本发明涉及矩形截面或其他形状截面的整体形软波导的制造方法。 软波导是雷达、导航、通信等微波无线电设备中必不可少的元件,用作微波连接或主馈线。作为微波连接元件要求它具有良好的柔软性,小驻波特性和低损耗。作为主馈线还要求它能承受微波大功率。
已知的制造方法有:如美国加布里(Gabriel)公司用“绕制法”制成互锁型结构软波导,它是把裸金属带螺旋缠绕成环形或螺旋形的环,同时加压使环与环之间互锁连接成一定长度的软波导。英国马可尼(Marconi)公司是用“模压对焊法”,先把金属带压成“π”形波纹状,再把两个π形波纹对焊成软波导管。还有用机械磨铣的方法(见美国专利,专利号为3946343),把硬金属管铣成软波纹管。
“绕制法”制得的软波导接缝处存在间隙,高功率使用时,间隙处易产生“打火”,而且不能充气使用。“模压对焊法”制造一种规格的软波导,需要上千付模片,而且对焊时常有虚焊和漏焊现象。“磨铣法”制得的软波导不能得到良好的柔软性能。
本发明提出的“液压成型法”能够克服上述不足,它的特点是制造一种规格的波导只需一付模片,八付模片就可完成整个厘米波段全系列产品的制造。制造出来的波导是整体形的,密封性能好。这样,在同样尺寸条件下,充以干燥气体能提高微波功率容量,使这种波导能用于大功率场合。
本发明所提出的“液压成型法”就是把矩形截面或其他形状截面的金属管坯,例如铜管坯(或其他导电率和延伸率好的金属管坯)套在芯模上,外用模片将管坯卡紧,内充以高压油,使管坯膨胀而形成波纹。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
在图1中,矩形铜管坯(1)内装有可滑动地芯模(2),芯模(2)有通油孔(3)和两个密封槽(8)、(9)。密封槽(8)、(9)内装有密封圈(6)、(7)。芯模(2)与芯杆(12)相连,它中间的内腔(10)与通油孔(3)相连,形成高压油通路。两只相同模片(4)、(5)与另两只相同模片(13)、(14)上下或者前后对称装置在管坯(1)上。
图2中,模片(4)、(5)及模片(13)、(14)与芯模(2)卡紧后,高压油通过芯模(2)、芯杆(12)的内腔(10)和油孔(3),进入管坯(1)的内壁与芯模(2)之间的间隙内,和密封圈(6)、(7)形成一个高压油密封区,当油压达到一定压力后,薄壁铜管(1)开始弹性变形。
在图3中,高压油压力继续升高,使管坯(1)屈服变形。变形达到一定程度后,模片(4)、(5)开始向右推进,使管坯产生机械弯曲变形。
图4中,当模片(4)、(5)移动到与模片(13)、(14)合拢时,管坯波形(11)被定位在模片(4)、(5)与模片(13)、(14)之间的波形槽内,形成所需要的波纹。这时,高压油开始卸压,为下步动作做好准备。
图5中,高压油卸压后,模片(4)、(5)与模片(13)、(14)开始分开(开模)。
图6中,开模后,模片(4)、(5)及模片(13)、(14)与芯模(2)分开,同时模片(4)、(5)向左移动。
图7中,芯模(2)和管坯(1)向右移动一个波纹宽度的距离。
在图8中,模片(4)、(5)及模片(13)、(14)与芯模(2)重新卡紧,并将已做好的波纹(11)阻挡在模片(13)、(14)外,此时,一个波纹的成形过程已全部结束。此过程连续的进行下去,即可做成具有一定波纹要求,一定长度的波纹管。
实践表明,密封槽(8)、(9)的形状,密封圈(6)、(7)的材料及其形状的选取直接影响高压油密封区的形成。当密封槽(8)、(9)为燕尾形状,密封圈(6)、(7)为除橡胶之外的其它高分子材料,其形状为“O”形时,密封效果最佳,油压才能升高,高压油不会溢出。
芯模与金属管坯内壁之间有一最合适的间隙,间隙过小,波纹管易产生波堆集现象;间隙过大,密封圈将产生滚翻和被咬坏。此间隙大小是根据密封圈材料的硬度值和油压力大小来确定。
为了保证转角处的密封,密封圈(6)、(7)在密封槽(8)、(9)底面90°转角处,采用不倒角形式。在其他地方,要将多余的密封填料进行修正。
高压油压力大小是形成软波导的重要条件,实践表明,成型时所需的油压力与管坯材料、厚度有很大关系,它们之间的关系为:
P=2δoσs( 1/(RK) + 1/(d) )
式中:P:成型时所需油压,Kg/Cm2;
δo:管坯厚度,mm;
σS:材料屈服强度极限,Kg/cm2,
d:管坯等效直径mm;
RK=lo/2Sinα
lo:单波纹展开长度,mm;
α:弯曲角,0°
根据本发明提出的方法,曾试制出八个规格的矩形软波导,复盖了整个厘米波段。表1列出了内矩形截面积尺寸、铜皮厚度、充压压力、模片间隙等数据。表2列出了频率范围和电性能。
由于上述波导是整体形结构,不仅具有良好的密封性能,而且功率容量大。例如BR48,承受的平均功率可达6千瓦,脉冲功率可达2兆瓦,如充以2个大气压的干燥气体,脉冲功率容量还可提高,这是其他软波导在同样尺寸条件下无法达到的。波导的整体形结构还带来良好的机械性能,在规定的弯曲半径下,波导反复弯曲次数可达106次。
根据所需要的波纹管长度,可由下式确定管坯的长度。
L={〔( (2πr1)/2 )+( (2πr2)/2 )+2C〕-a} (l)/(t)
式中:C=〔( (D-d)/2 )-(r1-r2)〕
L:管坯长度,mm;
r1:波纹外圆弧半径,mm;
r2:波纹内圆弧半径,mm;
D:管坯等效外直径,mm;
d:管坯等效内直径,mm;
a:材料延伸率,mm;
l:波纹管长度,mm;
t:波纹节距,mm。