板料体积成形(或冲锻成形)技术,是一种对板坯进行塑性变形以获得某些局部非等厚几何特征的成形方法。近年来,因该技术在满足结构轻量化、减小工序环节等方面具有特殊的优势而备受关注。但板料体积成形在力与变形等方面,与传统的板成形或体积成形存在较大差异;同时,实践中广泛应用的金属板材一般都经过了轧制以及后续的处理,会因为晶粒择优取向和纤维组织而形成明显的各向异性。此外,金属在冷塑性变形过程中还会出现加工硬化等现象,因此,深入研究轧制板坯体积塑性变形的相关规律、掌握板料体积成形对板坯微观组织以及宏观性能的影响,是十分必要的。本文研究了板料的体积塑性成形工艺及其对轧制板坯材料性能的影响。以某型板式同步器齿环为例,探讨了冲锻成形工艺以及摩擦等工艺因素对成形的影响;以16MnCr5钢板与6061铝板为对象,分析了轧制板局部体积成形的微观组织以及宏观力学特性演化规律。主要结论如下:(1)模具与板坯不同接触部位的摩擦状态,对成形过程有着不同的影响。其中,模具齿腔以内的摩擦会阻碍金属流动,不利于填充;而增大模具齿腔以外与板料接触部位的摩擦力,可以增大金属向外流动的阻力,从而有利于齿部填充。因此,可以通过调整局部摩擦力的大小,在不增加成形载荷的情况下,提高齿腔的填充能力。(2)局部变形区形状对试样的拉伸性能具有显著的影响:圆形压槽试样拉断所需的最大拉力值最大,V形压槽试样最大拉力值次之,而矩形压槽试样最易拉断。该现象与试样拉伸时局部变形区域的应力分布特点、特别是应力集中状态有关;物理实验表明,就轧制板材的拉伸力学性能而言,沿0°和90°方向取样的试样抗拉强度和屈服强度均优于45°方向试样。其主要原因,与影响材料变形的最大剪切力方向在45°方向取样时与纤维方向平行有关。此外,经过局部体积塑性成形后,上述各向异性现象得到了一定程度的加强,并进一步影响着变形后板料的力学性能。(3)随着变形量的增大,冷轧板原有沿着轧制方向拉长的近似椭球形晶粒将出现破碎现象;由于位错密度增大,材料的硬度会显著提高。测量不同取向试样的变形区侧面显微硬度,发现90°取向试样变形区表面的平均硬度最高,而45°取向试样表面的平均硬度最低。(4)对同步器齿环成品的显微硬度测试结果表明,各向异性在板料体积成形后的制件中同样存在;渗碳处理会提高零件整体的表面硬度,但基本不会改变原有的硬度分布差异。