耿家源 梁漢優(yōu)

長江大學工程技術學院 湖北荊州 434020

熱沖壓工藝是一種基于模內淬火的高溫板料成形技術，其技術特點是將板料在高溫下沖壓成形，并利用模具實現對成形工件的淬火處理。熱沖壓工藝可以有效的消除利用傳統工藝對高強度鋼成形時極易出現的斷裂、回彈、變形抗力大等工藝問題，顯著改善高強度鋼的成形能力，有效提高了成形工序集合程度，降低了工藝復雜性，提高了生產效率。

1 成形件

U型防撞梁是在車門內部結構中加上橫梁用以加強汽車側面的結構，是作為一種額外的吸能保護層而設計的。防撞梁的零件圖如圖1所示。

圖1 車門防撞梁零件圖

圖2 模具結構圖

2 模具總體結構設計

2.1 模具結構

熱沖壓成形模具與傳統冷沖壓成形模具有很多相似之處，如導向裝置、結構設計、沖壓方向選擇等，因此本文對這些類似部分結構沒有做出詳細的設計計算。不同于傳統冷沖壓的是，熱沖壓成形模具不僅要完成零件的成形，還要對零件保壓淬火，所以模具必須設計出合理的冷卻系統，保證零部件的冷卻速率不小于27℃/s及均勻冷卻[1]，這也是本文的設計重點。模具總體結構如圖2。

2.2 其他參數的確定

經計算以及綜合考慮在成形過程中模具及板材受熱膨脹，選定凸凹模間隙為2.6mm。沖裁件所需沖裁力為5352KN，沖壓設備選閉式雙點壓力機JA36-13。由于在模具中設計了冷卻系統，故所選模具材料還應具有較好的防腐蝕能力，以提高工作壽命，降低維護費用，綜合考慮選擇凸、凹模材料為ZG55CrMnMo工具鋼。

3 冷卻系統設計

3.1 冷卻水管直徑計算

模具采用水冷。設淬火模具的平均溫度穩(wěn)定在 130℃，冷卻水入口溫度為10℃，出口溫度為40℃；生產率為40件/小時；冷卻水帶走的熱量為工件傳給模具總熱量的90%，其余 10%的熱量由空氣帶走。因此單位時間內工件傳給模具的熱量為：

熱量使冷卻水的溫度由入口溫度上升到出口溫度，因此：

將 n=40，m=2.11kg，CP=0.46kJ/kg·℃，t1=850℃，t2=200 ℃，Cw=4.187kJ/kg· ℃，Δt=30 ℃，v=0.5m/s，tu=3600s，γ=1000kg/m3，代入式（4-6）得：

冷卻水孔直徑圓整后取為d=6mm。則流速v=2.5m/s 時的單位體積流量為：

3.2 冷卻水管根數計算

冷卻系統采用在凸凹模上機械加工成通孔。根據傳熱學相關理論和公式計算得出滿足工件淬火要求的冷卻水管直徑為6mm，共31根水管，凸、凹模各排布16、15根水管。為了保證冷卻效果，將突起部分的水管直徑增加到8mm ；冷卻水管之間的間距水平距離為9-11mm；水管走勢和空間位置根據凸、凹模型面的走勢進行安排，冷卻水管中心與模具型面的距離為8mm；出水管和入水管的直徑都為10mm，保證供水和出水的通暢。其分布分別如圖5、圖6所示：

圖5 凹模水管分布圖

圖6 凸模水管分布圖

4 結語

本文完成了車門防撞梁熱沖壓模具的結構設計，設計制定了相關的參數，尤其是對模具的冷卻系統進行了詳細的計算，結果滿足工藝要求，為同行提供參考。