金属成形是最常用的制造工艺之一。近年来船舶、飞机、汽车等行业快速发展,产品更新换代加速,产品的品种增多,所需要的板料弯曲成形也越来越多。不同于传统的薄板冲压成形,3D自由复杂曲面厚板成形一直是金属成形领域的挑战。传统的加工方法是水火弯板法,利用热应力使板材弯曲。因为加热和冷却效果很难预测,目前仍然在很大程度上依赖于熟练技工的经验操作。此外,这种方法效率低下且容易出错。近二十年来,研究人员提出了多种3D自由复杂曲面的自动化加工方法,然而还有很多问题没有解决,例如弯曲成形力过大、弯曲的曲率过小,成形精度低等。本文提出了一种结合辅助加热与无模渐进弯板的复杂曲面厚板弯曲成形的方法。首先,改造了团队原有的无模渐进弯板机床,特别增加了热辅助技术,使用电磁感应加热准确地控制厚板的局部加热温度。其次,对辅助加热下无模渐进弯曲加载轨迹进行了研究。单向曲率的厚板可分解为多个板条,每个板条之间采用虚拟弹簧联接。每个板条可以看为一个简支梁,通过Euler-Bernoulli梁弯曲理论,可以计算得到加工过程中的最小能量点,从而得到单向曲率板的成形加载轨迹。双向曲率厚板可以分解为多个矩形单元,每个单元之间同样采用虚拟弹簧联接,然后通过建立应变最小能量的非线性目标函数,假设每个单元都沿着应变最小能量的方向向目标形状移动,在高斯曲率的约束条件下得到应变最小能量的最优解,从而得到了沿着高斯曲率方向双向曲率板成形的最小能量加载路径。采用最小能量加载轨迹能最大程度减小成形力,并且有效的减小冲压点的个数,增大了板材成形效率和成形精度。再次,对单向曲率板和双向曲率板成形过程的回弹进行了研究。回弹现象是金属成形过程中不可避免的现象。根据渐进弯曲成形的轨迹,建立了单向曲率板和双向曲率板回弹的理论模型和仿真模型。为了控制回弹并且增大成形曲率,对金属板的成形进行了室温、250℃和500℃三种温度情况下的回弹研究,得到了在不同加热温度下金属板弯曲成形的回弹规律,随着温度的升高板材的回弹高度减小,当温度为500℃时,板材的回弹高度几乎可以忽略,从而为后续的板料加工进行回弹补偿提供了依据。然后,对大曲率单向厚板的成形进行了研究,单向曲率板包括恒定曲率单向板,对称变曲率单向板和不对称变曲率单向板。针对弯曲成形过程相邻板条之间的相互影响问题,采用了加热和增加辅助支撑的方法来减小相邻板条之间相互影响作用。通过仿真和实验研究得到了符合设计要求的单向曲率板。最后,对双向曲率厚板进行了成形研究,双向曲率板包括帆形板和马鞍形板。成形过程中采用了两种不同的成形策略,一种是顺序弯曲成形策略,另一种是交替弯曲成形策略。为增大成形曲率,成形过程特别增加了辅助加热和辅助支撑。通过仿真和实验研究得到了符合设计和应用要求的双向曲率板。