1、 上海交通大学硕士学位论文 先进高强钢冲压模具先进高强钢冲压模具 磨损规律实验研究磨损规律实验研究 硕 士 研 究 生 ： 岳懂 学号 ： 1110209137 导 师 ： 于忠奇 副教授 申请学位 ： 工学硕士 学科 ： 机械工程 所 在 单 位 ： 机械与动力工程学院 答 辩 日 期 ： 2014 年 2 月 授予学位单位 ： 上海交通大学 万方数据 Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong University for the Degree of Master EXPERIMENTAL STUDY ON WEAR RESISTANCE OF
2、 DIE MATERIALS IN U-SHAPED STRETCH-BENDING OF ADVANCED HIGH STRENGTH STEEL（AHSS） Candidate： Dong Yue Student ID: 1110209137 Supervisor： Prof. Zhongqi Yu Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Mechanical Engineering Affiliation： School of Mechanical Engineering Date of Defence
3、： February, 2014 Degree-Conferring-Institution： Shanghai Jiao Tong University 万方数据万方数据万方数据 万方数据上海交通大学硕士学位论文 摘要 第 I 页 先进高强钢冲压模具磨损规律实验研究先进高强钢冲压模具磨损规律实验研究 摘摘 要要 目前先进高强钢相比传统钢种具有重量轻、强度高、安全性好的优点，相比铝合金、新型复合材料，先进高强钢又具有价格便宜的成本优势，先进高强钢已成为汽车车身轻量化的主要用材。为了消减先进高强钢的冲压回弹问题， 在冲压时常采用较小的圆角及较大的压边力工艺条件，这将导致板料和模具成形界面磨损加剧
4、，工件表面损伤现象比传统钢板的要更突出。这种现象促使模具磨损随之加重，经常需要修模或换模，导致模具成本的上升和生产的中断。因此，有必要揭示先进高强钢冲压成形过程中模具与钢板接触界面间的磨损规律，寻求适用于先进高强钢冲压成形的模具材料。 本文采用基于 U 形拉伸-弯曲方法，主要研究了先进高强双相钢（DP780 裸板、DP980 裸板、DP980 镀锌板）成形条件下的模具材料（V4E(TD，热扩散法碳化物覆层处理)、XW-42(TD)、DC53(TD)、SKD11(TD)、DC53(真空热处理)的磨损性能和磨损特征，研究内容从以下三个方面展开： （1）基于 U 形拉伸弯曲方法的冲压成形磨损实验装置
5、原型设计 为了在实验室里物理模拟先进高强钢冲压成形过程接触界面磨损行为，采用半工业实验方法U 形件拉伸弯曲方法，开展上述磨损行为研究，本文设计了 U 形件拉伸弯曲成形模具和磨损实验机原型。U 形件成形模具采用镶块化设计，镶块带有不同圆角半径，该实验装置具有安装方便，实验条件稳定性好的特点。在上述 U 形件冲压成形实验研究基础上，完成了磨损实验机原型机关键结构的设计，该模拟实验机不仅可以进行上述拉伸弯曲过程磨损模拟， 而且可以完成板带水平拉伸过程模拟。另外，几何和性能测试分析表明：试制的各种实验模拟材料镶块在性能上和几何上具有良好的一致性。 （2）先进高强双相钢裸板条件下冲压模具材料磨损规律研究
6、 万方数据上海交通大学硕士学位论文 摘要 第 II 页 本文进行了 DP780 裸板与 DP980 裸板 U 形件拉伸弯曲成形实验，对四种模具材料 V4E、 XW-42、 DC53、 SKD11 的抗磨损性能进行了研究，利用金相观察和粗糙度检测等方法进行了实验样件的磨损特征分析。实验结果表明：TD 处理的模具材料抗磨损性能较好，真空热处理的模具抗磨损性能差，模具磨损主要集中在圆角处，这与界面接触压力分布相关。DP780 裸板磨损实验中，TD 处理的模具材料 V4E、XW-42、DC53、SKD11 抗磨损性能相近，真空热处理的 DC53 较差。而在 DP980实验中，TD 处理的 V4E 性能
7、最好，XW-42、DC53 性能接近，SKD11 抗磨损性能最差。 （2）先进高强双相钢镀锌板环境成形下磨损特性研究 镀锌板的磨损特性和裸板不同， 本文进行了 DP980 镀锌板的 U 形件拉伸弯曲实验， 利用金相观察和粗糙度检测等手段进行了磨损样件前后比对分析。实验结果表明：镀锌层厚度减薄，表面被模具碾平；模具圆角处粘着有锌粉。与裸板相比，模具磨损程度较轻。TD 覆层处理的 V4E、XW-42、DC53 抗磨损性能较好，SKD11 的性能较差。 通过以上研究，揭示了先进高强钢板冲压中板料-模具接触界面的材料磨损规律，获得了具有高抗磨损性能的冲压模具材料，为先进高强钢模具选材和成形工件表面质量
8、控制提供了实验数据支持。 关键词：关键词：模具材料，先进高强钢，磨损，表面损伤，拉伸-弯曲成形 万方数据上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT 第 III 页 EXPERIMENTAL STUDY ON WEAR RESISTANCE OF DIE MATERIALS IN U-SHAPED STRETCH-BENDING OF ADVANCED HIGH STRENGTH STEEL（AHSS） ABSTRACT Advanced high strength steel (AHSS) has become main materials in light weight body-in-wh
9、ite structures for its high specific strength, good safety and low cost compared to traditional steel, aluminum alloy and new composite materials. However, In order to reduce the spring-back problem of AHSS pressed part, a smaller corner radius and a larger blank-holder force are often used in stamp
10、ing process, which leads to severe surface damage of the pressed part and tool wear as a result of increased interface the contact pressure between the blank and the forming tool. The surface damage defect and the wear phenomenon result in tool maintenance and production interruption. Therefore, it
11、is necessary to investigate the wear behavior on the contact interface between the blank and the die during AHSS stamping process, and to seek a suitable die material for AHSS stamping production. In this paper, the wear performance and characteristics between heat treated die materials against adva
12、nced high strength dual-phase steels is investigated based on the U-shaped stretch-bending test method. The following three aspects are performed: (1)Tribo-tester prototype design based on the U-shaped test method In order to simulate a more real wear process during AHSS stamping in the laboratory,
13、a semi-industrial test method-the U-shaped stretch-bending test method, was adapted. In this paper, a U-shaped stretch-bending die and a Tribo-tester prototype were completed. The U-shaped stretch- bending die is designed using by the structure of insert with different 万方数据上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT 第 IV
14、 页 corner radii. Based on the U-shaped stretch-bending test method above, the Tribo-tester prototype, which can simulate not only the process of the stretch-bending but also the horizontal stretching process, was developed. In addition, the test results showed that the all tested inserts had good ge
15、ometry and property quality. (2) Study of wear resistance of die material in dual-phase steel bare sheet stamping The wear tests between heat treated die materials against the bare dual-phase steels, DP780 and DP980, were conducted. The four die materials, V4E(TD, Thermal Diffusion Carbide Coating P
16、rocess), XW-42 (TD), DC53(TD), SKD11(TD), DC53(VT, vacuum heat treatment) is tested. The results showed that the die materials with TD coating had a good wear resistance, while the die material with VT, namely DC53(VT), had a worse performance. The Wear region on the insert is mainly distributed alo
17、ng with the corners, which was related to the interfacial contact pressure distribution in the stamping. For the DP780 bare sheet stamping, the die materials-V4E, XW-42, DC53, SKD11 with TD coating are suitable, and for bare DP980 stamping, the wear resistance of V4E with TD coating was the best, XW
18、-42 and DC53 with TD coating were good, and SKD11 with TD coating was the worst. （3）Study of wear law in galvanized dual-phase steel stamping Wear characteristics between galvanized sheet and bare sheet were different, so wear test for galvanized sheet of DP980 were conducted based on U-shaped stret
19、ch-bending method above. Some pressed samples and all inserts were analyzed using metallographic examination and surface profiler. The results showed that: the thickness of zinc layer on the pressed samples decreased, the surface was flattened, and zinc powder was adhered on the die corner. Compared
20、 with bare sheet above, die wear was less serious. V4E, XW-42 and DC53 with TD coating had a good wear resistance property, while SKD11 with TD coating had a poor performance. Through the above research, the wear law of the die materials against the dual-phase steels has revealed and some suitable d
21、ie materials with high wear resistance has obtained, which provides support to the 万方数据上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT 第 V 页 selection of die materials and surface quality control in AHSS stamping production. KEY WORDS: die materials, advanced high strength steel, wear, surface damage, stretch -bending 万方数据上海
22、交通大学硕士学位论文 目录 第 VI 页 目 录 摘要 . I ABSTRACT . III 目录 . VI 第一章 绪论 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 先进高强钢应用现状与趋势 . 3 1.3 先进高强钢成形磨损研究现状 . 3 1.3.1 实验方法和装置 . 4 1.3.2 关于板料方面的研究 . 9 1.3.3 关于模具材质及形貌方面的研究 . 9 1.3.4 关于冲压工艺条件方面研究 . 11 1.4 研究目标与研究内容 . 12 第二章 实验方法及其装置设计. 13 2.1 引言 . 13 2.2 U 形件拉伸弯曲过程分析 . 13 2.3 U 形件拉伸弯曲模具设计 .
23、16 2.4 磨损实验机设计 . 22 2.5 模具材料及几何轮廓测量分析 . 27 2.6 本章小结 . 31 第三章 基于 DP780 与 DP980 裸板的模具磨损规律 . 33 3.1 引言 . 33 3.2 钢板及实验工艺条件 . 33 3.3 实验结果分析 . 36 万方数据上海交通大学硕士学位论文 目录 第 VII 页 3.3.1 板料表面损伤分析 . 36 3.3.2 模具材料磨损性能分析 . 41 3.4 本章小结 . 53 第四章 基于 DP980 镀锌板的材料磨损特性 . 54 4.1 引言 . 54 4.2 DP980 镀锌板及其实验工艺条件 . 54 4.3 实验结果
24、分析 . 57 4.3.1 板料表面损伤分析 . 57 4.3.2 模具表面损伤分析 . 61 4.4 本章小结 . 66 第五章 全文总结及研究展望 . 67 5.1 主要研究结论 . 67 5.2 研究展望 . 68 参考文献 . 69 致谢 . 72 攻读硕士学位期间发表的学术论文. 73 攻读硕士学位期间参加的主要科研项目 . 74 万方数据上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论 第 1 页 第一章第一章 绪论绪论 1.1 研究背景研究背景 随着近年来化石燃料价格上涨， 汽车轻量化越来越成为交通运输业中的重点研究课题。无论是传统使用化石燃料的汽车还是新近发展的新能源汽车，包括混合动力汽
25、车及纯电动汽车，减轻车身重量都具有重要意义。目前我国环境形势严峻，特别是北京、上海等大城市空气质量不容乐观，对汽车减排提出了更高的要求1-2。汽车的小型化、轻量化以及新能源汽车将改变整个汽车工业的面貌。汽车轻量化过程中先进高强钢成为首选。先进高强钢是相对于传统高强钢而言的，在国际钢铁协会先进高强钢应用指南中，高强钢分为传统高强钢(Conventional high strength steel, HSS) 和先进高强钢(Advanced high strength steel)，先进高强钢种类主要有双相钢、相变诱导塑性钢、马氏体钢、复相钢、热成形钢和孪晶诱导塑性钢等；先进高强钢的强度在 500
26、MPa 到 1500MPa 之间，由于先进高强钢吸能性比传统钢板更优秀， 对于提高汽车轻量化水平及提高安全性有很重要的意义3-4。目前先进高强钢已经广泛应用于汽车车身，包括汽车安全件、结构件及加强件等，如前后保险杠、横梁、纵梁、A/B/C 柱、车门防撞梁、车门槛、座椅滑轨等5-6，如图 1-16是先进高强钢在车身上的应用分布。 图 1-1 先进高强钢在车身上的应用 Fig.1-1 The use of AHSS on vehicle body 万方数据上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论 第 2 页 目前先进高强度钢应用上面临两大成形问题， 即因回弹现象产生的零件尺寸精度问题和因成形板料-模
27、具界面磨损而产生的零件表面损伤问题7。 与传统钢种相比，先进高强钢强度大，因此在冲压过程中经常加大压边力及采用小圆角工艺以控制回弹8。这将导致冲压条件更为严苛，例如界面接触压力和温度升高，加剧了成形界面的磨损问题，引起冲压件表面损伤现象。这些表面损伤包括划痕、粘结等现象，易导致废品率上升，修模频繁，模具寿命降低等9。因此，关于预防和消除板料-模具成形界面磨损的研究显得十分重要与迫切。 先进高强钢表面损伤缺陷产生的原因十分复杂， 其中涉及到的关键因素包括板料性能、模具材质、镀层、润滑剂、冲压条件等。特别是模具材质及镀层，在板料成形过程中往往起决定性的作用。板料在成形过程中，界面压力分布是有规律的
28、，通常在圆角处达到最大10。在变形能与摩擦机械能联合作用的情况下，这里容易产生局部高温，甚至可以将模具表面与板料表面软化和烧伤。在这种情况下，即使有润滑油，油膜也常在高压或高温下破裂。在这种紧密接触的过程中，原有的组织结构常常被打破，较软的组织颗粒常常脱落，并与对应的板料及模具在局部区域产生分子水平上的结合。 这种物料的转移容易造成模具表面粗糙度增加，特别是凸起部分，更易在板料上造成划痕11。而且，如果脱落的颗粒不能与模具或板料牢固结合，也容易形成模具与板料表面的磨粒。磨粒随着冲压过程滚动，造成磨粒磨损，对模具表面及板料均造成破坏。 通过合理选择模具材质和润滑油，尤其是前者，可以有效地消减板料
29、-模具成形界面间磨损现象，这是保障成形工艺稳定性和控制零件表面损伤的重要途径。为此，探索先进高强钢与模具材料之间磨损规律十分重要。目前，新型模具材质与先进高强钢板料特性及界面接触压力的混合效应对冲压件的磨损规律还有待揭示。本文利用半工业性质实验方法，以先进高强度双相钢为板料对象，研究新型模具材质与先进高强度钢板成形界面间磨损内在规律， 揭示模具材料与处理工艺对双相高强度钢板表面损伤质量缺陷的影响， 为双相钢板成形表面质量消减的工业应用奠定技术基础。 本研究获得下列科研项目的支持： （1）上海市自然科学基金项目：高强钢冲压件表面损伤演化机制研究； （2） 国家自然科学基金项目： 先进高强钢板表面
30、损伤演化规律实验研究。 万方数据上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论 第 3 页 1.2 先进高强钢应用现状与趋势先进高强钢应用现状与趋势 在先进高强钢中，双相钢的使用最早，应用最广泛。双相钢由较软的铁素体基体与较硬的加强相马氏体共同组成。碳、硅和磷的添加也可以增加马氏体的强度，从而增加双相钢的强度12。目前，双相钢的生产是通过控制奥氏体相和铁素体相的冷却速度，在残余奥氏体快速冷却转变成马氏体之前，将其中一些奥氏体转变成铁素体13。 双相高强度钢由瑞典 SSAB 钢板有限公司于 1983 年首先实现量产14。与传统钢板相比，先进高强钢具有更高的强度，在满足安全性和舒适性的前提下能明显降低整车
31、重量。目前车身上先进高强钢的应用已经占据很大比例。 世界主要钢铁企业针对其他新型材料如铝合金、 新型复合材料等钢的替代材料的威胁，联合提出了汽车轻量化项目，并在汽车工业中积极进行先进高强钢的应用研究。世界上技术领先的钢铁厂有35个参加了汽车轻量化项目，其中包括中国宝钢集团15。 大量高强钢的使用使车身整体重量减轻显著， 但是重量的减轻并未使汽车安全性降低，与此相反，部分车型的安全性得到了提高的同时降低了油耗，提高了环保性能。由于先进高强钢相对其他新型材料成本较低，可以迅速推向市场。而先进高强度双相钢作为汽车轻量化项目中应用较多的钢种，具有很大的市场前景。针对先进高强度双相钢的研究对汽车轻量化的
32、发展十分重要。 1.3 先进高强钢成形磨损研究现状先进高强钢成形磨损研究现状 目前国内外研究主要采用实验的手段， 仿真作为一种补充手段主要是模拟实验中难验以测定的物理量，如温度场，界面压力场等。 影响钢板表面成形质量的因素有很多， 国内外的研究通常围绕三大方面进行研究：板料、模具、冲压条件。大量的国内外学者针对这三个方面进行了不同实验类型的研究。表 1-1 是三个方面可能影响表面成形质量的具体因素汇总。 万方数据上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论 第 4 页 表 1-1 影响表面损伤的因素 Tab. 1-1 Influencing factors of surface damage in
33、stamping 板料方面 模具方面 冲压条件 强度 硬度 冲压速度 硬度 涂层 冲压力 表面粗糙度 表面粗糙度 压边力 表面镀层 几何形状 拉延筋 厚度 材质 润滑条件 热处理工艺 热处理工艺 温度 1.3.1 实验方法和装置实验方法和装置 在利用加速磨损实验中，选择实验方法是很关键的。根据研究目的不同，实验方法也不尽相同。对于模拟冲压过程的磨损行为，常用的实验装置有扭转实验装置、板条拉伸实验装置、U 形件拉弯实验装置、板条挤压实验装置等。Kim6在论文中对这些实验装置曾进行了简单介绍。 早在 1998 年， Andreasen16等人已经使用板条减薄拉伸实验装置进行摩擦磨损实验，在 200
34、4 年 Olsson17等人也使用了类似的装置进行了实验，如图 1-2 所示。 图 1-2 板条挤压实验 Fig.1-2 Strip reduction test 在本实验中，金属板料在静止的模具棒与工作台之间移动，厚度随着挤压力的增大而减小。在厚度减小时就会产生非常高的接触压力和温度，此接触压力与 压电换能器 支承板 夹头 板条 垂直线 模具棒 万方数据上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论 第 5 页 温度接近工业生产过程。在本实验中，以出现磨损时板料的移动长度做为评价手段。但是在本实验中没有反应真实工业生产中复杂的金属流动情况。 在 2000 年与 2003 年，Sato18等人和 Sk
35、are19等人分别利用 U 形件拉伸弯曲实验进行冲压过程磨损问题研究，装置如图 1-3。 图 1-3 U 形件拉弯实验 Fig.1-3 The U-bending test 在本实验中， 实验条件近似工业生产。 压边力可以调节， 也可以加入拉延筋，板料变形特征与实际生产过程很类似。 这种实验手段曾用在沃尔沃公司用以评价汽车板磨损性能。 在 1999 年与 2001 年，Wichern20等人与 Vermeulen21等人分别进行了板条拉伸实验以及拉深筋实验，如图 1-4 所示。 图 1-4 板条拉伸实验（左）与拉深筋实验（右） Fig.1-4 Strip drawing test（left）a
36、nd Draw bead test（right） 两种实验装置过程类似， 不过拉延筋实验中多了类似拉深工艺过程中拉延筋的弯曲过程。 凸模 板料 压边圈 凹模 夹持力 下拉力 万方数据上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论 第 6 页 扭转实验是一种比较常用的基础研究实验装置，如图 1-5，板料固定在下方不动，上面圆柱型模具紧压在板料上进行旋转运动。在此装置中，压力与扭矩均可以测量，从而利用公式（1）计算出摩擦系数。Kim6等利用此装置做了相关实验。 图 1-5 扭转实验 Fig.1-5 Twist compression test (1) 式中， 是摩擦系数，T 是模具与板料之间传递的扭矩，r
37、 是模具的半径均值，P是模具施加在板料上的接触压力，A 是模具与板料的接触面积。 杯形件拉深实验曾成功地被欧洲汽车生产商用来评价摩擦润滑剂的性能。Girschewski22、Wagner23以及 Kim6等人也分别使用过该装置。在该实验中，通过施加不同的压边力，通过观察杯形件是否开裂来评价润滑剂的性能，如图1-6 所示 图 1-6 杯形件拉深实验 Fig.1-6 Deep drawing test 压力 旋转模具 板料 传递扭矩 接触面积 施加扭矩 凸模 凹模及压边圈移动方向 拉深模 万方数据上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论 第 7 页 Cora 和 K.Namiki24等人则通过改进数
38、控机床搭建了摩擦磨损测试系统，针对不同的模具进行了磨损实验研究，其实验装置如图 1-7，子弹头形状的模具被安装在数控机床的刀具位置，板料则固定在机床工作台上，通过数控系统实现测试材料（模具材料）在板料上的来回运动。 图 1-7 数控机床摩擦实验 Fig.1-7 CNC wear test S.R.Hummel25设计的磨损实验仪如图 1-8 所示，实验仪通过传感器直接获得两种实验样品之间的压力和转动样品的扭矩，很容易获得摩擦系数等参数。 图 1-8 磨损实验仪 Fig.1-8 Wear simulator Boher26等人利用自行设计的实验磨损设备研究了 X160CrMoV12 模具圆角处的
39、损伤情况，设计的模拟实验机(DDPS)如图 1-9 所示。其工作原理如图 1-9 所示，板料在模具上加压，出入模具圆角的大小可以由滚筒控制。此系统可以模拟U 形件拉弯的实验。 摩擦路径 模具头 加压头 模具头 板料 运动方向 压力单元 输出数据 加压 静止材料 转动材料 扭矩传感器 施加扭矩 加载螺杆 加压头 压力单元 驱动 实验区 万方数据上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论 第 8 页 a) 实验装置 b）实验机原理图 图 1-9 拉深磨损模拟实验机 Fig.1-9 The deep-drawing process simulator 在 2011 年， 韦习成27利用如图 1-10 的
40、磨损实验仪研究了材料的磨损性能图中 5 是模具样品，4 是板料，在电动机驱动下可以往复运动。通过传感器可以获得压力、拉力等参数，从而计算出摩擦系数，分析磨损性能。 图 1-10 磨损实验仪 Fig.1-10 Tribo-tester. 滑动方向 滑动方向 后拉力 模具 流出角 板料 驱动电机 拉力 随动电机 工作区域 驱动电机 随动电机 运动方向 万方数据上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论 第 9 页 上述实验装置在摩擦磨损实验中各有优缺点和适用范围。总体来说，板条拉伸类的实验适于摩擦基础研究，而 U 形件拉弯及杯形件拉深实验装置更能反映工业生产过程的复杂条件。因此，针对类 U 形件拉弯实
41、验设备值得进一步研究，专用的拉毛实验机的研制也具有重要意义。 1.3.2 关于板料方面的研究关于板料方面的研究 针对板料，国内外研究人员重点研究了不同板料性质、表面形态、表面镀层对磨损性能的影响。 Masato Hirasaka 及 Hisashi Nishimura等28针对钢板的表面形态进行了研究，研究结果表明板料的表面波度越大，板料的表面损伤程度越严重，而板料粗糙度对实验结果没有显著影响。 胡国献29研究了板料表面粗糙度对零件表面损伤的影响，研究结果表明，板料表面一定程度的粗糙度可以减少摩擦，但在模具粗糙度增大或板料与模具粗糙度都增大的情况下，摩擦程度会加重。Lizuka30针对板料表面
42、粗糙度进行了实验，实验结果显示，板料表面大量的微型凹陷可以减少磨损程度。 Kim31等人针对DP600镀锌板、 TRIP780、 DP980等不同强度级别的钢种进行了实验，通过研究在不同的模具材质、不同模具镀层及润滑剂下的摩擦情况，得到了板料和模具及润滑剂不同匹配的磨损情况。王武荣27等人针对热镀锌板DP590与DP590裸板进行实验，结果表明：镀锌钢板的摩擦系数要比裸板的高，并且随着载荷及滑动速度、凸模行程的增大而变小。Pereira32则利用U形冲压实验针对裸板DP600进行了研究， 得出了磨损区域的分布， 对磨损机制进行了分析。 1.3.3 关于模具材质及形貌方面的研究关于模具材质及形貌
43、方面的研究 模具是影响先进高强钢表面损伤缺陷的最重要的因素。 目前国内外对模具的研究非常多。主要针对模具材质、模具镀层、模具表面状态等方面进行研究。 平板直人33针对模具材质进行了研究， 证明了模具材质对板料表面损伤具有很大的影响，实验中铜合金、硬质合金等模具材质没有造成板料表面损伤。而碳素钢、灰口铸铁等则造成了板料表面损伤。M.J. Alinger34等针对几种模具材料进行了成形性能分析，结果发现钨碳钢与氧化锆等模具材质的摩擦系数很小，而万方数据上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论 第 10 页 钛氮的摩擦系数则比较大，A2模具钢与钨碳钢在实验中的摩擦系数比较稳定。Schumacher35
44、-37等开发了有特殊成分的合金钢与奥氏体不锈钢， 抗磨损性能非常好。 在模具镀层方面，Podgornik38等人使用传统摩擦实研究了不同镀层和模具基体材质的磨损性能，为模具材质选择镀层提供参考。G rd39等人使用板条滑动摩擦实验研究了双相钢与不同镀层的模具的干摩擦实验。 结果表明氮合金粉末模具钢抗磨损性能较好， PVD、CVD 镀层均可以有效减少表面损伤，而 DLC镀层、VN 镀层应用前景较好。林启全40等人则使用挤压实验针对无镀层的模具及多种镀层的模具进行了研究， 得出了不同镀层的磨损性能。 Cora41使用板条滑动摩擦实验装置针对 DP600 研究了不同镀层的模具的抗磨损性能， 实验表明
45、 TD镀层及 CVD 镀层的抗磨损性能比较优秀。另外 Cora42还针对 DP600 研究了 7种无镀层模具材质的抗磨损性能。实验表明 VANADIS 4 与 VANCRON 40 及K340 ISODUR 等模具材质性能较为优秀。在 2011 年，B.Sresomroeng7等人对CrN 镀层的模具对减少先进高强钢粘结磨损的影响进行了研究， 利用电子显微镜对模具镀层进行了观察， 进行了金相学分析。 在实验中进行了杯形件的拉深实验，利用粗糙度指标分析了磨损情况。Costa43和 Eriksson44等人则使用销-盘磨损仪针对多种 PVD 镀层进行了研究。Vera45针对 TiN, CrN 及
46、WC/C 镀层进行了实验，发现 WC/C 的摩擦系数比较低。Cora 和 K.namiki24等还利用改进的数控机床摩擦系统针对不同的模具材料进行了研究， 发现硬度较高的基质或镀层的抗磨损性能并非最好。 在模具表面状态方面，张正修46-47等研究了冲压过程，通过在制造模具及修模时研磨抛光模腔，特别是控制模具表面粗糙度Ra在 0.1-0.4m时对于减少摩擦磨损及有效防止零件表面损伤有重要作用。Nishimura48在研究模具抗磨损性能时证明当模具的粗糙度在1m以下时， 能够在很大程度上减小模具表面粗糙度对板料表面损伤的影响。同时Nishimura48还发现模具表面的加工纹理方向，即微观形貌的方向
47、性对模具的抗磨损性能也有较大的影响， 且表面纹理方向与冲压方向的不同组合也会对磨损性能造成影响。2012年，Michael及Matthias49等人还研究了模具圆角轮廓精度在板料冲压中对表面损伤的影响。研究发现在圆角处15还研以下的轮廓变化会对模具寿命产生显著影响。 仿真表明圆角处轮廓形状精度万方数据上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论 第 11 页 差的地方界面压力显著增大。Boher26等人利用自己设计的实验磨损设备研究了X160CrMoV12模具圆角处的损伤情况，主要为犁沟和粘着磨损，发现随着板料流出角的的不同，损伤分布也不相同。并根据拉深模拟实验机的机械特性建立了模具圆角处摩擦系数模
48、型。 该模型将摩擦系数与圆角半径处的磨损演化联系在了一起。 在工业生产中，一般认为模具硬度越高，其抗磨损性能就越好，零件表面损伤也越少。 国内的侯英苛50-52针对不同模具硬度对钢板表面损伤的影响进行了研究，得出了钢板强度-模具硬度的匹配窗口。 1.3.4 关于冲压工艺条件方面研究关于冲压工艺条件方面研究 国内外针对冲压条件的研究多集中在润滑条件、接触压力等方面的影响。 针对润滑条件，Schedin53针对拉伸力在不同条件下的润滑状态与拉深次数的关系进行了研究，发现在润滑状态良好的情况下，拉深力在500次到2000次内有显著的变化，而在没有润滑油的情况下，在5次到30次内拉深力即出现明显变化。
49、日本Sato54在研究含氯润滑剂与不含氯润滑剂对铝板表面损伤影响时发现，含氯润滑剂的拉深次数在50以上时，铝板的粗糙度增大明显，而不含氯的润滑剂在拉深10次以上时才出现零件粗糙度明显增大的现象。而关于润滑剂的研究，在2004年Krantz55针对润滑剂的粘度和添加剂进行了研究，发现粘度较高的润滑剂可以改善板料表面损伤，提高成形模具的抗磨损性能。至2010年，Bay56等人又对一种新型环保性润滑剂进行了一系列实验，研究其在不同工艺下的润滑效果。 在成形过程中，板料与模具界面间的压力是一个值得注意的物理量，对磨损的分布，磨损机理的行程有重要意义。早在2001年，Hortig57即用数值计算的方法探
50、索了凹模上的摩擦应力的分布，发现摩擦力在圆角处大于其他区域。在2008年，Kim6等人利用有限元手段分析了界面接触压力在模具上的分布，发现圆角处的界面压力比较大。而Pereira58、59、高晶60等人利用有限元分析的手段研究了冲压过程中凹模圆角处界面压力的分布， 并讨论了钢板表面损伤与模具磨损的关系。 目前国内外对先进高强度钢研究很多，包括对基础理论、模具材质、润滑剂的研究等。而针对更高强度的钢种的研究还不多，如DP780、DP980等更高强度万方数据上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论 第 12 页 的双相钢，而对最近的新型模具材料的研究也有欠缺，针对模具圆角处界面压力仿真结果的验证也需
