摘要：金屬塑性成形技術是機械冶金、汽車拖拉機、電工儀表、宇航軍工、五金日用品等製造業最基本，最古老，亦是極重要的加工手段之一。文章主要對塑性成形的基本方法、主要研究內容，發展趨勢做了綜合介紹。
一、引言
塑性成形技術具有高產、優質、低耗等顯著特點,已成為當今先進製造技術的重要發展方向。據國際生產技術協會**,21世紀,機械製造工業零件粗加工的75%和精加工的50%都採用塑性成形的方式實現。【1】
在現代製造技術中，人們廣泛的利用金屬材料生產各種零件和產品。金屬加工方法多種多樣，包括成型、切削等。金屬塑性成形是其中一種重要的加工方法，是利用金屬在外力作用下產生的塑性變形來獲得具有一定形狀、尺寸和力學效能的原材料、毛坯或零件的生產方法，因此也稱為金屬塑性加工或金屬壓力加工。
圖1 傳統金屬塑性成形工藝
二、金屬塑性成形的主要形式
金屬塑性成形工藝的種類有很多，包括軋制、擠壓、拉拔、鍛造和沖壓等基本工藝型別。隨著技術的發展，也有很多新的成型方式出現，它們具備精密、高效、節能、節材、清潔等優點，得到廣泛關注。
2.1體積成型
金屬體積成型是指對金屬塊料、棒料或厚板在高溫或室溫下進行成形加工的方法，主要分為熱態金屬體積成型和冷溫態金屬體積成型。熱態金屬變形過程可分為熱鍛、軋制、擠壓、拉拔、輾壓等工藝技術；冷溫態變形過程可分為冷鍛、冷精軋、冷擠壓、冷拔、冷輾擴等工藝。
2.2 板材成型
所謂板材成型是指用板材、薄壁管、薄型材等作為原材料進行塑性加工的成形方法。在忽略板厚的變化時，可視為平面變形問題來處理，板材成型可分為:衝裁、彎曲、拉延、脹形、翻邊、擴孔、輥壓等工藝技術。
2.3粉末態金屬成形
隨著製粉技術的發展，其應用領域不斷擴充套件，對於複雜形狀的機械零件來說，它具有高效、精密成形的特點，但成本較高，機械效能不如整體金屬材料。粉末態金屬成形的工藝過程為製粉、造型、壓實、燒結、精鍛。
2.4半固態金屬材料成形
70年代開發研究的新技術，原金屬材料作過特殊前處理，當材料加熱到一定溫度時可使30%的金屬材料處於融溶狀態，其餘70%的金屬材料呈均勻細顆粒組織的固態。在此狀態加壓變形，其流動性特好，可成形結構形狀特別複雜的零件，而變形杭力很小。
2.5復合成形技術
現代的科學越來越相互交叉、滲透，出現許多邊緣學科、交叉學科一樣，材料成形技術也逐漸突破原有鑄、鍛、焊、粉末冶金等技術相互獨立的格局，相互融合、滲透，產生了種類繁多的「復合成形技術」。【2】金屬塑性的復合成型技術主要有兩個方面
（1）各種成形工藝的組合優化達到優化工藝和產品的目的。
（2）鑄、鍛、焊、熱處理等不同加工方法的組合。
三、金屬塑性成形技術主要研究內容
由於壓力加工中,少、無切屑的特點和精密加工技術的發展,使金屬塑性成型理論的研究受到日益廣泛的重視而進入工程應用的前列.一般認為,研究金屬塑性科學的歷史開始於tresa在2023年提出的屈服準則,至今不過100多年,而首次將塑性理論應用於金屬加工則是vonkarman在2023年對金屬薄帶軋制時應力分布的研究【3】,至今才五十多年,因此,可以說這一理論是「古老的工藝,年輕的學科」.回顧發展，金屬塑性研究的範圍很廣,主要集中於以下幾個方面。
3.1 塑性變形的金屬學、力學基礎研究
對塑性變形的金屬學、力學基礎研究是改善金屬塑性加工的基礎，研究主要關注於以下幾個方面【4】：
(l)微觀變形機理的研究、塑性變形動力學的研究以及晶間變形、滑移的機理的研究；
(2)應力狀態對變形行為的影響；
(3)變形材料冶金過程組織狀態的影響；
(4)變形工藝的影響，比如變形速度、變形溫度、變形壓力等因素的影響；
(5)變形過程中摩擦條件的影響。
3.2 金屬變形過程(巨集觀)的模擬技術
隨著計算機的發展, cad、cae軟體的廣泛使用,傳統的「經驗法」、「試模法」逐漸被計算機模擬所代替。【5】對金屬變形過程(巨集觀)的模擬技術的研究主要有兩個方面：物理模擬技術的研究和變形過程的數值模擬技術的研究：
(l)物理模擬技術:包括模擬材料、模擬方法、模擬相似理論、模擬過程的資料採集技術及模擬結果的誤差分析技術的研究；
(2)變形過程的數值模擬技術:包括塑性變形的數學模型的建立(剛塑性、粘塑性、彈塑性等)，計算數學(fem)技巧，三維網路自動劃分及畸變處理技術，資料處理及誤差分析技術，軟體的工程化及商品化。
3.3 金屬超塑性成形技術
超塑性是指在特定的條件下，即在低的應變速率(ε=10-2～10-4s-1)，一定的變形溫度（約為熱力學熔化溫度的一半）和穩定而細小的晶粒度(0.5～5μm)的條件下，某些金屬或合金呈現低強度和大伸長率的一種特性。對金屬超塑性成形技術的研究主要關注於超塑性新材料，超塑性材料的前處理技術，金屬超塑性變形機制，超塑性變形力學，超塑性成形工藝模具及亞超塑性高效成形技術等方面。
【6】3.4精鍛成型技術
精鍛成形技術即近凈成形技術或淨成形技術，是指零件成形後，僅需要少量加工或不再加工，就可以用作機械構件的成形技術，即製造接近零件形狀的工件毛坯。【7】對精鍛成型技術的研究主要分為兩類：熱精鍛技術、冷溫精鍛技術的研究。
（1）熱精鍛成型技術：研究少無氧化加熱技術、工藝模擬及優化技術，新工藝技術(多向鍛造、閉寨鍛造、半固態成形、液態模鍛、徑向鍛造及粉末鍛造技術等)，特種合金的等溫鍛造技術，鍛件後處理技術及提高模具壽命，潤滑等配套技術，成套生產線設計技術。
（2）冷溫精鍛鍛成形技術：研究金屬冷溫精鍛材料的前處理工藝，工藝模具優化設計技術，潤滑技術，提高模具壽命技術、質量控制技術，成套生產線設計技術。
3.6 迴轉成形技術
金屬迴轉成形是指在成形過程中,或工件迴轉或工具迴轉或兩者都迴轉的成形機械零件及其毛坯的金屬塑性加工工藝【8】。對金屬迴轉成形的研究主要涉及輥鍛、楔橫軋、旋轉鍛造，旋壓、擺輾、輾擴等成形方法的優化工藝，模具設計和製造技術。
3.7 板料沖壓技術
板料沖壓是指利用衝模在壓力機上使板料分離或變形，從而獲得沖壓件的加工方法。板料沖壓的坯料厚度一般小於4mm，通常在常溫下沖壓，故又稱為冷衝壓，簡稱沖壓。板料厚度超過8～10mm時，才用熱沖壓。
對板料沖壓的研究主要涉及各種新材料、複合材料的沖壓成形加工工藝技術，沖壓成形的模擬技術，虛擬試模技術，回彈預報技術，模具設計製造技術，配套技術，板材成形過程中的失穩機理研究。
3.8 金屬的特種成形技術
對金屬的特種成形技術研究有很多，比如對高速衝擊成形，放電成形、噴射成形、無模拉拔及熱應力變形等新工藝的研究。
四、金屬塑性成型技術的發展趨勢
目前金屬塑性成形技術主要朝著輕量化、整體化、微型化、超大構件、柔性成形等幾個方面發展：
（1輕量化成形是「精密成形」或「淨成形」發展的新階段，所成零件不僅要求接近零件形狀、餘量小或精度高，直接成型出具有輕量化特徵的結構。
（2）整體化成形是將若干分別成形在連線的構件成形為乙個整體化結構。整體化成形不僅解決了連線可靠性差的問題，而且是減重的的乙個重要途徑。該技術的最大難點是需要大噸位成形力、模組尺寸大，迫切發展省力成形技術。
（3）微成形是指加工的零件至少兩個方向的尺寸小於1mm，適合大批量、低成本的製造微零件。由於尺效應、摩擦機制和晶粒尺度的影響，並非傳統塑性成形的簡單縮小，需要進一步研究其機理和關鍵技術。
（4）超大構件成形是通過先進技術利用相對小的裝置或模具加工出較大的構件，解決了構件尺寸或噸位超過現有製造裝置能力的問題。由於這類零件尺寸大或重量大、批量小、運輸困難等問題，根據不同的結構特點採用不同的技術途徑。
（5）柔性成形是適應多品種、小批量零件加工的需要。採用多點實現模具輪廓不變、數控增量載入、無模成形是柔性成形的重要途徑。在薄板成形的基礎上，向中厚板和複雜板型面件成形發展。
五、總結
金屬塑性成形技術是機械冶金、汽車拖拉機、電工儀表、宇航軍工、五金日用品等製造業最基本，最古老，亦是極重要的加工手段之一。文章主要對塑性成形的基本方法、主要研究內容、發展趨勢做了綜合介紹。結合近代科技，金屬成形技術正向輕量化、整體化、微型化、超大構件、柔性成形幾個方面發展，仍然有很大的研究空間。
references:
【1】洪慎章.塑性成形技術的現狀及發展趨勢.die and mouldtechnology ,2003(01):54-56.
【2】王冬，王利民，李永志.金屬的復合成形技術及其發展.鑄造技術，2008，（03）:411-415.
【3】von karman,math mech,5,135(1925).
【4】皮華春，韓靜濤，薛永棟．金屬塑性成形的晶體塑性學有限元模擬研究進展 [j]．機械工程學報，2006，(03).
【5】吳麗平，劉建雄，劉新勝，肖正明．基於塑性變形有限元模擬的模具結構優化．鍛壓技術，2006，(02):55-57.
【6】王春榮.幾種金屬材料超塑性研究的綜述[j].金屬成型工藝，2009,(2)：47-55.
【7】胡亞民.精鍛成形技術60年的發展與進步.金屬加工，2010，（15）：1-5.
【8】郭長武.金屬迴轉成形技術.鋼鐵，1993，（10）：73-78.
金屬塑性成形部分
1 名詞解釋 5 應力張量 6 主應力圖 7 對數應變 8 平面應力狀態 9 平面應變 11 屈服應力 真實應力 軸對稱應力狀態位移位移分量對數應變主應變主切應變應變速率屈服表面屈服軌跡 平面本構方程全量理論真實應力滑移線滑移線場 3.動態再結晶圖 將不同變形溫度和在此溫度下的不同變形程度 以及發生...
第6章其它體積金屬塑性成形工藝
第一節擠壓成形工藝 一 擠壓的基本方法 特點及應用範圍 擠壓 是在擠壓衝頭的強大壓力和一定的速度條件作用下，迫使毛坯金屬從凹模型腔中擠出，從而獲得所需的擠壓件的方法。按毛坯的溫度不同可分為 冷擠壓 溫擠壓 熱擠壓。按毛坯材料種類的不同可以分為 有色金屬及其合金擠壓 黑色金屬及其合金擠壓 1 擠壓的基...
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