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作为板料成形领域的“3D打印”技术,渐进成形是一种先进灵活的薄壁件原型制造技术。该工艺利用标准的工具头,可以将板料成形出不同形状的工件。由于局部成形和增量变形的特点,渐进成形可以实现传统冲压成形无法达到的成形性能。因此,板料渐进成形技术适合用于汽车、航天和医学领域的小批量或定制化薄壁金属件的制作。目前渐进成形的研究主要关注其宏观的工艺优化和工业应用探索,关于渐进成形微观机制的研究较少。为了从微观角度揭示板料渐进成形的变形机理,本文在国家自然科学基金面上项目(51675332)和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资助项目(U1737210)的支持下,通过先进的材料组织与结构表征技术,全面地研究了板料渐进成形微观组织变化,同时完成了成形件的常规力学性能测试。综合微观组织和力学性能,提出了渐进成形晶粒细化机制和位错结构模型,主要研究成果如下:1.利用扫描电子显微镜中的背散射电子衍射技术,探究了典型深冲钢板DC05多道次渐进成形件的晶粒尺寸变化。通过分析不同道次的晶粒尺寸发现:随着渐进成形道次的增加,晶粒尺寸细化更显著,晶粒尺寸为20μm的原始晶粒在七道次渐进成形之后可以细化到1.2μm。同时,由于工具头与板料表面层的摩擦接触,使得晶粒尺寸沿厚度方向存在梯度分布。2.研究了工具头的接触方式和成形角等重要工艺参数对AA1100铝板和DC05深冲钢板渐进成形微观组织的影响规律,结果表明:与单点渐进成形相比,双点渐进成形的微观组织更加均匀;渐进成形的成形角度越大,相应部位晶粒尺寸越小,原始铝合金晶粒尺寸为11.5μm,一个道次后晶粒尺寸细化为1.5μm。3.利用渐进成形方法制作了AA1100和DC05板的金字塔台形构件,取样后进行室温拉伸测试和显微硬度测试,力学测试结果显示:渐进成形件抗拉强度提高,延伸率下降,呈现明显的加工硬化。相比于单点渐进成形,双点渐进成形的加工硬化程度更加明显。4.利用透射电子显微镜探究了多道次渐进成形显微结构特征,结合有限元模拟,解释渐进成形微观组织特征:渐进成形后晶粒细化的机制为位错集聚形成高密度位错墙进行分割晶粒。结合渐进成形过程中的“反复成形”和“局部成形”的特点,提出了位错结构模型,解释了位错束到亚结构的变化过程。