近年来,汽车轻量化成为当今汽车工业发展的主要趋势之一。铝合金因具有比强度高、蕴藏量丰富、可回收利用性好等优点,成为目前汽车轻量化技术中最为理想的材料之一。7075铝合金属于7XXX系高强度铝合金,抗拉强度可达500MPa以上,但因其室温塑性延伸率低,在传统冷冲压中易发生破裂,限制了其在汽车领域的应用。采用铝合金热冲压技术可以有效解决高强度铝合金冲压成形性差的这一问题。该工艺将冲压成形与铝合金热处理工艺相结合,是典型的零件成形成性一体化技术,可以在提高材料成形性的同时,保证材料的力学性能。现阶段,铝合金热冲压工艺中依然存在许多科学问题和工程问题,尤其对于高强度铝合金。因此,本文以7075铝合金为研究对象,系统研究材料的热变形行为和组织演变规律,建立考虑微观组织演变的统一粘塑性本构模型,对7075铝合金热冲压工艺的应用具有重要意义。本文在变形温度300～450 ℃、应变速率0.01～10 s-1条件下,利用Gleeble-3500热模拟实验研究了 7075铝合金的热变形行为,分析了变形温度、应变速率、变形量对材料流动应力、微观组织的影响规律。结果表明:材料在400 ℃下具有最高的塑性延伸率,单轴热拉伸变形过程可划分为弹性变形、加工硬化、流动软化、损伤破裂四个阶段。试样的平均晶粒尺寸随变形量的增大而减小,随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大。基于7075铝合金单轴热拉伸实验,建立了考虑微观组织演变的统一粘塑性本构模型。该模型建立了应力、位错密度、应变率、变形温度等热塑性变形过程中典型变量之间的内在联系,较好地反映了 7075铝合金高温变形过程中的本质规律。通过遗传优化算法获得了最优的本构模型材料常数值,使用多种统计指标,分析所建立本构模型的预测效果,发现该模型可以较好地预测7075铝合金在300～450 ℃,0.01～10 s-1下的流动应力。同时,该模型可以准确描述微观组织的演变行为。设计并制造热态成形极限实验装置,利用该装置测定7075铝合金在不同变形温度和应变速率下的成形极限(FLC),分析工艺参数对7075铝合金成形极限的影响规律。在单轴统一粘塑性本构模型的基础上,考虑第一主应力、静水应力和等效应力的综合作用,引入多轴应力状态对损伤演化的影响,把单轴本构模型推广至平面应力状态。基于单轴统一粘塑性本构模型材料常数,利用试验获得的FLC曲线数据优化确定平面应力状态本构模型参数,实现不同变形条件下FLC曲线的预测。基于平板模具接触换热实验,研究热冲压过程中板料在模具内淬火的接触换热行为。结果显示板料在模具中的冷却速度随接触压强的增大而增大,相比于无润滑条件,润滑条件下板料的冷却速度更高。通过对试样进行人工时效后的室温力学性能分析,发现当接触压强大于5MPa时,即可保证材料在固溶处理后的关键冷速,获得良好的时效后力学性能。通过数值解法求解7075铝合金与H13钢的界面换热系数,发现换热系数随接触压强的增大而增大,随摩擦系数的增大而减小。有限元模拟的接触换热仿真结果与实验结果有较高的匹配度,证实所测得的界面换热系数可以用于有限元模型,以准确预测7075铝合金热冲压过程中的换热行为。基于所建立的统一粘塑性本构模型及求解的界面换热系数,建立7075铝合金热冲压有限元模型。利用开发的有限元软件用户子程序(VUMAT),建立单轴热拉伸实验、等温球头胀形实验的有限元仿真模型。对单轴热拉伸模型,利用实验所测载荷-位移数据验证了有限元模型的可靠性,并分析了应变场、损伤场在拉伸变形过程中的演变。对等温球头胀形模型,对比实验与仿真试样的厚度分布以验证模型的准确性,并研究热冲压工艺参数对7075铝合金板材成形成性的影响规律,分析试样在成形过程中的损伤场演变。建立车门防撞梁的热冲压仿真模型,设置模具初始温度为室温以模拟冷模具淬火过程。通过厚度分析验证了该热力耦合有限元模型的可靠性,并分析了零件在成形过程中应变场、温度场及厚度的分布。通过以上三种不同有限元模型的分析,验证所建立的统一粘塑性本构模型及求解的界面换热系数,在铝合金热冲压模拟中,可以准确地预测试样在成形过程中的损伤演变及破裂缺陷,为铝合金热冲压工艺的应用提供了理论指导。