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第三章 

汽车前轴用主要模具质量控制方法………………………21

3.1汽车前轴生产所用的模具概况………………………………21

3.2模具的使用保养………………………………………………21

3.3模具返修工艺规程……………………………………………23 

3.4防止模具开裂措施……………………………………………25 

第四章 

全文总结……………………………………………………26

致谢…………………………………………………………………27

参考文献……………………………………………………………28

第一章 

绪论

1.1课题来源研究目的和意义 

随着汽车产业的迅猛发展，汽车前轴也得到了快速发展。

新产品新型号不断涌现。

当然前轴质量也面临着新的考验。

汽车前轴（亦称前梁）是汽车底盘中的重要构件,由于它在运载当中承受剧烈地冲击载荷,经受较大弯曲、扭转等复杂负荷产生交变应力,易导致弹性和塑性变形。

为避免车毁人亡的恶性事故的发生,从而对前轴的制造技术要求越来越高,颇被汽车行业所重视,国外把其称作“保安件”。

汽车前轴属长轴类锻件，其几何形状复杂，又是汽车上承受载荷较大的重要部件之一，要求具有较高的强度和疲劳寿命，其成形工艺、模具的设计制造都较为复杂。

由于市场竞争日趋激烈，汽车行业对产品的质量要求越来越高，同时又要求产品的开发周期尽可能短，这就对汽车配套产品的生产厂家提出了更加苛刻的要求。

企业必须注重技术进步、提高管理水平和生产效率，具备快速响应市场竞争的能力。

近年来，从市场反馈得知汽车前轴在使用过程中出现了很多质量问题。

如外观质量差、磨损严重，变形甚至断裂。

这无疑给用户带来了麻烦，给市场带来了不良影响，也给自己带来了经济损失。

所以汽车前轴的质量应得到加强提高，来满足日异月新的汽车市场。

这就要求汽车前轴制造商应加强质量控制。

汽车前轴质量的提高，除自身的外观质量，使用性能外，与制造所用的模具质量也息息相关。

模具质量的提高能很大程度保证和提高前轴的外观质量。

模具的质量选材、热处理、加工等有关。

目前，国内汽车前轴普通存在质量问题表现在外观、使用性能上。

模具普通存在的问题主要表现在材料选择上，热处理工艺上，旧模具的返修问题上。

国外先进的汽车前轴生产商，在材料选择上很严格。

决不使用劣质模具，并且每一套模具都有一定的使用寿命，这也是我们借鉴的地方之一。

因此，本课题将主要研究汽车前轴产品质量及其主要生产模具的质量控制方法，建立一套实用的汽车前轴及其模具质量检测、控制体系及方法。

以此促进本厂汽车前轴产品及主要模具质量的提高，为汽车的安全性、稳定性作贡献。

1.2汽车前轴产品质量要求概述 

汽车前轴作为汽车保安件，其质量要求很高。

首先是外观质量，决不允许有折叠、裂纹等锻造缺陷存在。

在进行100%磁粉探伤检验，决不允许有淬火裂纹存在。

去飞边毛剌，沿金属流向打磨。

特别是出口产品对局部充型不满或消除裂纹后有缺陷的产品不允许补焊。

国内产品补焊条件也很严格。

只允许少量补焊钢板位缺陷等不是关键项目的部位。

外形尺寸及机加尺寸要求：

外形尺寸中，拳头、弯勃、背筋、工字梁及过渡R弧等部位都必须达到设计要求。

机加中主销孔孔径、中心距、中心线、主销孔壁厚等要求都高。

强度要求：

表面金属组织〈离表面1-4mm范围〉1-4级，心部金相组织（离表面≥20㎜）1-6级。

机械性能：

冲击韧AK≥55J。

抗拉强度：

924MPa≤Ó

b≤1090Mpa。

任选5件为一组做疲劳试验，最低寿命30万次以上，中值寿命在70万次以上为合格。

油漆及包装要求：

上黑色炳烯酸底漆或按厂家要求上漆，漆膜厚度大于25μM，并且要均匀。

不允许有漏漆或漆垢存在。

入库、运输须有专用货架，避免碰伤、淋雨。

1.3汽车前轴生产用模具质量要求概述 

汽车前轴生产工艺多为模锻或复合工艺，不管哪种工艺都是在高温下成形，所以其模具必须用耐热模具钢，一般选用5CrMnMo或5CrNiMo。

这两种钢都很好的红硬性。

耐高温、耐磨、抗打击。

热处理要求：

粗加工前必须淬火和高温回火，模具硬度在HRC36-42之间，达到耐磨抗拉，又易加工。

设计要求与加工：

汽车前轴型号上百种，每一种都需要一种整套模具。

这就要求模具设计者必须设计出精准模具。

如果模具型腔设计或加工不准，做出的前轴也达不到图纸要求，所以加工与设计同样重要。

设计者必须保证设计精准。

加工者必须保证加工精准，必须符合符合设计要求。

返修及报废要求：

返修要求每生产一个班，必须对模具进行返修、抛光。

报废要求：

模具使用寿命已到，或寿命未到时，表面严重磨损或损坏严重，无法修复或修复后不能满足产品质量要求时应报废处理。

1.4课题任务 

按照课题进度计划，首先明确汽车前轴及其模具的质量控制的具体目标及技术需求，然后有针对性地研究技术改进具体措施，最终完成汽车前轴产品质量控制体系建设并制订主要模具制造工艺的规范文件及质量检验标准。

1.5本章小结 

本章主要介绍了课题来源、目的和意义，汽车前轴及其模具的质量要求，以便于有针对性的提高质量控制方法。

汽车前轴制造工艺及质量控制方法

2.1辊锻成形工艺 

汽车前轴成形辊锻工艺日趋成熟，特别是近几年，前轴生产逐步采用整体辊锻模锻复合工艺，它是成形辊锻工艺基础上，引入模锻工艺，原理上汲取各自优点，但组成优于两者的新工艺，该工艺适用于各类轻、中、重型汽车前轴锻件的生产。

为少投入、高质量、大批量生产复杂类汽车零部件探索了一条新途径。

1、汽车前轴成形辊锻工艺 

（1）下料采用H4032带锯条下料。

（2）加热 

采用KG250-5型中频感应炉加热。

（3）成形辊锻 

采用E42-1000辊锻机，进行制坯、预成形、终成形三道次辊锻或四道次。

（4）弯形局部整形采用8000T磨擦压力机整体弯形、整形。

（5）切边采用6000T摩擦压力整体切边。

（6）热校正采用3000T磨擦压力机整体热校正。

该工艺将圆钢通过制坯、预成形、终成形三道次辊锻制成带飞边直坯锻件，然后通过局部整形、切边、弯形、热校正完成锻件生产，从而达到工艺要求的几何尺寸。

2、下料是将原材料切割成所需尺寸的坯料。

3、锻造所用的原材料种类繁多，有各种钢号和非铁金属，有不同的截面形状，不同的尺寸规格，不同的化学成份的物理学性质等，所以下料方法是多种多样的。

4、辊锻工艺辊锻前轴一般利用圆钢作为初始材料，直径和长度都是设计出来的。

5、不同型号前轴所需圆钢尺寸不一样。

6、因辊锻工艺所需圆钢长度精确，端面平整，所以辊锻工艺采用锯床下料。

但存在生产率较低、锯口损耗较大等缺陷。

2.1.1加热 

在锻造生产中，金属坯料锻前一般均需加热，其目的是：

提高金属塑性，降低变形抗力，使之易于流动成形并获得良好锻压组织。

因此，锻前加热是整个锻造过程中的一个重要环节，对提高锻造生产率，保证锻件质量及节约能源消耗等都有直接影响。

圆钢加热主要采用电加热。

电加热是通过把电能转变为热能来加热金属坯料。

其中有感应电加热，接触电加热，电阻炉加热和盐浴加热等。

辊锻工艺要求加热速度快，加热质量好，温度控制准确，金属烧损较少（一般小于0.5%），故一般采用感应加热。

并且感应加热还具有操作简单，工作稳定，便于和锻压设备组成生产线实现机械化一自动化，劳动条件好，对环无污染等优点。

感应加热的原理在感应器通入变电流产生的交变磁切作用下，金属坯料内部产生交变涡流。

由于涡流发热机磁化发热（磁性转变点以下）便直接将金 

属坯料加热。

坯料进行感应加热时，内部产生的流密度沿断面分布是不均匀的。

中心电流密度小，表层电流密度大，这种现象称为趋肤效应。

由于趋肤效率效应，表层金属主要是因电流通过而被加热，心部金属则靠外层热量向内传导加热。

对于大直径的坯料，为了提高加热度，应选用较低电流频率，以增大电流透入深度。

而对小直径的坯料，由于截面尺寸较小，可采用较高电流效率，这样能够提高电效率。

在锻压生产中，主要用中频感应加热（f=500－10000赫芝）辊锻制坯皱形。

辊锻工艺采用的锻压设备称辊锻机；

其结构与两辊式轧机相似，具有一对转速相同、转向相反的锻辊。

辊锻辊模固定在锻辊上，电动机径带，齿轮副和减速后，再通过齿轮副带动上下锻辊作等速反向的旋转。

通常，在辊锻机上还有磨擦离合器和制动器，以获得点动、单动、连动等多种操作规范。

弯形整形。

此工序是锻件终锻成形的关键工序，为使锻件弯形到位，充型饱，故需要较大吨位的设备，一般选用6300T磨擦压力机。

磨擦压力机具有锻锤和压力机的双重工作特性。

螺旋压力机在工作过程中带有一定的冲击作用，滑块行程不固定，这是锤类设备的工作特性；

但它又是通过螺旋副传动能量的，在金属产生塑性变形的瞬间，滑块和工作台之间所受的力，由压力机封闭的框架承受，并形成一个封闭的力系，从而达到终锻要求。

弯形、整形采用复合模具，一边弯形、一边整形利用磨擦压力机可在一个型槽或两个型槽进行多次打击弯形的特点，从而完成先弯形后整形工序。

切边、热效正工序一般都采作1600T的磨擦压力机，工作原理如同上工序。

2.1.2本工艺过程中存在的主要质量问题 

辊锻工艺制造汽车前轴有很多优势。

能大批量生产，且转产快，前轴金属沿纵向流向，强度高等，但也存在很多质量问题。

下料时存在的主要质量问题：

料坯过长或短。

过长造成浪费；

过短造成充型不满，甚至报废。

料坯有时会锯斜，也会造成充型不满，不同型号前轴的材质也可能不一样，如果材质混淆，热处理时会造成开裂。

加热时存在的质量问题：

锻造的温度一般在800-1200摄氏度。

温度过低，不但坯料展不长，还易损坏设备。

温度过高，易造成过热或过烧。

辊锻制坯时存在问题：

调试时废品多，正式生产时也易充型不满，甚至错模。

三道次料坯后也易造成过长或过短，甚至弯曲、缠辊。

废边过大或过小。

弯形、整形存在的质量问题：

弯形不到位，有时压入废边，中心线未对正，错模，不易脱膜。

切边时存在质量问题：

废边未切掉或切伤。

热校正存在质量问题：

未校正，不易脱模。

2.1.3质量控制方法及改进措施 

产品质量是生产出来的，不是检验出来的。

所以想把产品质量控制好，还得从生产工序源头抓起。

对每工工序，都应有具体的质量管理办法。

1、钢材投料管理办法 

为了规范钢材投料程序，加强原材料质量控制，提高前轴等锻件内在质量，针对钢材投料环节的管理作如下规定：

合格供方钢材：

（1）合格供方内钢材应经质量部裣验员检验合格后方可投入使用。

（2）每季度抽取一种合格供方内钢材做金相、理化及台架试验，三年内覆盖所有钢材型号。

（3）困新产品开发需要的新牌号材料钢材或新增钢厂的材料，称为新进钢材。

属新进钢材从合格供方以外的厂家一次性购买临时采购时，必须严格履行会签、审批手续。

（4）试生产件从下料、辊锻、热处理到机加工都应做好标识，防止混料。

（5）试生产件应严格检测淬回火硬度，并进行100％磁粉探伤。

（6）试生产件机加工后抽取3件进行台架疲劳试验及金相组织分析，质量部根据最终检验结果出据报告，并对该批材料作出判定，若合格投入生产，不合格退货，责令供方整改并验证落实后重新送检／试产。

（7）合格供方内产品出现批量性质量问题后，暂停使用该供方产品；

对方更改材料质西文及工艺后申请恢复供货时，按新进钢材对待，严格进行所有项目的检验和试验。

2、不同材质钢材色标规定 

钢材入库时所有圆钢均需由库管员用油漆逐支涂材质色标。

色标用“Ⅰ”表示，涂在圆钢端面上，色标不能覆盖原钢材的材质标签。

不同色标分别代表不同材质：

红色=42CrMo；

天蓝色=40Cr；

白色=50#；

黄色=50# 

对于材质不清的圆钢由质检员分选。

3、锻造钢坯加热温度的控制 

（1）由于钢加热时会出现不同的火色，因此可对钢的加热温度采取目测火色，再与标准颜色图谱对照的方法来判定钢坯的加热温度。

（2）目测火色判定加热温度的方法 

温度越高，火色越浅且亮；

温度越低，火色越深且暗目测钢坯的加热温度时要注意现场光线的强弱对火色的影响。

现场光线较强时，火色会相对而言偏暗；

现场光线较弱时，火色会相对偏亮；

刚开始使用色卡比较目测温度时，可用红外线测温仪进行校对，逐步掌握使用方法。

目测温度只是一种近似方法，对有经验的师傅来说，目测误差不大，一般可准确到±

（20-50）℃

2.1.4锻件的质量控制与规定 

1、锻件质量检测工作流程：

操作者自检-→检验员巡检-→车间完工检查-→质检站专职检验员抽检-→合格-→转序/入库；

操作者自检-→检验员巡检-→车间完工检查-→质检站专职检验员抽检-→不合格-→填写“不合格品报告/处置单”、报送质管部及技术部门-→产品返工-→重新检测

2、料坯锯切加工具体尺寸按《下料通知单》，防止因装夹和操作不当而产生不合格品。

3、坯料加工完毕，应按生产钢厂的规格型号分类码放在料架上，并在钢坯上作好生产钢厂代号标识、材质、规格型号及炉号代号，防止混用。

4、每次转产或更换新模具，车间应进行调试加工，经车间检验员检验合格后可指加工。

调试件检验不合格的，模（夹）具修整后应继续调试，直到产出合格产品。

5、操作者和车间检验员均应对首件毛坯实施检验。

每2小时抽检一次为1件，检验合格的，可继续生产；

检验不合格的，不允许继续生产。

2.1.5前轴锻件完工检验项目

不得有过烧、折叠、裂纹等缺陷；

热处理硬度；

头部外径 

；

头部对钢板弹簧座中心扭曲度；

两头部测理中心距；

拳头轴心线内倾角；

钢板弹簧座宽；

钢板弹簧座中心对前轴两端瓜头中心线的偏移；

钢板弹簧座上凸缘厚度；

钢板弹簧座下凸缘厚度 

锻件在全长的错移量 

目测；

残余飞边；

去飞边时不得有台阶；

钢板弹簧座下边缘至瓜头上加工线距离，保证上、下加量均匀；

工字部分宽度（上边缘）；

工字部分宽度（下边缘）；

限位凸台相对主销孔中心线的位置（用样板）；

局部充型不满，在热处理前允许焊补，焊补后必须打磨以消除焊补痕迹；

另外，在填写检验记录表时，采用样板检查的项目合格打“√”，不合格打“×

”。

目测项目合格打“√”，不合格打“×

上、下加工量数据合格打“√”，不合格打“×

其它项目以数据表达。

2.1.6关键项控制要求 

锯料保证长度中频加热温度控制在1130—1150辊锻初成形、打弯、终锻：

保证无明显充型不满，无折叠刮伤，锻件表面平整圆滑。

切边：

保证飞边高度小于1.5mm、整齐、无过切。

热校正：

保证中心线偏移量不大于2，保证锻件压型尺寸公差。

2.1.7质量改进措施及具体质量目标

在现代经营环境中，企业的竞争呈现出日益加剧的趋势，顾客的需要和期望也处在持续的变化之中。

在这种情况下，持续不断的质量改进已经成为组织在激烈的竞争中生存和发展的关键。

质量改进是消除系统性问题，对现有的质量水平在受控的基础上加以提高，使质量达到一个新水平。

从而不断提高顾客的满意度。

质量改进通过不断采取纠正和预防措施，增强企业的质量管理水平，配合日常的检验、试验、调整和配备必要的资源进行质量控制，来消除异常波动，使产品质量不断提高并且维持在一定水平。

质量改时过程不是一次性工作，要遵循PDCA循环的原则，即策划（Plan）、实施（Do）、检查（Check）、处置（Act）。

因果图的构成：

因果图是质量改进工具措施之一，由质量问题和影响因素两部分组成。

图中主干上的大枝表示影响因素大的分类，中枝、小枝、细枝等表示因素的依次展开，构成树状图形。

如下图所示 

：

因果图的作图步骤：

确定待分析的质量问题，将其写在右侧的方框内，画出主干，箭头指向右端。

确定该问题中影响质量诸因素的分类方法。

在分析工序质量问题时，可按其影响因素——人、机、料、法、环分类；

作图时，依次画出大枝，箭头从左到右斜指向主干，然后在箭头尾端写上因素分类项目 

将各类项目分别展开，图框的中枝表示各项目中造成质量问题的一个原因。

作图时，中枝平行于主干，箭头指向大枝，将原因写在中枝的上下方。

将原因展开，分别画小枝。

小枝是造成中枝的原因。

依次展开，直到能提出解决措施为止。

分析图上标出的原因，找出主要原因，作为质量改进的重点。

注明因果图的名称、绘图者、绘图时间、参加分析人员等。

因果图的作图要求及注意事项 

确定的质量问题应尽量具体，必须是一个问题，如某一质量特性达不到要求。

进行因素展开，确定大、中、小原因时，要充分发扬民主，集思广益，把各种意见都记录下来，不能凭个人想象“闭门造车”。

原因的分析要扣紧问题，针对性强，原因分析展开要细到能采取措施为止。

主要原因一定要指出。

主要原因的确定可采用排列图法、举手表决或从专业技术角度分析等方法得出。

为了美观图形，大原因分枝线与主干线之间的倾斜角度约为6 

0度。

图画好后要到现场落实要因项目，订出措施，措施实施后，与排列图结合，检查其效果。

注意大、中、小枝之问的关系。

大枝是中枝的结果，中枝是大枝的原因；

中枝是小枝的结果，小枝是中枝的原因；

依次类推，避免因果倒置（最好结合系统图法分析原因）。

辊锻工艺影响产品质量因素很多，人、机、料、法、环，测量系统，都是影响产品质量的因素。

所以应用适用于重大或主要质量问题分析因果图来从诸多因素中，找出质量问题的原因，确定因果关系，以便实施质量改进。

根据质量部统计的质量问题的数据，利用因果图很容易找出造成充型不满的主要问题在于模具质量。

实践也证明，一套模具制造出来后，虽然完全符合图纸要求，但试产时的产品达不到图纸要求很容易造成废品。

所以对辊锻工艺来说，除了工艺仍需不断完善外，提高模具设计质量是提高产品质量的关键措施，并且能指导过程控制，不断完善工艺。

充型不满是目前辊锻工艺存在的主要质量问题之一，充型不满易造成废品，所以废品率[（废品总数/锻件总数量+废品总数）*100%]是辊锻工艺的主要质量目标。

由于辊锻工艺得到不断得完善，湖北三环车桥有限责任公司锻件废品率目前定位≦0.68%。

2.2热处理工艺过程及其质量控制 

热处理之前必须彻底消除折叠、裂纹、毛刺等缺陷，允许焊补的先补焊并且消除补焊痕迹，打磨底面切边残余飞边要求打磨圆滑。

热处理前对板簧座四角及拳头上下部位周边的局部可补焊；

对于板簧座内侧的左右四处加强筋，若断面中稍有缺肉也可补焊，靠近断面上下部位（工字上下部位）不允许补焊；

补焊部位必须打磨平整或圆滑（补焊必须在热处理前进行）。

由于锻压成形过程锻件各部分变形程度、终锻温度和冷却速度的不一致锻件冷却后在内部就会存在组织不均匀、残余应力和加硬化等现象。

为了消除上述不足，保证锻件质量，锻后需要进行热处理。

锻件热处理的目的是：

（1）、调整锻件的硬度，以利锻件进行切削加工。

（2）消除锻件内应力，以免在机械加工时变形。

（3）改善锻件内部组织，细化晶粒，为最终热处理作好组织准备。

（4）对于不再进行最终热处理的锻件，应保证达到规定的机械性能要求。

锻件最常采用的热处理的方法有：

退火、正火、调质、高温回火和等温退火等。

2.2.1热处理工艺过程 

采用推杆式热处理调质生产线，淬火炉功率为504KW，回火炉功率360KW，电阻丝材质采用25Cr20N，加热元件采用3³

30/2³

20电热带Cr20Ni80，电器控制总柜为PRC自动控制。

按此过程进行进行正火、淬火、回火达到热处理工艺要求。

热处理之后进行喷丸、冷校正、半成品打磨、磁粉探伤。

2.2.2本工艺过程中存在的主要质量问题 

热处理过程控制难度大，所以产品质量存在不稳定性、波动大，主要质量问题有：

加热温度，回火时间与工艺要求不符：

淬火或回火硬度抽检不合格；

淬火开裂；

偏头、矫曲、加工量中心线超差；

漏探伤。

2.2.3质量控制方法及改进措施 

锻件热处理是按一定的热处理规范进行的，根据锻件钢种、断面尺寸及技术要求等，并参考有关手册和资料制订。

其中内容包括加热温度、保温时间及冷却方式。

普通钢材45#或50#热处理工艺：

淬火温度840°

—850°

，保温时间98分钟；

回火温度550°

-560°

，保温时间110分钟，硬度要求HB241-285。

40Cr热处理工艺方法：

40Cr热处理硬度要求为HRC24-28，转轴的热处理按以下工作执行。

硬度要求为：

40Cr材料，调质后HRC24-28 

热处理工作：

正火：

850±

10°

保温85分 

空冷 

淬火：

850°

±

水冷 

回火：

620°

保温120分 

42CrMn前轴热处理工艺方法：

保温90分 

空冷

淬火：

介质冷

42CrMn前轴硬度要求为：

HB285-333，为保证回火硬度在要求范围内，回火温度可在-10—＋30°

C之间调整。

出口产品：

一般材质也为42CrMn热处理工艺方法：

840°

PAG介质冷

580°

42CrMn

前轴硬度要求为：

HB285-333。

喷丸热处理工艺方法：

锻件热处理后出厂前进行表面抛丸处理，抛丸表面覆盖率>

100%，抛后检查发现的表面缺陷允许打磨消除，涉及底面打磨时，需补抛一遍。

喷丸时间40分钟，