袁凌云 袁仲冬子（安工程）
安徽江淮汽车集团股份有限公司（230022）
摘要：在纵梁冲孔模具制造时常涉及许多机械加工的高精度零部件，而冲头就是该模具中最关键件之一。机加工过程中常有许多因素影响工件的最终加工质量，从而影响整体模具的使用性能。如何使冲头加工达到质量要求，减少加工中各种因素对加工精度的影响，就成为加工前必须考虑的问题，也就是要对影响机械加工精度的因素进行分析，并在加工过程中进行跟踪控制，从而减少加工误差，提高产品合格率，以保证纵梁冲孔模具整体装配精度，满足其使用性能！
关键词：冲头 质量 分析 过程控制
一、纵梁冲孔模具的作用和结构组成
纵梁是车架的重要组成部分，更是汽车底盘的重要脊柱。由于汽车整体设计和装配的需要，每一根汽车纵梁上均需要加工几百个Φ8mm-Φ40mm不同孔径的孔。而纵梁冲孔模则可以加工出正常车型的大部分孔，故此纵梁冲孔模的制作质量就直接影响纵梁的孔位质量，影响汽车底盘相关配件的装配精度，从而影响汽车底盘的整体使用性能，因此该模具在汽车制造过程中尤为重要。
1、纵梁冲孔模具的结构组成
车架纵梁冲孔模制造过程较为复杂，长度一般在6米到11米不等，通常需要制造周期为4个月左右。其机加工零部件通常有冲头、圆凹模及凹模镶块等近千件加工件组成。该模为非标设计制造，制造时可能出现设计缺陷，部件加工过程出现尺寸偏差，零件加工后达不到图纸技术要求等质量问题，最后钳工装配时可能产生各种问题，从而影响模具的整体装配质量。冲头为冲孔模具制造过程中的关键部件，其加工质量将直接影响整副模具的制造精度，故本文将以车架纵梁冲孔模具为例，重点讲述冲头制造过程中的质量控制。
二、冲头的工作原理和工艺要求
1、冲头简介
冲头是安装在冲压模具上的金属零件，应用于与材料的直接接触，使材料发生形变和裁切材料。模具冲头材质一般采用高速钢和铬锰钢等，有高速钢冲头和铬锰钢冲头等说法。冲头安装在模具后在压力机的作用下直接与材料（金属或非金属）接触，使材料发生分离或塑性变形，从而获得所需形状的零件。
如图d1为定位配合面；d为保证凸、凹模间隙所确定的尺寸；L1尺寸表示在冲头的长度上要求一致；螺纹M-6h精度要求6级，材料Cr12MoV，热处理HRC56-59，其中尺寸55范围内淬火HRC30-35，淬火过程中必需保证，装配过程中需将螺纹部分拼紧，保证C面与相应面贴紧。在淬火工艺上要求两种硬度是为了保证冲头刃口的锋利和螺纹处的韧性，提高螺纹的承载强度。
三、冲头在制作过程可能出现的质量问题
1、设计问题
以Φ13.2mm的冲头为例：该冲头尾部Φd1为Φ20mm，设计公差配合为m6，为Φ20+0.008+0.021，与其配合的凸模固定板孔尺寸公差为Φ20+0+0.021,这样当冲头淬火后可能产生尾部螺纹变形。如果磨加工后，冲头为上差，固定孔为下差，产生过盈配合无法装配。
2、原材料锻造问题
加工冲头的棒料需要锻造，锻造时温度若控制不准，锻出的棒料会出现裂纹。大的裂纹加工前可以检查出来，小的裂纹在加工过程中可能发现，但微裂纹加工时很难发现，如果出现此问题就需再重新备料加工，影响加工时间、增加制造成本。
3、机加工问题
（1）车加工是冲头制作的第一道工序，其质量控制的精度直接影响到后续工序的加工和冲头的最终质量。在此过程中经常会出现两头中心孔不规范，大小不标准，中心孔深度不够，同轴度差，外径余量留的过小等，这些都可能造成冲头淬火后中心孔变形、冲头变形，导致冲头外圆局部无法磨出而报废。另外，粗加工的表面质量好坏也影响淬火时的应力均匀分布，可能导致冲头产生裂纹造成报废。
（2）铣加工主要加工冲头的四个对称调整槽，加工时可能会出现冲头圆周上的四个槽不对称、槽深不一致，使用时作用力不均匀、容易打滑，同时槽过宽或深度过深，会影响到冲头的整体强度。
（3）磨床工序为装配前最后一道工序，是冲头精加工工序。该工序需严格控制冲头的尺寸精度、形位公差尺寸和工件的表面质量。
①冲头的头部尺寸为ΦD-0.0150，尾部固定尺寸为Φd1(k6)+0.0020.015mm，表面粗糙度为0.8。这道工序加工时尺寸需严格控制在公差范围内，并确保表面粗糙度0.8。如果尺寸超差会使冲出的孔有毛刺，缩短使用寿命，影响车架纵梁产品质量。表面粗糙度达不到0.8，冲头使用过程中易产生拉毛，缩短冲头的使用寿命，冲出的产品会出现较大毛刺。
②冲头尾部固定端Φd1也非常重要：尺寸大，装配间隙小，装配时易咬死，冲头拆不下来；尺寸小，装配间隙大，冲头装配固定不牢，冲孔时容易折断。
③形位公差：Φd1端面与冲头中心线的端面跳动为0.006mm，冲头部Φd与冲头中心轴线同轴度为Φ0.008mm，与中心轴线的垂直度公差为0.01mm。Φd1端面跳动超差会造成冲裁时端面受力不均衡冲头易折断；冲头部Φd垂直度和同轴度超差会导致冲头歪斜，冲孔位置不准确，冲头易折断。
4、热处理的影响
热处理工序是影响冲头强度和使用寿命的重要的工序，在热处理过程中可能会出现冲头部分不能控制在HRC56-59°，硬度过高冲孔时容易碎裂，硬度过低，冲孔时产生钝口、弯曲无法冲出；表面过烧冲头表面出现凹坑磨床磨不出，淬火时冲头变形造成工件磨不出。尾部螺纹部分淬火后需退火至硬度为HRC30-35°，过高在装配、使用时容易断裂，特别是在使用过程中断裂造成断件不易取出，维修困难；硬度过低会导致螺纹强度不够，工作时冲头易拉出造成事故。
总之，由于冲头在模具使用中的重要性，在冲头加工涉及的工序中，产生的质量问题会影响到冲头的整体质量和使用性能。通过以上的分析，冲头加工过程中质量问题主要表现为以下几方面：① 车、铣加工过程复杂，没有过程标准可以依据，缺乏跟踪检验及过程质量控制，忽视了其对后续工序的影响。②磨床工序尺寸公差的控制不符合工艺要求。③热处理工序淬火硬度影响冲头的使用寿命及其冲裁性能，要工艺规范较小的淬硬范围。
四、加工过程的质量控制
针对以上制作过程中各工序质量问题，在每一道工序采用相对应的方法严格控制，减少装配和使用过程中冲头断裂。
1、设计上与工艺、设计人员沟通，将冲头Φd1尺寸修改Φ20+0.008+0.021，将在装配时可能产生的间隙过小、过盈配合问题解决。
2、原材料来料检验外观有无裂纹，加工后的工件除检验形状尺寸外，还需检验外观有无裂纹，从源头杜绝不合格品，避免和减少淬火后出现工件开裂现象。
3、合理编制机加工过程卡，严格按编制的机加工路线进行加工。
4、车加工工序不仅要做好首检、过程检验和终检，更重要的是操作工选用正确的中心钻：中心钻选用Φ2mm直径，统一中心孔深度。加工过程中严格遵守车加工工艺，首件检验各项外形尺寸及形位尺寸，外径余量控制在0.4-0.5mm，超差的做返工或报废处理。
5、铣加工加工过程中严格遵守铣加工工艺，首检时用专用检验样板对冲头圆周上的四个槽大小及深度进行检验，合格后方继续加工。
6、热处理工序冲头部分硬度全检，将硬度严格控制在HRC56-59°之间。尾部螺纹退火后，硬度控制在HRC30-35°，过高或过低的挑出做返工处理，检验合格后方可进入下道工序加工。
7、磨削时按照磨削工艺进行，精磨的进刀要小，每次进刀为0.01mm；磨削过程中冷却要充足，防止热变形对工件尺寸造成的误差。磨削加工中要注意及时修整砂轮，保持砂轮的锐利，防止砂轮钝化后工件表面滑擦、挤压造成工件表面烧伤，强度降低。将加工完毕的冲头外形尺寸检测合格后再采用两顶针的方法检测其同轴度和端面跳动量，严格控制其尺寸公差范围内。
五、效果验证
经过上述系列的过程质量控制，冲头加工合格率达到100%，模具装配完成后检验一次合格，试模定位可靠，落料流畅，无异响、毛刺，生产的产品完全满足产品质量要求。
六、结束语
实践证明，良好的机加工过程控制，可以有效减少零件超差、报废，有效提高模具的一次成功率及使用寿命。
参考文献
1.《机加工工艺分析与编排》
2.《金属切削手册》
3.《机械检验实战指导》
4.《模具的设计与制造》
5.摘录自《机械工人》“冲压原件的加工工艺分析”