薄壁金属构件是航空航天、高铁、汽车等运载设备中的一类关键板坯件。随着运载装备向高性能、高可靠性发展,对这类构件的使役性能和轻量化水平提出了更高的要求。因此,常选用铝合金、镁合金、钛合金等轻质高性能材料。然而,此类材料室温塑性低、成形性能差、成形时常面临工艺窗口窄、整体成形难度大。对于形状复杂的曲面构件,需通过设置特殊设计的工艺边或法兰边来调控中间区域的变形,这一方面造成了材料的浪费,另一方面对原始坯料的尺寸特别是宽幅提出了更高要求。本文首先提出一种采用无法兰边叠层薄板成形曲面构件的方法。该方法在待成形的金属板坯的两侧分别叠加带有工艺边的覆板,通过叠层薄板胀形或拉深等方法实现曲面构件的成形。因中间待成形金属板坯上无工艺边或法兰边,将该方法称为无法兰边叠层薄板成形。本文以2A12铝合金无法兰边叠层薄板为研究对象,研究无法兰边叠层薄板液压胀形过程中覆板性能、覆板壁厚、中间层板直径等条件对胀形过程的影响。首先,通过力学分析和几何分析得到胀形件任意点应力状态方程、顶点处壁厚等;然后,通过数值模拟深入分析不同因素对胀形时应力/应变状态、壁厚分布、轮廓形状的影响;最后,进行2A12铝合金叠层薄板胀形实验,获得无法兰边叠层薄板液压胀形成形工艺窗口。通过对无法兰边胀形件进行力学分析和几何分析,研究了胀形过程的成形原理,结果表明成形过程中添加内外层覆板能够对中间层板施加法向约束和有益摩擦力,使得中间层板应力梯度和应变梯度减小,因而改善中间层板变形均匀性,壁厚分布更均匀,外形轮廓更平滑;为表征胀形件外形轮廓,采用球状函数、椭球状函数、双曲线函数三种形状函数进行拟合,结果表明椭球状函数拟合最精确,并且得到的曲率半径精度更高,球状函数拟合优度次之,从而获得无法兰边叠层板液压胀形过程中间层板的变形趋势。通过有限元模拟无法兰边叠层板液压胀形成形过程,探究覆板壁厚、覆板性能以及中间层板直径对胀形件的应力应变、外形轮廓、壁厚分布等影响。叠层板成形时使得中间层板受力状态可控范围增大,有利于避免出现局部起皱、减薄以及开裂的缺陷;内层、外层覆板在成形过程中带动中间层板材料向模具内流动,提高中间层板的成形性能。将叠层板与单层板液压胀形进行对比,结果表明叠层板胀形件的最大减薄率为6.15%,约为单层板最大减薄率的1/3,因此叠层板成形使胀形件壁厚更均匀;覆板材料性能的对比表明,覆板选择性能较好的304不锈钢材料相较于2A12铝合金材料壁厚减薄率更低;内层覆板壁厚、原始板坯直径对胀形件影响不明显。建立了无法兰边叠层薄板液压胀形成形平台,包括增压单元、压边单元、应变测量单元以及控制单元,探究覆板壁厚、覆板性能因素对胀形件的应变分布、壁厚分布、外形轮廓、变形协调性等影响,研究结果表明改变外层覆板厚度可有效调控中间层板应变分布;覆板材料均选择性能较好的材料才可有效辅助胀形件成形,覆板材料选择性能较差的材料会阻碍胀形件成形;无法兰边叠层薄板胀形件外形轮廓中椭圆形方程拟合优度最大,圆形方程拟合优度其次;无法兰边叠层薄板成形时,在中心区中间层板与内层覆板基本贴合同步变形,由过渡区至外圈,中间层板与覆板之间相对位移增大。