管材内高压成形是一种先进的轻量化制造技术,广泛应用于汽车、航空航天等领域空心变截面构件的制造。但是,由于内高压成形以拉伸变形为主,成形过程中不可避免的出现壁厚减薄和壁厚分布不均匀。针对管材内高压成形壁厚减薄的问题,本文提出了将压缩变形和内高压成形相结合的管材轴向充压镦形技术,其核心思想是在内压支撑下通过施加轴向位移对管材进行压缩变形,使其长度缩短,壁厚增加。以6063铝合金为研究对象,研制了轴向充压镦形的实验装置,通过理论分析、有限元模拟和实验研究,系统的分析了管材轴向充压镦形的塑性变形规律、壁厚分布规律和起皱机制,为管材轴向充压镦形的应用提供理论指导。通过对镦形过程中管材不同区域的应力状态的研究,分析了不同区域的塑性变形顺序,揭示了壁厚减薄率降低的机理。在初期胀形中虽然大径区和过渡区出现了壁厚减薄,但在镦形过程中,减薄最严重的大径区等效应力始终最大而先进入塑性变形,然后向过渡区扩展,最后是送料区,即管材各区域在镦形过程中的变形顺序为:大径区优先,过渡区次之,最后是送料区,从理论上证明了轴向充压镦形可以降低管材的壁厚减薄率。给出了管材轴向充压镦形缺陷和失效形式。针对圆角填充阶段的下圆角起皱现象,建立了轴对称力学模型,揭示了圆角填充过程中起皱的机理并给出了抑制起皱所需内压的变化规律。圆角填充过程中,圆角弯曲变形产生的竖直推力大于内压和摩擦的共同作用时,推动过渡区材料向轴线方向滑动,牵连附近材料发生凹陷。针对镦形过程中的直壁起皱现象,建立内压和环向刚性约束共同作用下管材起皱分析模型,分析了半径、壁厚、径厚比和管材力学性能等工艺参数对临界起皱内压的影响规律。通过理论分析结合有限元模拟,给出了管材镦形阶段的临界起皱加载路径,并进行了实验验证。当内压大于临界起皱内压时可以避免管材直壁起皱,实现稳定的轴向压缩变形。研究了管材轴向充压镦形的壁厚变化规律,分析了几何形状和摩擦系数对壁厚分布的影响规律。管材轴向充压镦形时通过轴向压缩变形可显著降低壁厚减薄率,对于变径率30%的变径管,其最大壁厚减薄率降至6%以内。同时,轴向充压镦形消除了大径区由有益皱导致的锯齿状壁厚分布,提高了大径区的壁厚分布均匀性。通过力学分析和有限元模拟揭示了管材镦形阶段出现过渡区减薄率不降低和大径区末端壁厚局部增大的机理:镦形过程中过渡圆角区由于几何边界条件导致支反力显著增大,改变了其径向应力的分布,降低了过渡圆角区的等效应力,导致该区域塑性变形困难。过渡圆角区变形困难不仅阻碍了大径区材料向过渡区的流动,导致过渡区壁厚不发生变化,同时也阻碍了过渡圆角区与大径区交界处材料的径向流动,改变了大径区末端的应力分布,导致其发生不均匀变形,造成壁厚局部增大。提出了先大圆角半径成形后圆角填充的改善方法,通过增大过渡圆角半径可以改善大径区末端的等效应力分布,使大径区末端的变形变得均匀,消除了壁厚局部增大,提高了壁厚均匀性。设计和制造了大变径率双阶梯管多步轴向充压镦形的模具装置,分析了管材成形能力提高的机理,采用多步轴向充压镦形获得了最大变径率70%的双阶梯变径管。研究了管材轴向充压镦形的圆角填充行为,获得了极限相对圆角半径Rlim/t小于1的圆角。圆角填充过程中,通过施加轴向位移对管材未贴模圆角区产生轴向压应力,在内压的共同作用下产生弯曲变形,向圆角区进行填充,提高了管材圆角填充能力提。分析了管材轴向充压镦形过程轮廓形状变化规律,揭示了轴向充压镦形降低回弹,提高管材形状精度的机理。在镦形阶段,轴向压缩变形改变了管件波峰和波谷处的轴向应力状态,将波峰内层和波谷外层的拉应力转变为压应力,使厚度方向上的轴向应力分布变均匀,降低了内外层轴向应力差,从而降低了回弹。