钛合金因其具有良好的高温性能、耐腐蚀性能以及高比强度等优点,在汽车、航空航天、医疗等领域得到广泛应用。渐进成形技术作为一种新型无模成形技术,适用于小批量、个性化三维形状板材构件的柔性加工。然而,室温下钛合金的塑性变形能力较差,使用渐进成形工艺对其进行加工时普遍存在成形力大、表面质量差、几何精度不足等难点。因此,如何改善钛合金等难变形材料的可加工性是目前的研究热点之一。为此,本研究以TA1和TC4两种常用钛合金为例,将热处理与热成形结合,改善其塑性变形能力,并将研究结果应用到颅骨修复体的成形中进行验证。主要研究结果如下。首先,通过正交实验分析了成形件的误差来源,采用极差分析方法研究了步距、工具头直径、进给速度和成形角对成形件几何精度的影响。发现成形角参数对成形件几何精度的影响最为显著,其次是工具头直径和步距,而进给速度对几何精度的影响较小,且成形件的几何误差随各工艺参数的增大而增大。根据极差分析结果,确定了以成形精度为目标的最优工艺参数组合:成形角45°,工具头直径10 mm,步距0.5 mm,进给速度 3000 mm/min。其次,基于获得的最优工艺参数组合,针对TA1板材进行了不同预先热处理温度以及热成形温度下的渐进成形实验。探讨了热处理后板材的微观组织及力学性能变化,分析了不同热处理及热成形温度下板材渐进成形过程的成形力、几何精度以及成形极限的变化规律,研究了氧化层及润滑条件对成形件表面形貌的影响。热处理及热成形使板材成形力下降,成形极限提升,并提高成形件表面质量,热成形会降低成形件几何精度。母材在500℃下成形时成形力下降35.3%,650℃热处理板材350℃成形时成形极限提升22.86%。实验结果表明,热处理以及热成形在改善板材成形性能、提升成形件表面质量方面具有积极效果。随后,设计了针对TC4板材的多种个性化的热处理及热成形工艺路线,分析了不同工艺路线对板材成形性能以及成形件硬度的影响,探究了成形件的微观组织变化。实验结果表明,固溶和时效处理后,板材强度增大使成形力增大,且板材表面产生氧化层,成形过程中易产生微观裂口,导致成形件发生破裂,不利于渐进成形极限的提升。但退火处理后,板材成形力有所降低,热辅助加工时可有效提高成形极限。采用“退火-热成形-固溶处理-时效处理”的工艺路线可在提升板材成形性能的同时获得较高的成形件硬度,与仅热成形而未经热处理的成形件相比,硬度值提升了 21.6%。最后,以颅骨修复体为例进行了渐进成形加工,分析了热处理及成形温度对成形件的几何精度及表面质量的影响。发现采用“退火处理+热成形”的工艺可在保证成形件具有良好几何精度的同时提升其表面质量。针对渐进成形零件边缘及底部区域几何精度较差的问题,一方面采用与成形件开口尺寸相近的垫板以缓解边缘区域板材的挠曲,另一方面在完成修复体外形加工后对底部区域进行多次成形以使该区域的板材充分变形。实验结果表明,优化后的成形策略可使成形件的精度得到明显提升。