于喇叭天线的大端内；所述套筒内壁的形状与喇叭天线的外形相同，且套筒内壁与喇叭天线外壁之间留有间隙；所述的套筒侧壁上至少开有两个贯通孔，用于向套筒内灌注介质，介质冷却凝固后将喇叭天线外周包裹紧密；所述补芯的外壁与喇叭天线的大端内壁形状相同，且补芯外壁与喇叭天线的大端内壁之间留有间隙；下定位板上与喇叭天线大端口部连接处留有一周间断间隙作为通道，用于由下定位板通孔流入的磨粒流进入喇叭天线内表面并从喇叭天线另一端向上定位板通孔挤出。
所述的补芯外壁与喇叭天线的大端内壁之间留有间隙，间隙距离为0.8～2毫米。
所述上下定位板相对一端的端面在凹陷处外缘有凸起，凸起部分的直径与套筒内径相同，用于连接套同时定位。
所述的介质是熔点在72℃的低熔点合金，其成分的质量百分比为铋50％，铅25％，锡12.5％，镉12.5％。
本发明的有益效果是：
一、在喇叭的外周灌注有介质，冷却硬化后可以有效的防止喇叭在进行磨粒流加工时的变形而产生结构破坏。
二、在下定位板上安装的补芯与喇叭内表面形状完全相似其各向尺寸均小于待加工喇叭内表面，其间隙可在0.8～2毫米之间，在补芯外表面与待加工喇叭的内表面之间形成通道来控制磨料进、出口的流量，使磨粒流在进行磨削时使喇叭的大、小端的内表面磨削量保持一致。
附图说明
图1为本发明的装配剖面结构示意图。
图2为本发明的装配爆炸图。
图3为本发明的上定位板结构示意图。
图4为本发明的套筒结构示意图。
图5为本发明的补芯结构示意图。
图6为本发明的下定位板结构示意图。
图7为本发明的喇叭结构示意图。
图中，1-磨料，2-喇叭，3-上定位板，4-内六方螺钉，5-弹簧垫圈，6-套筒，7-补芯，8-介质，9-下定位板，10-内六方螺钉，11-弹簧垫圈，12-螺纹孔，14-介质进入孔，15-介质进入孔，16-螺纹孔，17-安装沉孔，18-喇叭小端定位孔，19-安装沉孔，20-喇叭大端下凹定位台阶，21-磨料通道，22-安装沉孔，23-上定位板定位圆台，24-套筒内孔，25-下定位板定位圆台，26-待加工喇叭小端，27-待加工喇叭大端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供了一种用于3D打印的薄壁异形喇叭天线内表面抛光工装，包括上定位板、下定位板和套筒、补芯，所述上定位板和下定位板通过套筒联接，上定位板通过圆台与套筒上部定位连接，下定位板通过圆台在套筒下部定位连接，补芯安装在下定位板上并用紧固件联接，喇叭安装在所述上定位板和下定位板之间，喇叭的大、小端分别安装在下定位板、上定位板与其尺寸相匹配的凹台内及孔内。所述套筒包裹在待加工喇叭的外部，套筒内部尺寸与喇叭的尺寸相匹配，通过紧固件将上定位板和下定位板相互平行的联接在一起。在套筒的径向方向留有两个孔，用于向套筒内灌注介质，介质冷却凝固后将待加工喇叭外周包裹紧密。补芯的外形与待加工喇叭的内表面形状完全相似，其各向尺寸均小于待加工喇叭内表面，其间隙可在0.8～2毫米之间。下定位板上与待加工喇叭大端口部连接处有下凹定位台阶，下凹台阶处沿喇叭内周留有一周间断间隙作为通道，用于磨粒流进入喇叭内表面并从喇叭另一端挤出。
所述上定位板的定位孔与喇叭小端的形状与尺寸相匹配。
所述下定位板的下凹定位台阶与喇叭大端的形状与尺寸相匹配。
所述补芯安装在下定位板上并用紧固件连接。
所述下定位板的下凹台阶沿台阶内周留有一周间断间隙。
所述套筒在径向方向留有两个孔。
所述介质常温下为固态，加热后为液态物质。
所述3D打印薄壁异形喇叭天线的内表面磨粒流抛光工装组合后通过套筒预留的两个孔灌注介质，介质灌封在套筒内包裹在喇叭的外周并充满套筒内腔。
所述3D打印薄壁异形喇叭天线的内表面磨粒流抛光工装组合灌注的介质有金属介质和非金属介质。本实施例选用的介质是低熔点合金，其成分：铋50％，铅25％，锡12.5％，镉12.5％。该合金的熔点在72℃，可以在热水中重熔且流动性好外观光亮。
如图1至图7所示，本发明的实施例公开了用于3D打印薄壁异形喇叭天线的内表面磨粒流抛光工装，包括上定位板3、套筒6、下定位板9、补芯7。其中补芯7安装在下定位板9上，用螺钉10、弹簧垫圈11紧固连接。待加工的喇叭2安装在下定位板9的喇叭大端下凹定位台阶20中。套筒6安装在下定位板9上，通过下定位板9上的圆台25定位并用螺钉4、弹簧垫圈5紧固连接。上定位板3上的喇叭小端定位孔18装入待加工喇叭小端26后通过上定位板3的圆台定位，安装到套筒6上并用螺钉4、弹簧垫圈5紧固连接。此处的套筒6长度与待加工的喇叭定位尺寸的长度相匹配，以保证工装装配后的精密性。
如图3所示，本实施例中上定位板3中心设置有与待加工喇叭小端25形状与尺寸相匹配的喇叭小端定位孔18，和用于与套筒6定位的圆台23及安装沉孔17。
如图4所示，本实施例中套筒6中心的圆孔24是与待加工喇叭大端相匹配的，上、下面分别有四个螺纹孔12用于连接上定位板3和下定位板9，在套筒6的径向方向留有两个孔14、15用于灌注介质。
如图5所示，本实施例中补芯7的外形与待加工喇叭的内表面形状完全相似，其各向尺寸均小于待加工喇叭内表面。补芯7上的螺纹孔16是用于与下定位板9连接。
如图6所示，本实施例中下定位板9在中心部位设置有与喇叭大端外表面相匹配的下凹定位台阶20及磨料进入待加工喇叭内表面的流动通道21，在下定位板9上设有用于安装补芯7的两个安装沉孔22。在下定位板9上设有用于与套筒6定位的圆台25及安装沉孔19。
本实施例所设计工装的可根据待加工喇叭的结构进行设计，其设计原则不变。
根据上述结构描述，将以上所述部件按照其功能如图1所示进行对接装配，其上定位板3和下定位板9用紧固件4、5与套筒6连接，将待加工喇叭2的大端27下端面与下定位板9的下凹定位台阶20配合紧密防止磨料从磨料通道12进入套筒6内孔24。装配完成后将灌封介质加热后从套筒6中的介质进入孔14、15任意一孔进入套筒6的内孔24，待介质从介质进入孔14、15中的另一孔流出时灌注完毕。待冷却后此工装就组装完毕。
本发明用于3D打印薄壁异形喇叭天线的内表面磨粒流抛光工装引入了在待加工喇叭内部设置补芯和在外部用介质包裹待加工喇叭的外表面以达到控制磨料磨削的一致性和防止喇叭变形损坏喇叭结构的目的。
Claims (4)
1.一种3D打印薄壁异形喇叭天线的内表面磨粒流抛光工装，包括上定位板、下定位板、套筒和补芯，其特征在于：所述的套筒为中空柱体，所述的上定位板和下定位板通过套筒联接，所述的上定位板和下定位板分别在相对一端的端面凹陷，且凹陷处开有贯通上下定位板的通孔；喇叭天线安装在套筒内，喇叭天线的两端分别定位在上定位板和下定位板的凹陷处；所述的补芯置于喇叭天线的大端内；所述套筒内壁的形状与喇叭天线的外形相同，且套筒内壁与喇叭天线外壁之间留有间隙；所述的套筒侧壁上至少开有两个贯通孔，用于向套筒内灌注介质，介质冷却凝固后将喇叭天线外周包裹紧密；所述补芯的外壁与喇叭天线的大端内壁形状相同，且补芯外壁与喇叭天线的大端内壁之间留有间隙；下定位板上与喇叭天线大端口部连接处留有一周间断间隙作为通道，用于由下定位板通孔流入的磨粒流进入喇叭天线内表面并从喇叭天线另一端向上定位板通孔挤出。
2.根据权利要求1所述的3D打印薄壁异形喇叭天线的内表面磨粒流抛光工装，其特征在于：所述的补芯外壁与喇叭天线的大端内壁之间留有间隙，间隙距离为0.8～2毫米。
3.根据权利要求1所述的3D打印薄壁异形喇叭天线的内表面磨粒流抛光工装，其特征在于：所述上下定位板相对一端的端面在凹陷处外缘有凸起，凸起部分的直径与套筒内径相同，用于连接套同时定位。
4.根据权利要求1所述的3D打印薄壁异形喇叭天线的内表面磨粒流抛光工装，其特征在于：所述的介质是熔点在72℃的低熔点合金，其成分的质量百分比为铋50％，铅25％，锡12.5％，镉12.5％。
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