在某型天线装置中,需要在一个不锈钢深卷筒中嵌入设计一个内啮合齿轮(见图1),并保证该内啮合齿轮的分度圆和该卷筒内多个同轴定位孔之间至少七级精度以上的同轴度要求.
内啮合齿轮通常采用滚齿或者插齿的加工方式来实现设计要求,而由于该内啮合齿轮内嵌在不锈钢深卷筒内,并和该卷筒形成一个整体,所以无论滚齿机还是插齿机,都无法对深孔内的内啮合齿轮进行加工,所以通过加工手段直接实现该设计的结构形式是无法完成的,需要通过工艺手段的调整来达到设计意图.
最简单便捷的工艺手段就是将卷筒和齿轮分成两个零件加工,最后通过固定连接形成一个整体.固定连接的方式通常有两种:螺钉固连和焊接固连.
螺钉固连这种方式需要在深卷筒内部进行打孔攻螺纹的操作,而钻床在卷筒内部进行钻深孔操作也有很大的操作困难:①无法进行钻孔前的划线和打点工作.②齿轮在卷筒内的安装面距离卷筒外侧端面的距离长短,直接决定了加长钻头的长短,使用过长的加长钻头进行加工容易使钻头断裂.③即便以上问题都解决了,在卷筒内进行对准孔位、上螺钉和拧螺钉等操作,也因为空间的狭小而难以施展.
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鉴于螺钉固连的方式可行性较低,所以考虑采用另一种固连方式:焊接固连.
图1 不锈钢深卷筒及其内嵌式内啮合齿轮结构尺寸
相比螺钉固连,焊接固连这种方式实施起来更加容易、便捷一些,唯一的问题就是焊接会产生热变形,从而影响齿轮和卷筒的精度.
在焊接前,先对卷筒和内啮合齿轮进行独立加工,留出焊接坡口(见图2),为了减小焊接固连后焊缝的受力,卷筒和内啮合齿轮的装配尺寸公差采用过盈配合(H7/n6).装配后,由于材料的弹性变形,使配合面之间产生压力,因此在工作时,配合面间具有相当的摩擦力来传递扭矩或轴向力.
过盈配合装配一般属于不可拆卸的固定连接,但如果没有焊缝补强,其传递的扭矩过大,会使卷筒和内啮合齿轮之间产生相对位移,从而破坏过盈紧固,所以必须同时采用过盈配合和焊缝补强来共同实现焊接固连.
过盈配合件的装配方法通常有4种:人工锤击法、压力机压入法、热装法和冷装法.其中人工锤击法适用于过渡配合的小零件装配;压力机压入法适用于常温下过盈量较小的中小零件装配;热装法适用于过盈量较大的零件;冷装法适用于包容件无法加热,或加热会导致零件精度、材料组织变化,影响其力学性能的装配.综上所述,采用压力机进行压入装配是更加合适的过盈装配方式,能够通过装配来使齿轮和卷筒达到较高等级的同轴度要求.
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在压装过程中,按照以下步骤进行:①将内啮合齿轮外径水平置于将要压入的卷筒内径端面上.②由于压力机的压头无法进入环形深槽进行压装,需要制作一个简单工装,将直径约284mm、长度约500mm的金属棒料置于卷筒内的内啮合齿轮上表面.③确定金属棒料的上端面水平后,压力机压头顶住金属棒上端面,压入速度不宜太快,采用2~4mm/s.④压入过程中时刻关注压力表的压力显示,确保压力变化平稳,如果出现压力波动,立刻停机检查零件.⑤压到位后取出金属棒,确保内啮合齿轮上端面和卷筒焊接端面平齐.
压力机压装完后,采用焊接进行齿轮和卷筒的紧固,焊接过程中会产生大量的热,从而使焊缝周围的齿廓以及卷筒内部发生热变形,这些热变形会极大地影响卷筒及其内啮合齿轮的形状尺寸、几何公差和精度.
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针对加工难点问题,采取的解决办法如下:
(1)构建合适的焊接环境.解决焊接热变形的唯一途径就是在产生焊接热的瞬间,外界环境能够立刻将热量吸收且达到瞬时冷却降温的功效,构建这样的环境最直接简易的方式就是水冷.
其中：l1+l5=450 mm，且选定 l1=300 mm，l5=150 mm，根据整个装置的长度和一般家庭使用的座便器的尺寸选定l2一个合适的值为700 mm.
图2 采用焊接形式的卷筒及其内嵌式内啮合齿轮
(2)设计特制工装.水冷是解决焊接热变形最行之有效的方法,如何使焊缝尽可能地接近水面,如何使卷筒及内啮合齿轮尽可能多地和水接触,是吸收焊接热量的关键.
根据焊接环境以及卷筒和齿轮的结构特点,有针对性地设计了一套焊接工装组件,目的是达到最大程度的水冷和尽可能多地吸收焊接热量.该工装主要由水槽、封盖、密封圈和紧固螺钉组件构成(见图3).
水槽的作用是让卷筒外侧的水位线高于焊缝,使传递到卷筒外壁的焊接热量能够完全被水吸收;封盖、密封圈和紧固螺钉组件的作用是让卷筒内部成为一个密封腔体,往卷筒内注水,使水位线尽可能地接近焊缝,这样焊接直接产生的大量热量会被内腔的水完全吸收(见图4).
(3)焊接细节和参数的控制.在焊接过程中,采用氩弧焊,要将焊接电流调整得尽可能小,选较细规格的焊丝,焊接速度尽可能慢,多停顿水冷,分多层完成最终的焊接.
经过反复试验摸索,以下焊接参数可以保证焊接释放出的热量较小:焊接方式为直流正接;氩气流量控制在10~15L/min;电流控制在80~110A;采用304不锈钢焊丝,焊丝规格为0.8mm或1mm.
本研究使用多种实验动物模型综合评价注射用雷贝拉唑钠的药理学作用。胃溃疡模型有多种，目前比较常用的大鼠胃溃疡模型主要有应激性溃疡（水浸应激模型）、化学因素型胃溃疡模型（吲哚美辛法、醋酸性）及幽门结扎型大鼠胃溃疡模型等，随着分子生物学技术的发展，相关技术也应用到溃疡模型制备的领域中，如基因敲除技术、蛋白缺失技术等［11］。
图3 特制工装
1.卷筒 2.内啮合齿轮 3.密封圈 4.紧固螺钉组件 5.封盖 6.水槽
图4 采用特制工装完成卷筒及其内嵌式内啮合齿轮的焊接
卷筒内外腔的水位线和焊缝的高度差最大限度地保证了整个焊接过程近似于在水中焊接的效果,配合特殊控制焊接热量的焊接手法,极大程度地吸收了焊接所产生的热量,在相对较低温度条件下完成了焊接,将卷筒和内啮合齿轮合为一体,且消除了焊接变形对几何公差的影响,确保卷筒的基准轴心和内啮合齿轮的基准轴心高度重合.为保证焊接时的水冷效果,可以适当加大水槽截面,并采用水泵进行循环水冷却,使水槽和卷筒内的冷却水形成一定的温度差,快速吸收焊接时产生的热量,这样控制焊接变形的效果会更好.
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通过设计、工艺、加工、装配及焊接之间相互配合、改进和优化,较好地解决了在不锈钢深卷筒内通过焊接紧固的方式完成零件合体,且达到将焊接热变形的影响降低到最小的效果,从而保证了设计要求,极大地提高了产品的加工质量和精度,为类似结构的重要零部件提供了创新的思维模式和启发性的工艺路线,也对类似结构不锈钢产品的加工具有一定的参考价值.