对于一些特殊的工程应用产品,如雷达波导管、打印机硒鼓中的感光管、半导体生产设备的不锈钢管和印刷电路板中的轧制铜箔等,由于产品几何尺寸的限制和使用环境的特殊性,不能依靠机械加工而必须采用塑性加工技术来获得高精度的表面。因此,从根本上认识塑性成形中表面形貌的演化机制,可以为高精度工件的塑性成形提供理论依据;并基于对工件表面形貌演变规律的清晰认识实现塑性成形工件表面质量的预测与控制,具有重要的研究意义和价值。为了满足这些特殊工程应用对塑性成形后产品表面质量的高要求,本文对塑性成形过程表面形貌的演变机理与表面质量的控制开展了研究。首先从自由表面和受限表面两个角度对表面形貌演变机理的材料科学问题进行了系统研究;然后以铝合金高精度波导管为研究对象,研究了波导管在冷拉拔成形工艺中内表面粗糙度预测和控制的工程应用问题;并最终通过生产试验制造出了满足要求的波导管制品。本文的主要研究内容如下:（1）建立了考虑位错滑移理论的率相关晶体塑性本构模型,通过理论计算法确定了模型里的弹性模量参数。然后通过单轴拉伸数值仿真讨论了模型里的晶体塑性参数对力学响应曲线的影响,并根据影响关系和实验获得的力学响应曲线对晶体塑性参数进行了校准。结合商业有限元软件Abaqus,开发了耦合晶体几何模型、晶体塑性本构理论、粗糙表面形貌和周期边界条件的代表体积单元（Representative volume element,RVE）。开发的RVE能够成功模拟多晶体材料的局部不均匀变形,为模拟分析塑性变形过程中表面形貌的演变奠定了基础。（2）开展了自由表面粗糙度演变规律的有限元模拟研究。表面形貌的总变形分为了两个部分:第一部分是均匀变形的结果,对应于均质材料的变形,多晶体材料的非均质性被忽略了。第二部分考虑了第一部分所忽略的非均质变形,这个部分是由相邻晶粒的取向差异和多晶材料的应变局部性引起的。首先通过对均匀变形部分进行理论推导分析,得出了变形表面的粗糙度、初始粗糙度和应变路径之间的关系。然后通过对平面RVE模型的有限元模拟结果进行数学拟合,获得了非均匀变形部分的变形表面粗糙度与应变路径之间的定量关系。将这两个部分的变形进行结合,就获得了总变形对应的工件表面粗糙度。（3）进行了自由表面粗糙度演变规律的实验研究。对平坦表面的试样和粗糙表面的试样分别开展了不同应变路径的双轴拉伸实验,以获得均匀变形部分和非均匀变形部分的表面粗糙度演变规律。由实验结果与各部分表面粗糙度的计算结果显示出良好的一致性。并结合晶体塑性有限元模拟、双向拉伸实验、晶体取向表征和表面形貌观测,深入讨论了6061铝合金在各个尺度上发生表面粗糙化行为的内在机理。结果表明,由均匀变形和非均匀变形两个部分引起的粗糙度变化在不同尺度上得到了体现。宏观尺度上的粗糙度变化是由均匀变形部分引起的,均匀变形部分不会额外增加表面形貌上原有的峰和谷数量,而是随着变形改变峰和谷的间距和高度。非均匀变形会在表面上形成了更多的峰和谷,导致在细观和微观尺度上的表面粗糙化行为。（4）开展了受限表面粗糙度演变规律的有限元模拟研究。首先,建立了一个受限表面的晶体塑性有限元模型,该模型耦合了多晶体几何结构、晶体塑性本构模型、真实表面形貌、周期边界条件和表面受约束时的变形状态。然后,基于该模型全面分析了工件和模具因素对约束表面粗糙度演变的影响。结果表明,在塑性变形过程中,受约束表面的粗糙度演变可分为两个变形阶段,即变形阶段I和变形阶段II。在变形阶段I中有仅有少量较高的表面峰被压平,而变形阶段II对应大量的表面峰被压平的阶段。工件的初始表面粗糙度和应变路径对整个变形阶段有较大影响,而工件的材料不均匀性主要影响变形阶段II的粗糙度演变。在变形阶段II中,模具压下率与粗糙度演变之间存在指数关系。当考虑了模具的粗糙表面时,在变形阶段I和变形阶段II的基础上应该增加变形阶段III。之后,基于流固耦合的有限元分析方法,研究了润滑条件对受限表面粗糙度演变的影响。结果表明,润滑介质的加入主要影响变形阶段II的粗糙度演变。在这个阶段,表面上开始形成封闭腔体。封闭腔体中的润滑介质对限制表面形貌的平坦化行为起着重要作用。（5）开展了受限表面粗糙度演变规律的实验研究。基于不同程度的自由变形获得了不同初始表面粗糙度的试样,然后基于这些试样安排了压缩实验,研究了受限表面在变形过程中的粗糙度演变规律。最后结合表面形貌的超精密加工实验和不同润滑状态下的压缩实验,深入研究了润滑介质对受限表面变形的影响机理。结果表明,在没有添加润滑介质的干摩擦条件下,随着模具压下率的增加,腔体的最低点向接触界面逐渐移动,导致封闭腔体的深度逐渐减小直到等于0。而润滑介质的加入明显削弱了封闭腔体的平坦化行为,并且油基润滑剂比水基润滑阻碍效果更明显。（6）基于矩形波导管三道次拉拔成形工艺,完成了其内表面形貌演变的宏-细观耦合建模。然后基于该宏-细观耦合模型,构建了材料参数模块、模具参数模块和工艺参数模块的人工神经网络预测模型和粗糙度控制窗口,并开发了波导管拉拔工艺表面质量控制专家系统。最后通过生产试验制造出了满足要求的波导管制品,验证了开发的专家系统提供的解决方案的有效性。