高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)規(guī)范

王東生

（凌源鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 凌源 122500）

熱沖壓成形技術(shù)是一項(xiàng)專門用于成形高強(qiáng)度鋼板的新技術(shù)。通過熱沖壓成形技術(shù)可以完成超高強(qiáng)度鋼板沖壓件的制作，而這項(xiàng)制作技術(shù)就是把提前加熱至奧氏體化溫度以上的板料放置到需要制成的模具之中，并在其放置且逐漸成形的時(shí)候進(jìn)行淬火，這樣最終獲得的零件能夠擁有極高的強(qiáng)度。同時(shí)尺寸也能夠更為精準(zhǔn)，應(yīng)用到汽車上后能夠起到降低車身重量和為汽車安全性能提供保障的作用。本文針對超高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，以期在對其了解的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，希望能夠起到使得這項(xiàng)技術(shù)得到進(jìn)一步提高的目的。

1 熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)基本要求

在熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)工作開展的過程中，要結(jié)合實(shí)際情況建立健全完整的基礎(chǔ)管理框架，并且按照標(biāo)準(zhǔn)化要求履行相應(yīng)工作。熱成形模具的應(yīng)用不僅僅在于能實(shí)現(xiàn)模具的成形處理，也在于對制件結(jié)構(gòu)進(jìn)行集中的冷卻，從而實(shí)現(xiàn)淬火處理的目標(biāo)，基于此，在實(shí)際應(yīng)用中，熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)的過程相較于傳統(tǒng)冷沖壓處理過程要更加復(fù)雜。值得一提的是，在熱沖壓成形模具處理的過程中，本身就要處于冷熱交替的環(huán)境中，因此，技術(shù)人員要對模具的實(shí)際應(yīng)用材料予以集中管理，挑選更加適宜的材料完成相應(yīng)處理工序。

第一，選取的材料要具備較好的成形能力，能結(jié)合相應(yīng)的操作過程有效完成批量生產(chǎn)，并且確保生產(chǎn)處的樣件外形的尺寸精度以及表面的質(zhì)量都能滿足實(shí)際需求，整體質(zhì)量合格。

第二，選取的材料要具備較好的冷卻能力，也就是說，在實(shí)際操作過程中，材料的冷卻效率要滿足要求，盡量維持元件各個(gè)位置冷卻的均勻性，從而提升應(yīng)用過程后續(xù)操作的合理性。值得一提的是，冷卻效果要保證每個(gè)沖程過程總模具的初始溫度都能維持在同樣的范圍內(nèi)。

第三，選取的材料要具備較好的密封性，只有提升密封效果，才能維持模具內(nèi)部設(shè)置的冷卻介質(zhì)不會(huì)在進(jìn)出管路的過程中出現(xiàn)異常的堵塞問題，從而提升整體熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)的效果。

第四，選取的材料要具備準(zhǔn)確的板坯定位支撐效果，為了有效避免板坯結(jié)構(gòu)在沖壓操作之前出現(xiàn)異常情況，就要確保且板坯處理效果較好，且能實(shí)現(xiàn)減少溫降的目的。

第五，選取的材料要具備較好的安全性能，并且要確保相應(yīng)的材料每個(gè)基礎(chǔ)性部件都能貼合實(shí)際應(yīng)用管理項(xiàng)目中的強(qiáng)度參數(shù)要求，符合正常服役的標(biāo)準(zhǔn)，從而盡量預(yù)見可能出現(xiàn)的問題，落實(shí)對應(yīng)的處理機(jī)制，避免材料應(yīng)用過程中出現(xiàn)問題。

第六，選取的材料和模具結(jié)構(gòu)要盡量簡單明了，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系也要緊湊，從而有效安排對應(yīng)的設(shè)計(jì)模具處理工作，只有如此，才能最大化減少模具處理的成本，確保能在生產(chǎn)過程中提高模具保養(yǎng)維護(hù)項(xiàng)目的基本水平。

2 高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)影響因素

2.1 模具設(shè)計(jì)

由于比較高強(qiáng)度的鋼板在沖壓過程中要經(jīng)過奧氏體化溫度以上再降到室溫這一復(fù)雜的溫度變化。模具在對板料的形成結(jié)構(gòu)有一定的要求，材料的選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式等都需要符合具體控制標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)構(gòu)件性能的整體性需求。

2.2 模具的選擇

由于結(jié)構(gòu)材料和設(shè)計(jì)形式對工具的選擇而有一定的影響，需要根據(jù)模具形式的要求，滿足結(jié)構(gòu)鋼性和表面硬度的要求，合理選擇材料。此外要求成形模具具有足夠的結(jié)構(gòu)剛性、表面硬度與疲勞壽命。同時(shí)對模具的應(yīng)用強(qiáng)度有一定的要求，需要在穩(wěn)定的工作狀態(tài)下，結(jié)合冷熱交替條件的要求，降低溫度，抵抗高溫板料對模具產(chǎn)生的強(qiáng)力熱摩擦以及脫落的氧化層碎片及顆粒在高溫下對模具表面的磨粒磨損效應(yīng)。

3 高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)規(guī)范

在選取適宜的模具后，就要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用要求確定相應(yīng)的熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)工作流程，并且要嚴(yán)格依據(jù)高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)規(guī)范落實(shí)相應(yīng)處理要素。

（1）模具工作單元設(shè)計(jì)規(guī)范。為了有效提升熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)的時(shí)效性，要對模具工作單元設(shè)計(jì)予以重視，尤其是在熱成形的過程中，高溫狀態(tài)下模板材料本身就具備較好的流動(dòng)性，并且回彈問題較小，此時(shí)的模具表面形狀以及模具的實(shí)際尺寸主要是依據(jù)制件決定。基于此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在熱沖壓成形模具工作單元設(shè)計(jì)工作過程中，要將減少板料流動(dòng)阻力作為關(guān)鍵，從而一定程度上提升整個(gè)板料以及模具的接觸效果，確保能實(shí)現(xiàn)有效冷卻的目的。

第一，要對凹凸模圓角的半徑進(jìn)行質(zhì)量處理。對于熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)工作而言，要想維護(hù)具體操作流程的合理性，就要保證板料的減薄和拉裂等問題都能得到有效的解決。因此，要對凹凸模圓角半徑進(jìn)行綜合處理，半徑若是較小，會(huì)導(dǎo)致板料在模具中不能有效流動(dòng)，必然會(huì)增大板料的減薄問題和拉裂隱患，最關(guān)鍵的是，會(huì)導(dǎo)致成形件和模具表面質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。半徑若是較大，則板料流動(dòng)效果會(huì)得到強(qiáng)化，但是會(huì)出現(xiàn)圓角位置強(qiáng)度降低的問題，使得相應(yīng)的形狀受到限制。

基于此，要充分考量工件的變形特征以及拉伸筋等具體性質(zhì)，建構(gòu)完整的設(shè)計(jì)規(guī)劃，選取適宜的凹凸模圓角半徑。

第二，要對凹凸模間隙進(jìn)行質(zhì)量處理。因?yàn)樵趯?shí)際工序中，板坯只有借助和模具的接觸才能實(shí)現(xiàn)熱交換，完成淬火冷卻，因此，要對模具間隙進(jìn)行管理，確保能形成良好的接觸熱傳導(dǎo)。也就是說，在維持成形要求的基礎(chǔ)上，要盡量有效增大凹凸模間隙，保證板坯流動(dòng)效果能滿足實(shí)際應(yīng)用要求，從根本上避免摩擦力增大問題產(chǎn)生的影響?；诖耍槍σ话愕慕Y(jié)構(gòu)，要將間隙控制在1t到1.1t之間，其中，t代表的是板坯的厚度。

第三，要對拉伸筋和壓邊圈進(jìn)行集中設(shè)計(jì)，為了有效提升熱成形工藝的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，相關(guān)人員要結(jié)合應(yīng)用規(guī)劃進(jìn)行統(tǒng)籌處理，針對沒有拉深筋和壓料裝置的情況進(jìn)行模具型面的有效控制。一方面，對于制件形狀簡單并且整體拉伸強(qiáng)度并不高的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員要盡量避免使用壓邊圈或者是拉伸筋。另一方面，針對拉伸深度較大的結(jié)構(gòu)，但是整體元件圓角過渡過程較為緩和時(shí)，要盡量借助反拉伸的處理操作工藝提升控制結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果。除此之外，針對幾何形狀較為特殊的結(jié)構(gòu)，則要盡量保證拉伸過程，按照冷成形模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，要確保壓邊圈和拉伸筋結(jié)構(gòu)都能在數(shù)據(jù)控制范圍內(nèi)，從而提升應(yīng)用管理的時(shí)效性。

（2）冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范

在高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)工作中，也要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行冷卻系統(tǒng)的綜合處理，確保能按照標(biāo)準(zhǔn)化要求進(jìn)行統(tǒng)籌分析，全面落實(shí)精細(xì)化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，完善相應(yīng)工序流程的同時(shí)，提升高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)效果。

第一，判定冷卻管道的開設(shè)方式。目前，冷卻管道的開設(shè)方式主要分為鑄造式冷卻管道、鑲拼式冷卻管道以及鉆孔式冷卻管道。相關(guān)技術(shù)人員要結(jié)合實(shí)際情況選擇適宜的冷卻管道開設(shè)處理方式，以保證后續(xù)應(yīng)用過程能滿足基本標(biāo)準(zhǔn)，從而維護(hù)管理模式的整體價(jià)值，有效建立健全完整的管控規(guī)范。一般而言，為了經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用便捷化程度，都會(huì)選擇鉆孔式冷卻處理方式。

第二，冷卻管道的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。對于高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)工作而言，冷卻管道的設(shè)計(jì)直接影響著模具冷卻的應(yīng)用效果，也對整個(gè)模具的應(yīng)用水平有著較為深遠(yuǎn)的作用，基于此，技術(shù)人員要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。冷卻管道設(shè)計(jì)過程要按照以下幾個(gè)步驟展開：①管道參數(shù)確定，判定冷卻管道位置中模具表面之間的距離、冷卻管道之間的距離以及管道的直徑等基礎(chǔ)參數(shù)，確保相應(yīng)參數(shù)都能在規(guī)范數(shù)據(jù)范圍內(nèi)。②管道位置分布判定，在布置過程中盡量要保證冷卻管道位置能形成交錯(cuò)處理和分布控制的結(jié)構(gòu)，從而建立溫度補(bǔ)償機(jī)制，有效提升具體的冷卻效果。

第三，要對模具分塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，分塊的長度要控制在200mm到300mm之間，保證沖壓件的基礎(chǔ)形狀滿足設(shè)計(jì)要求，避免應(yīng)力較大的區(qū)域?qū)ζ湓斐傻挠绊憽２⑶野纪鼓K要盡量錯(cuò)開位置，錯(cuò)開的間距在10mm到30mm左右。

總之，在高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形模具設(shè)計(jì)過程中，要依據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)建立完整的設(shè)計(jì)方案，確保能滿足冷卻要求和實(shí)際安全性標(biāo)準(zhǔn)，從根本上提高設(shè)計(jì)規(guī)范性，優(yōu)化整體設(shè)計(jì)水平，也為高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形模具的應(yīng)用提供保障，促進(jìn)行業(yè)的可持續(xù)進(jìn)步。