【成形工藝】我要學熱成形-B柱設計原則

熱衝壓技術在提高車型的碰撞性能及車身輕量化方面有較大的優勢。通過熱成形，可以得到尺寸精度較好的零件，並且車身結構設計可以簡化。通過patch，TWB等技術的使用，可以有效減少加強板的數量、降低壓力機的噸位要求。但是，參照冷衝壓理論來設計熱成形零件顯然不是非常的合理。那麼，在設計熱成形零件時(如汽車B柱加強板)，有哪些工藝原則呢？

B柱簡述

B柱是重要的承力件，不僅要求在承受一定衝擊後車門能順利打開，同時還需要前門鎖環、後門鉸鏈、安全帶卷收器和高調等部件提供安裝環境。通常，B柱位置有側圍外板、B柱加強板和B柱內板三層結構構成。一般將B柱加強板設計成熱成形零件，我們經常聽到的熱成形B柱指的就是B柱加強板。

圖1

B柱要求有較高的強度和剛度；既不能過硬，也不能過軟。其結構特點為拉深深度較大、截面變化較複雜、、圓角半徑較小等。B柱加強板的示意如圖2。圖中1為側圍外板，2為B柱加強板，3為B柱內板，4為B柱加強板襯板。

圖2

工藝特性

1.塑性變形能力。熱衝壓要求在高溫下進行，一般為850℃左右，此時，硼鋼的流動性好。

2.熱衝壓過程主要是C元素的固溶強化。板料為塑性變形與相變同時發生的過程。

3.摩擦係數大。熱衝壓時硼鋼的強度和硬度都會有所降低，且高溫時潤滑係數減小。

4.裸板與鍍層板成形差異大。裸板在高溫下容易氧化，表面質量較差。而鍍層板在成形時鍍層容易開裂，防腐性能將會受到影響。

工藝原則

1翻邊

禁止有圓孔翻邊。熱衝壓中不適宜進行圓孔翻邊，對成形後的零件進行圓孔翻邊也極為困難。很難達到必要的精度，很難將坯料優化到翻邊孔的位置，並且翻邊以後激光切割困難。

圖3

無論是內凹還是外凸翻邊，其高度和曲率都應盡量低。總體而言熱成型B柱，不宜有翻邊，尤其是角度較小的翻邊，在設計既有翻邊又有局部鼓包和凸起時，應儘可能設計為呈凸起方向與翻邊壓彎方向一致，以便在一道工序中衝壓出來。

應能夠採用一次拉延成形，避免多道次拉深。拉深成形的圓角半徑盡量取大些，R≥5t ( 其中，t為板料厚度，R 為圓角半徑)。

避免直壁和階梯形零件的拉深成形。直壁和階梯形零件在成形中，材料流動阻力增大，且熱板料與模具的接觸狀況差，接觸壓力低，甚至出現不與模具接觸的區域，影響板料快速淬火。可採用錐形( α≥93°) 或拋物線形拉深結構。

圖4

避免出現較深和較大區域的反向衝壓成形。這些區域很可能需要二次成形，而這對於熱衝壓後的零件是很難實現的。若無法避免，則應採用較大的過渡圓角，防止引發由高溫度梯度導致的局部變形，降低開裂風險。

圖5

最小彎曲半徑R≥2t( t 為板料厚度，R 為彎曲半徑)。拐角處應儘可能做成球角，且球角半徑儘可能大。板件( 側壁) 彎曲時，若彎曲處的圓角過小，則外表面容易產生裂紋。當使用鍍層板時，還會引起鍍層的剝離。

圖6

板料在奧氏體狀態下的變形抗力低，流動速度快，易形成起皺。因此，應在零件結構上設置吸皺筋，降低起皺傾向。

圖7

目前，對於熱成形零件，貼合面面位置度公差帶能控制在1mm以內，非貼合面面位置度公差帶能控制在2mm以內。

非重要位置切邊及開孔可適當放大公差。

判定切邊線是否採用激光切割的公差帶臨界值基本設定在4mm。低於4mm的，採用激光切割；高於或者等於4mm的可以在落料時一併完成。

熱成形生產視頻

1.東莞豪斯特熱成形零件生產視頻：

2.海斯坦普熱成形零件生產視頻：

總結

本文簡單介紹了幾個熱衝壓零件的設計原則，相對了可多工序完成的冷衝壓，熱成形一般只有一道工序。在設計熱成形零件時，除了要考慮一般衝壓件的規則外還需注意其翻邊、拉深、倒角等特徵的設計。

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