塑形加工技术广泛应用于国民经济建设和国防建设的各个领域，在一定程度上，它反映了一个国家的制造业水平。《塑性加工先进技术》重点介绍国内外近十年来塑性加工先进技术的最新科研进展、发展趋势及企业应用，注重材料特性、力学原理与工艺技术相结合所带来的创新及其相关的技术进步。《塑性加工先进技术》内容分为5章：第1章为绪论部分；第2章介绍体积成形新技术；第3章介绍轧制与旋转加工成形先进技术；第4章介绍板材成形新技术；第5章介绍管材管件制备成形技术。
《塑性加工先进技术》适合高等院校和科研院所材料加工工程专业的高年级本科生、研究生和相关企事业单位工程技术人员阅读和参考。
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基于国内外塑性加工技术近20年的发展，张士宏研究员及其团队编著了《塑性加工先进技术》。本书凝炼了近20年来国内外塑性加工主要新技术的发展成果，反映了国际塑性加工技术的当前水平。本书也涵盖了作者团队十几年来在塑性加工领域所做的一些重要工作和科研进展。该书对于材料加工领域研究生、企业研发人员和科研工作者了解有关塑性加工方面的新进展与国内外动态有重要作用。
张士宏 博士生导师，中国科学院金属研究所研究员、专用材料与器件研究不去副主任，中国科学院精密铜管工程研究中心主任。
1998年入选中国科学院“百人计划”及“引进国外杰出人才”项目，2004年3月获得河南省“杰出人才创新基金”，2007年12月入选辽宁省“百千万人才工程”百人层次。任全国塑性工程学会副理事长及国际合作工作委员会主任、中国薄钢板成形技术研究会（CDDRG）副秘书长、NUMIFORM'2013国际学术会议主席、大连理工大学兼职教授。发表国际国内期刊论文200余篇，其中90余篇被SCI收录。或发明专利授权30项。仅两年来先后6次在国际和国内学术会议上做大会特约专题报告。获英国机械工程师学会（IMechE）2010年度A.M.Strickland奖。主持和完成中国科学院“百人计划”项目，国家科技攻关项目，国家863、973项目，国防科工委民口配套项目，国家自然科学基金项目，中丹、中意国际合作项目以及企业委托项目30余项。
目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 现代科学技术的发展为塑性加工新技术提供了技术支撑 1
1.2 材料、工艺与设备一体化是塑性加工技术的发展趋势 3
1.3 工业现代化为塑性加工技术提供了广阔的需求 5
1.4 中国学者为国际塑性加工技术的发展做出了重要贡献 7
参考文献 9
第2章 体积成形新技术 11
2.1 铝合金型材挤压工艺 11
2.1.1 挤压工艺概述 11
2.1.2 铝合金型材的可挤压性与挤压条件 16
2.1.3 铝合金型材挤压方法 18
2.1.4 用热挤压法生产大型铝合金型材的优缺点 27
2.2 连续挤压技术 28
2.2.1 连续挤压技术概述 29
2.2.2 连续挤压和连续包覆技术原理与工艺特点 29
2.2.3 连续挤压工艺 30
2.2.4 连续包覆工艺 35
2.3 超塑成形 38
2.3.1 超塑性及其特点 38
2.3.2 超塑性的分类 39
2.3.3 超塑性的本构关系 40
2.3.4 超塑成形技术 41
2.3.5 国内外超塑成形技术工程应用 42
2.4 闭塞模锻 47
2.4.1 引言 47
2.4.2 闭塞模锻原理 48
2.4.3 液压模架简介 49
2.4.4 闭塞模锻工艺 52
2.4.5 技术经济分析 54
2.5 粉末锻造 56
2.5.1 粉末锻造工艺原理 56
2.5.2 金属粉末的选择及制取 58
2.5.3 粉末锻件的后续处理和加工 58
2.5.4 粉末锻造工艺优点 58
2.5.5 粉末锻造的应用 60
2.5.6 粉末锻造的技术关键 61
2.5.7 粉末锻造设备的特性 65
2.5.8 粉末锻造的发展趋势 67
2.6 半固态成形技术 68
2.6.1 半固态成形技术的特点 68
2.6.2 半固态合金的制备方法 69
2.6.3 半固态成形工艺 77
2.6.4 金属半固态成形的工业应用 78
2.6.5 半固态成形技术研究和应用展望 79
2.7 快速成形技术 80
2.7.1 快速成形技术的基本原理和特点 80
2.7.2 快速成形技术类型 81
2.7.3 快速成形技术的应用 86
2.7.4 快速成形技术的发展方向 87
2.8 微塑性成形技术 88
2.8.1 微塑性成形技术概述 88
2.8.2 微塑性成形的应用前景 88
2.8.3 国内外微塑性成形研究现状 89
2.8.4 大块非晶合金微塑性成形技术的研究 99
2.9 无模拉伸成形101
2.9.1 无模拉伸成形基本原理 101
2.9.2 无模拉伸工艺基本特征 102
2.9.3 无模拉伸变形机制 104
2.9.4 无模拉伸变形及力能参数 106
2.9.5 无模拉伸成形工艺应用 110
2.10 铝合金轮毂铸旋新技术113
2.10.1 铝合金轮毂铸旋新技术的发展背景 113
2.10.2 铝合金轮毂铸旋新技术概述 114
2.10.3 铝合金轮毂铸坯热旋压工艺原理和设备 116
2.10.4 铝合金轮毂铸坯热旋压工艺参数 119
2.10.5 铝合金轮毂铸坯热旋压主要缺陷 122
2.10.6 铝合金轮毂铸坯热旋压过程的有限元模拟分析 123
参考文献 128
第3章 轧制与旋转加工成形先进技术 134
3.1 楔横轧与斜轧 134
3.1.1 楔横轧 134
3.1.2 孔型斜轧 139
3.1.3 仿形斜轧 145
3.2 辊锻 147
3.2.1 辊锻特点与辊锻机 147
3.2.2 辊锻变形与辊锻模膛 150
3.2.3 制坯辊锻设计 154
3.2.4 成形辊锻设计 156
3.2.5 辊锻力能与辊锻模具 158
3.3 高强钢板的辊压成形161
3.4 环件轧制 167
3.4.1 环件轧制的起源和分类 167
3.4.2 环件轧制过程的基本原理和工艺流程 168
3.4.3 环件轧制的研究现状 170
3.4.4 环件轧制的应用 172
3.5 摆动辗压 173
3.5.1 工作原理、特点和应用 173
3.5.2 摆辗机 175
3.5.3 摆辗技术参数 178
3.5.4 摆辗变形流动 179
3.5.5 摆辗力能参数计算 182
3.5.6 摆辗模具 184
3.6 连铸连轧 186
3.6.1 连铸技术 187
3.6.2 连铸与连轧的关键技术 188
3.6.3 管材连轧 190
3.6.4 型材连轧 193
3.7 金属层状材料复合成形技术 196
3.7.1 金属层状复合材料的发展及应用 197
3.7.2 金属层状材料传统复合技术 198
3.7.3 金属层状材料复合成形新技术 202
3.7.4 金属层状复合材料的轧制复合技术及其应用 206
3.8 板材异步轧制 215
3.8.1 板材异步轧制原理 216
3.8.2 异步轧制中“搓轧区”的形成 219
3.8.3 轧制力计算 220
3.8.4 异步轧制状态 221
3.8.5 异步轧制的应用 222
3.9 板材交叉轧制 223
3.9.1 交叉轧制型式和特点 223
3.9.2 交叉轧制原理 224
3.9.3 变形区金属流动规律 226
3.9.4 轧制压力计算 227
参考文献 228
第4章 板材成形新技术 230
4.1 板材液压成形与充液拉深成形技术 230
4.1.1 液压成形的分类 230
4.1.2 板材液压成形 230
4.2 特种温热冲压成形技术 242
4.2.1 镁合金温热冲压成形 242
4.2.2 钛合金板材温热成形 251
4.2.3 汽车高强钢热冲压热成形技术 255
4.3 拉深成形新工艺 265
4.3.1 拉深过程的变形流动 265
4.3.2 多次拉深 271
4.3.3 防皱压边问题 274
4.3.4 变薄拉深 278
4.4 高能率成形技术 282
4.4.1 电液成形 282
4.4.2 爆炸成形技术 287
4.5 磁脉冲成形技术 290
4.5.1 概述 290
4.5.2 磁脉冲加工原理 291
4.5.3 磁脉冲加工特点 291
4.5.4 基本加工方式 292
4.5.5 磁脉冲设备 293
4.5.6 感应器 293
4.5.7 磁脉冲加工典型工艺分析 294
4.5.8 国内外磁脉冲工艺应用现状分析 300
4.6 多点成形技术 303
4.6.1 多点成形原理与特点 303
4.6.2 多点成形设备 305
4.6.3 应用实例 308
4.6.4 应用前景 315
4.7 激光拼焊毛坯成形 315
4.7.1 拼焊板的应用 315
4.7.2 激光拼焊毛坯制备技术 316
4.7.3 激光拼焊板成形特性分析 318
4.7.4 激光拼焊板冲压成形失效分析 320
4.7.5 拼焊板冲压成形工艺及设备 322
4.7.6 激光拼焊板成形极限图实验方法 324
4.7.7 激光拼焊板冲压成形的数值模拟 331
4.8 渐进成形 333
4.8.1 渐进成形原理 334
4.8.2 渐进成形的研究现状 335
4.8.3 渐进成形的发展前景 337
参考文献 340
第5章 管材管件制备成形技术 345
5.1 管材高速挤压成形 345
5.1.1 挤压与高速挤压 345
5.1.2 高速挤压数值模拟 345
5.1.3 高速挤压试验 349
5.2 管材行星旋轧 352
5.2.1 两辊斜轧法 353
5.2.2 三辊行星旋轧 353
5.2.3 四辊行星轧机 367
5.3 管材浮动芯头拉拔 371
5.3.1 引言 371
5.3.2 管材拉拔历史及其发展 372
5.3.3 管材拉拔设备 372
5.3.4 浮动芯头拉拔工艺特点 373
5.3.5 模具磨损 375
5.3.6 影响模具寿命的因素 377
5.3.7 铜管多道次拉拔的道次优化 377
5.4 外翅片铜管生产加工及工艺 382
5.4.1 外翅片高效管产品类型及简介 382
5.4.2 生产工艺流程 387
5.4.3 外翅片高效管加工工艺原理及设计 387
5.5 薄壁管材与内螺纹管材滚珠旋压 389
5.5.1 旋压与滚珠旋压 389
5.5.2 滚珠旋压工艺特点 390
5.5.3 薄壁筒形(管形)件滚珠旋压发展和研究现状 391
5.5.4 滚珠旋压的数值模拟研究 393
5.5.5 滚珠旋压实验研究 396
5.5.6 管材滚珠旋压的典型工艺缺陷 397
5.5.7 内螺纹管材滚珠旋压 399
5.6 精密管材旋压技术 403
5.6.1 旋压工艺特点及分类 404
5.6.2 特种旋压工艺 409
5.6.3 旋压技术发展概况 413
5.6.4 国内外旋压技术和设备的差距及各自的特点 414
5.6.5 旋压设备和技术展望 415
5.7 管材弯曲 416
5.7.1 管材弯曲成形的研究现状 416
5.7.2 管材弯曲成形工艺方法分类 417
5.7.3 管材弯曲成形原理 418
5.7.4 管材弯曲变形程度及弯曲力矩的计算 419
5.7.5 管材弯曲成形缺陷 420
5.7.6 管材绕弯成形技术 423
5.7.7 管材压弯成形技术 424
5.7.8 管材滚弯成形技术 426
5.7.9 管材推弯成形技术 426
5.8 管材液压成形与脉动液压成形 428
5.8.1 工艺原理、材料及应用 429
5.8.2 设备(液压成形工装系统、增压器、模具) 431
5.8.3 管材脉动加载液压成形 439
5.8.4 主要成形工艺缺陷 439
5.8.5 我国液压成形技术与设备的开发、存在的问题及发展思路 440
参考文献 444
第1 章绪论
近20 年来，国际塑性加工技术进入了高速发展的时期，尤其自中国于2001 年加入世界贸易组织(WTO) 以来，中国制造工业高速发展，汽车、高速铁路、大型飞机、机床、电器、造船、航天、钢铁、风电、核电等塑性加工主流产业都在高速发展，同时伴随着制造技术的飞速提升，加之多方面的需求，制造技术获得了空前的改进和创新。
1.1 现代科学技术的发展为塑性加工新技术提供了技术支撑
1. 信息与自动化对塑性加工技术起到了推动作用
塑性加工技术是使材料在外力作用下发生永久变形的方法，研究目标是如何利用金属的塑性使金属发生塑性变形以获得需要的形状和组织性能且不发生破坏。使金属发生塑性变形有很多方式，如锻造、挤压、冲压、轧制、拉拔、弯曲、拉形等，这些方法即为塑性加工工艺或塑性加工技术。在依据一定方式实现金属塑性变形加工时，需要对外载荷的方向、大小、速度及金属的外在条件如温度、摩擦力、流动方向和位移进行控制。原始的控制方式为人工操作，如早期的锻工。随着科学技术的进步，人们发明了锻锤、液压机、机械压力机、摩擦压力机等很多设备，可以实现载荷的增大、速度的加快、温度的提高；后来人们又发明了模具，实现了对材料的流动进行约束，可以实现批量生产，提高生产效率和零部件精度。随着计算机和控制技术的发展，人们还可以实现对成形时冲头速度、位移、载荷、温度等多种参数的自动控制，塑性加工过程可以按照人们事先设计好的方式和参数曲线进行，这使零部件的精度、形状的复杂性和生产效率得到充分的提高，并可以使材料的塑性成形能力得到最大限度的发挥。
生产过程信息化和自动化控制目前已成为大多数塑性加工过程的必要基础。目前，很多生产线都实现了自动化，而且其自动化是建立在大量数据积累和控制的基础上，生产过程也是信息化控制过程。
更重要的是，越来越多的塑性加工工艺要依靠自动化控制才能完成，没有自动控制技术是不可想象的。例如，板材多点成形技术，其上下模具可由几十个至上百个小冲头在液压缸的控制下随时组成不同的表面形状，因此一套模具可以代替多组模具，可以成形各种空间形状的板材零件。这些液压缸是在软件控制下实现板面形状的变化和定位的。整个变形过程的操作也是依靠软件协调控制的。
板材单点增量成形技术也是一个典型的例子。在这个工艺中，板材周边被固定，工具实际上是数控机床控制的一个旋轮或模具(不再是原来的刀具，而是类似于旋压中的旋轮)。工具以软件指定的信息数据为轨迹进行运动，使接触区板材金属发生局部胀形的塑性变形，工具反复多次运动，塑性变形得到积累，最后成形为预定形状的板材零件。日本企业利用这一技术成形高速火车头的蒙皮。
类似的工艺技术还有很多。可以说，现代塑性加工生产已成为以自动控制为基础的工艺过程。同样，由于信息化和自动控制技术，人们还实现了远程协同设计和远程加工生产。另外，利用信息化和数控技术，人们可以发明越来越多的新的塑性加工工艺。因此，塑性加工理论与信息化和控制技术相结合也是塑性加工技术创新的重要源泉。
2. 计算机模拟与优化技术为塑性加工技术的发展提供了科学的平台
自20 世纪60 年代起，有限元法成为塑性加工过程分析的重要手段。随着计算机技术和数值计算方法的发展，有限元法成为主流的塑性加工过程计算机模拟仿真手段，可以用于分析计算各种复杂的工艺过程。进入21 世纪，计算机模拟技术已成功应用于各种大型企业和复杂塑性加工过程的模拟预测、过程分析，成为汽车制造、航空航天、钢铁制备、机械、电子电器、国防工业、铁路、电站等各领域塑性加工过程的必要设计分析手段，已成为塑性加工设计生产的一个必要工序。目前，有限元法在塑性加工领域的应用包括弹塑性有限元法、刚塑性有限元法和黏塑性有限元法。其中，弹塑性有限元法主要应用于考虑弹性变形的板料冲压成形过程和部分精密体积成形过程，包括隐式算法和显式算法，典型的商业有限元软件有LS-DYNA 3D 、MSC.Marc 、ABAQUS、DYNAFORM 、Optris 等。刚塑性有限元法不考虑弹性变形，主要应用于热锻、冷锻、挤压、拉拔等生产过程，主要商业软件有DEFORM 和FORGE 2D/3D。黏塑性有限元法主要用于考虑应变速率的超塑变形过程、热锻过程、热轧过程等，主要软件有DEFORM 等。
目前，有限元法不但实现了变形过程模拟，提供应变、应力、位移、变形速率等常规数据，还可以实现热力耦合模拟计算，即可以实现不同温度和变化温度场内的变形计算，给出每一节点和位置的温度分布。近年来，人们更致力于塑性变形过程的组织模拟预测。由于塑性加工过程不仅是变形过程，也是依靠变形实现材料组织控制、得到预定组织和材料性能的过程，因此，工业生产更关心塑性加工过程的组织模拟预测。通过热模拟实验，人们不但可以得到材料的应力应变本构关系，还可以得到材料在不同条件下的组织状态，因此建立组织演变模型，应用有限元法完全可以预测材料塑性加工变形过程的动态再结晶、晶粒长大，甚至相变过程，给出组织的定量数据。与元胞自动机等方法结合，还可以给出材料组织的二维和三维分布图。
工艺缺陷预测是有限元模拟的一个重要目的。通过有限元法，人们可以预测板料冲压过程中的局部减薄、起皱等缺陷，甚至可以给出特定条件下的起皱数目。对于锻造等成形过程，还可以预测折叠等缺陷。对于破裂、颈缩等问题的模拟预测，则需要结合断裂力学、微观力学或损伤力学的知识，目前已得到很好的发展。
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