金属板料单点渐进成形(Sing point incremental forming,简称SPIF)属于快速柔性成形技术,可以成形出任意复杂形状的钣金零件,无需特有的模具,比较适用于航空、汽车以及民用领域小批量、多样化、复杂板件产品的生产。本文基于有限元数值模拟和实验方法,主要对金属板料的成形机理、成形极限、成形缺陷等有关成形性能问题进行了研究,得到了一些有用的结论,对渐进成形技术的后续研究及其普遍推广应用有着重要的意义。文中首先叙述了渐进成形数值模拟的流程和方法。主要介绍了单点无模渐进成形的成形过程、力学模型及数值模拟参数设置的方法;阐述了数值模拟轨迹的生成方法,特别提出了模拟轨迹采用正逆相间的方式可避免工件底部扭曲变形的发生。其次,对渐进成形的机理进行了研究。着重分析了渐进成形件的应力应变状态及其厚度分布规律,研究表明:正成形单元处于平面应力状态;直线路径加载时,变形单元处于平面应变状态,圆形路径加载时,变形单元应变状态则趋向于等双拉状态;工件厚度分布遵循余弦法则。再次,基于有限元数值模拟重点研究了渐进成形极限问题。应用Oyane韧性破裂准则,有效地预测了厚1.5mm的LY12(M)硬铝板的渐进成形极限,当破裂积分值I = 4时,数值模拟预测的工件破裂起始点及成形极限图都与试验结果较为吻合。渐进成形具有“局部、交替、小增量”的变形特点,由于小变形不断积累获得了大变形,“强制性”地实现了变形的均匀分布,从而获得了较高的成形极限。研究表明,工具头半径与板料厚度比值r/t。对渐进成形的成形极限有着很大的影响,r/t。值过小,板料局部产生应力集中,容易破裂失稳,降低成形极限;r/t。值过大,与传统的球头凸模胀形方法类似,成形极限也较低。因此,针对一定厚度的板料,必须选择大小合适的工具头。最后,具体分析了渐进成形缺陷(起皱、回弹、压痕、底部向内鼓凸、形状变异、成形微裂纹等)产生的原因,并提出了合理的解决措施。