结构轻量化是汽车、飞机和火箭等运输工具节能减排和提高机动性能主要手段,实现结构轻量化的主要途径是采用轻质材料和轻体结构。对于材料一定的结构,设计并制造出合理形状的轻体结构是减轻重量的主要方法,其中变截面中空构件是轻体结构的主要形式。内高压成形是变截面管件成形的重要工艺,在管内施加高压液体和轴向补料将材料压入模具型腔使其成形为设计零件。内高压成形中内压为变形主驱动力,所需压力高,不易补料,且伸长变形模式下壁厚减薄严重。针对内高压成形面临的问题,本文提出了一种新的管材成形工艺—充压径向镦形,成形截面受面内双向压应力作用发生塑性变形。其优点是成形压力低、成形圆角小、无需轴向补料、无壁厚减薄和破裂问题,同时压缩变形模式也带来了更严峻的失稳问题。本文深入研究了充压径向镦形工艺中的塑性失稳及变形行为,建立了皱纹展平力学模型、充压径向镦形应力应变解析模型,压缩失稳及翘曲失稳理论模型,系统揭示了充压径向镦形中的皱纹形状特征、失稳类型、失稳临界内压及壁厚分布规律等,为压缩变形相关工艺的发展提供理论依据。测量了内压作用下皱纹形状,皱纹的几何形状仍符合三角函数特征,但波高δ及波长L发生了变化。由塑性弯曲理论建立了内压作用下皱纹展平力学模型,预测了波高波长比δ/L随内压的变化曲线,分析了材料属性、波长及壁厚对皱纹展平的影响:相同初始波高波长比δ0/L0时,初始波长L0越小越容易展平,壁厚越大越容易展平;最终提出了死皱的临界条件:壁厚t0在1～3mm范围内,皱纹弧长与波长的差值u小于1.3t0+0.63。基于塑性全量理论,建立了充压径向镦形应力应变解析模型,得出了环向力分布、等效应力分布及压缩应变分布等。同时揭示了圆角处壁厚相对较小的原因,即圆角处过大的法向应力降低了材料的等效应力,使圆角处材料不易变形,产生的压缩应变较小,增大圆角半径可以显著改善圆角处壁厚分布。分析了各参数对矩形截面壁厚分布的影响规律,发现最大壁厚位于上下模相切处,且随宽度、摩擦系数和内压的增大而增大,随强度系数和硬化指数的增大而减小。对于非对称截面的充压径向镦形,给出了有利于提高壁厚均匀性的分模方式。推导了充压径向镦形合模力计算公式。合模力由变形力及内压作用力组成,在失稳抑制压力下,内压作用力约占合模力的1/2。合模力随宽度、壁厚、摩擦系数及内压的增大而线性增大,圆角半径对合模力没有影响。推导了模具所受接触应力的分布函数公式。圆角处模具接触应力最大,且随着摩擦系数、内压和零件壁厚的增加而增大,矩形宽度对模具接触应力没有影响。增大的圆角半径可以极大地减小模具接触应力。总结了充压径向镦形中的两种失稳形式:压缩失稳和翘曲失稳,利用能量法建立了压缩失稳临界内压和翘曲失稳临界内压理论模型,结合应力应变解析模型,得到了充压径向镦形失稳抑制压力。揭示了压缩失稳发生于竖直壁切点处,由过大的压应力导致。失稳临界内压随矩形宽度、摩擦系数的增大而增大,随壁厚及圆角半径的增大而减小。揭示了翘曲失稳出现位置及产生机理:翘曲失稳发生于上模直段处,由圆角区材料的转出引起。翘曲失稳临界应力相比压缩失稳临界应力小,相同条件下翘曲失稳更容易发生。压缩失稳和翘曲失稳不会在同一侧发生,由转变应变决定容易发生哪种失稳,转变应变越大,翘曲失稳越容易发生。增大摩擦系数和圆角半径可以减小转变应变,限制翘曲失稳的发生;上圆角角度越小或壁厚越大,转变应变越大,翘曲失稳越明显。