针对轻体功能结构的制造需求,带动了板料体积成形工艺的快速发展。级进冷锻工艺,作为一类典型的板料体积成形工艺,可以在板料上成形阶梯变厚类零件。对于板状阶梯变厚类零件,可以采用分步剪切工艺成形。但当零件存在内外齿形特征时,断面质量以及齿形塌角的存在,会直接影响零件的服役性能。针对上述问题,本文以双联齿轮零件为对象,研究了板坯材料在剪切和挤压复合成形过程中的面外、面内流动规律,影响金属流动的主要因素及相应的控制方法,在此基础上给出了较为完整的面向板状阶梯类零件的成形工艺方案。具体研究内容包括:1)采用了一种面向阶梯类齿形零件的板料剪切-挤压复合成形工艺,较传统工艺可改善材料利用率与齿形填充率。基于实验及模拟所得的金属流动状态,可将成形全过程按照金属流动状态分为“剪切-压扁”、“径向挤压”和“局部填充”三个阶段;金属流动的状态与内、外齿的填充进程密切相关。2)结合金属流动控制理念,归纳了背压条件对双联齿轮剪切-挤压复合成形的影响机制。借助所搭建的双联齿轮成形实验平台,设置不同的背压条件,可获知不同背压条件下内齿根部的成形结果、金属流速和应力状态;基于优化的背压条件,可在挤压成形外齿的同时,使金属局部产生的分流可控化,改善内齿成形质量,避免凹陷或裂纹等缺陷的产生。3)引入方形压缩试验标定各向异性参数,结合与放置方向关联的双联齿轮成形实验,建立了阶梯变薄类零件的金属各向异性流动规律。相比于单向拉伸试验,方形压缩试验的应力状态和应变范围更接近板料体积成形工艺,利用方形压缩试验所标定的Hill’s 48模型,相比各向同性模型和拉伸试验标定的Hill’s 48模型,具有更好的齿形填充率预测精度。4)聚焦断面质量、塌角和流线对称性三大要素,系统分析了不同预制坯工艺对双联齿轮剪切-挤压复合成形质量的影响。普通冲裁预制坯的断面撕裂带会在后续双联齿轮成形过程中越发严重,在外齿区域产生裂纹、折叠等缺陷。采用阶梯凸模冲裁和负间隙冲裁两种工艺得到的光洁预制坯,几何、应变和纤维流线的分布呈现非对称性,影响后续成形过程中的金属流动,导致外齿的不对称填充。5)提出了一种反向闭式剪切下料新方法,所得坯料具有对称纤维流线,利于改善后续双联齿轮剪切-挤压复合成形的齿形填充效果,可得到近乎对称的外齿填充结果。相比于机加工制坯所成形的双联齿轮,这种反向闭式剪切下料制坯成形所得的双联齿轮的外齿硬度更高,可提高双联齿轮外齿力学性能。