1 冷却水路设计与加工
热冲压模具必须具备优异的成型性能和散热功能，要能让高温板材均匀地发生塑性变化，同时还要确保成型工件在淬火时能迅速且一致地降温。软件模拟结果表明，由于冷却水路布局欠妥，图1显示水路两端流速快于中间部分。要想获得外形精确、组织完全为马氏体的合格热冲压件，就必须对热冲压模具的冷却水路进行优化设计和精密加工。热冲压模具的研制核心在于冷却水系统的规划，如图2所示，冷却水系统的规划主要关注管道与模具零件表面的间隔距离（x和a）、管道之间的距离（s）以及管道的直径等要素。HUNGTH等人借助有限元分析手段和分数因子方法构建了经验公式，考察了冷却水路配置对板材冷却速率及冷却均衡性的作用，查明模具构件表层与冷却管路侧壁的间隔，以及冷却管路侧壁彼此间的间隔，均会对板材冷却快慢产生影响，而冷却管路侧壁间的间隔是决定冷却均衡程度的关键因素。水路规划要尽量缩短管路和型腔组件的间隙，同时也要减小冷却通道之间的距离，这样才能让热量迅速从板材转移到冷却剂。考虑到凸模在模腔中的散热速度慢于凹模，热冲压模具的凸模设计必须特别关注。可以通过采用小口径的冷却管路，将其布置在靠近型腔组件表面的凸起部位，并且增加管路的密度，来确保模具能对板材实现均衡降温。在缩小管道尺寸的情况下，必须确保结构强度达标，这样才能提升回火成效，同时还能降低模具制作的花费和加工的复杂程度。袁俞哲及其团队将模具零件表面的温度分布均衡性、温度峰值以及温度均值设定为改进方向，借助响应面技术（RSM）构建了预测方案，并借助NSGA-II遗传方法找到了最佳的水路布局设计数值。
热冲压模具制作的核心是设计冷却通道的加工工艺，加工冷却通道的方法有很多种，现阶段生产中主要运用钻孔、铸造和拼合三种工艺方式，其中钻孔工艺最为普遍，这种工艺是在模具零件内部制作一系列空腔结构来充当冷却通道。成型方法是用冷却水路依照模具零件轮廓排布，接着向装有预置若干优质钢管的型腔中注入液态原料，等其在钢管周边彻底硬化，便构成冷却水路。组装工艺是利用铣床在模件非作业面上加工若干凹槽，凹槽的深度和形态以模件表面形态为依据，再将各模块上的凹槽拼接成冷却水路。表1列出了三种冷却管道加工方式的利弊，模具制造时可根据具体工作条件挑选合适的方案。热冲压模具的冷却管道需要具备良好的位置调整能力，热冲压模具通常选用直线形水道设计，这种设计因加工方面的制约，难以使形状复杂的工件获得均匀冷却。采用曲线形冷却水路能够改善热冲压模具的冷却均衡性。MEPALMIERI等人研发出一种热冲压模具内嵌入式流线型冷却管路的设计方案，选取22MnB5汽车门框作为实验载体，通过分析得出，当管路间距维持在9毫米，模具构件与管路核心保持12毫米间隔时，该管路布局最为适宜，能够显著缩短水淬所需时长。YUNS等人研发出一种融合直冷却水道与随形冷却水道的复合冷却水道方案，旨在提升拼接毛坯热冲压模具的散热效果，图3描绘了直冷却水道、随形冷却水道以及复合冷却水道的构造。刘雪飞及其团队研发了三种用于缩小B柱加强件的热冲压冷却方案，具体如图4所示，经过计算机模拟的对比研究，确认钻孔式随形冷却是最理想的方案，因为它具有最佳的降温性能。
相关研究指出，在雷诺数较低的情况下，采用波浪形布局的冷却水道方案，其性能要优于其它类型的设计，而当雷诺数较高时，沿直线排布的冷却水道方案则展现出最佳性能。借助直接能量沉积技术，能够使冷却水道通道的设计更加多样化。AKOMODROMOS等人探究了热冲压模具表层冷却水管的加工方法，查明热冲压模具的散热效能，不仅取决于冷却水道的位置和大小，也受到管道形态的影响，具体如图5所示。DCHANTZIS等人研发出一种点阵构造的热冲压模具增材制造技术，该技术能够确保模具零件工作界面和冷却水道间的热量交换不受阻碍，同时减少冷却管道向模具主体传递的热量，进而提升制造效能和冷却性能。
冷却管道的构造形态受制于生产、承压能力及结构强度，仅调整管径与排布方式，无法确保凸模和凹模界面温度均衡，要达成温度均等，必须配合不同量的冷却水，增加冷却水通量，散热效果显著，但若通量过高，易致成形件开裂，故恰当挑选冷却水通量，方为提升冲压件品质要诀。曹晓擎等人通过分析不同模具冷却水流速与冷却水路温度场分布情况，发现55L/min的冷却水流量能够达到理想冷却效果。刘迪辉等人为解决多腔热冲压模冷却水流量分配难题，设计出可变管道参数的U形件热冲压工艺仿真模型，并提出冷却水流量分配方案，研究显示调整冷却水流量对成形件最终温度具有明显作用。
2 材料对温度场的影响
为了加快降温速度并确保工件表层温度分布更加均衡，相关人士着力研发和改进模具冷却系统的方案，不过部分方案运算量过高，难以适配构造繁复的模具，另外，所构建的模具冷却系统在制作和维护方面的开销很大，推高了生产成本，并且还面临散热性能的瓶颈限制。运用具备高导热性能的模材，能够加速冷却进程，进而增强模具的降温效能。同时，模具的工作状况对它的使用期限影响显著，热作模具钢最常见的损坏形式是热致疲劳，这种损坏源于模具内部因温度分布不均而形成的应力，因此，探究模材在热冲压期间对模具温度波动的作用十分关键。
不同材质的模具在热冲压过程中，各部位的温度变化模式大体一致，选用导热性强的材料，能让热量快速从热端流向冷端，减少模具实现热平衡所需时长，所以采用高导热材料能有效增强模具散热能力，进而加速热冲压制造节奏，提升制造效能。高导热性材料与传统热作模具钢不同，它能使模具最高温度下降，并维持在较低水平，同时有效改善模具内部温度的均匀程度，减少模具的热应力，从而延长其热机械疲劳的使用周期。AABDOLLAHPOUR等人经过研究确认，采用电导率低的Macor®模具材料，在175℃条件下获得的性能，与采用AISIH11模具材料在450℃下获得的性能相似，这说明选用电导率低的模具材料，能够将模具温度调低，从而得到特定的相组成和硬度，这种做法有助于节省能源。
3 温度场对成形制件性能和尺寸的影响
在不需对当前装备进行重大改造的前提下，达成板材各区域形成不同结构的目的，也就是高强度钢热成形零件的变强度制作方法，一般会运用模具分段升温技术，所以探究模具温度对成型零件力学指标及规格的作用十分关键。冷却速度对组织的作用见图7，零件硬度下降是模具温度上升导致贝氏体占比增大的结果。LEICX等学者探究了模具温度变化对热冲压方杯形件微观结构和力学特性的作用，他们观察到模具温度上升，板料降温速率减缓，冷却作用减弱，最终导致成形件抗拉强度降低。ZHANGZ等人测试了不同模具温度下Usibor1500P硼钢的力学特性，并借助扫描电镜和色调蚀刻技术来分析不同模具温度下形成的淬火组织，结果显示，模具温度上升时，马氏体占比从85％降至30％，贝氏体占比从12％增至55％，铁素体占比也有轻微上升，与此同时，硬度指标和抗拉能力减弱，而延展性增强。陈扬及其团队探究了模具温度对于22MnB5热冲压零件的内部构造与功能特性的作用，如图8所示，他们察觉到，为了防止贝氏体构造的形成致使延展性与抗拉能力下降，热冲压模具的薄弱部分在受热时温度需超出500摄氏度
陈立伟等人考察了150℃至500℃的模具受热程度对CSC－15B22钢板性质的作用，察觉到当模具升温至350℃时，可塑零件所能承受的震动力量达到峰值。包丽团队开发出一种创新的热冲压差异化受热模具，该模具的冲压部件在加热区、过渡带、低温带的硬度数值呈现逐步增强的态势。成形力与温度剧烈波动相互影响，导致回弹程度成为决定制件精确度和品质的核心要素。张志强等人研究指出，Usibor1500P硼钢板在不同模具温度的加热区、过渡区及低温区，其回弹表现存在差异。实验表明，马氏体组织越丰富，制件回弹越明显；贝氏体组织越普遍，回弹现象越轻微。因此，适度提升模具温度能够显著改善成形后制件的尺寸控制水平。
分析热冲压时材料结构变化，有助于提升最终零件的力学指标和制造精度。薛飞等人采用图像分析技术，又运用有限元分析手段，分别预估了在多种模具温度下零件成型的组织分布，比较结果显示两种技术得出的结论基本一致。准确预估变强度热冲压零件的结构特征和力学属性，对于改进生产流程和实验设计具有关键价值。
4 模具温度场仿真模拟
零件的构造和品质同加工时模具里的温度分布有联系，为了精确预估成品的品质，防止出现构造问题，快速完成开发，必须借助有限元计算方法来研究热冲压流程中的温度分布情况。在热冲压制作方式里，模具组件和板材接触面的热量传递比率是热冲压模具降温计算模型里一个关键的量，这个量的准确性会决定温度分布计算结果的正确程度。
现阶段解决IHTC或TCR（接触热阻）问题的途径有四种：凭借经验建立模型、运用热平衡原理、实施逆向热传导研究、借助有限元进行优化反向求解。郝新等人研究出一个适用于热冲压试验的换热系数理论框架，此框架将换热系数同接触面不光滑程度、界面承受压力等变量相联系，并且对于阐述换热系数来说操作简便。但是经验模型的运算结果受材料硬度等参数测量精确度制约，仅在接触压强为零时能够获得充分验证，由此产生的IHTC偏差显著偏高。热平衡法以板料散发的所有热量均被模具摄取为前提，廖铮玮等人计及马氏体相变效应，运用数值积分手段求解热平衡方程，最终得到与板料温度及接触压强相关的IHTC关系曲线。逆向热量传递分析方法能够获取板材同模具组件间的热量传递率，此数据可用来推算界面热阻系数。研究人员李怡等人借助数值模拟与实际检测，对比了反向热量传递法和有限元技术优化法两种方案，结果显示前者在温度估算方面更为精准。构建有限元仿真模型是采用有限元方法，通过软件设定整体等效热传递系数，借助优化工具运行有限元模型执行热冲压散热测算，持续更改模型中的边界参数，直至模拟结果与实际测试数据最为接近。胡平等首先分析了空气间隙、热电偶响应时间、相变潜热等要素的影响，接着运用有限元反演方法计算了IHTC，最终确定了IHC与压强的关联性。
模具的温度分布状况，是热冲压工艺里的一个关键物理参数，掌握精确的热冲压模具温度分布，能够辅助进行模具的定制化冷却水道布局。LEIC等借助CFX对冷却工艺开展计算研究，考察了模具的降温状况，重视界面传热对热冲压冷却工艺的作用，能够准确估算热冲压冷却工艺中模具的温场变化，不过计算分析运用的是非稳态热力计算方法，忽视了加工阶段的传热效应。辛志宇等人对比了流固耦合分析与第三类边界条件法在计算效能和求解准确度上的表现，得出两种方法得到的模拟数据基本一致，前者能有效展现冷却管道中流体速度和温度的分布情况，但后者在计算模型上更为简化，运算速度更快。LINT等借助网格化并行接口技术，开展热力及热力机械联合模拟，研究模具散热性能，同时通过实际测试数据确认分析结论。贺斌及其团队运用通用结构分析工具ABAQUS和流体分析工具STAR－CCM＋，执行热冲压工艺的循环分析，以有限元和计算流体动力学相结合的方式，最终得出模具温度稳定状态下的分布情况。刘硕及其团队借助ABAQUS软件执行了热力相互作用的模拟，随后考察了凹模与凸模的温度分布状况。
CHENJ等人为了缩短有限元模拟所需时长，运用了响应面方法，并构建了分段式的有限元模型，该模型相较于完整的U形构件模型，能将计算时间缩短百分之九十二点六，从而大幅提升了有限元模拟的计算效能。刘迪辉等人利用LS-DY⁃NA软件在模拟成型过程和模具温度分布方面的特性，以及Fluent软件在流体动力学计算上的长处，研发出一种新的模具温度分析方法，该办法考虑了实际流动情况的不均匀性，具体见图9，将计算结果和实际测量温度进行对照，表明这种新方法比传统依靠平均换热系数的计算方式更加精确，适合用于分析形状复杂的工件以及带有多个型腔的模具的温度状况。为了得到性能呈梯度分布的热成形工件，刘雪飞及其团队利用Deform软件构建了B1500HS超高强度钢相变-温度-硬度多物理现象关联模型，考察了保压水冷环节模具的降温状况。LBAO等人借助软件AN⁃SYSMaxwell15.0，对区域感应加热冲压过程中的板料温度场实施了电磁场与热场的联合计算，并且计算出的结果同实际测试的数据大体相符。
