热成型工艺及模具工艺优化研究

摘 要：近年来，热成型工艺在模具制造领域加强零件制作过程中，运用越来越广泛。特别是保障模具精准度的零件采用此工艺的较多。采用热成型工艺制作的模具零件具有诸多优点，强度超高，一次成型等特点。此次论文阐述的是模具的制作工艺过程和工艺的设备，以及整个工艺当中需注意的要点和难点。 关键词：热成型；工艺；模具；优化措施

1.

热成型模具的研究历程

从1973年开发出热成形工艺至今，热成形技术在全球范围内得到了广泛的应用，目前全球热成形生产线超过 110 条。相对于冷冲压模具，热成形模具的使用寿命普遍不高，势必造成模具的制造和使用成本增加，影响热成形件在车身制造中的使用和推广。热成形是冷冲压与热处理相结合的新型冲压工艺，接触关系及边界条件非常复杂，是一个热力耦合的过程。模具既承受来自高温板料加热及冷却水冷却产生的热应力，又受到来自机械设备施加的机械应力，模具工作环境非常恶劣，对模具性能研究相当有必要。在模具性能研究方面，S.H. Tang和 Xi-Ping Li等人通过有限元法对注塑模具进行热分析，研究热应力对模具性能的影响及造成的失效形式。R. deOliveira等人通过实验对比分析不同模具材料用于碳纤维复合材料加工对模具热应变的影响。D. Firrao通过模具材料微观结构研究，分析不同模具材料对模具表面及里层疲劳和断裂韧性的影响。上述学者在模具性能研究方面做了大量创新性的工作，但并没有涉及热成形模具热力耦合分析。实际生产中，热成形模具在承受机械应力的同时受到自身温差引起的热应力，导致模具温度与应力的相互关系及变化规律错综复杂。

2. 热成型技术

目前，热成型分为直接热冲压和间接热冲压。在直接热冲压中，半成品先被加热，再转移到闭式模具内成型和淬火；间接热冲压主要使用预成型冷模，对形

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状较为复杂或拉延较深的零件先进行一次冷冲预成型，之后与直接热冲压工艺基本相同，如中通道等零件。热成形钢板经过900°C以上高温加热一体成形，通过模具内部冷却水道的冷却，使钢板屈服强度达到900-1200Mpa。热成型零件具有较好的材料性能，加热后钢板材料拉延性好，零件翻边反弹小，可以实现复杂状态下的零件成型。

1.

热成型加工技术中关于模具研究 1 模具材料选取

在选择合适的热成型模具材料时，技术人员不但要考虑到其热强度、热硬度的强度，以及高耐磨度和疲劳性质，而且还要注意到成型产品的尺寸，严格把握住其中可能存在的尺寸误差，另外还需要周详地考虑到制作材料与模具之间产生的极大热摩擦力以及高温状态之下可能产生的磨损和破坏，还应该注意在冷热变换环境之下对于整个模具加工的不利影响和干扰因素。在充分考虑到模具加热时所需的温度变化等相关因素之后，在进行相关科学合理的模具材料选取和考量，以助于整个模具材料能够制作出性能优良的产品元件。 2 模具凹凸状模具设计

由于整个元件制作过程需要不断进行冷热环境的改变和切换，因此在模具设计的整个过程中必须进行热胀冷缩的效应原理对于制作尺寸的影响，在此基础上利用相关周密的测量仪器和工具来进行最终凹凸模的尺寸数据，将热胀冷缩效应对于工件的副作用降低到最小化程度。 3 热成型加工技术的弊端

热成型加工技术虽然在整个高强度钢的成型制作过程具有十分重要的指导意义，但是在这种技术的不断发展过程中，其也会滋生和出现一系列缺点和弊端，需要技术人员在不断地实际操作中进行改进和修正。

第一点，零件在成型完成之后，后续的冷却和保压环节将会出现技术难题，人工控制难度大。第二，纵观整个热成型工件在冷却至室温的过程中，由于每个部位鉴于各种可能出现因素由于冷却速度出现零件部位的变形，进而影响到最终产品的数据精确度，对后续模具的组装和合成带来难度和问题。第三，基于热成型零件在成型完毕之后，将其应用于加工环节的难度较大，工序也会十分繁琐和

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复杂，那么如果考虑到将这种热成型工序代入到已经现有的冷成型车间中还是存在着相关的技术难关和问题，需要相关专业人员进行技术攻关。第四，因为模具材料的本身的易失效性能，高温的加工和冷处理环节都会在一定程度上造成整个模具的变形和失真，久而久之，这种反复的温度变化过程就会给模具的寿命和质量方面带来巨大的损害。第五，淬火过程中高温区主要分布在模具型面，凹凸模圆角出现温度集中。这是由于凹凸模圆角最先接触板料且接触时间最长，受限于模具冷却能力，热量堆积造成模具圆角温度集中。此外发现，模具应力由不均匀分布到沿模具型面分布。因为淬火时需对模具施以很大的保压压力，机械应力的引入造成淬火初期模具应力分布不均匀。随着淬火的进行，热应力随温度变化而变化，而机械应力为常量，温差产生的热应力逐渐起主导作用，热应力的参与改变了模具应力分布状态。 上述所述的因素都可能增加热成型加工的成本和技术难度，这就会造成整体热成型工艺应用于模具制造行业的一定束缚。但是，在既有的技术发展趋势和人才储备方面，业内人士应该对于热成型技术持有一种乐观的态度和看法，相信这种局面一定会得到相关程度的改变和提升。

2.

热成型工艺下模具工艺优化措施 1注重模具退火处理工艺

模具热成型后要采取球化退火，使模具坯料组织内网状渗碳体球状化，以降低硬度和提高韧性，改善模具坯料的切削加工性能和机械性能，同时也为后面的淬火工序做准备，减少模具淬火时产生变形和裂纹的倾向。

2 强调模具调质处理工艺

由于该模具材料内部组织碳化物较多且化学成分复杂，为此在精加工前增加一道调质处理工序。经过调质处理后，模具材料内部组织变为细致而均匀的颗粒状索氏体和渗碳体的混合物，可使模具获得较好的强度、塑性和韧性，同时减少模具淬火的变形，增加模具稳定性。 3合理安排模具淬火处理工艺

模具淬火加热温度对淬火质量有很大影响，也是关键之所在。如果模具加热温度过高，将得到粗大的奥氏体组织，淬火后增加了淬火应力，易引起模具变形，

也会使模具硬度下降，综合性能变坏。因此，正确优选淬火加热温度，可使淬火后获得均匀细小的马氏体和小颗粒的渗碳体组织，进而减小模具变形量甚至无变形。经多次试验并结合以往经验，热成型后的模具淬火温度为1 000℃时，其变形量为△D=10μm,△L=60μm;1 050℃淬火时，△D=-10μm,△L=30μm，故淬火加热温度应控制在1010±10℃，同时，为防止加热引起模具变形，采用分段加热。加热后，如采用直接油淬，依据以往经验可能出现变形较大及孔径、孔距、翘曲度可能达不到要求现象。加热保温结束后，先在820℃的温度中预冷2分钟，然后将模具放置到已预热至350~400℃的两块特制钢板保温层之间，在压力机上压紧后进入400℃硝盐炉中等温3小时，最后空冷至室温。经上述工艺处理后，不但保证了热成型模具孔径及孔距尺寸公差，而且平面度误差也达到规定的技术要求。 结束语

在热成型模具的制造工艺中依然存在着许多问题与不足需要我们不断加深研究，从而提高模具的使用寿命，为去企业带来更多的经济效益。

参考文献

[1] 赵玉飞，吴艳.热冲压成型工艺的发展及相关模具材料分析[J].现代制造技术与装备，2020,(4):137-138.

[2] 张德军.热成型高强钢技术及成型模具的分析[J].内燃机与配件，2019，（19）：71-73.

[3]闻德升.基于电子控制技术工业设计在机械产品设计中的应用探析[J].时代农机，2020,47(2):77-78.

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