熱成形模具
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-07-30
熱成形模具的視頻教程
基于MSC.marc的粉末冷壓縮與熱等靜壓成形
基于MSC.marc的粉末等靜壓有限元模擬 粉末冶金是使用金屬粉末，或金屬粉末與非金屬粉末的混合物作為原料，經(jīng)過壓制成形和燒結(jié)，制造各種類型產(chǎn)品的工藝過程。 粉末壓制工藝過程通常會采用MSC.Marc軟件進行分析，采用粉末體本構(gòu)方程----Shima-Oyane屈服函數(shù)----分析粉末金屬流動規(guī)律和相對密度分布規(guī)律。
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熱成形模具的實例教程
熱沖壓成形量產(chǎn)模具設(shè)計流程如圖5所示，采用autoform、pam stamp2G等軟件進行對熱沖壓成形過程進行快速成形模擬和冷卻過程模擬，利用熱沖壓成形鋼板的高溫流變曲線、高溫摩擦系數(shù)、FLD等參量進行成形模擬，采用Fluent、Ansys等軟件進行模具冷卻效果模擬，保證熱成形模具長期工作熱平衡性。這一過程實際是熱力學(xué)、機械學(xué)耦合模擬。將模擬結(jié)果作為模具設(shè)計方案確定的重要依據(jù)。
圖5 熱沖壓成形量產(chǎn)模具設(shè)計流程
熱沖壓成形模具型面設(shè)計要點如下：
（1） 模具型面主要卻決于產(chǎn)品數(shù)據(jù)，并根據(jù)客戶對零件的技術(shù)要求，制定合適的模具加工精度和公差，并應(yīng)考慮熱脹冷縮及回彈的影響，對模具型面采取合適補償方案；同時熱沖壓鋼板高溫時摩擦系數(shù)大，高溫成形時易于開裂，因此，熱沖壓模具型面通常不設(shè)計拉深筋，對于復(fù)雜成形零件，增加壓料裝置用于控制板料合理流動，保證熱沖壓成形性能。
（2）翻邊孔變形特征的轉(zhuǎn)變設(shè)計。
（3）對于后續(xù)激光切割時難于定位的零件，應(yīng)適當(dāng)增加工藝凸臺。
熱沖壓成形實際上鋼板在熱沖壓成形模具中成形和淬火的過程，熱沖壓零件的組織、性能和尺寸精度能否穩(wěn)定地滿足要求均與在模具中成形和淬火密切相關(guān)，熱沖壓成形模具應(yīng)具備良好的沖壓成形、淬火、長期穩(wěn)定的能力。熱沖壓成形模具是熱沖壓成形工藝的核心技術(shù)。同時，熱沖壓成形模具工作溫度在800℃左右至室溫之間，工作溫度高，并需要承受冷熱的急劇變化。
展開 熱成形模具一般經(jīng)過淬火以及兩次到三次回火，其硬度在50HRC 左右，其回火溫度一般在600 ～650℃。而熱成形零件一般入模溫度在750℃左右，生產(chǎn)節(jié)拍控制在20～30s之間，模具保壓壓力一般在300 ～800MPa 之間。由于熱成形零件的冷卻速度要求大于30℃/s，這就導(dǎo)致模具鋼經(jīng)常承受如高溫高壓、急冷急熱和摩擦磨損，所以模具拉傷和裂紋頻繁出現(xiàn)。熱成形模具鑲塊出現(xiàn)拉傷和裂紋后，影響制作品質(zhì)，無法保證生產(chǎn)效率。
熱成形模具鑲塊的磨損情況有兩種，一種是犁溝型磨損，如裸板在熱沖壓過程中，產(chǎn)生的氧化皮，硬度較高，在熱沖壓成形過程中，會與模具鑲塊表面進行高溫摩擦，引起模具鑲塊或者零件表面產(chǎn)生劃傷，拉痕，嚴重者導(dǎo)致模具鑲塊斷裂，產(chǎn)品型面尺寸改變。由于犁削效應(yīng)與模具成形壓力成正比，并隨著模具鑲塊粗糙度的增大而增強，提高鑲塊硬度或降低鑲塊表面粗糙度有利于減輕犁削磨損。但是在熱成形鋁硅涂層零件時，不僅存在犁削磨損，還有粘著磨損。粘著磨損是指滑動摩擦?xí)r摩擦副接觸面局部發(fā)生金屬粘著，在隨后相對滑動中粘著處被破壞，有金屬屑粒從零件表面被拉拽下來或零件表面被擦傷的一種磨損形式。
針對模具拉傷問題，目前行業(yè)內(nèi)普遍的做法是提高模具鑲塊的硬度，降低模具表面粗糙度，例如滲氮或者PVD。PVD 俗稱物理氣相沉積，其基本原理是利用加熱、離子轟擊或者輝光放電等物理方式將材料源表面氣化成原子、離子或分子等，并沉積到襯底表面形成涂層。
離子滲氮+PVD 過程
現(xiàn)對拉傷部位的模具鑲塊(圖1)進行離子滲氮加PVD 處理，模具鑲塊材質(zhì)為DIEVAR，回火硬度為50 ～52HRC， 鑲塊離子滲氮溫度520℃，時間為4 ～8h，滲氮層厚度約100μm，滲氮后如圖2 所示。PVD 涂層材質(zhì)為TiAlN，厚度4 ～5μm。
展開 如果PATCH直接接觸滾輪，那么在滾輪運動過程中， PATCH料片有可能被卡在兩個滾輪之間，會造成停線；⑵熱成形板料從加熱爐移到模具中，由于受節(jié)拍、成本等限制，端拾器都不會設(shè)計成將板料從加熱爐中取出，旋轉(zhuǎn)180°后再放到模具中。基于以上兩點，在PATCH模具設(shè)計時，要特別注意限制條件。
⑷保壓時間。
保壓在模具中實現(xiàn)，熱成形的模具集成形和冷卻淬火于一身。鋼板保壓淬火階段，鋼板溫度隨時間的變化主要由鋼板與模具間的熱阻和接觸面積決定。熱成形模具上帶冷卻系統(tǒng)，通過模具傳遞熱量使零件快速冷卻，最終轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。
冷卻時間可以先模擬計算一個值，后續(xù)調(diào)試過程中，可以不斷進行優(yōu)化。某車型中立柱加強板在實際生產(chǎn)過程中，冷卻時間不斷優(yōu)化，第一次將冷卻時間由11s優(yōu)化到9s；第二次由9s優(yōu)化到7s并保持不變。
⑸冷卻速度。
只有在冷卻速度超過某一臨界值后，才能使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，目前研究出來的熱沖壓工藝冷卻速度最小30℃/s。
幾何尺寸的過程控制
⑴熱成形零件的型面幾何尺寸。
熱成形零件的型面尺寸主要取決于上下模鑲塊的加工精度、模具的閉合高度、溫度等等。熱成形模具在普通模具的基礎(chǔ)上增加了冷卻系統(tǒng)，上下模鑲塊都設(shè)計了冷卻水道；同時對于復(fù)雜零件同樣也需要增加壓料的設(shè)計結(jié)構(gòu)，先壓料再成形。目前對于熱成形零件，貼合面面位置度公差帶能控制在1mm以內(nèi)，非貼合面面位置度公差帶能控制在2mm以內(nèi)；與低強度冷沖壓鋼材（如DC04）相比，熱成形由于受到溫度等因素影響，型面尺寸精度穩(wěn)定性稍差；但與高強度鋼冷沖壓（抗拉強度大于400MPa）對比，由于高強度鋼板冷沖壓回彈較大，熱成形尺寸的符合性和穩(wěn)定性具有較大的優(yōu)勢，冷沖壓板材強度越高，熱成形優(yōu)勢越明顯。
⑵熱成形零件修邊線以及孔尺寸。
展開 汽車鋼板沖壓件的熱沖壓成形工序通常由以下幾個工序組成：
1.落料：是熱沖壓成形中的第一道工序，把板材沖壓出所需外輪廓坯料；
2.鋼板的奧氏體化：這個過程包括加熱和保溫兩個階段。這一工序的目的在于將鋼板加熱到一個合適的溫度，使鋼板完全奧氏體化，并且具有良好的塑性。加熱所使用的設(shè)備為專用的連續(xù)加熱爐，鋼板在加熱到再結(jié)晶溫度以上之后，表面很容易氧化，生成氧化皮，這層氧化皮會對后續(xù)的加工造成不利的影響。為了避免或減少鋼板在加熱爐中的氧化，一般在加熱爐內(nèi)設(shè)置惰性氣體保護機制，或者對板料進行表面防氧化處理。
3.轉(zhuǎn)移：指的是將加熱后的鋼板從加熱爐中取出放進熱成形模具中去。在這一道工序中，必須保證鋼板被盡可能快地轉(zhuǎn)移到模具中，一方面是為了防止高溫下的鋼板氧化，另一方面是為了確保鋼板在成形時仍然處在較高的溫度下，以具有良好的塑性。
4.沖壓和淬火：在將鋼板放進模具之后，要立即對鋼板進行沖壓成形，以免溫度下降過多影響鋼板的成形性能。成形以后模具要合模保壓一段時間，一方面是為了控制零件的形狀，另一方面是利用模具中設(shè)置的冷卻裝置對鋼板進行淬火，使零件形成均勻的馬氏體組織，獲得良好的尺寸精度和機械性能。研究表明，就目前常用的熱沖壓鋼材而言，實現(xiàn)奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的最小冷卻速率為27~30℃/s，因此要保證模具對板料的冷卻速度大于此臨界值。
5.后續(xù)處理：在成形件從模具中取出以后，還需要對其進行一些后續(xù)的處理，如利用酸洗或噴丸的方式去除零件表面的氧化皮，以及對零件進行切邊和鉆孔。熱沖壓件由于強度太高，不能用傳統(tǒng)的手段對其進行切邊及鉆孔加工，而必須用激光技術(shù)來完成。
熱沖壓模具設(shè)計是熱沖壓成形工藝的核心技術(shù)，它不僅要滿足零件的成形需要，而且還要具有優(yōu)異的冷卻能力，以保證汽車沖壓件獲得良好的機械性能和尺寸精度。
展開 在熱沖壓成形的加熱方式中，除了上述兩種類型爐子采用輻射加熱外，目前的加熱方式還有直接通電加熱，但這種加熱方式只適合于形狀規(guī)則、簡單的板坯，鋁硅鍍層板由于加熱速度快，鍍層還有發(fā)生微裂紋的危險。對于扭力梁這類工件，采用這種加熱方式具有熱效率高、投資小、工藝過程簡單、控制容易等優(yōu)點。直接通電加熱的有關(guān)工藝尚需進一步的試驗和驗證。另一種是感應(yīng)加熱，同樣適合于形狀簡單的板坯，但需要有感應(yīng)發(fā)生器和感應(yīng)圈，對強度柔性分布的板坯的局部加熱，這類加熱方式有一定的優(yōu)勢。以上這兩種加熱方式，加熱效率高，加熱速度快，但目前在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用報道很少。
強度柔性分布的工藝技術(shù)
為了滿足汽車輕量化和安全碰撞的要求，既要有高的強度，防止碰撞時構(gòu)件侵入傷害乘員，又要滿足工件的吸能要求，對某些安全件提出了強度的柔性分布的要求，即一定強度的高吸能部分和超高強度部分的有機融合，由此發(fā)展了一系列的強度柔性分布工藝技術(shù)，包括模具局部控制的冷卻技術(shù)、模具局部的加熱技術(shù)、工件的局部加熱技術(shù)、工件的“熱打印”或“冷打印”技術(shù)、激光拼焊板技術(shù)、差厚板技術(shù)。每種技術(shù)都應(yīng)該有相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)相匹配。
熱沖壓成形的模具制造技術(shù)
熱沖壓成形模具較為復(fù)雜，既保證成形，又要使成形后的構(gòu)件在模具中進行淬火，得到超高強度的構(gòu)件。這類模具除具有成形功能外，還具有冷卻功能；模具設(shè)計制造涉及到金屬學(xué)、相變、流體力學(xué)、傳熱學(xué)等多個學(xué)科。模具的功能和受力模式也較復(fù)雜，目前正圍繞模具的失效、模具的延壽、高導(dǎo)熱性的模具材料的開發(fā)、模具的設(shè)計和計算機模擬技術(shù)、低成本的簡易模具的制造技術(shù)等方面進行相關(guān)的開發(fā)和研究。2017年5月，在美國亞特蘭大舉行的第六屆國際熱沖壓成形會議上，提出為降低激光切割成本，采用熱沖壓級進模的新工藝技術(shù)，對模具提出了更高的要求，但進入實用階段，尚有諸多技術(shù)工作有待完善。
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熱成形模具的最新內(nèi)容
近年來，熱成形鋼在汽車白車身中的應(yīng)用逐年增加，為進一步改善該鋼的強塑性，微合金化處理被廣泛應(yīng)用于熱成形鋼中。
Nb元素對熱成形鋼的組織性能調(diào)控作用顯著，可以有效細化原始奧氏體晶粒，形成的納米第二相會釘扎位錯，同時提高材料的強度與塑性。
LIANGJ等研究了Nb微合金化對商用38MnB5鋼組織性能的影響，發(fā)現(xiàn)添加Nb后，尺寸為20~50 nm的(Nb,Ti)c均勻分布在基體上
2023年11月29日/熱成形產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟快訊--第七屆高強鋼暨熱沖壓成形國際會議（ICHSU 2024） 將在秉承前六屆會議關(guān)注熱沖壓成形新材料、新技術(shù)、新裝備的基礎(chǔ)上，聚焦節(jié)能減碳的科學(xué)路徑，高性能板料成形、多材料成形和數(shù)字化無損檢測等方向，就高性能熱沖壓材料與工藝、先進高強鋼的冷沖壓成形技術(shù)、多材料成形的技術(shù)與應(yīng)用、多部件集成熱沖壓、激光加工、沖壓仿真應(yīng)用技術(shù)、新型鍍層與工藝、沖壓成形技術(shù)在商用車輕量化發(fā)展領(lǐng)域的解決方案等業(yè)界廣泛關(guān)注的話題進行分享交流
熱成形鋼在模具中淬火冷卻成形獲得全馬氏體結(jié)構(gòu)是其重大特點。 然而較高的熱處理溫度導(dǎo)致氧化皮嚴重，同時需要較高的冷卻能力，導(dǎo)致模具設(shè)計制造成本較高，影響傳統(tǒng)熱成形鋼的應(yīng)用，近年來低溫?zé)釠_壓成形技術(shù)逐漸成為研究熱點，中錳成分可降低奧氏體化溫度，同時對冷卻能力要求低，最終性能優(yōu)異[5, 6].
2.
熱成形產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟消息，11月24日，《熱沖壓模具鋼》團體標準技術(shù)審查會在大冶特殊鋼有限公司成功召開。
本次會議由熱成形產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織，采取線上+線下相結(jié)合的方式進行。技術(shù)審查會專家組成員共有七位，分別是熱成形產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專家委員會主任馬鳴圖、同濟大學(xué)教授林建平、上海汽車工程學(xué)會秘書長梁元聰、東北大學(xué)教授蔡明暉、上汽通用汽車教授級高工王立影、北京海納川汽車部件股份有限公司共享技術(shù)部專業(yè)總師
摘 要：針對某品牌汽車B柱內(nèi)板的成形工藝問題，研究了零件22MnB5高強度鋼的熱沖壓成形參數(shù)對成形質(zhì)量的影響，以最大減薄率、最大增厚率和最大回彈量為評價目標，通過正交實驗和極差分析，獲得零件熱沖壓成形的最優(yōu)工藝參數(shù)，并完成最優(yōu)工藝參數(shù)的成形仿真和回彈分析，仿真結(jié)果表明零件的厚度分布均勻，零件最大減薄率為10.1%,最大增厚率為7.1%,零件的回彈量小，最大回彈量為0.714 mm,該零件成形質(zhì)量符合設(shè)計要求
摘要
目前，在車身熱沖壓成型領(lǐng)域，三維五軸激光切割機床的技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。隨著熱沖壓成型技術(shù)的日趨成熟，以及汽車制造商對熱沖壓零件供應(yīng)商壓低報價
精彩直播預(yù)告
金屬塑性加工工藝是一種常用的零部件成形制造工藝，常見的成形工藝有鍛造、沖壓、拉拔、軋制等等，這些工藝廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。在以往，成形工藝的制定、創(chuàng)新，以及模具的設(shè)計都需要依靠大量的工程試錯進行迭代，從而優(yōu)化工藝參數(shù)
目前兩層結(jié)構(gòu)寬弦空心風(fēng)扇葉片的制造工藝路線可總結(jié)為：
1）擴散連接-常規(guī)塑性成形-超塑成形按照預(yù)定毛坯設(shè)計先通過擴散焊接獲取整體空心平板毛坯，之后利用熱成形模具對毛坯進行常規(guī)塑性成形及氣脹蠕變成形，材料需要經(jīng)歷至少 3 次加熱循環(huán)。
應(yīng)用 CAE 模流分析技術(shù)在閥式熱澆道系統(tǒng)之模具設(shè)計
■劉文斌/型創(chuàng)科技 技術(shù)總監(jiān)
前言
有鑒于模具的后加工便利性與成品質(zhì)量考量，熱澆道系統(tǒng)已普遍被大形式的模具所采用，其優(yōu)勢具備節(jié)省塑料、避免結(jié)合線、降成型周期、與控制塑件翹曲變形。由于大型式的模具修模費用相當(dāng)昂貴且加工時間冗長，若再以傳統(tǒng)式的設(shè)計思維”憑過去的設(shè)計經(jīng)驗決定未來的產(chǎn)品設(shè)計”，試模次數(shù)與模具成本的支出將無法有效被預(yù)測，產(chǎn)業(yè)間的競爭優(yōu)勢將因此散失
努力是成功的基礎(chǔ)，信息是成功的助力，分享技術(shù)干貨，交流技術(shù)難題；傳播有態(tài)度的新聞，
有能量的信息。 讓更多人了解汽車行業(yè)的細節(jié)
自1984年首個熱成形零件應(yīng)用到車身上開始，隨著熱成形技術(shù)和汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用范圍也越
來越廣泛。
最初，熱成形零件只應(yīng)用在車門防撞梁上，
然后擴展到車身的A柱和B柱等位置，進一步應(yīng)用于整車各承力關(guān)鍵部位的零件
。
熱成形零件占車身質(zhì)量比例也從最初的
