表面带有微细结构(如微槽道、微肋条、微凹坑等)的金属薄板构件在增加反应面积、减摩减阻、提高能源利用率等方面有着显著的优势,因此,于微通道反应器、微通道换热器、飞行器蒙皮、相对滑动零件等产品中日益得到广泛应用。现有的加工方法如微切削加工、微电火花加工、激光加工等效率低、成本高,不适合大批量生产。相对于材料去除的加工方法,基于材料塑性变形的微细成形技术具有生产率高、材料利用率高、成形件的力学性能优良等优势。但是,采用传统的平面压印技术来加工大面积微细结构件时,存在压印力大、模具磨损严重、微结构尺寸精度控制困难等问题。本文将传统的平面模压工艺与高效的辊压工艺相结合,研究了一种金属薄板表面微细结构R2P(roll-to-plate)辊压成形工艺,采用光滑刚性辊轮与平板模具,减小了成形载荷、提高了生产效率。然而,由于表面结构特征尺度的减小,材料塑性变形行为受到晶粒尺寸、晶粒取向和模腔尺寸的影响,产生了材料充模困难,微结构尺寸波动大的尺度效应。传统宏观成形理论不能考虑这种尺度效应的影响,难以有效指导微细辊压工艺设计。针对上述问题,本文围绕微细R2P辊压成形材料本构、工艺过程建模与辊压工艺规律等方面展开深入研究。首先,通过材料拉伸实验研究了晶粒尺寸与取向对材料性能的影响规律,建立考虑取向的材料本构模型;其次,建立了R2P辊压工艺过程数值模型,分析了辊压过程中材料的流变行为,获得了辊压过程中的尺度效应对成形质量的影响规律;最后,开发了R2P辊压工艺系统,通过表面减摩微细结构的辊压成形实验,验证了R2P辊压成形工艺的可行性。本文的主要研究工作包括以下几个部分:1)考虑晶粒取向的材料本构模型针对微细成形中材料晶粒取向改变对材料性能的影响,开展了不同晶粒尺寸多晶纯铜材料的拉伸实验及变形前后取向的EBSD测试,研究了晶粒尺寸、取向变化对材料流动应力的影响规律。引入表示晶粒取向变化的参数,描述了变形方向上多晶纯铜材料三种代表性取向的晶粒分布量及变化规律;综合考虑金属材料晶粒尺寸、晶粒取向变化的作用,建立考虑取向的材料本构模型,并通过实验数据和数值模拟验证该材料模型的准确性。2)R2P微细辊压成形工艺过程建模考虑材料晶粒微观组织结构特点,采用Voronoi图法,构造材料晶粒结构几何模型与实际微观结构的映射关系;根据微细辊压工艺的局部塑性变形特点,通过材料沿厚向的分层建模,将局部微细特征成形区材料离散为晶粒结构,建立了R2P微细辊压工艺过程仿真模型。通过计算模拟,探索了R2P微细辊压成形过程中材料的整体变形和材料局部微细流动变形规律,研究了材料晶粒尺寸、取向和厚向尺寸对微细特征高度、显微硬度和表面粗糙度等成形质量的影响规律,并通过微细沟槽辊压实验,验证了模型的准确性。3)R2P微细辊压成形工艺参数分析基于R2P微细辊压工艺仿真模型,并结合辊压工艺实验,研究了两种不同的辊压加载路径(垂直于沟槽方向辊压和平行于沟槽方向辊压)的微细沟槽成形工艺,揭示了不同辊压加载路径下材料在平面模具微细沟槽内的流动充型规律;考虑尺度效应和材料因素,研究了不同工艺状况下工艺控制参数、模具特征结构对微细辊压成形的质量(微细特征高度和粗糙度)影响规律,为功能性表面微细结构的成形工艺设计提供参考。4)表面减摩微细结构R2P辊压成形研究以典型的表面减摩微细凹坑结构加工为例,开发了采用平面模具的R2P微细辊压实验系统,开展了不同尺度微细凹坑的R2P辊压成形实验。结合仿真模拟,探索了材料在辊压方向和辊轴方向上流动充型的规律,分析了沿辊压方向上模腔两侧材料堆积的原因;详细分析了工艺参数对微细凹坑的几何尺寸、构件表面粗糙度、硬度和转印率的影响规律。成形实验的结果验证了采用R2P微细辊压工艺高效加工表面微细特征的可行性。