实现轻量化结构的途径之一是零部件的紧凑化设计与功能集成,这导致零件结构的复杂程度提高,进而对塑性加工工艺提出了新的要求。在此背景下,板料体积成形工艺(Sheet Bulk Metal Forming,SBMF)逐步发展起来。该工艺融合了冲压成形与体积成形各自的优势,在成形非等壁厚或功能特征集成的结构零件时,可有效缩短工艺链,提高成形精度并节约生产成本。然而,在侧壁镦锻成形过程中,仍存在失稳折叠、填充不满和载荷陡增等工艺难点。为克服上述问题,本文开展了系统的研究工作,具体包括:(1)提出了一种基于可控变形区的侧壁镦锻成形技术(Upsetting with Controllable Deformation Zone,U-CDZ),可有效克服长细比(侧壁高度与厚度之比)限制,避免传统侧壁镦锻增厚工艺易出现的失稳折叠缺陷。通过引入反顶油缸,搭建了可控变形区侧壁镦锻成形实验平台,实现工件、凸模、凹模和反顶凸模之间的相对运动。基于上述相对运动,侧壁材料在成形过程中从保持型腔逐渐挤入成形型腔;优化模具结构和反顶凸模背压,形成稳态变形区,实现了侧壁材料的渐进镦锻成形。以薄壁外齿件为例,验证了可控变形区侧壁镦锻成形工艺提升功能特征填充效果的优势。(2)构建了面向可控变形区侧壁镦锻成形的上限法解析模型,给出了成形载荷演变规律的定量分析,解释了可控变形区镦锻成形能够避免载荷陡增的内在机理。以简化的侧壁材料为研究对象,依据应变速率分布判定变形区,可以发现侧壁材料在镦锻成形过程中,经历未变形区向塑性变形区的转变,最终形成已变形区。采用流函数表征材料流动过程,理论计算可知,成形载荷的变化主要与摩擦功的变化相关,且与侧壁表面积变化成正比,稳态变形区的设计使镦锻成形载荷趋于稳定值。(3)结合可控变形区理念,建立了侧壁任意位置法兰镦锻增厚的成形策略。针对端部法兰,利用所提出的可控变形区侧壁镦锻成形工艺,通过控制凸模行程,可实现任意高度的端部法兰成形。传统中部法兰径向挤压成形中,除了失稳,缩孔是另一常见的缺陷。通过优化反顶凸模背压,辅以定位型腔形成稳定的材料径向挤压变形区,可避免因径向流速过快所导致的缩孔问题,实现侧壁中部位置的法兰镦锻成形。经流线检测,上述成形策略可实现侧壁任意位置的法兰镦锻成形。(4)针对预成形对侧壁镦锻成形的影响,提出了一种非等厚定制板结合可控变形区镦锻成形的工艺路径。以侧壁增厚杯形件为例,研究了板料冲压成形引起的圆角区域减薄以及侧壁镦锻工艺中的锻造折叠缺陷。设计非等厚定制板,采用压印成形工艺,可实现圆角处材料的预先聚集,以获得圆角填充饱满的杯形件坯料。将其作为可控变形区镦锻成形用坯料,消除工件、模具间隙,从而克服侧壁镦锻中常见的圆角折叠缺陷,实现非等壁厚或功能特征集成的复杂结构件高效率一体化成形。