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摘 要：现代工业发展对材料提出了越来越高的要求，导致金属材料向性能多样化，功能新型化方向发展；介绍了金属材料塑形加工领域出现的新方法、新工艺，提出了塑形加工研究中主要的发展方向，揭示了存在的问题和矛盾，就相关问题进行了一定的讨论，得出金属塑形成形技术需要跨学科、多部门联合研究等结论。
关键词：塑形加工 特种成形 复合材料 精密成形
一、绪论
现代工业的发展对材料提出愈来愈高的要求[1]，如电子产品向微型化和超微型化发展，就要求材料尺寸精密、薄型化；导电材料要求不影响导电性的情况下，增加强度；交通运输部门向轻型化、高速化方向发展， 要求轻质高强的合金，导致了铝、镁合金用量增大；眼镜行业要求高弹性、高强度材料；钟表行业提出耐磨的彩色材料；建筑行业需求美观、轻型、廉价的装饰材料，要满足各行各业对材料的要求，与之相对应技术含量较高的加工方法如：精密成型、复合成型、异型材加工、高精板带材的轧制技术等得到了快速发展。
二、材料加工新方法新技术的研究开发
随着金属间化合物材料，金属基复合材料，各种新型功能材料，超导材料等高新技术新材料的不断出现，传统的加工方式或多或少地遇到了困难。与新的材料制备和合成技术相适应，新的加工方法成为材料加工研究开发的一个重要领域。材料制备和材料加工一体化是一个发展趋势，为降低新材料的成本使之达到商业化应用，新的廉价的加工方法的开发是至关重要的。有观点认为， 未来新材料在应用方面的竞争，很大程度取决于它的加工方法是否容易和廉价，换言之， 就是材料加工技术方面的竞争。
材料加工新技术不断出现，尤其是针对复合材料的加工方面更为突出。主要有：
1.喷射成型技术
喷射成形技术作为一种生产工程材料的加工技术，其独创之处是金属或合金自熔融状态经一步工艺直接制成接近最终产品的形状，并具有良好的组织性能。用喷射成形方法生产铅合金板坯和各种形状的锻造坯料，可以省去以往从液态金属到固体坯料之间的铸造、热轧开坯，进一步简化工艺，大大降低了能耗和成本。特别应指出的是喷射成型利用于生产金属基颗粒增强复合材料，较铸造法、粉末冶金法更具优越性，以克服增强材料分布不均，容易出现偏析、氧含量过高和生产成本高的缺点，还使制备和加工一体化，一次达到产品形状。喷射成型还可望成为金属间化合物的有效加工方法，在实用化方面带来飞跃和突破，喷射成形可以得到具有非平衡相和无偏析的材料。
2.金属基层状复合材料加工技术
层状金属复合材料已成为复合材料中的一大类，作为金属基复合材料它获得了最早的应用。因此，其加工方法已较为完善，可以生产多种复合板、带、管、棒等材料。
生产复合板带常用的方法有热轧复合、室温固相复合轧制、爆炸复合、爆镀+轧制复合、粉液-轧制复合， 异步轧制复合等多种工艺。
生产复合管、棒的工艺有热挤压复合、热静等压复合、拉拔复合，现在发展的还有conform多坯连续挤压复合。这些方法可以用于生产复合电极棒、耐热导体、超导线、电子仪器用的复合线、耐蚀复合管等。
三、塑性成形最主要的发展方向
1.冷塑性成形
传统的冷塑性成形一般限于薄板的冲压以及软的有色金属及其合金构件的塑性成形[2]。由钢材制成的复杂形状构件的塑性成形几乎都要求事先加热到热成形的温度，由此可获得塑性抗力明显地减少以及减少变形材料出现裂纹的敏感性；然而热塑性成形却具有严重的缺点，即尺寸的精度低、表面质量差、大的氧化皮损失以及锻造模具寿命较短等。
在发达国家，具有复杂形状的钢构件的生产发展得很快，随着具有巨大压力的压力机的建成，锻压件产品的尺寸也在增加，其直径往往超过100mm。应该认为冷塑性成形是塑性成形发展的基本方向。而材料用这一方法进行塑性成形所占的比例也是衡量一个国家现代化的一个标志。
2.温塑性成形
尽管温成形开始的较晚，但发展的却很快，在高度工业化的国家里用这一方法所生产产品的比例每年都在增加，其原因是因为温成形有如下优点。
2.1优点
2.1.1塑性变形抗力比冷成形小2～3倍，因而模具所受的载荷也小2～3倍；
2.1.1.塑性增大，因而在塑性变形工程中减少了断裂敏感性；
2.1.3模具钢的强度相对于在温成形条件下钢材塑性变形抗力的比值是有利的。
2.2与热成形相比，温成形还有如下好处
2.2.1由于几乎没有裂痕，因而具有明显好的表面质量；
2.2.2由于在冷却时伸缩影响不大，构件尺寸有较好的准确性；
2.2.3由于发生的强化而且没有晶粒的长大，因而有较好的强度特性。
3.热塑性成形
曾广泛存在着这样一种认识，即认为塑性成形唯一目的是将材料加工成所需的形状，而所需要的强度特性则要通过选择响应材料的种类即其化学成分来保证。然而塑性成形的重要目的是使使用的材料获得所需要的特性。塑性变形引起材料的强化、晶粒的分裂、产生确定的残余应力，所有的这些现象，将导致产品使用特性的响应变化并影响其强度性质，即使使用寿命及抗腐蚀特性等。通过对变形过程的相应选择，可以控制产品的使用性能。
称为热塑性成形的这种方法，开辟了获得产品所需特性的巨大可能性，目前这种可能性利用的尚少，因此应认为热塑性成形是提高产品质量最重要方法之一，也是塑性成形的一个重要发展方向。
4.某些特殊的成形方法
在压力机和锤击条件下，产品成形的传统方法是工具完成直线往复运动，而塑性变形同时产生在产品的整个体积中，这时产品的形状取决于材料与模具接触表面的位置，塑性流动方向以及其它变形条件。在大多数情况下，由产品形状以及所得到的成形条件与最佳条件甚远，最佳条件是指成形所需的压力，塑性变形功或摩擦功获得最小值等。 模具运动的种类可按材料变形的模式选择，而变形的模式又与产品的形状有关。结果，为了获得最佳成形条件，每一种工件或形状相近的每一组工件都要求模具具有一种运动形式。例如曲柄成形。麻花钻轧制、旋压、辊锻、摆动碾压、滚螺纹等，都要求有专门的机械设备，近年来，这种专门塑性成形的方法不断发展，可以认为它将成为成形技术发展的主要方法之一。
5.用于塑性成形的冶金材料的改进
冶金材料的强度特性首先是由将这些材料作为结构构件使用要求相联系的，在工艺过程中起决定性作用的某些特点却没有被考虑，这时具有同样强度特性的材料在塑性变形过程中将具有不同的断裂和磨损的特性。
许多国家的冶金工业采用适用于冷挤压的专门品种。在薄板方面，具有高强度的低碳钢板和具有金属和人造材料涂层的薄板使用越来越广泛。
这些材料的评价准则和验收方法与用于塑性加工材料的生产是紧密相连的。这一课题是许多研究人员工作的课题。其结果将给出制定对不同塑性成形冶金材料适用性的评价方法。
四、塑性成形发展面临的矛盾和某些问题
1.塑性成形发展面临的矛盾
解决发展与环境的矛盾， 要利用有限的资源满足人类日益增长的需求，必须在观念意识和发展模式上实现根本转变，这个转变反映了当今的科学技术高速发展为基础的现代经济发展战略，抛弃了那种以高投入，高消耗，高污染为代价的传统发展模式，代以节约资源，能源和环境协调的高效益的集约型的可持续发展模式。环境材料的提出要求对资源和能源消耗少，对生态与环境污染小，再生利用率高或可降解可循环利用，而且要求从材料制造、使用， 废弃直到再生利用整个寿命周期中都必须具有与环境的协调共存性。符合这一观点的材料加工方法和技术的研究是一个新的领域，也是势在必行的。
2.塑性成形发展面临的某些问题
技术发展的每一领域不仅有新的成就、新的工作方向，而同时还应放弃某些以前研究的，不适应目前需要的研究成果。
例如从前所宣传的某些发展方向，在实践中并未获得应用的问题有：
2.1高速锻锤的锻造成形。放弃了这种设备的生产，而所生产的这类机械也都进行了改造。
2.2利用爆炸加工成形大压延件。在大多数情况下这种方法是不经济的。
2.3在热锻和温锻中采用玻璃粉作为润滑剂。
2.4复杂形状构件板料冲压。它已被用简单的冲压件进行焊接的结构所取代。
然而应该指出，上述方法的使用范围虽然有所减少，但上述的每一种方法都继续有较窄的使用范围，而且丰富了塑性成形现代工艺的知识宝库。
3.塑性成形发展要研究的问题
塑性成形技术逐步达到国际水平， 需在如下六个方面不断研究、不断创新、不断提高。
塑性成形方面：① 有限元分析金属流动②数值仿真金属流动③成形工艺过程模拟预测缺陷④纳米材料（超细、微细晶粒）成形微观视塑法⑤快速原型成形。
模具设计方面：①计算机辅助设计②反（逆）向工程③并行工程④快速设计⑤协同设计⑥人工智能⑦基于知识的工程⑧基于事例的推理⑨基于模型的推理⑩集成化技术 网络化技术多学科多功能综合技术特征技术。
模具结构方面：①标准化模具②模块单元组合模具⑧基于web的capp体系结构④纳米模具。
模具材料方面：
A.基本材料：①新型模具材料冷作、热作关②钢结硬质合金。
B表面工程技术：①热扩渗技术②热喷涂与热喷焊技术③复合电镀与复合电刷镀技术④化学镀技术⑤物理气相及化学气相沉积技术⑥高能速（激光束、离子束、电子束）技术⑦稀土表面工程技术⑧纳米表面工程技术
模具制造方面：①数控②电火花③线切割④超精加工⑤高速铣削⑥计算机集成制造系统⑦快速模具制造⑧柔性制造系统⑨敏捷制造系统⑩虚拟制造系统
智能制造系统协同制造系统精益生产体系绿色制造系统信息管理系统（绿色环保技术方面）：①五色热锻润滑剂肖除乌烟肮脏头②拉深润滑剂可完全挥发的关③无噪声技术④消震、隔振技术。
五、结论
1.针对我国在材料加工方面基础较为薄弱的现状。我国在传统加工过程的技术进步方面贡献较少， 落后于国外先进院校和研究机构。但在新材料加工新方法、新工艺的研究方面差距不大， 很多方面的研究尚未成熟。因此加大力度开展新材料加工的研究工作，有可能在某些领域达到领先水平。
2.新材料加工的研究必须联合多学科，多部门共同开展，以适应新材料发展规律本身的要求，材料加工向多学科延伸，涉及到金属压力加工、铸造、冶金、机械、计算机、力学、物理学和数学等多学科。在工艺上出现多种工艺的综合，在理论研究上要考虑到变形过程中应力、应变、温度的分布，与工模具接触的润滑、热、力等边界条件，复合材料界面反应和结构，从液态到固态加工过程的冶金物理化学和热力学，金属结晶和变形过程分析，最终组织结构的形成，计算机对各状态和过程的模拟等。因此需要各学科有组织的进行协作，才能形成强大的竞争力。
3.针对材料加工发展的特点，建议组织和设立以现有压力加工专业为基础和中心的相应研究开发机构，从组织上保证材料加工研究的竞争力量， 建立材料加工及工程研究站等。逐步形成研究、开发、研制、生产新材料制品的能力，学术理论水平和经济效益两方面都取得重大进步。
4.要实现向开发型新材料科研结构的转变。从材料的研究， 制备到材料加工方面需形成一套完整的发展战略和配套政策，为我国在材料研究和材料加工领域形成自己的优势和特色，具有相当学术地位和某些领域达到国际水平奠定基础。
参考文献
[1]余同希，张亮炽。塑形弯曲理论及其应用[M].北京：科学技术出版社，1992.
[2]付宝连，刘建军.塑形力学相识非偶联系统的模拟变分原理[J].机械工程学报，1998，34（6）：73-79.
关键词：塑形加工 特种成形 复合材料 精密成形
一、绪论
现代工业的发展对材料提出愈来愈高的要求[1]，如电子产品向微型化和超微型化发展，就要求材料尺寸精密、薄型化；导电材料要求不影响导电性的情况下，增加强度；交通运输部门向轻型化、高速化方向发展， 要求轻质高强的合金，导致了铝、镁合金用量增大；眼镜行业要求高弹性、高强度材料；钟表行业提出耐磨的彩色材料；建筑行业需求美观、轻型、廉价的装饰材料，要满足各行各业对材料的要求，与之相对应技术含量较高的加工方法如：精密成型、复合成型、异型材加工、高精板带材的轧制技术等得到了快速发展。
二、材料加工新方法新技术的研究开发
随着金属间化合物材料，金属基复合材料，各种新型功能材料，超导材料等高新技术新材料的不断出现，传统的加工方式或多或少地遇到了困难。与新的材料制备和合成技术相适应，新的加工方法成为材料加工研究开发的一个重要领域。材料制备和材料加工一体化是一个发展趋势，为降低新材料的成本使之达到商业化应用，新的廉价的加工方法的开发是至关重要的。有观点认为， 未来新材料在应用方面的竞争，很大程度取决于它的加工方法是否容易和廉价，换言之， 就是材料加工技术方面的竞争。
材料加工新技术不断出现，尤其是针对复合材料的加工方面更为突出。主要有：
1.喷射成型技术
喷射成形技术作为一种生产工程材料的加工技术，其独创之处是金属或合金自熔融状态经一步工艺直接制成接近最终产品的形状，并具有良好的组织性能。用喷射成形方法生产铅合金板坯和各种形状的锻造坯料，可以省去以往从液态金属到固体坯料之间的铸造、热轧开坯，进一步简化工艺，大大降低了能耗和成本。特别应指出的是喷射成型利用于生产金属基颗粒增强复合材料，较铸造法、粉末冶金法更具优越性，以克服增强材料分布不均，容易出现偏析、氧含量过高和生产成本高的缺点，还使制备和加工一体化，一次达到产品形状。喷射成型还可望成为金属间化合物的有效加工方法，在实用化方面带来飞跃和突破，喷射成形可以得到具有非平衡相和无偏析的材料。
2.金属基层状复合材料加工技术
层状金属复合材料已成为复合材料中的一大类，作为金属基复合材料它获得了最早的应用。因此，其加工方法已较为完善，可以生产多种复合板、带、管、棒等材料。
生产复合板带常用的方法有热轧复合、室温固相复合轧制、爆炸复合、爆镀+轧制复合、粉液-轧制复合， 异步轧制复合等多种工艺。
生产复合管、棒的工艺有热挤压复合、热静等压复合、拉拔复合，现在发展的还有conform多坯连续挤压复合。这些方法可以用于生产复合电极棒、耐热导体、超导线、电子仪器用的复合线、耐蚀复合管等。
三、塑性成形最主要的发展方向
1.冷塑性成形
传统的冷塑性成形一般限于薄板的冲压以及软的有色金属及其合金构件的塑性成形[2]。由钢材制成的复杂形状构件的塑性成形几乎都要求事先加热到热成形的温度，由此可获得塑性抗力明显地减少以及减少变形材料出现裂纹的敏感性；然而热塑性成形却具有严重的缺点，即尺寸的精度低、表面质量差、大的氧化皮损失以及锻造模具寿命较短等。
在发达国家，具有复杂形状的钢构件的生产发展得很快，随着具有巨大压力的压力机的建成，锻压件产品的尺寸也在增加，其直径往往超过100mm。应该认为冷塑性成形是塑性成形发展的基本方向。而材料用这一方法进行塑性成形所占的比例也是衡量一个国家现代化的一个标志。
2.温塑性成形
尽管温成形开始的较晚，但发展的却很快，在高度工业化的国家里用这一方法所生产产品的比例每年都在增加，其原因是因为温成形有如下优点。
2.1优点
2.1.1塑性变形抗力比冷成形小2～3倍，因而模具所受的载荷也小2～3倍；
2.1.1.塑性增大，因而在塑性变形工程中减少了断裂敏感性；
2.1.3模具钢的强度相对于在温成形条件下钢材塑性变形抗力的比值是有利的。
2.2与热成形相比，温成形还有如下好处
2.2.1由于几乎没有裂痕，因而具有明显好的表面质量；
2.2.2由于在冷却时伸缩影响不大，构件尺寸有较好的准确性；
2.2.3由于发生的强化而且没有晶粒的长大，因而有较好的强度特性。
3.热塑性成形
曾广泛存在着这样一种认识，即认为塑性成形唯一目的是将材料加工成所需的形状，而所需要的强度特性则要通过选择响应材料的种类即其化学成分来保证。然而塑性成形的重要目的是使使用的材料获得所需要的特性。塑性变形引起材料的强化、晶粒的分裂、产生确定的残余应力，所有的这些现象，将导致产品使用特性的响应变化并影响其强度性质，即使使用寿命及抗腐蚀特性等。通过对变形过程的相应选择，可以控制产品的使用性能。
称为热塑性成形的这种方法，开辟了获得产品所需特性的巨大可能性，目前这种可能性利用的尚少，因此应认为热塑性成形是提高产品质量最重要方法之一，也是塑性成形的一个重要发展方向。
4.某些特殊的成形方法
在压力机和锤击条件下，产品成形的传统方法是工具完成直线往复运动，而塑性变形同时产生在产品的整个体积中，这时产品的形状取决于材料与模具接触表面的位置，塑性流动方向以及其它变形条件。在大多数情况下，由产品形状以及所得到的成形条件与最佳条件甚远，最佳条件是指成形所需的压力，塑性变形功或摩擦功获得最小值等。 模具运动的种类可按材料变形的模式选择，而变形的模式又与产品的形状有关。结果，为了获得最佳成形条件，每一种工件或形状相近的每一组工件都要求模具具有一种运动形式。例如曲柄成形。麻花钻轧制、旋压、辊锻、摆动碾压、滚螺纹等，都要求有专门的机械设备，近年来，这种专门塑性成形的方法不断发展，可以认为它将成为成形技术发展的主要方法之一。
5.用于塑性成形的冶金材料的改进
冶金材料的强度特性首先是由将这些材料作为结构构件使用要求相联系的，在工艺过程中起决定性作用的某些特点却没有被考虑，这时具有同样强度特性的材料在塑性变形过程中将具有不同的断裂和磨损的特性。
许多国家的冶金工业采用适用于冷挤压的专门品种。在薄板方面，具有高强度的低碳钢板和具有金属和人造材料涂层的薄板使用越来越广泛。
这些材料的评价准则和验收方法与用于塑性加工材料的生产是紧密相连的。这一课题是许多研究人员工作的课题。其结果将给出制定对不同塑性成形冶金材料适用性的评价方法。
四、塑性成形发展面临的矛盾和某些问题
1.塑性成形发展面临的矛盾
解决发展与环境的矛盾， 要利用有限的资源满足人类日益增长的需求，必须在观念意识和发展模式上实现根本转变，这个转变反映了当今的科学技术高速发展为基础的现代经济发展战略，抛弃了那种以高投入，高消耗，高污染为代价的传统发展模式，代以节约资源，能源和环境协调的高效益的集约型的可持续发展模式。环境材料的提出要求对资源和能源消耗少，对生态与环境污染小，再生利用率高或可降解可循环利用，而且要求从材料制造、使用， 废弃直到再生利用整个寿命周期中都必须具有与环境的协调共存性。符合这一观点的材料加工方法和技术的研究是一个新的领域，也是势在必行的。
2.塑性成形发展面临的某些问题
技术发展的每一领域不仅有新的成就、新的工作方向，而同时还应放弃某些以前研究的，不适应目前需要的研究成果。
例如从前所宣传的某些发展方向，在实践中并未获得应用的问题有：
2.1高速锻锤的锻造成形。放弃了这种设备的生产，而所生产的这类机械也都进行了改造。
2.2利用爆炸加工成形大压延件。在大多数情况下这种方法是不经济的。
2.3在热锻和温锻中采用玻璃粉作为润滑剂。
2.4复杂形状构件板料冲压。它已被用简单的冲压件进行焊接的结构所取代。
然而应该指出，上述方法的使用范围虽然有所减少，但上述的每一种方法都继续有较窄的使用范围，而且丰富了塑性成形现代工艺的知识宝库。
3.塑性成形发展要研究的问题
塑性成形技术逐步达到国际水平， 需在如下六个方面不断研究、不断创新、不断提高。
塑性成形方面：① 有限元分析金属流动②数值仿真金属流动③成形工艺过程模拟预测缺陷④纳米材料（超细、微细晶粒）成形微观视塑法⑤快速原型成形。
模具设计方面：①计算机辅助设计②反（逆）向工程③并行工程④快速设计⑤协同设计⑥人工智能⑦基于知识的工程⑧基于事例的推理⑨基于模型的推理⑩集成化技术 网络化技术多学科多功能综合技术特征技术。
模具结构方面：①标准化模具②模块单元组合模具⑧基于web的capp体系结构④纳米模具。
模具材料方面：
A.基本材料：①新型模具材料冷作、热作关②钢结硬质合金。
B表面工程技术：①热扩渗技术②热喷涂与热喷焊技术③复合电镀与复合电刷镀技术④化学镀技术⑤物理气相及化学气相沉积技术⑥高能速（激光束、离子束、电子束）技术⑦稀土表面工程技术⑧纳米表面工程技术
模具制造方面：①数控②电火花③线切割④超精加工⑤高速铣削⑥计算机集成制造系统⑦快速模具制造⑧柔性制造系统⑨敏捷制造系统⑩虚拟制造系统
智能制造系统协同制造系统精益生产体系绿色制造系统信息管理系统（绿色环保技术方面）：①五色热锻润滑剂肖除乌烟肮脏头②拉深润滑剂可完全挥发的关③无噪声技术④消震、隔振技术。
五、结论
1.针对我国在材料加工方面基础较为薄弱的现状。我国在传统加工过程的技术进步方面贡献较少， 落后于国外先进院校和研究机构。但在新材料加工新方法、新工艺的研究方面差距不大， 很多方面的研究尚未成熟。因此加大力度开展新材料加工的研究工作，有可能在某些领域达到领先水平。
2.新材料加工的研究必须联合多学科，多部门共同开展，以适应新材料发展规律本身的要求，材料加工向多学科延伸，涉及到金属压力加工、铸造、冶金、机械、计算机、力学、物理学和数学等多学科。在工艺上出现多种工艺的综合，在理论研究上要考虑到变形过程中应力、应变、温度的分布，与工模具接触的润滑、热、力等边界条件，复合材料界面反应和结构，从液态到固态加工过程的冶金物理化学和热力学，金属结晶和变形过程分析，最终组织结构的形成，计算机对各状态和过程的模拟等。因此需要各学科有组织的进行协作，才能形成强大的竞争力。
3.针对材料加工发展的特点，建议组织和设立以现有压力加工专业为基础和中心的相应研究开发机构，从组织上保证材料加工研究的竞争力量， 建立材料加工及工程研究站等。逐步形成研究、开发、研制、生产新材料制品的能力，学术理论水平和经济效益两方面都取得重大进步。
4.要实现向开发型新材料科研结构的转变。从材料的研究， 制备到材料加工方面需形成一套完整的发展战略和配套政策，为我国在材料研究和材料加工领域形成自己的优势和特色，具有相当学术地位和某些领域达到国际水平奠定基础。
参考文献
[1]余同希，张亮炽。塑形弯曲理论及其应用[M].北京：科学技术出版社，1992.
[2]付宝连，刘建军.塑形力学相识非偶联系统的模拟变分原理[J].机械工程学报，1998，34（6）：73-79.