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内容提要:对装配过程相互配合零件尺寸同时出现最大实体状态俗称“0对0”现象,进行了分析研究,对控制的公差带提出调整建议,有利于降低产品制造成本、提高生产效率。
只要翻开《机械设计手册》“极限与配合”的章节,就会发现:无论是基轴制还是基孔制,其“优先、常用配合(GB/T1801-1999)”中的“间隙配合”一栏,配合公差代号均推荐有相同“H7/h6、H8/h7、H9/h8、H11/hll,…”的精度等级。在实际应用过程中,从事机械加工制造的企业可根据自身设备的条件,灵活选择机械零部件间的装配、加工精度等级,以较合理的成本制造出符合市场要求的机械设备,且零部件的加工精度容易保证,产品质量始终处于本企业可控状态,只要零件的尺寸、加工精度一致,可随时随地实现零件的互换,方便机械设备的维护保养,给各个行业带来了极大的便利与实惠。
任何先进、科学技术的推广,都有其最佳的适用范围,或者有必备应用条件的要求,上述公差配合等级也不例外。它所使用的最佳条件为:机械零件制造批量大、生产线为自动控制,或者加工零件批量大,但人的因素对其过程影响很小的环境。如果是在中小企业的单件、小批量制造场合,零部件的加工精度主要由人的因素来保证,若完全套用该配合精度,该公差等级的科学性、先进性不但很难体现出来,还会带来不必要的麻烦。
假设某一机械结构中,有直径Φ200长度为L的轴,需要装入Φ200深度50的孔中,其装配精度等级选择H11/h11。由GB/T18011999可查得孔公差:Φ200 H11()其公差下限为0,轴公差:Φ200 H11()其公差上限为0(见图1)。如果生产企业为大批量自动生产线,忽略加工过程中刀具磨损的影响,或者刀具磨损得到机床自动检测系统及时的修正,完全可以把零件实际尺寸的范围,按正态分布来处理,该正态分布函数的对称轴与其公差带中线重合。分布在其6σ范围内包含零件的概率为99.74%,其余0.26%可认为是不可能出现的事件。即孔实际分布的公差带由0.29变成0.289246,该函数的对称轴对于孔来说在200+0.29/2=200.145处,则零件合格孔尺寸公差的上限:0.145+0.289246/2=0.289623,下限:0.145-0.289246/2=0.000377。装配后轴与孔之间最大间隙:0.28962×2=0.579246,最小间隙:0.000377×2=0.000754。如果按照4 σ范围计算,包含合格零件的概率为95.46%,装配后轴与孔之间最大间隙:0.566834,最小间隙:0.013166,其尺寸公差带实际分布区域见图2。此时,如果再考虑到Φ200深度50的孔加工的形位公差,假设其直线度为:0.012,因为0.012<0.013166,考虑到该直线度的因素影响后,所取零件的制造公差带仍可保证95.46%以上零件完全实现顺利的装配,而不会发生任何干涉现象,其零件实际尺寸分布范为见图3。
但是,在大多数中小型机械加工企业中,由于加工设备、手段相对落后,根本无法摆脱人的因素对零件加工过程的影响,往往所加工的零件大都呈现出最大实体状态。零件尺寸的分布范围包含在一种发生“变异”了的正态分布曲线内,外形只含正常正态分布曲线的一半(见图4)。由于操作者唯恐所加工零件超差给自己带来的经济损失,无论加工的零件是轴还是孔,为保证零件实际尺寸维持在公差范围内,或者即使超差也留有补救的余地。零件的实际加工尺寸,人为的向最大实体状态逼近,形成加工零件的尺寸全部向公差0线靠近,势必造成装配零件之间频繁同时出现最大实体状态,俗称尺寸“0对0”现象,或者其间隙特小很难装配。由于大量的零件在装配过程中发生干涉,不但严重影响生产进度,产品装配、返修成本也会大大增加,给企业造成不必要的损失。
装配过程中相互配合零件出现尺寸“0对0”时,再加上直线度、柱度等因素构成“综和公差”的存在(尤其对轴、孔类零件),此时的装配状态已由理论上的“间隙配合"变为“过盈配合”。装配困难或者根本无法实现装配,也就不足为怪了。
为了从根本上解决此类普遍存在的难题,特建议:在保证所查到的公差带最小实体不变的前提下,根据所加工零件机床所达到的精度等级,确定其“综和公差”带宽度(设为δ),把原配合零件的最大实体尺寸再各自削减掉尺寸不小于δ/2的实体。对零件公差带作出必要的调整后,上述实体尺寸分布范围见图5。图中ES、EI分别为基孔/轴制零件上下偏差的绝对值。只要其“综和公差”带宽度δ制定的合理,上述装配过程中的难题即可迎刃而解。无论所加工零件的批量大与小、机床的精度高与低,都能实现绝大多数机械零件的顺利装配。

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