沈維佳，張年松，賈軼杰

(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南京210018)

0 前言

機(jī)械制造時(shí)，不僅要求保證各組成零件具有規(guī)定的精度，而且還要求保證零件裝配后能達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求，公差配合是解決零件之間的相互松緊關(guān)系、以保證機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)。由于機(jī)器運(yùn)行時(shí)各零件受到一定的壓力產(chǎn)生變形，變形產(chǎn)生的誤差與裝配的誤差是直接影響機(jī)械的精密度，所以在變形的情況下選擇合適的裝配精度很重要。

1 粉末壓機(jī)的工作

粉末冶金成形是指將松散的粉末體密實(shí)成具有一定形狀、尺寸、密度和強(qiáng)度的壓坯的工藝過程［1］。剛性模具壓制成形法與其他方法相比，因生產(chǎn)速度快、尺寸精度高和經(jīng)濟(jì)效益明顯等特點(diǎn)，在粉末冶金工業(yè)生產(chǎn)中具有極重要的地位。這種方法是將金屬粉末或混合料裝入鋼制壓模內(nèi)，在模沖壓力的作用下，對(duì)粉末體加壓、保壓，隨后卸壓，再將壓坯從陰模中脫出的工藝過程，如圖1所示。

圖1 壓制過程

2 模架主要設(shè)計(jì)精度

模架的主要推薦使用的配合關(guān)系如表1所示，模具之間的配合選擇很重要:如果配合間隙過大將會(huì)造成定位和導(dǎo)向精度的欠缺，也可能造成壓制過程中漏粉和壓坯毛刺的產(chǎn)生。模具成型壓坯的部位一般采用IT5-IT6級(jí)制造精度。模沖在模架上是利用外層模沖和陰模來保證定位精度的，在徑向上與模板與模沖連接座關(guān)系并不是很大，所以為了更換方便，模沖連接座和模板之間均采用間隙配合。另外，模板通過導(dǎo)套在導(dǎo)柱上實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)配合，為保證模板的滑動(dòng)精度，模板與導(dǎo)套使用過盈配合并采用基孔制。導(dǎo)柱和導(dǎo)套使用根據(jù)基孔制并采用間隙配合。

表1 模架主要配合精度表

3 模架的變形仿真

在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)榱慵氖芰ψ冃魏苋菀自斐赡＜艿倪\(yùn)動(dòng)不順，所以利用有限元分析得出了一些零部件的受力變形［2］，并根據(jù)這些數(shù)值重新制定主要零件的公差與配合。圖3、圖4、圖5表示有限元分析的結(jié)果。

圖3 上外沖位移分布云圖

圖4 陰模位移分布云圖

圖5 模架整體位移云圖

4 模架配合精度優(yōu)化結(jié)果

陰模是用于裝料的形腔，在使用的過程中，如同一壓力容器，并且其他模具零件必須依賴陰模配合和導(dǎo)向；是壓坯獲得需要的外形及尺寸精度的根本保證。可見陰模是壓膜的關(guān)鍵零件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高［3］。由于陰模的高要求，設(shè)計(jì)時(shí)將陰模設(shè)計(jì)成為雙層結(jié)構(gòu)［4］，陰模鑲件和加固外套使用過盈配合，陰模鑲件與模沖的配合為間隙配合:

變形后陰模鑲件內(nèi)圓尺寸增大0.053mm，用probe［5］標(biāo)簽查的上外沖頭外圓的變形量為0.03mm。變形前后不同配合軸、孔的位置關(guān)系變化如圖6所示。從圖中可以看出如果選用D89.91H6/f5的配合，壓制過程中，軸孔的間隙過大，有可能會(huì)造成漏粉的現(xiàn)象。因此，選用D89.91H6/g5的配合最為合適。

圖6 陰模與模沖變形前后配合公差

在實(shí)際的運(yùn)行中會(huì)有由于導(dǎo)柱的變形造成模架運(yùn)行不順的情況，上三下三式新型模架的下導(dǎo)柱導(dǎo)套孔的配合為D80H7/g6［6］，結(jié)合分析出的導(dǎo)柱變形量，變形前后不同配合軸、孔的位置關(guān)系變化如圖7所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)導(dǎo)柱導(dǎo)套孔可能會(huì)由于變形變?yōu)檫^盈配合，從而卡死不能運(yùn)動(dòng)。所有需要對(duì)配合進(jìn)行修正。修正后的公差帶圖如8所示。

圖7 導(dǎo)柱和導(dǎo)套修正后配合公差帶圖

圖8 導(dǎo)柱和導(dǎo)套修正前配合公差帶圖

根據(jù)有限元的結(jié)果對(duì)各個(gè)配合公差的選擇進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的結(jié)果如表2所示。

表2 模架主要配合精度表

5 結(jié)語

通過有限元的分析得到在受力情況下的變形量，將變形量與合理的配合精度結(jié)合起來去考慮，在一定程度上可以提高裝配精度甚至提高機(jī)器在工作時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度。根據(jù)有限元分析的結(jié)果利用互換性的原則合理的優(yōu)化主要零件的公差配合，這種方法對(duì)高精度、復(fù)雜零件的加工裝配具有參考價(jià)值。

［1］韓鳳麟.粉末冶金模具模架使用手冊(cè)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1998.

［2］劉茜，董正身，卞學(xué)良.基于ANSYS的c型液壓機(jī)機(jī)身有限元分析［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2006(4):21-22.

［3］武莉莉，方東陽，高琳.基受力變形對(duì)公差與配合設(shè)計(jì)的影響［J］.河南紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2005，17(2):7-8.

［4］Haimian Cai.Defect Prevention In Powder Metallurgy Components.Worcester Polytechnic Institute:Dissertations of Degree of Doctor of Philosophy Manufacturing Eegineering，1996.

［5］陳道禮，饒剛，魏國前，等.結(jié)構(gòu)分析有限元法的基本原理及工程應(yīng)用［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2012.