具有微细特征的金属薄板件在燃料电池、微散热器、微反应器等产品中有着广泛的应用。随着特征尺度的降低，微细成形工艺中出现了有别于传统加工的尺度效应现象：薄板材料易产生不均匀变形和过早的应变集中，成形极限出现明显的下降趋势且重复性变差，断面失效模式也发生明显变化。采用传统的薄板成形极限预测模型难以考虑尺度效应的影响，预测得到的成形极限与实际不符，所设计的工艺参数往往落在可成形窗口外，导致成形零件废品率高。　　本文围绕介观金属薄板成形极限的精确预测，通过金属薄板微细成形极限Holmberg和Marciniak实验，探索了尺度效应对成形极限的影响规律；引入细观损伤力学方法建立了考虑孔洞演化的介观成形极限预测模型，分析了尺度效应对薄板韧性失效行为的作用过程和机理，揭示薄板韧性失效行为的尺度效应；基于所建立的微细成形极限预测模型，进行了微细流道的可成形性研究并开展了燃料电池极板样件的工艺优化设计。本文的研究主要集中在以下几个方面：　　1)金属薄板成形极限尺度效应的研究　　针对薄板成形极限中的尺度效应问题，基于Marciniak和Holmberg实验方法，采用了基于数字图像相关（DIC）方法的应变测量程序，建立了介观金属薄板成形极限测量实验系统。在此基础上对不同厚度及晶粒尺度金属薄板的成形极限进行实验研究，分析了成形极限中存在的尺度效应现象：随着厚度晶粒比的降低板料可成形性逐渐下降并且重复性明显变差，通过断面分析发现，尺度效应对孔洞演化和韧性断裂形式都有显著影响。　　2)金属薄板成形极限失效机理分析　　为了揭示尺度效应影响下薄板在塑性变形过程中发生韧性失效的机理，从不同的材料失效理论（Swift分散性失稳/Hill集中性失稳准则，M-K模型，韧性断裂准则，细观损伤模型）出发，预测了薄板的成形极限。一方面与实验结果进行对比，讨论不同失效准则的精度和适用范围，另一方面从模型的建模思路出发，分析模型描述的失效过程能否反映尺度效应影响下的韧性失效行为。通过研究发现细观损伤模型能够揭示材料韧性断裂中的损伤形核长大以至缺陷形成整个过程的机理，能够直观合理的描述尺度效应对失效过程的本质影响。　　3)考虑尺度效应的薄板成形极限预测建模　　在揭示薄板失效行为尺度效应规律基础上，为了实现介观薄板成形极限的精确预测，基于细观损伤力学理论和材料表面层模型，研究了介观成形中尺度参数变化对薄板材料损伤形核、长大以至连接失效的影响，通过引入厚度晶粒比尺度因子反映尺度效应的影响，建立了考虑尺度效应的金属薄板失效损伤模型。利用ABAQUS软件的VUMAT用户子程序将损伤模型嵌入到有限元方法中，定量分析了尺度效应对损伤参数的影响规律，进而建立了考虑尺度效应的成形极限预测模型。在此基础上对不同条件下的成形极限进行了预测分析，结果表明有限元结果与不同尺度下的实验结果吻合，验证了该模型的精确性。　　4)薄板微细成形工艺实验研究　　以介观尺度成形极限预测模型为评价方法，指导实际薄板微细成形工艺设计。首先开展了薄板微细结构内高压成形工艺过程的仿真和分析，验证了模型在介观薄板成形工艺失效预测中的精确性；在仿真分析过程中发现传统模型对成形极限的高估是造成燃料电池金属极板高废品率的主要原因；以考虑尺度效应的成形极限预测结果为指导进行了燃料电池极板样件的工艺优化设计，并开展了极板试样的内高压成形实验。　　本文针对金属薄板成形极限中的尺度效应，围绕薄板成形极限尺度效应分析、薄板成形极限失效机理分析、考虑尺度效应的成形极限预测建模、微细成形工艺实验四方面进行了详细的研究。本文的研究将为微细条件下的材料失效分析和微细薄板结构产品的成形工艺设计提供理论基础。