汽车热成形B柱零件设计准则培训
基于Dynaform的B柱热成形工艺研究与应用
0前言由于被动安全和汽车轻量化的高需求，超高强钢在汽车工业中的应用日渐提升[1]。
高强钢具有高的比强度、高的弹性模量、较好的冲击性能，能够充分地满足被动安全要求。
但在传统的冷加工条件下，高强钢板容易出现破裂、起皱，并且存在严重的回弹。
热成形是将板料加热至奥氏体温度以上进行，高温下的奥氏体为FCC 晶体结构，具有良好的塑性，保证成形充分。
成形后的微观组织为板条马氏体，零件强度可达1500MPa ，且零件成形精度高，质量好，基本没有回弹[2]，确保钢板获得较高的力学性能。
热成形过程是一个典型的热力相多物理场耦合和多尺度变化问题[3]。
成形过程涉及传热、变形及相变过程，复杂性远高于冷冲压成形。
在整个冲压过程中，钢板的各项性能参数随温度而变化，这些变化的性能参数将会对热冲压结果造成显著的影响[4]。
目前，有大量的学者对热成形本构模型及工艺进行研究。
M.Naderi 等人[1]通过单向拉伸试验机研究了不同温度和变形速率下的高锰钢性能，定义了22MnB5的Molinari Ravichandran 和Voce-Kock 两种本构模型；Lin LU 等人[5]研究了喷射成形高速钢M3：2温度和应变速率下的真应力-应变曲线，定义了应力补偿机制下的Zener-Hollomon 本构模型；陈炜等人[6]根据真实应力一应变曲线呈现明显的加工硬化和动态回复现象，基于井上胜郎模型和Norton-Hoff 模型提出修改后的模型，建立了高强度钢不同变形阶段的热变形塑性本构关系。
随着热成形理论的完善和制造技术的发展，热成形钢正逐渐被应用到汽车生产中。
更多的高强度钢被用于制造车体的结构部件，如A 柱、B 柱、前门防撞梁、前围板横梁等关键件。
本文以汽车B 柱加强件为例，将定义的本构模型导入DYNAFRM 进行计算，讨论了冲压工艺参数对成形性能的影响，确定最佳的热成形工艺。
1热塑性成形基本理论1.1热成形传热理论热塑性成形过程中，板料的热量交换方式包括模具与板料接触通过热传导热量交换，以及板料自由表面通过热对流和热辐射方式向周围环境散热[6]。
汽车“热成形钢板冲压件”材料手册
汽车“热成形钢板冲压件”材料手册一、零件性能要求及应用采用热成形钢板冲压件的零件通常是车身碰撞传力路径的安全结构件，大多要求具有高强度，起到防止碰撞时过分变形、入侵乘员生存空间的作用。
同时对零件的韧性有一定要求，比如车门防撞梁、B柱等，在发生碰撞发生变形时，不能过早弯折断裂，以起到吸收能量的作用。
下图1为沃尔沃V系列车型的白车身用材示意，红色代表热冲压零件，主要集中在正碰和侧碰路径上，包括A柱、B柱、C柱、前后纵梁、顶盖横梁、上边梁、门槛、地板横梁等。
由于轻量化及碰撞安全的越来越高的需求，热成型钢在汽车骨架上的应用比例也在不断扩大。
根据GM的公开资料，预计目前热成型钢年产能已达600万吨，与之相比，发展多年的第三代冷冲压高强钢的产量仅为3万吨。
如下图2，以Volvo为例，XC90在2015年热成型钢单车用量已从7%提升到38%，目前最新车型已达42%。
钢质或轻度钢铝混合路线的车企均大幅提升热成型钢占比，部分电动车企开始在电池包结构件上量产应用。
二、材料性能要求为了保证乘员舱的完整性和防撞性能，一般对热冲压材料（通常指1500MPa和1800MPa的硼钢）有如下需求：1. 高的材料强度；2. 良好的弯曲断裂韧性；3.均匀的组织性能；4.合适的成本；5.镀层材料还需求较好的耐蚀性（分为镀AS、镀锌和裸板）；6.良好的热处理工艺性能（奥氏体化温度、临界冷却速度）；7.良好的点焊、激光焊性能。
当然，现在随着汽车安全件的精细化设计需求，除了需求越来越高强度的硼钢（22MnB5、28MnB5、34MnB5）外，也需要中等强度的高韧性的热冲压材料作为软区材料，例如B柱的下端使用低合金高强钢6Mn6等，此类材料的需求为高弯曲韧性、良好的可焊性、较大的临界冷却速度，室温组织可以为铁素体、珠光体或马氏体组织。
三、行业用材分析1、行业用材现状•从基材来讲：①硬区：目前热冲压钢板主要应用的是1500MPa的22MnB5和1800MPa的34MnB5硼钢，用作硬区部位，即需要超高强度来减小或防止变形的部位；②软区：基于激光拼焊（TWB，Tailored Welded Blanks）技术的成熟，也有500/600MPa级的6Mn6、1000MPa级的8Mn*、1200MPa级的12Mn*等材料用于激光拼焊件的低强度部位，俗称软区。
基于Autoform的车身B柱热成形工艺研究
摘要车的发展给人们的生活带来了极大的便利，但同时也带来了严重的能源消耗以及空气污染问题。
为了降低汽车的油耗和环境影响，汽车轻量化已成为汽车行业发展的重要方向。
热成形技术是汽车轻量化、提高汽车抗冲击形以及防撞性能的重要途径。
热成形过程数值模拟的准确性对热成型零件的设计和制造具有重要的指导作用。
本文基于Autoform软件，建立了 B 柱的热成形模型, 采用热力耦合数值分析的方法得到了热成形后零件的厚度，温度分布及破裂起皱的趋势分布等, 通过跟实际调试后的零件的对比，验证了模拟结果的准确性。
关键词：热成型有限元数值模拟 Autoform一、引言十四五时期，我国要努力趋向“碳达峰”和“碳中和”愿景，必须大力推动经济结构、能源结构、产业结构转型升级。
在“双积分”政策引导下，汽车行业也在大力开展节能减排工作，并以轻量化、新能源作为节能减排的主要手段。
对于传统燃油车，当汽车重量减少10%，燃油效率可以提高约8％；而纯电动汽车因为增加了三电系统导致其重量大幅上升，减轻重量可以减少电池容量或提升续航里程，因此新能源车型轻量化需求比传统燃油车更为迫切。
从汽车性能角度考虑，汽车的轻量化有助于汽车的“行驶、转弯、停车”三大基本性能的提高。
汽车白车身（解决碰撞安全性问题的车身骨架）是抵御碰撞侵入和能量吸收核心单元，约占汽车总重量的30%。
随着日益严格的碰撞安全法规，加强白车身成为必然应对手段，因此全球汽车企业均面临着日益增大的车身加强与轻量化间的矛盾。
其中热成形[1]技术对高强钢板进行成形, 在进行热成形前需将坯料加热到高温，使坯料奥氏体化，然后通过快速冷却，得到完全马氏体组织, 如图1，如采用 22 MnB5高强钢板热成形技术制造汽车保险杠，其强度可达1500MPa以上[ 2 ]，该技术已成为世界上众多汽车生产厂商关注的热点。
图1 热成形技术原理通用、福特、大众、沃尔沃等汽车制造公司都在大量使用热成形的高强度汽车零件，某些车型上使用量高达30%。
汽车B柱高强度钢热冲压工艺分析
汽车B柱高强度钢热冲压工艺分析张浩（沈阳华晨金杯汽车销售有限公司，辽宁沈阳110044）摘要：简要介绍了热冲压成形工艺原理，结合某汽车B柱成形案例，从参数值确定、数值模拟前期处理、数值结果分析等方面，分析了热冲压成形工艺在生产汽车B柱中的具体应用，总结了热冲压成形工艺在模具选择方面的注意事项。
关键词：汽车B柱；高强度钢；热冲压工艺0引言热冲压工艺又称为热成形技术、冲压硬化技术，是指当板料处于红热阶段时冲压成形。
在热冲压之前，需要计算原材料用量，先行下料，然后把下料好的高强度钢放置到加热设备中直至奥氏体化，温度一般为880～950℃，再然后将其放到具有冷却功能的模具上成形，在此过程中模具表面会使钢冷却、淬火，出现相变，形成马氏体，此时已经成形的汽车B 柱的强度大幅提高。
实践表明，钢强度可由500～600MPa提升到1500MPa，提高了250%，该技术被广泛应用于汽车高强度钢的成形过程中[1]。
1汽车B柱高强度钢热冲压工艺本文以某汽车B柱高强度钢成形为例，对热冲压工艺展开分析。
该汽车B柱规格为1316mm×282mm×295mm，厚度0.8mm。
其顶部凸台高，两端存在较深台阶，局部形状易变，成形过程中容易出现起皱问题。
该工艺主要包括拉延、修边、冲孔、整形4道工序，高温状态下高强度钢的流动性良好。
1.1确定参数值通过CATIA构建B柱有限元模型，热冲压工艺部件成形期间会受到温度、塑性等参数的影响。
因此，实践中往往通过热-力-相变耦合分析方法进行研究。
高强度钢材模型使用22MnB5，厚度0.8mm，加热后最后温度设定为950℃。
热冲压工艺应用初期，模具温度因其与板料接触而上升，同时又因其内部包含冷却水道，该过程中模具温度人为感受近似不变。
将模具温度设定为50℃。
相对模具而言，板料热传导系数设定为3500W/（m2·K）。
热冲压速度设定为100mm/s。
冲压期间全部摩擦系数均设定为0.35。
汽车B柱热成形试验与热力耦合仿真
汽 车 Ｂ 柱 热 成 形 试 验 与 热 力 耦 合 仿 真
史栋 勇 － 。盈 亮 ｚ ，胡 平 ｚ ，吴 秀 峰 ，王 玉 山 ４ ｇ赵 立 信
（ １ ． 大连 理 工 大 学 工 程 力 学 系 ， 辽 宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ４；
摘要： 热 成 形 技 术 作 为 改 善 高 强度 钢 板 成 形 性 及 提 高 机 械 性 能 的 先 进 制 造 技 术 ， 可在 保证 汽车被 动安全 性 的前提 下实现 车身 轻量 化 ， 具 有 重 要 的 工 业 应 用 价 值 。 本 文 基 于 典 型 汽 车 Ｂ柱 热 成 形 产 品建 立 热 力 耦 合 有 限 元模 型 ， 对 Ｂ柱 热 成 形 及 淬 火 过 程 进 行 了数 值 模 拟 分 析 并 与试 验 结 果 进 行 对 比 ， 从 成形零 件 厚度分 布 、 温度场 及微观 组 织性 能方面对 其进行 研 究。结果表 明： Ｂ柱 产 品 中部 拐 角 处 厚 度 增 加 较 大 ， 尾 部 两 侧 成 形 壁 厚减 薄趋势 较大 ， 但 都 满足 成 形 性 要 求 ； Ｂ柱 降 温 速 率 大 于 ２ ７ ￣ Ｃ ／ ｓ ， 可保证 马 氏体 转变 ； 成 形 后 Ｂ柱 的硬 度 可 达 ４ ５ ０ ＨＶ 以 上 ， 抗 拉 强度 可 达 １ ６ ０ ０ ＭＰ ａ ， 微 观 组 织 为 均 匀 的 马 氏 体 。 成 形 后 Ｂ 柱 各 项 性 能 均 满 足 热 成 形 技
零 部件 抗拉 强度 可 达 １ ５ ０ ０ ＭＰ ａ以 上 ，且 回 弹 小 ， 微
基金项 目： 国家 自 然科学基金项 目 （ １ ０ ９ ３ ２ ０ ０ ３ ， ５ ０ ９ ０ １ ０ １ １ ） ； 国家 重点
汽车B柱加强板成形性模拟分析及优化
汽车B柱加强板成形性模拟分析及优化摘要：产品设计和工艺设计合理性是决定产品可成形性的两个主要因素。
本文对DP600汽车B柱加强板进行了工艺分析、设计和优化，并进行了数值模拟验证和物理实验。
总结了DP600的产品设计特点，设计后变更处的产品减薄率由24.8%降低到18.2%；对坯料和拉延筋进行了优化，结果显示产品最大开裂减薄率只有19%，效果良好，为高强度钢类零件设计和工艺设计提供了借鉴。
关键词：汽车B柱加强板产品设计工艺设计数值模拟Abstract: The main two concerns about the formability of products are the product design and process design. We proposed the product design specifications of HSS (high strength steel) DP600 according to HSS's characteristics. The process analysis, design and optimization with regard to DP600 B pillar were implemented respectively and verified by the simulation and manufacture. The results showed that after optimization, the maximum thinning decreased from 24.8% to 18.2%. With the optimization of the blank and bead, the maximum thinning at the original broken area minimized to 19%. The specifications and optimization method can provide the support for the product and process design made of HSS.Keywords: Car B-pillar, Product design, Process Design, Numerical simulation0 引言汽车覆盖件形状复杂，多为空间曲面，成形多为小应变大变形，成形性难以靠经验准确判断。
浅谈汽车车身B柱的设计与开发
Ｂ柱的主要功能作用决定了 Ｂ柱在汽车车 身中应该 具 有 的 性 能：需 要 满 足 车 身 的 刚 度 要 求；车辆碰撞时起支撑作用，特别在侧碰时，Ｂ 柱 需保持良 好 的 车 身 变 形 空 间，是 侧 碰 安 全 的 核 心结构件 之 一；保 证 侧 碰 力 有 效 地 分 散 给 门 槛 梁和侧围 上 边 梁；保 证 局 部 受 力 比 较 大 的 区 域 的模态；满足密封、隔 热、减 震、防 锈 等 其 他 性 能 要 求 。 ［２］
发工作意义重大。通过对汽车车身 Ｂ柱功能、性能的阐述以及对几种车型 Ｂ 柱截面尺
寸和 ＣＡＥ比较分析（惯性矩ＩＹ、Ｉｚ 及扭转常数），可以发现 Ｂ柱的性能好坏与设计阶段 的策划、截面尺寸、工艺的选取、高强度复合材料的应用与否都有很大的关系。
关键词：汽车；Ｂ 柱；热成形
中 图 分 类 号 ：ＴＧ ３８６
表１ ３种车型 Ｂ 柱加强板截面尺寸的比较
截面
车型Ⅰ
１．２ Ｂ 柱结构的主要性能
方面构成。 主要布置 的 输 入 包 括：分 缝 完 全 的 汽 车 初
步造型面（Ｃｏｎｃｅｐｔ Ａ Ｓｕｒｆａｃｅ，ＣＡＳ）数 据 输 入； 前门锁扣及门锁 开 关 等 数 据 输 入；后 门 铰 链、限 位器数据输入；隔 音 降 噪 布 置 要 求；内 饰 及 附 件 安装方式要求；电 器 件 装 配 及 安 装 方 式 要 求；密 封系统安 装 及 密 封 间 隙 要 求；前 排 人 体 特 别 是 头部的布置要求。
基于质量控制的汽车热成型B柱零件质量问题改善
ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｒ ｅ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｗ ａ ｓ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ，ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｐ ｒ ｉ ａ ｔ ｅ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｗ ｅ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ａ
ｐ ａ ｒ ｔ ｓ ｗａ ｓ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ７ ％ ｔ ｏ ３ ％ ．Ｓ Ｏ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｔ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍｉ ｃ ｌ ｏ ｓ ｓ ｅ ｓ ｗ ａ ｓ ｂ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｄ ｏ ｗｎ ．
Ｋｅ ｙ Ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｑｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｌ ａ ｙ ｅ ｒ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ Ｐ ａ ｒ ｅ ｔ ｏ Ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ Ｐ ａ ｒ ｔ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ Ｐ ａ ｒ ｅ ｔ ｏ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ａ ｍｏ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ｏ ｆ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｗｅ ｒ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ｓ ｏ ｆ ａ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ Ｓ ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ ｈ ｏ ｔ － ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｄ Ｂ－ ｐ ｉ ｌ ｌ ａ ｒ ｐ ａ ｒ ｔ ｓ ． Ａｓ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ
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▲ 图 １ 热成 型 Ｂ柱 零 件 生 产 过பைடு நூலகம்程 图
热成型件在铝车身B柱总成的应用
1 热成型技术发展历程
பைடு நூலகம்164
欧阳伟刚：热成型件在铝车身 B 柱总成的应用
要求。目前传统车身安全件普遍采用 1000~1500 MPa 级的超 高强零件，但是高强度钢板强度越高，成形性越差，尤其是 当钢板强度达到 1200MPa 时，常规的冷冲压成形工艺几乎无 法成形。热成型技术的采用可以很好地解决超高强零件的成 型问题。
Abstract: In the development process of a new energy aluminum body, the hot-formed b-column assembly structure shall be applied to replace the aluminum b-column structure. Through the analysis of the CAE process of the vehicle side impact, the goal of side impact analysis shall be gradually met. Thermoplastic materials are widely used in automobile body manufac -turing because they can replace multi-layer welded structure with single thermoplastic parts. The cross section structure of hot forming parts is the key to meet the requirements of high strength and light weight. The hot stamping forming technology of stamping yield strength can be as high as 1200 mpa, and high temperature forming almost no rebound, with forming such outstanding advantages as high precision, good formability, thus caused widespread concern in the industry and quickly became the hot technology in the field of automobile manufacturing, anticollision beam is widely used in door, front and rear bumpers and other security and A pillar, B pillar, C pillar, such as channel in the production of car body structure. Keywords: Thermoforming process; side impact; stiffness; B pillar CLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)13-164-05
基于热成形的变截面b柱优化设计
10.16638/ki.1671-7988.2020.01.020基于热成形的变截面B柱优化设计李红，李阳，董江海（华晨汽车工程研究院，辽宁沈阳110005）摘要：文章基于轻量化的需求，以基础热冲压成形B柱为对象，采用变截面热成形技术，进行不同截面厚度设计，并进行零件级别仿真分析，得到优化方案，最后进行整车验证分析，满足使用性能，并且实现轻量化。
关键词：变截面热成形；B柱；优化设计中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)01-64-03Optimization Design of Variable Section B-pillar Based on Hot Forming TechnologyLi Hong, Li Yang, Dong Jianghai( The Brilliance Auto R&D Center, Liaoning Shenyang 110005 )Abstract: Based on the demand of lightweight, this paper takes the basic hot stamping B-pillar as the object, adopts the variable section hot forming technology to design different cross-sectional thickness, and carries out simulation analysis on part level to obtain the optimization scheme. Finally, the vehicle is verified, and the design meets the service performance and realized lightweight.Keywords: Variable section hot forming; B-pillar; Optimization designCLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)01-64-03前言为了保证整个车身的强度和刚度，车身结构件对材料的强度有着较高的要求。
基于热成形技术的B柱优化设计
17810.16638/ki.1671-7988.2018.19.062基于热成形技术的B 柱优化设计陈诗雨，李红，汤湧（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110005）摘 要：本研究对B 柱与B 柱加强板进行优化设计，应用热成形B 柱代替原方案的冷成形B 柱，同时优化B 柱加强板。
通过分析发现，应用热成形技术的方案不但碰撞安全性能得到提高，并且达到轻量化效果。
关键字：热成形；B 柱；汽车轻量化中图分类号：U465 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)19-178-03A Study on Optimal Design of B-pillar Based on Hot Forming TechnologyChen Shiyu, Li Hong, Tang Yong( The Brilliance Auto R&D Center, Liaoning Shenyang 110005 )Abstract: In this study, the B-pillar was optimal designed based on hot stamping technology instead of original cold stam -ping technology, and the reinforcement was optimized at the same time. The results show that the application of hot stamping technology can not only improve the safety performance of collision but also realize the lightweight effect. Keywords: Hot forming; B-pillar; Automotive lightweightCLC NO.: U465 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)19-178-03前言汽车轻量化技术作为降低油耗、减少排放的重要途径之一，已成为汽车技术研究的重点[1,2]。
一种新型超高强钢汽车B柱热冲压成形工艺及组织性能
一种新型超高强钢汽车B柱热冲压成形工艺及组织性能轿车B柱是轿车安全性的一个重要部件。
本课题以某厂汽车B柱为研究对象,运用数值模拟软件,对22MnB5钢汽车B柱热冲压成形工艺过程进行了有限元分析,截取汽车B柱成形过程中形变最困难的区域,设计制造了热冲压成形模具。
随后设计熔炼了一种新成分的超高强度合金钢,进而轧制成符合热冲压成形实验的板料,并进行了热冲压成形实验。
主要成果如下:通过有限元分析发现,与板料紧密接触的压边圈严重影响板料温度场,使温度场产生了较大的温度梯度,导致压边圈区域的板料强度远高于拉深区域板料的强度。
板料形变过程中,压边圈区域的板料难以进入圆角,最终导致板料被拉裂,间隙压边圈与板料点接触,对温度场的影响较小。
形变过程中,间隙压边圈区域的板料可以顺利进入圆角,对热冲压成形而言,使用间隙压边圈更加合理。
对汽车B柱进行了常规的热冲压成形有限元分析,发现B柱难成形区域始终出现褶皱,通过分析褶皱的成因,发现使褶皱区域的板料先成形可以有效解决这一问题,即通过采用内部间隙压边圈,有效消除了褶皱。
同时确定汽车B柱最优的热成形工艺参数为板料初始加热温度930℃,冲压速度为150mm/s。
对自主设计的超高强度合金钢进行轧制,获得1.5mm厚度的板料,经880℃正火、260℃回火后,材料抗拉强度达到了1600MPa,屈服强度达到1298MPa,硬度达到47HRC。
针对汽车B柱的难成形区域自主设计制造热成形模具,模具采用内压板的设计来消除热成形过程中板料产生的褶皱。
通过采用轧制的超高强度合金钢板料进行热成形实验,获得了褶皱较少的实验件,验证了内压板工艺的正确性,经过热冲压成形后,实验件的抗拉强度达到了1213MPa,屈服强度达到了986MPa,硬度达到37.9HRC。
汽车车身B柱热成形模具设计
汽车车身B柱热成形模具设计袁立峰;王运【摘要】介绍了热成形技术的基本原理,并以某车型B柱为例,对热成形过程中零件材料特性、工艺设计及CAE分析、模具冷却系统设计及CAE分析等关键技术进行了介绍.【期刊名称】《模具制造》【年(卷),期】2015(015)001【总页数】3页(P26-28)【关键词】热成形;B柱;冷却系统【作者】袁立峰;王运【作者单位】北京汽车股份有限公司北京 101300;北京汽车股份有限公司北京101300【正文语种】中文【中图分类】TG385.2近几年，中国的汽车工业得到了迅速的发展。
2011年中国的汽车产量已经达到1841.89万辆（中国汽车工业协会统计），跃居世界第一，已经成为一个世界生产和消费大国。
2013年汽车销量突破2，000万辆，达到2，198.41万辆。
2014年汽车销量出现销量增长放缓的现象，其中自主品牌汽车销量却出现了近8个月的连续下滑。
这就促使自主品牌汽车加大研发力度，加大新技术、新材料的研发和应用。
汽车智能化、电动化、轻量化是未来汽车发展的趋势。
其中，高强板热成形技术的应用是实现车身轻量化和提高碰撞安全性的有效途径之一。
板料放到加热炉进行加热，加热要均匀，温度达到900℃。
通过机器手把加热好的料片送到带有冷却系统的模具中进行冲压成形，模具闭合后保压5～10s，使板料在模具内快速冷却淬火（模具的温度控制在200℃左右范围内），钢板内部组织从奥氏体转化成马氏体。
制件温度降至80～150℃左右取出。
最后用激光切割机切割出最终的制件，如图1所示。
采用热成形技术生产的制件具有强度高、尺寸精度高、成形质量好等特点。
已经广泛应用于汽车前后保险杠、A柱、B柱、C柱、车顶构架、车底通道框架、仪表台支架、以及车门内板、车门防撞梁等构件的生产，如图2所示。
3.1 制件介绍热成形制件的主要结构特征是在冲压方向上没有负角，不需要翻边整形等工序，能够一次能成形到位，如图3所示某车型B柱。
热成型零部件设计规范
热成型零部件设计规范1. 概述1.1 规范的主要目的通过本次对热成型技术设计规范的整理和总结，梳理出热成型技术的结构设计共性和规范要求，引导热成型零部件的结构设计，满足产品质量要求。
降低产品设计过程中失误，达到提升产品品质目的。
1.2 规范的主要内容该规范主要针对公司现有车型的热成型技术开发过程中的知识积累和概括，为今后开发车型提供设计指导，通过规范热成型零部件的设计注意事项、结构设计一般性流程，设计校核及实验要求等，系统、全面地检查热成型零部件在设计阶段可能存在的问题，做到及早发现，及早整改。
2. 适用范围及规范性引用文件2.1范围本规范规定了**汽车热成形零部件采用板材的分类和结构设计注意事项、技术要求、检验和试验等。
本规范适用于**汽车汽车部件应用热成形钢板材料。
2.2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/ T 222 钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差GB/ T 223 钢铁及合金化学分析方法GB/ T 224 钢的脱碳层深度测定法GB/ T 228 金属材料室温拉伸试验方法GB/ T 4340 金属维氏硬度试验GB/ T 8170 数值修约规则GB/ T13298 金属显微组织检验方法GB/ T13299 钢的显微组织评定方法Q/B 07.025 禁用物质Q/B 07.008 金属材料取样标准3.术语和选材规格3.1 热成型热成型是把钢板加热到900℃左右的奥氏体区进行冲压成形，通过制件在冲压金属模内冷却淬火强化的一种成形工艺。
3.2 热成型钢热成形钢是一种低碳合金钢，含有一定量的锰、硼为主的合金元素，具有良好的热处理性能，可以通过直接热冲压成形或先预成形再热冲压成形同时模具内淬火，从而获得高强度。
B柱内板热成形件回弹问题分析
B柱内板热成形件回弹问题分析
马波涛;闫巍鑫
【期刊名称】《汽车制造业》
【年(卷),期】2018(000)019
【摘要】B柱内板是热成形类模具代表性零件,在生产过程中会有回弹问题的发生,本文针对B柱内板零件的特点,重点分析了问题发生的原因以及解决措施,对后期热成形模具的设计以及制造提供了借鉴。
B柱内板作为热成形类模具的代表性零件,在整车安全上起到了至关重要的作用,由于零件复杂,成形深度较深,因此经常出现回弹的问题,严重影响整车的装配。
【总页数】3页(P52-54)
【作者】马波涛;闫巍鑫
【作者单位】[1]长城汽车股份有限公司生产技术开发中心;[1]长城汽车股份有限公司生产技术开发中心
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.21
【相关文献】
1.基于热成形的变截面B柱优化设计 [J], 李红; 李阳; 董江海
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热成形b柱结构研究与优化
热成形b柱结构研究与优化热成形是一种利用热力学原理加工材料的方法，通过加热材料使其达到可塑性，然后通过模具的压力使其形成所需的形状。
热成形广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等各个领域。
其中，热成形b柱结构的研究与优化对于汽车制造行业具有重要意义。
本文将对热成形b柱结构的研究与优化进行探讨。
首先，研究热成形b柱结构的目的是为了提高其力学性能和工艺性能。
力学性能是指b柱在实际工作条件下承受荷载能力的大小。
工艺性能则是指热成形b柱的成形性、制造成本和工艺稳定性。
因此，研究与优化热成形b柱结构时需要兼顾这两方面的需求。
其次，研究热成形b柱结构可以利用有限元分析方法进行模拟和优化。
有限元分析方法可以通过将b柱结构离散为有限个单元，对每个单元进行力学分析，最终得出整个b柱结构的力学性能指标。
通过有限元分析，可以确定材料的应变分布、应力分布和变形情况等，从而为优化提供依据。
热成形b柱结构的优化可以从如下几个方面着手。
首先，可以从材料选择的角度优化热成形b柱结构。
不同材料具有不同的力学性能和工艺性能，根据实际需求选择合适的材料可以提高b柱的整体性能。
其次，可以通过改变b柱的几何形状来优化结构。
通过有限元分析，可以优化b柱的尺寸和形状，以提升其承载能力和刚度。
再次，可以通过调整热成形过程中的温度和应力来优化b柱的成形性能。
适当的温度和应力可以使b柱在成形过程中更容易形成所需的形状，并提高其制造效率。
此外，还可以通过改变热成形工艺的工艺参数来优化b柱的制造过程。
例如，可以通过改变模具的形状和尺寸，改变热成形温度和时间等来调整热成形工艺，以提高b柱的工艺稳定性和质量。
总之，热成形b柱结构的研究与优化在汽车制造行业具有重要意义。
通过研究热成形b柱结构的力学性能和工艺性能，可以不断优化b柱的设计和制造过程，提高其整体性能和工艺稳定性。
未来，随着材料科学和制造技术的不断发展，热成形b柱结构的研究与优化将会越来越深入，并为汽车制造行业的发展做出更大的贡献。
B柱板 设计指南
1设计思想1.1设计原则与设计流程1.1.1设计原则B柱外护板是安装于车门的B柱钣金上，起到美化外观的作用；其效果的好坏直接影响道整车的外观以及造型风格；因此在设计时要参考样车，外观设计至关重要；便于生产制造；1.1.2设计流程1.2设计参数确定位置重量外板距离B柱外板尺寸1.3设计基本限制因素B柱护板是外观件，不存在运动干涉，因此设计时要注意与周围钣金的配合以及是否存在各干涉，间隙和面差，同时要注意制造可行性。
1.4零部件装配设计安装可行性玻璃升降器安装可行性把手安装可行性牌照安装可行性1.5零部件试验要求外板变形试验结构强度试验高温试验道路耐久试验低温试验盐雾试验2零部件设计2.1收集边界条件内外CAS模型B柱侧围车门2.2初步断面设计右前门B柱护板处断面设计左前门B柱护板处断面设计右后门B柱护板处断面设计左后门B柱护板处断面设计2.3工艺数模设计根据各处断面设计B柱工艺数模初步定义每个冲压件的冲压方向、材料、厚度、附件安装孔等信息初步定义安装方式初步颜色设计2.4各种可行性分析工艺数模冲压可行性分析工艺数模焊接可行性分析工艺数模涂装可行性分析工艺数模密封可行性分析工艺数模安装可行性分析2.5数模设计根据可行性分析结果和更新后的断面更新工艺数模定义每个冲压件的冲压方向、材料、厚度、附件安装孔等信息定义安装方式等2.6材料及工艺设计和要求B柱板强度要符合外板变形试验要求外观无裂纹、划痕和凸包等3注意事项3.1重要特征描述B柱外护板是安装于车门的B柱钣金上，起到美化外观的作用；其效果的好坏直接影响道整车的外观以及造型风格；因此在设计时要参考样车，外观设计至关重要。
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成形（图9a）。
B柱整体结构设计：(a) 封闭式；(b) 开放式
热成形B柱零件设计
1.16 板件（侧壁）弯曲时，若弯曲处的圆角过小，则外表面容易产生 裂纹。 当使用涂层板时，还会引起涂层的剥离，为此规定最小弯曲半径R≥2t （t为板料厚度，R为弯曲半径）； 防止圆角在弯曲时受压产生挤料后起皱，应设计预留切口。
图2 外缘翻边：(a) 外凸翻边；(b) 内凹翻边
热成形B柱零件设计
1.3 热成形B柱的设计中，翻边特征是外凸翻边且转角很急的情况下做以 下（图3）缺口改进。以避免局部堆料.
图3 翻边成形的改进设计
热成形B柱零件设计
1.4降低拉延深度，且成形深度尽可能相同，应能够采用一次拉延成形， 避免 多道次拉深。冷拉深成形中，零件易在凸模圆角处开裂。而热拉深成形时， 板料与模具在凸凹 模圆角处先接触（图4），导致这些部位首先冷却硬化，变 形抗力增大。 变形将转向温度较高、具有良好塑性流动性的拉延侧壁，导致应变集中。 由于侧壁处于平面应变状态，拉延深度的增加依靠材料厚度的减薄，因而易 产生拉裂，且拉裂的倾向随着拉深深度的增加而加剧。
热成形B柱零件设计
1.10 由于模具在制作过程中，会选择产品各方面比较均衡的方向作为冲压 方向，因此相关的锁位凸包，都要以出模方向进行设计，但是主机厂的工 程技术人员往往不会知道模具的冲压方向是什么方向，冲压方向确定的一 个原则是： 以产品能够在4个角能尽量保证上模同时接触胚料为原则。
产品的两边最低点尽量做在同一高度，保 证上模和坯料能同时接触
B柱侧壁的出模角太小，造成侧壁有可能产生 非全马氏体区域，维持在侧壁在7°以上的角度 可以改善
图5 拉深成形：(a) 锥形拉深；(b) 抛物线形拉深
图6 侧壁小角度拉深产生淬火不良
热成形B柱零件设计
1.6 各部分尺寸比例要恰当，尽量避免设计宽凸缘和深拉延（D＞3d， h≥2d，d为工件直径，D为凸缘直径，h为拉深深 度）；拉深成形的圆角半 径要合适，圆角半径尽量取大些，一般应满足 关系：R≥5t（t为板料厚度， R为圆角半径）； 1.7 一般情况下，零件结构中应避免出现较深和较大区域的反向冲压 成形 （图7）。若无法避免，则应采用较大的过渡圆角， 防止引发由高 温度梯度导致的局部变形，降低起裂风险。
(a)
图4 板料与模具接触时序对成形的影响： (a) 接触时序不同导致温度分布不均匀；(b) 局部塑性变形
（b）
热成形B柱零件设计
1.5 B柱的截面形状上应避免直壁和阶梯形零件的拉深成形。 直壁和阶梯型截面形状在成形过程中，材料流动阻力增大，且热板料与 模具的 接触状况差，接触压力低，甚至出现不与模具接触的非接触区 域，影响板料快速 淬火。 应采用锥形（α≥93°）或是抛物线形拉深成形（图5）。
热成形B柱零件设计准则培训 — 热成形B柱零件设计
热成形B柱零件设计
1.1热成形B柱的设计中，应该避免圆孔翻边（图1）。目前的热冲压工艺中进 行圆孔热翻边是比较困难的很难达到必要的精度，且很难将胚料优化到可以翻 孔的位置，并且翻边后难以做镭射切割。
图1 圆孔翻边
热成形B柱零件设计
1.2热成形零件设计翻边结构时应注意拉延-法兰边区域，这些区域有更高的起皱、开裂 倾向。 外凸翻边的最终线长度比初始长度短（图2a）产生压缩法兰边，容易导致起皱和 折叠 ，且起皱的趋势随翻边高度的增加而增大。 内凹翻边属于伸长类翻边，产生拉伸法兰边（图2b），竖边的长度在成形过程中 会被 拉长，当变形程度过大时，竖边边缘的切 向伸长和厚度减薄就比较大，容易发 生拉裂。 法兰边越高， 拉伸失稳越明显。无论是外凸翻边，还是内凹翻边，都应降低翻边 高度和曲率。总体上说，热成形B柱不宜有翻边，尤其是90度的翻边特征。
弯曲圆角处预留切口
热成形B柱零件设计
1.17 热成形B柱的应尽量在零件上设置吸皱筋（余料仓），防止零件的 起 皱倾向。尤其是在B柱零件的端部和中间梁的设计中，应该设置吸皱筋。
吸皱筋的设置
吸皱筋
热成形B柱零件设计
1.18 B柱头部尽量避免这种（红色线）台阶出现，以防 止冲压工艺上产生侧壁拉裂的风险
图7 反向冲压成形
热成形B柱零件设计
1.7 反冲结构，容易产生堆料，反冲的区域的形状特征以尽可 能平顺过渡为特点。
大R角
图8 此处由于是特征交汇处造成反 冲结构，比较容易在此堆料
a
b 图9 改善实例
加平顺 过渡的 特征
热成形B柱零件设计
1.8 特征避免高落差急剧变化， 以减少堆料问题.
更改前
此处的特征变化比较大，台阶比较高，材料 在此处堆积，如能在中间有个过渡特征，就 可以减缓特征变化，以便多余材料能及时消 除.
此处台阶会使侧 壁拉裂
侧壁会产生拉裂
热成形B柱零件设计
1.19 B柱红色R角需要尽可能的大，方便在成型过程中材料的流动， 避免产品表面的拉伤和刮痕。
THANKS
图10
更改后
热成形B柱零件设计
1.9 避免剧烈的几何形状过渡
板料与模具间存在接触时序上的差异，急剧的几何形状过渡将会造成 接触时序相差更大，更易产生高的温度梯度，加剧应变集中。 B柱的形状设计必须平缓过度，增加过渡圆角半径，尽可能的减少变形 过程 中不与模具接触的板料面积。 减小零件沿长度方向的弯曲角度。过大的弯曲角度会使得冲压方向的 选择变得困难，影响零件的成形。
热成形B柱零件设计
1.14 B柱零件应尽量采用规则的形状设计，降低不对称度，B柱的截面形 状应该尽量简单对称。
对称度较差的零件设计，会导致坯料难以定位。 在成形过程中，坯料还可能会产生转动，模具与坯料接触状态差，甚至 影响材料的流动和淬火冷却。
不对称零件设计引起的坯料定位问题
热成形B柱零件设计
1.15 B柱结构应尽量避免封闭式设计，而采用开放式设计。 尽可能采取弯曲成形，减少法兰边产生起皱、减薄以及拉裂的危险。 封闭式的“杯状”结构会导致成形过程中材料在凸凹模拐角处产生压
热成形B柱零件设计
1.11圆角要求：拐角处尽可能的以球R接顺，且尽可能的大
不可取
可取
热成形B柱零件设计
1.12锁扣为和门铰链位的凸包在满足功能要求的情况下，尽可能降低 凸包高度，且凸包面的角度要尽可能的大
热成形B柱零件设计
1.13孔位凸包不能做得太深，且周边R角和斜度都必须是做大，以防止局 部缺料而拉薄拉裂。