本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种钛合金薄壁筒形件弧形凹面的热胀形模具及工作方法。零件需加工的内凹程度较大处，在内凹R型面对应的筒形件外侧加设材料膨胀系数小于胀瓣材料膨胀系数的型箍，来对该加工点进行限制。利用驱动凸轮来推动滚轮座，均匀推动胀瓣径向方向上向外运动，对待加工筒形件进行胀形，驱动凸轮相邻两个凸齿之间的连接处为弧形内凹的过渡区，包括一体连接、圆润过渡的曲率较小的陡部和曲率较大的缓部，通过驱动凸轮的转动，转换凸齿、陡部和缓部与滚轮接触，实现连续调节胀瓣径向方向上向外运动不同行程，均匀胀形。通过内部胀形和外部型箍的同时配合，即使零件需加工的内凹程度较大时，也能精密加工出内凹R型面。