热冲压成形技术由于其独特的构思,避免了常规冷冲压易于开裂、起皱等不利因素,具有零件精度高和成形质量好的特点,越来越广泛地应用于制造超高强度冲压件。然而,关于热冲压成形冷却系统研究的文献主要集中于热冲压模具冷却流道的设计和优化这一方面,而高热导率模具材料的开发和应用方向的文献相对较少。本文基于H13、DIEVAR和HDLM这三种不同热导率的模具材料,采用热-力-相多场耦合的分析方法,利用DEFORM?软件建立B柱成形及模内淬火过程的数值仿真模型,分析了板料在热冲压过程中各物理场的动态演变趋势,并与实际热冲压结果进行对比验证。探讨不同的模具材料、模具初始温度和冷却水速对热冲压成形性能、冷却行为和组织演变,以及抗拉强度分布的影响规律,以期为热冲压工艺的优化和模具材料的选择提供参考与借鉴,主要结论如下:(1)通过研究HDLM钢的热处理工艺,并对各种工艺下的硬度和韧性进行测试和分析,最后确定最佳淬回火工艺为1080℃淬火+640℃×2h+640℃×2h,此时模具硬度为53HRC,冲击功为170J。(2)针对H13、DIEVAR和HDLM模具材料而言,由于三种模具材料的密度和比热容差异较小,模具材料的热扩散系数是影响其热导率的主要因素。在热冲压模具服役温度200~400℃内,HDLM模具钢的热导率远高于H13和DIEVAR模具钢,约为H13钢的1.5倍,且其值超过40W/(m·K)。(3)冲压成型阶段,B柱整体的温度没有发生大变化,且温度均匀分布,其温度值在780~805℃之间。保压淬火阶段,B柱底部的马氏体转变速率最快,侧壁的马氏体转变速率适中,圆角处的马氏体转变速率缓慢。当保压12s后,B柱各部位的组织几乎完全转变,B柱整体的硬度都大于48HRC且分布较均匀,与此同时B柱整体的抗拉强度都超过1460MPa,并得到实验验证。(4)模具热导率的提高对于B柱的冷却行为起着至关重要的作用。随着模具材料导热率的上升,冲压成形后,板料的温度不断降低,板料所受应力不断增加,尤其是底部两端圆角处。当模具材料为H13钢时,保压淬火3.8s后B柱开始发生马氏体转变,至少需要保压13秒才能使其B柱各部位温度完全低于Ms点;采用DIEVAR钢时,所需的马氏体开始转变时间和完全转变时间都稍有缩短;而采用HDLM钢材料时,2.5s后便开始发生马氏体转变,仅需约保压8.5 s就能使B柱各部位的组织完全转变为马氏体,显著缩短B柱热冲压保压冷却时间,相比于H13钢,保压效率提高了将近34.6%,有效地加快和提高热冲压冲压节拍和生产效率。(5)模具温度的提高对于热冲压成形起着重要的影响。随着模具初始温度的增加,冲压结束后,板料整体的温度都有所上升,尤其体现在板料的最低温度,同时B柱所受的应力大幅度降低且分布均匀。当模具初始温度超过100℃时,B柱的温降速率非常缓慢,严重制约着B柱各部位组织的马氏体转变,而且抗拉强度完全低于冲压件的性能指标,导致所需的保压时间远超15s,显著降低了生产的效率,因而在实际生产过程中需要将模具初始温度控制在较低的水平。(6)冷却水速对热冲压件的影响有限。模具的冷却水速超过1m/s时,随着冷却水速的提高,对B柱热冲压阶段温度场和应力场,以及模具温度场的分布影响几乎可以忽略不计。