本文針對某乘用車B柱熱成型模具進行開發了研究。通過對零件的CAE成型分析，零件在溫度場中強度的變化情況仿真和模具強度校核，完成了零件的模具結構設計。經過對模具熱衝壓成形調試，零件的金相分析以及拉伸試驗，保證了零件結構和強度符合預期要求。結果表明，所設計製造的乘用車B柱熱成型零件模具的應用滿足該產品的各項技術要求。
熱衝壓成形是生產超高強度鋼汽車安全件，有效保證成形精度的一種先進的成形工藝。
隨著能源危機和環境問題的加劇，節能和安全已經成為汽車製造業最重要的出發點。為了達到上述目的，減輕車重是非常有效的方法，這導致了先進高強鋼的開發和應用發展較快。
採用熱成形技術可極大地提高車身整體結構的剛度和強度，大幅度提高整車碰撞安全性能與NVH性能;大量運用該技術可有效減輕白車身重量，降低能源消耗，減少環境汙染，提高整車的經濟性能。目前，根據車身結構強度的要求，熱成形技術主要應用於汽車前後保險槓、A柱、B柱、C柱、車頂加強梁、車底通道框架、儀表臺支架以及車門內板、車門防撞梁等高強度構件的生產(見圖1)。熱成形零件在整車白車身用材比例可達45%以上。
目前，熱成形技術已廣泛應用於國內外汽車製造公司。國內主要汽車製造商已廣泛使用熱成形零件用於車型生產與設計，其單車熱成形零件使用數量普遍已達6～10件，最高車型已達24件。
然而，這些熱衝壓成型技術和模具技術長期被國外的公司壟斷。多數廠家使用的熱成形模具是進口的，其價格昂貴。本次我們與武鋼研究院合作，使用武鋼WHT1500HF熱成型鋼，為東風公司的某款乘用車開發了B柱熱成型模具及零件。本文以B柱為例來介紹熱成型模具和零件的開發。
B柱熱成型零件的開發
B柱零件的熱成形評估材料採用WHT1500鋼，料厚為1.80mm，材料力學性能如表1所示，熱成形工藝試驗參數如表2所示，力學性能曲線如圖1所示。
熱成型工藝分析
1. 邊界條件
採用單動的模具結構，即凹模在上，凸模在下，衝壓方向如圖3所示.
邊界條件：板料初始溫度為800°C，板料傳輸時間不大於3.5s;合模前板料在模具上等待時間為3.5s;凹模和壓邊圈間隙為1.5 x料厚;壓邊圈壓力為1T;成形合模速度為150 mm/s;淬火過程保壓壓力為400t;模具初始溫度，表面100℃，內部20 ℃。
1. 邊界條件
成型分析
通過Pamstamp將零件坯料展開得到板料，在Pamstamp當中成型模塊進行分析，成型模擬中，得到結果最大減薄處位於中立柱下半區的側邊上(如圖所示MAX-23%)，增厚區域在圖上所示的中立柱中部靠下區域正面(見圖4中+23.2%)。根據此情況，決定在模具加工和零件調試過程中著重注意此區域。
3. 成型過程模擬分析
在Pamstamp的成型模塊當中，觀測模具在運動過程中，板料的成型情況，圖5所示為上模距離下死點40mm、20mm、5mm以及最後的成型零件情況，在上模距離下死點5mm處，可發現中立柱下測有起皺的現象，在模具的調試階段會對此處做強壓料處理。
4. 溫度場分析
通過Pamstamp模塊中的分析模塊得到上模在下死點時，零件成形瞬間的溫度情況分佈，為了在最後得到馬氏體結構，通過仿真可以觀測到零件溫度高於665℃，符合標準，滿足淬火相變轉化條件。
5. 淬火後零件馬氏體分佈情況
進行分析，如圖6a圖所示，零件在模具中10s後淬火，除了壓邊位置影響外，零件90%以上已轉變成馬氏體;因為壓邊處將被激光切割切除掉。圖6b圖顯示保壓(10s)溫度情況，完成時零件的表面溫度小於200°C，壓邊圈位置溫度較高，與馬氏體分佈吻合。
6. 可成形性分析總結
(1)分析結果顯示，此B柱零件用WHT1500熱成形加工生產，工藝可行。
(2)零件底部區域是材料起皺風險區，建議此處控制增加壓料力及減小模具間隙，控制材料流動。
(3)零件頂部圓角處是開裂高風險處，建議減小板料尺寸。
模具設計
1.熱衝壓成型模具設計流程
熱衝壓成型模具設計流程如圖7所示。
2.模具結構設計
(1)模具材料選擇 熱衝壓模具材料選用H13熱作模具鋼。
(2)冷卻水道的計算及佈置
①冷卻水道的計算公式
式中，mw為單位時間內流過模具的水的質量(kg/h);n為管道數目;qw為單個管道冷卻水流量(m3/h);ρw為冷卻水在一定溫度下的密度(kg/m3)，取1000 kg/m3 ;d為冷卻水孔直徑(m); v為冷卻水流動速度(m/s); tu為單位時間，3600s。
式中，Re為雷諾數; V為運動粘度(m2/s)，10℃時，V=1.3077×10-6m2/s。
②冷卻水道佈置
冷卻管道直徑10～14mm;相鄰管道中心距為17～20mm;管道中心距形面最小距離大於15mm。每個鑲塊的冷卻系統相互獨立，相鄰鑲塊之間冷卻水道互不連通。
結語
通過採用國產熱成型鋼，為主機廠開發熱成型模具及零件的實踐，我們從中瞭解並掌握了熱衝壓成型模具技術及加熱冷卻組織的變化規律，取得了一些實踐經驗。在對某乘用車B柱熱成型模具進行開發研究過程中，通過對零件的CAE成型分析，零件在溫度場中強度的變化情況仿真和模具強度校核，完成了零件的模具結構設計。經過對模具熱衝壓成形調試，零件的金相分析以及拉伸試驗，保證了零件結構和強度符合預期要求。結果表明，所設計製造的乘用車B柱熱成型零件模具的應用滿足該產品的各項技術要求。
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