高强度钢板热冲压成形模具设计规范

王东生

（凌源钢铁集团有限责任公司，辽宁 凌源 122500）

热冲压成形技术是一项专门用于成形高强度钢板的新技术。通过热冲压成形技术可以完成超高强度钢板冲压件的制作，而这项制作技术就是把提前加热至奥氏体化温度以上的板料放置到需要制成的模具之中，并在其放置且逐渐成形的时候进行淬火，这样最终获得的零件能够拥有极高的强度。同时尺寸也能够更为精准，应用到汽车上后能够起到降低车身重量和为汽车安全性能提供保障的作用。本文针对超高强度钢板热冲压成形模具设计进行研究，以期在对其了解的基础上进行优化，希望能够起到使得这项技术得到进一步提高的目的。

1 热冲压成形模具设计基本要求

在热冲压成形模具设计工作开展的过程中，要结合实际情况建立健全完整的基础管理框架，并且按照标准化要求履行相应工作。热成形模具的应用不仅仅在于能实现模具的成形处理，也在于对制件结构进行集中的冷却，从而实现淬火处理的目标，基于此，在实际应用中，热冲压成形模具设计的过程相较于传统冷冲压处理过程要更加复杂。值得一提的是，在热冲压成形模具处理的过程中，本身就要处于冷热交替的环境中，因此，技术人员要对模具的实际应用材料予以集中管理，挑选更加适宜的材料完成相应处理工序。

第一，选取的材料要具备较好的成形能力，能结合相应的操作过程有效完成批量生产，并且确保生产处的样件外形的尺寸精度以及表面的质量都能满足实际需求，整体质量合格。

第二，选取的材料要具备较好的冷却能力，也就是说，在实际操作过程中，材料的冷却效率要满足要求，尽量维持元件各个位置冷却的均匀性，从而提升应用过程后续操作的合理性。值得一提的是，冷却效果要保证每个冲程过程总模具的初始温度都能维持在同样的范围内。

第三，选取的材料要具备较好的密封性，只有提升密封效果，才能维持模具内部设置的冷却介质不会在进出管路的过程中出现异常的堵塞问题，从而提升整体热冲压成形模具设计的效果。

第四，选取的材料要具备准确的板坯定位支撑效果，为了有效避免板坯结构在冲压操作之前出现异常情况，就要确保且板坯处理效果较好，且能实现减少温降的目的。

第五，选取的材料要具备较好的安全性能，并且要确保相应的材料每个基础性部件都能贴合实际应用管理项目中的强度参数要求，符合正常服役的标准，从而尽量预见可能出现的问题，落实对应的处理机制，避免材料应用过程中出现问题。

第六，选取的材料和模具结构要尽量简单明了，相应的结构体系也要紧凑，从而有效安排对应的设计模具处理工作，只有如此，才能最大化减少模具处理的成本，确保能在生产过程中提高模具保养维护项目的基本水平。

2 高强度钢板热冲压成形模具设计影响因素

2.1 模具设计

由于比较高强度的钢板在冲压过程中要经过奥氏体化温度以上再降到室温这一复杂的温度变化。模具在对板料的形成结构有一定的要求，材料的选择、结构设计形式等都需要符合具体控制标准，适应构件性能的整体性需求。

2.2 模具的选择

由于结构材料和设计形式对工具的选择而有一定的影响，需要根据模具形式的要求，满足结构钢性和表面硬度的要求，合理选择材料。此外要求成形模具具有足够的结构刚性、表面硬度与疲劳寿命。同时对模具的应用强度有一定的要求，需要在稳定的工作状态下，结合冷热交替条件的要求，降低温度，抵抗高温板料对模具产生的强力热摩擦以及脱落的氧化层碎片及颗粒在高温下对模具表面的磨粒磨损效应。

3 高强度钢板热冲压成形模具设计规范

在选取适宜的模具后，就要结合实际应用要求确定相应的热冲压成形模具设计工作流程，并且要严格依据高强度钢板热冲压成形模具设计规范落实相应处理要素。

（1）模具工作单元设计规范。为了有效提升热冲压成形模具设计的时效性，要对模具工作单元设计予以重视，尤其是在热成形的过程中，高温状态下模板材料本身就具备较好的流动性，并且回弹问题较小，此时的模具表面形状以及模具的实际尺寸主要是依据制件决定。基于此，相关设计人员在热冲压成形模具工作单元设计工作过程中，要将减少板料流动阻力作为关键，从而一定程度上提升整个板料以及模具的接触效果，确保能实现有效冷却的目的。

第一，要对凹凸模圆角的半径进行质量处理。对于热冲压成形模具设计工作而言，要想维护具体操作流程的合理性，就要保证板料的减薄和拉裂等问题都能得到有效的解决。因此，要对凹凸模圆角半径进行综合处理，半径若是较小，会导致板料在模具中不能有效流动，必然会增大板料的减薄问题和拉裂隐患，最关键的是，会导致成形件和模具表面质量不达标。半径若是较大，则板料流动效果会得到强化，但是会出现圆角位置强度降低的问题，使得相应的形状受到限制。

基于此，要充分考量工件的变形特征以及拉伸筋等具体性质，建构完整的设计规划，选取适宜的凹凸模圆角半径。

第二，要对凹凸模间隙进行质量处理。因为在实际工序中，板坯只有借助和模具的接触才能实现热交换，完成淬火冷却，因此，要对模具间隙进行管理，确保能形成良好的接触热传导。也就是说，在维持成形要求的基础上，要尽量有效增大凹凸模间隙，保证板坯流动效果能满足实际应用要求，从根本上避免摩擦力增大问题产生的影响。基于此，针对一般的结构，要将间隙控制在1t到1.1t之间，其中，t代表的是板坯的厚度。

第三，要对拉伸筋和压边圈进行集中设计，为了有效提升热成形工艺的实际应用价值，相关人员要结合应用规划进行统筹处理，针对没有拉深筋和压料装置的情况进行模具型面的有效控制。一方面，对于制件形状简单并且整体拉伸强度并不高的结构，设计人员要尽量避免使用压边圈或者是拉伸筋。另一方面，针对拉伸深度较大的结构，但是整体元件圆角过渡过程较为缓和时，要尽量借助反拉伸的处理操作工艺提升控制结构的应用效果。除此之外，针对几何形状较为特殊的结构，则要尽量保证拉伸过程，按照冷成形模具设计经验，要确保压边圈和拉伸筋结构都能在数据控制范围内，从而提升应用管理的时效性。

（2）冷却系统设计规范

在高强度钢板热冲压成形模具设计工作中，也要结合实际应用要点进行冷却系统的综合处理，确保能按照标准化要求进行统筹分析，全面落实精细化设计标准，完善相应工序流程的同时，提升高强度钢板热冲压成形模具设计效果。

第一，判定冷却管道的开设方式。目前，冷却管道的开设方式主要分为铸造式冷却管道、镶拼式冷却管道以及钻孔式冷却管道。相关技术人员要结合实际情况选择适宜的冷却管道开设处理方式，以保证后续应用过程能满足基本标准，从而维护管理模式的整体价值，有效建立健全完整的管控规范。一般而言，为了经济效益和应用便捷化程度，都会选择钻孔式冷却处理方式。

第二，冷却管道的基础设计。对于高强度钢板热冲压成形模具设计工作而言，冷却管道的设计直接影响着模具冷却的应用效果，也对整个模具的应用水平有着较为深远的作用，基于此，技术人员要结合实际应用进行综合设计。冷却管道设计过程要按照以下几个步骤展开：①管道参数确定，判定冷却管道位置中模具表面之间的距离、冷却管道之间的距离以及管道的直径等基础参数，确保相应参数都能在规范数据范围内。②管道位置分布判定，在布置过程中尽量要保证冷却管道位置能形成交错处理和分布控制的结构，从而建立温度补偿机制，有效提升具体的冷却效果。

第三，要对模具分块进行设计，分块的长度要控制在200mm到300mm之间，保证冲压件的基础形状满足设计要求，避免应力较大的区域对其造成的影响。并且凹凸模块要尽量错开位置，错开的间距在10mm到30mm左右。

总之，在高强度钢板热冲压成形模具设计过程中，要依据质量标准建立完整的设计方案，确保能满足冷却要求和实际安全性标准，从根本上提高设计规范性，优化整体设计水平，也为高强度钢板热冲压成形模具的应用提供保障，促进行业的可持续进步。