随着汽车行业与航空航天工业的发展,复杂薄壁金属构件的应用越来越广泛。由于轻量化的需求,这类构件多选用铝合金、镁合金、钛合金等轻质高性能材料。此类材料常温下塑性低、成形性能差,通常需在热态下成形复杂薄壁构件。热态快速气压成形因具有生产效率高的优点,已在复杂薄壁金属构件大批量生产中得到成功应用。但是,传统热态快速气压成形时,常温气体的快速充入会使高温板坯上局部区域温度下降,形成非均匀温度场,同时在充气过程中板坯与模腔形成的密闭空间内气压也不均匀。温度分布与气压分布的不合理、不可控,严重影响了复杂薄壁金属构件的成形质量。为解决上述问题,本文提出一种近等温等压热态高速气压胀形方法,通过在板坯两侧同时充入高压气体建立等温等压环境、通过一侧快速放气实现高速胀形。本文以2A12铝合金板材为研究对象,通过高温单向拉伸实验,研究材料在不同温度、不同应变速率条件下的变形行为;通过有限元仿真分析杯形件和球底件高温快速胀形过程,研究不同温度不同应变速率下胀形件轮廓形状、应力应变和壁厚分布规律;通过板材热态高速气压胀形实验,研究快速充气、快速放气两种成形工艺所得胀形件轮廓形状、应变以及壁厚分布规律。通过高温单向拉伸实验,研究不同温度、不同应变速率条件下2A12铝合金板材的力学性能和断口形貌。随着变形温度的升高,材料的极限延伸率、均匀变形能力先增大后减小,呈“人”字形分布,在450℃、应变速率0.1s-1时,材料的极限延伸率最大,可达174.3%,均匀变形区占比最高,最大占比为39.56%,均匀变形能力最强,随着温度的升高,应变速率敏感指数m值增大,475℃时m值为0.162,说明材料的应变速率硬化能力随温度升高而增强;350℃至450℃区间内,材料断裂形式为穿晶韧性断裂,450℃至500℃区间内,断裂形式为穿晶韧性断裂与沿晶脆性断裂混合形式,在相同温度条件下,应变速率为0.1s-1的单向拉伸试样断口处韧窝分布最为均匀。通过板材热态气压胀形仿真分析,研究不同温度、应变速率条件下的胀形件轮廓形状、应力应变、壁厚分布规律。在胀形高度一致时,450℃条件下,胀形件的圆角半径最小,轮廓形状与模具型腔贴合度最高,胀形件应力、应变值最小,壁厚分布最为均匀;应变速率为1s-1时,胀形件应力值最大,应变值最小,应变速率硬化现象最明显,壁厚分布最为均匀,温度450℃,应变速率数量级为1s-1时,胀形件壁厚极差0.557mm,相比于其他条件,壁厚极差最小,分布最为均匀。通过板材热态高速气压胀形实验,研究快速充气、快速放气两种工艺所得胀形件成形精度、应变分布和壁厚分布规律。成形杯形件时,使用快速充气工艺所得胀形件贴模度87.5%,圆角半径2.75mm,使用快速放气工艺所得胀形件贴模度为89.5%,成形最小圆角半径为2.5mm,说明了快速放气工艺的成形精度高;成形球底件时,使用快速充气、快速放气两种工艺均成功胀形出20mm深球底件,450℃时使用周边快速充气工艺所得胀形件壁厚极差0.1mm,快速放气工艺所得胀形件壁厚极差0.07mm,可知快速放气工艺所得胀形件壁厚分布均匀性提高;成形30mm深球底件时,使用快速充气工艺所得胀形件壁厚减薄严重,均发生开裂,在400℃至450℃温度区间内,使用快速放气工艺建立近等温等压环境,成功胀形出30mm深球底件,解决了传统成形时零件开裂的问题,证明了快速放气工艺在成形深腔薄壁零件时的优越性。