AZ系镁合金由于具有比强度高,导热性能好,电磁屏蔽性和阻尼性能好等优点,在车辆交通、3C电子等领域有着极其广阔的应用前景。气胀成形与冲压拉深成形是实现镁合金板材薄壁化、轻量化的重要成形方法,但两种成形方法所得材料的厚度均匀性比较差,但具有互补性。由于镁合金的六方密堆结构,可开动的滑移系少,使得镁合金的室温塑性变形能力差。因此,研究如何通过热处理、成形方法和成形工艺来提高镁合金薄板的均匀变形能力具有十分重要的意义。本研究利用六辊温轧机获得0.5 mm厚AZ31、AZ61、AZ91镁合金薄板,分别对其进行退火处理、深冷处理、时效处理以及它们的复合热处理,对晶粒大小,晶界形貌,以及第二相析出等微观组织演变进行观察,并分别对其进行室温和高温拉伸实验,通过宏观性能与微观组织的对应分析,揭示出复合热处理对AZ系镁合金薄板组织和性能的影响机制,探索出适合AZ31镁合金薄板的成形工艺参数。最后对复合热处理后的AZ31镁合金薄板在高温下进行了气胀成形与机械深冲的组合成形试验,通过更改冲头形状和机械深冲成形占比可获得厚度均匀、高度合适的试件。研究结果如下:经退火、深冷、时效处理后,AZ31、AZ61、AZ91三种镁合金薄板内部组织得到细化,部分较大或细长的晶粒破碎成细小的晶粒。晶内大量细小弥散析出的第二相粒子利于启动更多滑移系,很大程度地改善了镁合金的成形性能。三种镁合金与未处理前相比延伸率分别提高2.5倍、4倍、3倍,应变硬化指数n值逐渐增大,屈强比逐渐减小,有效改善了镁合金的均匀变形能力。温热单向拉伸试验发现:在同一温度下,随着应变速率的降低,材料的强度下降,但峰值应变降低,均匀变形区间减小,屈强比降低,n值减小。随着变形温度的升高,材料的抗拉强度有所降低,峰值应变呈降低趋势。气胀成形试验发现:0.1 mm厚的AZ31镁合金板材在变形温度200℃,压边力2000 N,气胀压力1.0 MPa,胀形时间1 min所得到的成形效果最好;0.04 mm厚的AZ31镁合金板材在变形温度200℃,压边力1200 N,气胀压力0.3 MPa,胀形时间1 min所得到的成形效果最好。通过网格法测量应变变化发现试件顶部位置减薄率最大,边部减薄率最小。在组合成形实验中,通过改变冲头形状以及冲压拉深深度占比,试件最终成形深度增大,且厚度均匀性更好。4.3 mm冲头高度更容易在获得足够深度的试件同时,试件的厚度均匀性也得到了提高。