粉末压机模架配合精度优化

沈维佳，张年松，贾轶杰

(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210018)

0 前言

机械制造时，不仅要求保证各组成零件具有规定的精度，而且还要求保证零件装配后能达到规定的技术要求，公差配合是解决零件之间的相互松紧关系、以保证机器的正常运转的设计。由于机器运行时各零件受到一定的压力产生变形，变形产生的误差与装配的误差是直接影响机械的精密度，所以在变形的情况下选择合适的装配精度很重要。

1 粉末压机的工作

粉末冶金成形是指将松散的粉末体密实成具有一定形状、尺寸、密度和强度的压坯的工艺过程［1］。刚性模具压制成形法与其他方法相比，因生产速度快、尺寸精度高和经济效益明显等特点，在粉末冶金工业生产中具有极重要的地位。这种方法是将金属粉末或混合料装入钢制压模内，在模冲压力的作用下，对粉末体加压、保压，随后卸压，再将压坯从阴模中脱出的工艺过程，如图1所示。

图1 压制过程

2 模架主要设计精度

模架的主要推荐使用的配合关系如表1所示，模具之间的配合选择很重要:如果配合间隙过大将会造成定位和导向精度的欠缺，也可能造成压制过程中漏粉和压坯毛刺的产生。模具成型压坯的部位一般采用IT5-IT6级制造精度。模冲在模架上是利用外层模冲和阴模来保证定位精度的，在径向上与模板与模冲连接座关系并不是很大，所以为了更换方便，模冲连接座和模板之间均采用间隙配合。另外，模板通过导套在导柱上实现滑动配合，为保证模板的滑动精度，模板与导套使用过盈配合并采用基孔制。导柱和导套使用根据基孔制并采用间隙配合。

表1 模架主要配合精度表

3 模架的变形仿真

在实际应用中，因为零件的受力变形很容易造成模架的运动不顺，所以利用有限元分析得出了一些零部件的受力变形［2］，并根据这些数值重新制定主要零件的公差与配合。图3、图4、图5表示有限元分析的结果。

图3 上外冲位移分布云图

图4 阴模位移分布云图

图5 模架整体位移云图

4 模架配合精度优化结果

阴模是用于装料的形腔，在使用的过程中，如同一压力容器，并且其他模具零件必须依赖阴模配合和导向；是压坯获得需要的外形及尺寸精度的根本保证。可见阴模是压膜的关键零件，结构复杂，技术要求高［3］。由于阴模的高要求，设计时将阴模设计成为双层结构［4］，阴模镶件和加固外套使用过盈配合，阴模镶件与模冲的配合为间隙配合:

变形后阴模镶件内圆尺寸增大0.053mm，用probe［5］标签查的上外冲头外圆的变形量为0.03mm。变形前后不同配合轴、孔的位置关系变化如图6所示。从图中可以看出如果选用D89.91H6/f5的配合，压制过程中，轴孔的间隙过大，有可能会造成漏粉的现象。因此，选用D89.91H6/g5的配合最为合适。

图6 阴模与模冲变形前后配合公差

在实际的运行中会有由于导柱的变形造成模架运行不顺的情况，上三下三式新型模架的下导柱导套孔的配合为D80H7/g6［6］，结合分析出的导柱变形量，变形前后不同配合轴、孔的位置关系变化如图7所示。结果发现导柱导套孔可能会由于变形变为过盈配合，从而卡死不能运动。所有需要对配合进行修正。修正后的公差带图如8所示。

图7 导柱和导套修正后配合公差带图

图8 导柱和导套修正前配合公差带图

根据有限元的结果对各个配合公差的选择进行优化，优化的结果如表2所示。

表2 模架主要配合精度表

5 结语

通过有限元的分析得到在受力情况下的变形量，将变形量与合理的配合精度结合起来去考虑，在一定程度上可以提高装配精度甚至提高机器在工作时的运转精度。根据有限元分析的结果利用互换性的原则合理的优化主要零件的公差配合，这种方法对高精度、复杂零件的加工装配具有参考价值。

［1］韩凤麟.粉末冶金模具模架使用手册［M］.北京:冶金工业出版社，1998.

［2］刘茜，董正身，卞学良.基于ANSYS的c型液压机机身有限元分析［J］.机械设计与制造，2006(4):21-22.

［3］武莉莉，方东阳，高琳.基受力变形对公差与配合设计的影响［J］.河南纺织高等专科学校学报，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］陈道礼，饶刚，魏国前，等.结构分析有限元法的基本原理及工程应用［M］.北京:冶金工业出版社，2012.