外表面带纵向外筋薄壁筒形件具有壁厚薄、长径比大、结构复杂的特点，在航空航天、国防工业等领域有着重要的应用。使用传统的切削、铸造、挤压等方法加工分别存在着材料利用率较低、制件性能不佳、成本较高的缺陷，很难同时保证制件质量和加工成本。以滚珠旋压为代表的流动成形工艺在加工带筋薄壁筒形件方面有着显著的优势，但存在筋高不足的问题。因此为解决现存问题，本文以流动成形为基础，提出了复合流动成形工艺。复合流动成形工艺分为预成形和终成形，预成形阶段滚珠轴向进给完成外筋的部分成形；终成形阶段通过滚珠的轴向与周向运动，使毛坯壁厚减薄，消除凹陷，同时将非筋区金属转移到筋区，完成外筋的成形。
通过对比新工艺与滚珠旋压工艺的原理和金属流动特点，借助模拟与实验进行验证，发现复合流动成形工艺可以大幅度提高外筋的填充效果，填充率由63%提高至97%。为揭示金属变形过程中的流动趋势，本文研究了变形过程中材料的应力应变和金属流动速度规律，发现新工艺可以通过预成形过程改变金属的应力状态，从而改变金属流动的趋势。同时促进了金属的切向流动，切向应变增加33%，同时抑制金属的轴向流动，轴向伸长由2.7mm降低至1.0mm，表明更多的金属流动到外筋部位。
研究表明预成形压下量、道次减薄量分配比以及滚珠直径等工艺参数对外筋填充效果的影响较大，实现较大的外筋填充率需要更大的进给力。为在外筋填充率较大的情况下，选取进给力较小的工艺参数组合，以外筋填充率和进给力作为优化指标，通过正交试验，获得外表面带纵向外筋薄壁筒形件复合流动成形的最佳工艺参数组合方案。结果表明采用两道次成形，道次分配比为3，预成形相对压下量为50%，滚珠直径为18mm。在这种工艺参数下，复合流动成形工艺的外筋填充率提高了30%，进给力仅提高了12%，并通过试验验证了复合流动成形工艺的可行性。
针对复合流动成形工艺特点，采用三梁四柱式结构进行外表面带纵向外筋薄壁筒形件复合流动成形装备总体结构设计，并通过理论计算和三维实体建模实现虚拟样机设计，该设计为进一步推广复合流动成形工艺提供了重要参考。
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