(进口dievar是什么材料)热冲压成形模具设计要点概述

2022-03-17 18:15:08 资讯

勤奋是获得成功的基本，信息内容是获得成功的助推，共享技术性干货知识，沟通交流瓶颈问题；散播有看法的新闻报道，有动能的信息内容。让越多人掌握汽车制造业的关键点！

一热冲压成形简述

热冲压成形钢，也称硼钢，在碳素钢中加入少许的B原素可以增强厚钢板的切削性能，而且B的增加可以延迟金相组织和铁素体的发生，有益于得到板条形奥氏体机构。热成形厚钢板普遍的成份管理体系有Mn-B、Mn-Mo-B、Mn-Cr-B、Mn-W-Ti-B等，如表1所显示。22MnB5是热冲压成形厚钢板中更经常使用的钢材牌号。22MnB5典型性成分如表2所显示，图1是22MnB5热冲压成形厚钢板的CCT曲线图。因世界各国每个炼钢厂生产线不一样，世界各国每个炼钢厂的22MnB5成份会稍有一些差别，CCT曲线图也会稍有差别。近些年，中国发生Mn-B系基本上加上Mo、Nb、V等原素，提升热成形钢的抗氧化、斜角弯折特性、耐延迟时间裂开等特性，获得了不错的实际效果。热冲压成形钢的抗压强度等级有500、1000、1500、1800、2000MPa等。

表1 热冲压成形钢普遍成份管理体系

表2 22MnB5典型性成分（Wt.%）

图1热冲压成形钢22MnB5的CCT曲线图

热冲压成形是将冲压技术性和热处理工艺技术相结合的家具板材成形技术性，是热冲压成形厚钢板在热、力、改变藕合下的繁杂成形全过程，图2为热冲压过程中热对流、结构力学、改变相互影响图，热冲压成形全过程，恰好是那样一个板材内部结构温度场、应力场、改变与此同时并存，相互影响的变动全过程，对板材在成形全过程中的流动性、形变等导致危害。如高溫下的形变量会对马氏体变化造成危害，在800℃下形变10％～30％的变形全过程促使C曲线图偏移，并使临界值冷却速度提升至50℃/s，（如下图3所显示）。图4所示为奥氏体改变逐渐溫度（MS）与内应力的对应关系。当应力从100MPa做到400MPa时，奥氏体变化逐渐溫度从380℃提升到560℃。与此同时，热冲压成形全过程中不一样环境温度下厚钢板的成形極限、流动性内应力本构模型、厚钢板与模具间摩擦阻力区别非常大。因而，热冲压成形后特性、规格除与热成形厚钢板相关外，还与热冲压生产流水线、模具、热冲压加工工艺等要素有关。

图2 热冲压成形全过程中热-力-改变的相互影响

图3 800℃形变10％～30％后的CCT曲线图图4奥氏体变化逐渐溫度与内应力关联

二热冲压成形模具设计方案关键点

热冲压成形模具中厚钢板历经锁模、高溫成形、热处理、隔热保温、出模的全过程，热冲压模具设计方案主要包含模具型面设计方案、模具冷却系统开发和模具产品结构设计等。热冲压成形批量生产模具设计流程如下图5所显示，选用autoform、pam stamp2G等系统开展对热冲压成形全过程开展迅速成形仿真模拟和冷却全过程仿真模拟，运用热冲压成形厚钢板的高溫流变性曲线图、高溫摩擦阻力、FLD等参数开展成形仿真模拟，选用Fluent、Ansys等系统开展模具冷却实际效果仿真模拟，确保热成形模具长期性工作中热稳定性。这一全过程具体是热学、材料学藕合仿真模拟。将模拟結果做为模具方案设计确认的重要环节。

图5 热冲压成形批量生产模具设计流程

热冲压成形模具型面设计方案关键点如下所示：

（1）模具型面关键却决于商品数据信息，并依据顾客对零件的技术标准，制订适宜的模具加工精度和尺寸公差，并应考虑到热涨冷缩及回弹力的危害，对模具型面采用适合赔偿计划方案；与此同时热冲压厚钢板高溫时摩擦阻力大，高溫成形时便于裂开，因而，热冲压模具型面通常不设计方案拉深筋，针对繁杂成形零件，提升脱料设备用以操纵板材合理流动，确保热冲压成形特性。

（2）反边孔形变特点的变化设计方案。

（3）针对后面光纤激光切割时难以精准定位的零件，尽可能提升加工工艺凸模。

热冲压成形事实上厚钢板在热冲压成形模具中成形和热处理的全过程，热冲压零件的机构、特性和规格精密度能不能平稳地符合要求均与在模具中成形和热处理息息相关，热冲压成形模具应具有较好的冲压成形、热处理、长期性稳定性的工作能力。热冲压成形模具是热冲压成形加工工艺的关键技术。与此同时，热冲压成形模具操作温度在800℃上下至室内温度中间，操作温度高，并必须承担热冷的大幅度转变。因而，采用适合模具原材料、有效设计方案冲压模面、有效设计方案冷却系统软件才可以确保板材在模具中迅速匀称冷却。

2.1

热冲压成形模具原材料

热冲压模具在运行时要与此同时承担热冷交替变化、冲击性、振动、磨擦等负载，与冷冲压模具原材料对比，热冲压模具原材料的服现役中遭受很大的冲击性、模具外表温度经常更替转变及其模具表层的高溫变软等原因危害，热冲压模具非常容易无效，造成模具使用期限减少，关键失效模式有损坏及其不断内应力的作用下形成的疲惫无效，二者均与模具原材料、模具设计方案与生产制造密切相关。损坏关键与模具的机构、强度及表层处理状况相关。热冲压模具在冲压全过程中得到的关键有三种内应力：冲压全过程的撞击力、试压热处理环节的试压工作压力及其在热冲压模具在全部生产周期中25℃-850℃的气温转变的内应力。热冲压模具工作中构件原材料需达到以下规定：（1）高的高溫抗拉强度和淬火可靠性：热冲压成形模具工作中表层必须长期与高溫厚钢板触碰，当800℃以内的厚钢板放进模具凹模时，型腔表层大幅度提温，表面造成压内应力和压应变力，这必须热冲压模具钢具有不错的高溫抗拉强度和淬火可靠性；（2）比较大的导热率、较小的线膨胀系数和较小的比热指数：在锁模试压全过程中根据含有冷却水路的模具对成形后零件热处理，为得到需要的物理性能和规格精密度必须将厚钢板的发热量带去和确保模具工作中环节中的精密度，模具原材料需要具备很大的导热率和较小的膨胀系数和比热指数；（3）高的热疲惫特性和断裂韧性，优良的耐磨性能：出模收件时，模具表层因为溫度减少而遭受拉应力功效，造成热疲惫等，而且热冲压全过程中模具钢承担很大的冲击性，必须较高的断裂韧性。为缓解冲压全过程中模具喷毛，模具钢还必须较高的耐磨性。（4）一定的耐蚀性：热冲压模具内冷却管路商品流通冷却水，为防止冷却水对模具生锈，因而规定模具钢具有一定的抗生锈性。德国进口开发设计的DIEVAR热冲压成形模具钢。DIEVAR模具钢是一种对H13钢开展提升后取得的钢材牌号，DIEVAR成分如表3所显示。表5为DIEVAR、ORVARSUPPREME、ORO 90 SUPERME、HOTVAR、VIDAR SUPERIOR热冲压成形模具钢抗淬火特性、热抗拉强度等特性值及应用。图6是DIEVAR等5种热冲压模具钢高溫抗拉强度，可以看得出，5种热成形模具钢均有较高的高溫抗压强度，在其中DIEVAR钢处在中等偏上。

表3 DIEVAR成分（Wt.%）

表4 5种热冲压成形模具钢特性较为

注：*列标值越大，表明特性越好

图6 5种热冲压成形模具钢不一样环境温度下的抗拉强度

2.2 热冲压模具分层

热冲压成形模具中安装了冷却管路，批量生产模具冷却管路的生产方法多选用打孔方法开展。为确保打孔工艺性能和确保冷却管路“随形遍布”、便捷模具生产制造和维护保养，通常对热冲压模具开展分层生产加工，而分得的镶块又必须开展整体热处理以得到匀称的特性，因而必须科学安排打孔、热处理工艺、机械加工制造等生产制造、机械加工工艺，完成生产流程的更优控制。在开展分层设计方案时留意下列标准：(1) 分层规格应适合，尽可能匀称，并应考虑到模具原材料厂商的标准尺寸，提议分层长短在200-300mm中间。(2) 分层时要防止内应力比较大的地区。模具镶块间的了解地区抗压强度相对性欠缺，便于损坏，以防危害模具使用寿命及成形精密度。(3) 分层时要考虑到冲压件的样子特点，减少冷却管路生产加工的难度系数，确保后面冷却管路生产加工工艺性能。(4) 凹凸模分层部位应分开10-30mm。若分层面处在同一部位，则会加重模具在分层处的损坏。图7为某型车辆B柱热冲压模具凸、凹模分层设计方案。图8为B柱热成形模座一块镶块，该镶块含有导向性、冷却系统软件、安裝孔和吊装孔等。

图7 B柱热冲压模分层设计方案

图8 B柱热成形模座镶块

2.3 冷却设备设计

热冲压模具冷却系统软件的设计方案需达到如下所示标准：

(1) 热冲压厚钢板的冷却速度超过奥氏体变化临界值冷却速率

热冲压厚钢板在料片迁移、锁模、冲压、试压全过程中，厚钢板的更少冷却速度应超过奥氏体变化临界值冷却速度，并且冷却速度越大，奥氏体机构越细微、匀称，热冲压件的綜合物理性能越好。

(2) 热冲压零件每个部位的冷却速率应维持一定的均衡性，降低同一个热冲压零件不一样部位处较大、更少冷却速率的误差

维持热冲压件每个部位冷却速率的均衡性，有益于热冲压后零件机构的均衡性，有益于热冲压零件规格精密度。

(3) 热冲压模具持续工作中在高溫条件下，应以模具表层遇热与排热处在平衡状态

长期性工作的热冲压模具消化吸收的发热量应立即的被冷却水带去，假如遇热和排热不处在平衡状态，模具一部分地区溫度持续上升，危害热冲压件的外形尺寸精密度和物理性能；另一方面导致模具表层变软，危害模具使用寿命。因而在设计方案模具冷却系统软件时，需确保模具长期性工作的热稳定性。

模具冷却管路的制定是热冲压模具设计方案的主要问题，冷却管路的设计品质可以直接危害的到模具的冷却高效率、冷却匀称性和稳定性。冷却管路的设计主要包含管路部位主要参数的确认及其管道直径和数量的明确。图8为热冲压模具按段镶块冷却水路平面图。冷却水路的生产方法在于镶块表层样子和打孔工艺性能。当商品为斜面时，可以选用2个方位打孔产生镶块冷却水路（如下图9、图10所显示）。

图8 热冲压模具按段镶块冷却水路平面图

图9 B柱门坎处上下角商品样子图10 B柱门坎处上下角镶块冷却水路打孔方法

同一工作中构件镶块间冷却管路布局计划方案分成直连式和曲折式二种。直连式冷却管路布局：基本上方式见图11。镶块间冷却管路立即中国联通，流水途径短，对模具的冷却效果非常的好，且模具机加工劳动量小。但对镶块间的密封性规定高，镶块热涨冷缩易造成冷却水产生泄露。曲折式冷却管路布局：基本上方式见图12。单独镶块出入水均在镶块底边，镶块间根据安裝定位板开展流水中国联通。此方法镶块与安裝定位板间选用O形密封环密封性，镶块顶端管接头用堵头密封性或电焊焊接密封性。此方法冷却水密封性效果非常的好，不容易产生泄露，但冷却流水途径长，气体压强损害大。

图11 直连式冷却管路布局图12 曲折式冷却管路布局

2.3.1 镶块内冷却设备设计规定

模具镶块中冷却管路关键规格有：冷却水路直徑Φ、冷却管路间隔a和壁厚距模具表层间距L，如下图13所显示。

图13 冷却水路规格平面图

冷却设备设计标准：冷却孔的具体位置和总量要在于模具表层的样子。需与此同时达到模具冷却作用和模具抗压强度。实际规定如下所示：

(1) 冷却水气体压强0.3MPa（3Bar）标准下须确保模具冷却出水量不小于300L/(m2*min)，设备设计进行后需要开展流动速度、总流量及镶块冷却实际效果CAE剖析。

(2) 相连管路中心线交角α。规定此交角尽可能贴近180°，更少不小于90°。

(3) 冷却管路直径Φ。规定冷却管路直径Φ=8～14mm。特殊情况Φ＜8mm时需开展模具冷却效果分析；Φ＞14mm时需开展模具刚度计算。

(4) 起冷却功效的邻近管路间隔a。邻近冷却管路间距a=8～20mm。设计时根据镶块局部受力受力情况和制件冷却效果进行选择。

(5) 管壁距模具表面距离L。冷却管壁距离模具表面更小距离L=8～15mm。根据镶块局部受力情况和制件局部冷却效果进行选择。

(6) 镶块端头起联通作用的管道间距a。由于镶块底部与安装固定板联通的孔簇要求尽量集中，此部位管道间距可满足。

2.3.2 镶块冷却管道加工要求

(1) 长度为200mm以内轴线为直线的冷却管道可直接钻削加工。

(2) 镶块内长度大于200mm的管道须采用对钻方式加工。

(3) 当模具外表面形状为曲线形状时，为保证模具冷却效果，冷却管道轴线需设置为折线，采用两端对钻加工。要求对钻孔轴线交汇后盲端长度≤2mm。

(4) 对钻孔轴线理论为相合或相交，实际加工轴线可能平行或异面。要求两轴线空间异面距离≤0.2mm。

三总结

热冲压成形生产过程中，坯料的加热状态、料片转移、成形动作时序及接触力变化、制件冷却速率及均匀性分布等条件变化均会影响零件的尺寸和性能。在模具设计过程中，冷却管路系统设计的合理性直接影响制件的冷却状态和模具强度。冷却管路设计的微小差异有可能引起模具上形成“热点”，或造成模具强度不足。而且一旦按照不合理的冷却管路进行模具加工，产生的制件质量缺陷绝无可能通过设备和工艺参数优化进行解决，其后果必然是导致模具报废。在热成形工艺设计过程中，采用试错法已完全不能满足正常设计需求，热冲压成形FEA可实现的工艺缺陷的预判和进行工艺优化。因此对冷却管路水流状态和模具温度场进行仿真优化及其重要，并应坚持未完成FEA工作绝不进行模具动刀的工作原则。

作者：王彦博士