熱成形工藝根據製件拉深深度，分為直接熱成形法和間接熱成形法

熱成形工藝根據製件拉深深度，分為直接熱成形法和間接熱成形法

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面對能源危機和環境保護的壓力，節能減排成為汽車製造業的發展趨勢，汽車輕量化已經成為汽車工業可持續發展的必然之路，熱成形工藝作為多種輕量化途徑中應用較廣泛的技術，對該工藝進行研究很有必要。國內熱衝壓技術起步較晚，但近幾年隨著汽車企業的發展，熱衝壓技術也得到了快速發展，目前熱衝壓工藝已經應用到汽車製造工業，並實現批次化生產。

B柱是汽車重要的承力件，不僅要承受一定衝擊後車門能順利開啟，還要為前門鎖環、後門鉸鏈、安全帶卷收器等部件提供安裝環境。

熱成形工藝

1

熱衝壓成形工藝流程

熱成形工藝根據製件拉深深度，分為直接熱成形法和間接熱成形法，直接熱成形法是對板料加熱再成形然後淬火，而間接熱成形法是先對板料預成形，然後加熱再成形後淬火。可以採用直接熱成形法成形制件，常規熱衝壓成形工藝流程如圖1所示。

有限元模型

2

01

有限元模型引數設定

工藝補充面

有限元網格模型

透過Siemens NX 11。0對B柱進行模面最佳化補充，工藝補充面補充在製件非成形面上，並對上下模面圓角進行清根處理。將設計的工藝補充面匯出IGS格式，匯入到AutoFormR7中，基於AutoFormR7建立有限元網格工具體：凹模、壓料塊、壓邊圈、凸模！

模擬過程中板料材質選擇22MnB5，板料厚度為1。2mm，材料引數如表1所示。

02

熱成形工藝過程引數設定

材料硬化曲線模型

材料屈服面曲線模型分別。

圖6 熱衝壓溫度關鍵控制點

22MnB5加熱至高於Ac3（亞共析鋼奧氏體化的臨界溫度，只有超過該溫度才能夠完全形成奧氏體）的某一溫度使其充分奧氏體化（在加熱爐中進行），設定加熱溫度930℃，保溫5min使其充分奧氏體化。加熱後的板料應快速轉移至壓力機中，並保證其溫度不低於Ar3（亞共析鋼冷卻上臨界點，奧氏體開始轉變的臨界點溫度，低於此溫度將產生鐵素體）。由初始成形溫度對熱衝壓件力學效能研究表明，板料初始成形溫度為750~850℃時，材料的抗拉強度和硬度會明顯提高，所以設定板料轉移到模具的時間為3s；板料的熱衝壓也應該在Ac3以上進行，保證鋼板的韌性。由於加熱後的板料與模具零件接觸發生熱傳遞，造成板料冷卻不均，需要壓力機滑塊快速下降以減小板料熱量散失，壓力機滑塊快速下降至凹模與板料接觸的時間為2s；

03

模擬過程及成形結果

無壓料塊壓料時製件出現疊料

增加壓料塊壓料後製件成形良好

模型採用單動模具型別，衝壓過程中凸模和凹模設定為剛體，板料為三維可變形實體；B柱較寬部位拉深深度較深，兩邊成形時中間板料隆起易起皺，由於製件此處沒有設定吸皺筋，成形完成時，該部位的板料增厚嚴重。圖7所示方框區域為疊料，增加壓料塊控制料流狀態，透過氮氣缸壓力控制凹模閉合時作用到凸模的壓料力為60kN，由於加熱後的板料流動性較好，增加拉深筋會造成板料開裂，壓邊圈透過間隙調節，設定壓邊圈與凹模的間隙為1。0~1。1倍料厚，取值1。31mm，控制法蘭邊的材料流動保證立壁厚度的均勻性。

（a）重力狀態

（b）到底前50 mm

（c）到底前20 mm

（d）到底前10 mm

（

圖9 板料各階段成形狀態

板料各階段成形如圖9所示，成形到底前5mm不能出現明顯起皺，成形到底不能出現開裂。

厚度分佈雲圖

由圖9可知，B柱成形性良好，其厚度分佈雲圖如圖10所示，厚度分佈集中在1。21~1。23mm，減薄率最大不超過10%，厚度整體分佈均勻。

開始成形階段

透過製件成形階段溫度場變化模擬可知，製件開始成形前平均溫度為760℃，如圖11所示。

凹模開始接觸板料

當凹模開始與板料接觸時壓料塊已與凸模接觸完成，此時增加壓料塊的部位溫度比其他位置低50℃左右。

成形完成時

製件成形完成時冷卻速率基本一致，這是由於此階段製件傳熱方式是熱輻射與一部分熱對流，冷卻速率較低。

保壓完成

保壓階段看出製件的冷卻速率提高，這是由於上下模完全閉合，製件傳熱方式主要是熱傳導與部分熱對流，上下模型面同時給製件降溫，提高了冷卻效率，但是立壁部位的冷卻速率低於型面，這是由於製件成形時立壁部位的凸凹模存在間隙，冷卻速率相對較低。

由於製件冷卻不均勻會導致馬氏體轉變不均勻，從而導致製件部分割槽域強度較低，根據板料溫度變化規律，適當降低壓料塊的冷卻速率，提高立壁部位的冷卻速率，保證製件整體冷卻的均勻性。

以製件最終溫度為定量，以保壓時間為變數，分別取保壓時間為6、8、10、12s，分析得到不同的冷卻速率為100、80、60、40℃/s。以製件在不同溫度的導熱係數和製件最終溫度為定量，計算得出B柱最佳的保壓時間為8s，即冷卻速率為80℃/s。模擬結果。

為滿足批次化生產要求，提高生產效率，在保證板料轉移時間為3s的前提下，合理調整模具冷卻管路，保證模具中製件在馬氏體相變區域冷卻速度約為75℃/s，將保壓時間最佳化到6s，使奧氏體組織轉變為均勻馬氏體組織。