与面向大批量生产的冲压成形工艺相比,板料渐进成形技术针对小批量和定制式需求,采用通用的工具与设备,根据设定的加载轨迹,在无需专用模具的情况下,可在数小时内,成形出具有不同几何形状的的钣金件。板料渐进成形是一种柔性、高效、短流程成形技术,还具有低载荷和局部成形逐渐累积的特点。传统的渐进成形是板料周边固定约束条件下的胀形模式,虽然材料的成形特性得到显著提高,但板料的严重变薄限制了其工业应用。如何提高变形的均匀性,减缓变薄程度,是当前深腔类钣金件渐进成形的核心问题。具有边部特征的钣金件成形,也面临提高变形均匀性的挑战。本文依托国家自然科学基金委员会-中国航天科技集团公司航天先进制造技术研究联合基金重点项目(U1737210),针对具有不同工艺特征的铝合金钣金件渐进成形,开展了系统的实验研究与数值仿真,提出了新的渐进成形工艺方法,并进一步揭示了铝合金板料的变形特性,对于拓展渐进成形技术的工业应用具有重要意义。本文的研究工作和学术贡献主要有:为了改善具有深腔特征的钣金件厚度分布均匀性,提出了反复由外向内、再由内向外的“之”字形多道次加工轨迹,大大降低了非变形区的比例,使材料充分参与变形。实验研究和有限元数值仿真表明:与传统的渐进成形方法相比,AA 1100-O铝合金板半球的截面厚度均匀性得到有效提升,为深腔类钣金件的多道次渐进成形提供了新的方法。针对深腔类特征的钣金件采用传统的渐进成形厚度剧烈减薄问题,提出了基于柔性多点模预拉深与机器人渐进成形的复合加工工艺。合理的压边约束系统使得板料在预拉深时边部材料的变形为切向受压-径向受拉模式,产生向内的流动,以补偿后续渐进成形时双向受拉胀形导致的过度变薄。在传统渐进成形无法完成的情况下,采用该方法实现了AA 1100-O铝合金整流罩的无破裂成形,实验测得其厚度最大减薄率为38%。开发的柔性预拉深-渐进复合成形系统,提高了渐进成形的效率,旋转式板料夹持装置简化了工序之间的零件定位转换。建立了多点预拉深-渐进复合成形的三维解析厚度预测模型,可用于快速评估拉深预成形设计方案。采用NURBS网格曲面控制方法,通过正交平面内曲线构建预成形形状,调整控制节点的三维坐标改进预拉深设计,实现了对预拉深构型的控制与优化。与数值模拟相比,开发的厚度预测模型实现了快速的厚度预测。分别以2A12-O铝合金半球和整流罩为例,厚度模型预测与实测结果相比,具有较好的预测精度。预拉深构型优化包含高度优化和形状优化两部分,高度优化提升了整体厚度值,形状优化主要针对局部厚度减薄。以半球预拉深优化为例,高度优化实现了最大减薄率由58%降低到50%,形状优化实现了最大减薄率进一步降低到41.7%。整流罩预拉深优化后,实现了控制整体厚度减薄率在24.7%以内。针对具有边部特征的钣金件渐进成形,提出累积式双点翻边方法,可以有效控制渐进翻边非成形区域的翘曲,提高零件精度。揭示了拉伸翻边和压缩翻边的变形特点和成形极限,与传统渐进成形相比,周向应变取代径向应变成为应变状态的主导,决定成形极限。分析了在渐进成形中提高翻边工艺成形极限的原理,拉伸翻边中减小径向应变可以提高成形极限,压缩翻边中增大径向应变可以提高成形极限。对照变角度圆锥件和变角度金字塔件的成形极限曲线,发现渐进翻边成形极限低于成形极限曲线值。针对翻边过程中板料非成形区域缺乏支撑而出现的上下波动影响成形件几何精度问题,设计了互补式的翻边专用工具头组,控制材料的流动,减低板料法向受力,从而提高零件非成形区域的精度。