輕型和抗壓型車輛需要采用先進高強度鋼（DP、TRIP、TWIP）和Al 合金，進行復雜形狀零部件的成型。本文將分為兩個部分，分別討論材料性能的確定和適用于最佳成型條件的潤滑油以及FE 模擬。
汽車行業在輕量化和降低成本方面面臨著巨大的壓力。因此，企業、OEM，以及一二級供應商，紛紛投資研發新材料，如Al 合金、AHSS 和硼鋼，以減輕重量并提高安全性。而新材料則要求潤滑劑、模具材料和涂層以及新設備等各方面取得同步提升。其中最普遍的做法是采用先進高強鋼（AHSS）及熱壓和淬火硼鋼。 AHSS 包括抗拉強度高達1200 MPa（175 Ksi）的雙相牌號（DP 600~DP 1200），以及誘發塑性（TRIP）、馬氏體（MS）和孿晶誘發塑性（TWIP）鋼。熱壓硼鋼在淬火后的抗拉強度可達到1500~1600 MPa（215~230 Ksi）。
材料特性
行業中普遍將有限元法（FEM）用于工藝設計， 來預測沖壓時發生的金屬流動和可能出現的缺陷。所輸入數據的準確性會影響FEM 分析結果的精確度， 所以必須進行試驗，以確定材料在沖壓條件（雙軸拉伸）下的應力應變特性。粘性介質壓力脹形（VPB）和極限拱頂高（LDH）雙軸試驗，比常規的拉伸試驗具有多項優點。流動應力曲線對于模擬和分析是必不可少的。通常，這些需要通過拉伸試驗來確定。然而，在拉伸試驗中得到的數據基于相對較小的應變，故必須應用外推法。另一方面，脹形試驗則能提供更可靠的應變應力數據，且無需進行外推。
在與本田公司（Honda）進行的一項研究中，采用LDH 和VPB 試驗來確定JAC 270E 鋼板材料的流動應力。假定材料模型遵循Hollomon 關系式：σ ＝ Kεn，其中σ 為實際應力，ε 為實際應變，K 為強度系數，n 是應變硬化指數。對這兩種方法進行的比較表明，實驗得到的k 和n 大致相同。
摩擦和潤滑
在分析一種潤滑劑對某一特定工藝的適用性時，必須考慮許多因素。僅憑摩擦系數的高低來選擇沖壓部件的潤滑劑是遠遠不夠的。還必須考慮工件材質、模具、刀具與工件的界面、變形區、設備、成品件，以及環境（包括處理及沖壓前后的加工） 等眾多因素。
因此從系統的角度考慮問題十分重要。如果某種潤滑劑能帶來低摩擦系數，但會導致工件或模具的腐蝕，造成環境惡化， 或是潤滑油無法清除干凈，那么該潤滑劑就不適用于此應用。因此，在實驗室試驗時，要模擬實際沖壓條件和過程，如此一來在為某種特定沖壓操作選擇潤滑劑時，才能充分考慮這些因素。
在凈成型制造工程技術研究中心（ERCNSM）評估潤滑性及有關磨損、刀具材料和涂層有關的潤滑劑的摩擦系數時， 會進行杯突試驗和板材拉伸試驗。
本田的一項研究中，通過板材拉伸和杯突試驗，來分析鍍鋅DQS - 270D - GA 鋼材用潤滑劑。采用板材拉伸方法測試了18 種潤滑條件，杯突方法只測試了12 種潤滑條件（在板材拉伸試驗中表現不佳的潤滑劑被剔除掉）。杯突試驗中， 試件夾持力（BHF）分別設定為20 噸、22 噸和24 噸，BHF 為20 噸時的試驗結果如圖1 所示。
通過沖裁試驗獲取材料流變應力數據：沖裁是一個變形極大的成型過程，特別是對高強度且較厚的材料進行沖裁時， 工件的溫度會顯著上升。試件變形區的應變值可能高達2~3， 并可能轉化為高達103 s-1 至105 s-1 的應變速率，具體隨沖裁速度改變而有所不同。同時，視材料的導熱率、強度和厚度的不同，試件溫度會有不同，最高可達300℃。
被輸入沖裁模擬的材料流變應力曲線，通常通過單軸拉伸試驗、雙軸圓頂試驗或隆起試驗獲得。在大多數情況下，用上述方法可得到應變值小于1 的材料流變應力值。在這些試驗中，一般不會達到104 ~ 105 這樣的應變速率。因此，通常的做法是假設材料繼續遵循應力應變曲線關系，通過擬合方程，將曲線外推到更高的應變值范圍。本案例將沖裁作為潛在的測試方法進行了研究，旨在同時獲取對應于高應變值和應變速率的流變應力數據。利用沖裁實驗結合模擬，以確定流變應力，并獲得對應高應變速率范圍的流變應力數據。
沖頭與模具的間隙對刀具壽命的影響：Hagman 進行的實驗，是為了研究沖頭與模具的間隙對矩形沖頭弧形倒角方向的磨損，如圖2 所示。實驗采用了1mm 厚的Docol 800DP 板材， 刀具材料為硬度60HRC 的Vanadis 4( 是一種鉻- 鉬礬合金鋼，是經粉末冶金煉鋼工藝生產的高性能冷作模具鋼，它有極好的耐磨性和高韌性的良好組合，特別適用于那些因黏著磨損和崩角。) 沖裁試驗表明，弧形倒角半徑為0.2mm 的沖頭在45,000 次沖裁后出現開裂，而弧形倒角半徑為0.5mm 的沖頭則在200,000 次沖裁后仍然完好。該實驗的FEA 模擬結果顯示，當半徑為0.2mm 時，最大沖頭應力超過了材料2200MPa 的極限壓應力； 而當半徑為0.5mm 時，則仍低于2200MPa。因此， 與沖頭與模具間隙保持不變相比，兩者間隙可變會顯著減小或加大磨損。
多數嘗試使用有限元（FEM）對孔翻邊建模的研究者，都忽略了沖裁邊緣的幾何形狀及其先前發生的應變的影響，而將其假定為無初始應變的完美邊緣。在凈成型制造工程技術研究中心（ERCNSM），采用了錐形沖頭擴孔試驗模擬，以揭示由沖裁帶來的剪切邊緣變形所產生的影響。試驗中所用的板材是DP 590，毛邊向上。沖裁邊緣應變所產生的影響是巨大的。翻折邊緣的有效應變相當大，高達1.6，并隨沖程持續增加。擴孔建模時，如果行程和擴孔率（HER）相同， 沖裁邊緣觀察到的應變更大。毫無疑問，這些較大的應變會對成型性能和邊緣開裂產生影響。
汽車行業在輕量化和降低成本方面面臨著巨大的壓力。因此，企業、OEM，以及一二級供應商，紛紛投資研發新材料，如Al 合金、AHSS 和硼鋼，以減輕重量并提高安全性。而新材料則要求潤滑劑、模具材料和涂層以及新設備等各方面取得同步提升。其中最普遍的做法是采用先進高強鋼（AHSS）及熱壓和淬火硼鋼。 AHSS 包括抗拉強度高達1200 MPa（175 Ksi）的雙相牌號（DP 600~DP 1200），以及誘發塑性（TRIP）、馬氏體（MS）和孿晶誘發塑性（TWIP）鋼。熱壓硼鋼在淬火后的抗拉強度可達到1500~1600 MPa（215~230 Ksi）。
材料特性
行業中普遍將有限元法（FEM）用于工藝設計， 來預測沖壓時發生的金屬流動和可能出現的缺陷。所輸入數據的準確性會影響FEM 分析結果的精確度， 所以必須進行試驗，以確定材料在沖壓條件（雙軸拉伸）下的應力應變特性。粘性介質壓力脹形（VPB）和極限拱頂高（LDH）雙軸試驗，比常規的拉伸試驗具有多項優點。流動應力曲線對于模擬和分析是必不可少的。通常，這些需要通過拉伸試驗來確定。然而，在拉伸試驗中得到的數據基于相對較小的應變，故必須應用外推法。另一方面，脹形試驗則能提供更可靠的應變應力數據，且無需進行外推。
在與本田公司（Honda）進行的一項研究中，采用LDH 和VPB 試驗來確定JAC 270E 鋼板材料的流動應力。假定材料模型遵循Hollomon 關系式：σ ＝ Kεn，其中σ 為實際應力，ε 為實際應變，K 為強度系數，n 是應變硬化指數。對這兩種方法進行的比較表明，實驗得到的k 和n 大致相同。
摩擦和潤滑
在分析一種潤滑劑對某一特定工藝的適用性時，必須考慮許多因素。僅憑摩擦系數的高低來選擇沖壓部件的潤滑劑是遠遠不夠的。還必須考慮工件材質、模具、刀具與工件的界面、變形區、設備、成品件，以及環境（包括處理及沖壓前后的加工） 等眾多因素。
因此從系統的角度考慮問題十分重要。如果某種潤滑劑能帶來低摩擦系數，但會導致工件或模具的腐蝕，造成環境惡化， 或是潤滑油無法清除干凈，那么該潤滑劑就不適用于此應用。因此，在實驗室試驗時，要模擬實際沖壓條件和過程，如此一來在為某種特定沖壓操作選擇潤滑劑時，才能充分考慮這些因素。
在凈成型制造工程技術研究中心（ERCNSM）評估潤滑性及有關磨損、刀具材料和涂層有關的潤滑劑的摩擦系數時， 會進行杯突試驗和板材拉伸試驗。
本田的一項研究中，通過板材拉伸和杯突試驗，來分析鍍鋅DQS - 270D - GA 鋼材用潤滑劑。采用板材拉伸方法測試了18 種潤滑條件，杯突方法只測試了12 種潤滑條件（在板材拉伸試驗中表現不佳的潤滑劑被剔除掉）。杯突試驗中， 試件夾持力（BHF）分別設定為20 噸、22 噸和24 噸，BHF 為20 噸時的試驗結果如圖1 所示。
通過沖裁試驗獲取材料流變應力數據：沖裁是一個變形極大的成型過程，特別是對高強度且較厚的材料進行沖裁時， 工件的溫度會顯著上升。試件變形區的應變值可能高達2~3， 并可能轉化為高達103 s-1 至105 s-1 的應變速率，具體隨沖裁速度改變而有所不同。同時，視材料的導熱率、強度和厚度的不同，試件溫度會有不同，最高可達300℃。
被輸入沖裁模擬的材料流變應力曲線，通常通過單軸拉伸試驗、雙軸圓頂試驗或隆起試驗獲得。在大多數情況下，用上述方法可得到應變值小于1 的材料流變應力值。在這些試驗中，一般不會達到104 ~ 105 這樣的應變速率。因此，通常的做法是假設材料繼續遵循應力應變曲線關系，通過擬合方程，將曲線外推到更高的應變值范圍。本案例將沖裁作為潛在的測試方法進行了研究，旨在同時獲取對應于高應變值和應變速率的流變應力數據。利用沖裁實驗結合模擬，以確定流變應力，并獲得對應高應變速率范圍的流變應力數據。
沖頭與模具的間隙對刀具壽命的影響：Hagman 進行的實驗，是為了研究沖頭與模具的間隙對矩形沖頭弧形倒角方向的磨損，如圖2 所示。實驗采用了1mm 厚的Docol 800DP 板材， 刀具材料為硬度60HRC 的Vanadis 4( 是一種鉻- 鉬礬合金鋼，是經粉末冶金煉鋼工藝生產的高性能冷作模具鋼，它有極好的耐磨性和高韌性的良好組合，特別適用于那些因黏著磨損和崩角。) 沖裁試驗表明，弧形倒角半徑為0.2mm 的沖頭在45,000 次沖裁后出現開裂，而弧形倒角半徑為0.5mm 的沖頭則在200,000 次沖裁后仍然完好。該實驗的FEA 模擬結果顯示，當半徑為0.2mm 時，最大沖頭應力超過了材料2200MPa 的極限壓應力； 而當半徑為0.5mm 時，則仍低于2200MPa。因此， 與沖頭與模具間隙保持不變相比，兩者間隙可變會顯著減小或加大磨損。
多數嘗試使用有限元（FEM）對孔翻邊建模的研究者，都忽略了沖裁邊緣的幾何形狀及其先前發生的應變的影響，而將其假定為無初始應變的完美邊緣。在凈成型制造工程技術研究中心（ERCNSM），采用了錐形沖頭擴孔試驗模擬，以揭示由沖裁帶來的剪切邊緣變形所產生的影響。試驗中所用的板材是DP 590，毛邊向上。沖裁邊緣應變所產生的影響是巨大的。翻折邊緣的有效應變相當大，高達1.6，并隨沖程持續增加。擴孔建模時，如果行程和擴孔率（HER）相同， 沖裁邊緣觀察到的應變更大。毫無疑問，這些較大的應變會對成型性能和邊緣開裂產生影響。
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