金属材料弯管作为流体输送系统重要零件,广泛应用于航空、航天、汽车及锅炉等行业。针对流体输送系统微型化、轻量化的迫切需求,急需开发研制相对弯曲半径(弯曲半径与管材直径之比)小于1.5的弯管。虽然有芯弯曲工艺可实现相对弯曲半径小于1.5的弯曲管件,但是该工艺存在操作困难、芯棒消耗严重,且生产效率低下等问题。为了解决上述工艺不足,学者们重点在无芯弯曲工艺方面开展攻关,旨在利用无芯弯曲特点实现相对弯曲半径小的弯管。截至目前,采用无芯弯曲工艺可以生产出相对弯曲半径为2.0的合格弯管。为此,本课题采用管材无芯弯曲成形工艺,主要针对0Cr18Ni9管材无芯冷弯成形工艺过程进行系统研究,主要研究内容及相应的结论如下:(1)管材无芯弯曲成形工艺与实验研究针对管材无芯弯曲成形状态,通过其成形工艺理论与实验研究,揭示了其变形过程和缺陷成因。针对弯曲过程易产生截面过度扁化甚至塌陷现象,开发了一种三圆弧槽形压力模;通过增设内外可拆分式助推模,并通过内外助推模、压力模及弯曲切线速度合理匹配,进一步改善了无芯弯曲工艺特别是极限成形状态下管材弯曲的成形质量。(2)管材无芯弯曲成形过程数学解析模型建立建立了涵盖弯曲应变中性层偏移及多重要变形指标影响下的管材无芯弯曲成形过程数学解析模型,推导了弯曲过程力能参数、弯管壁厚变化率、截面扁化率及卸载回弹角等相关重要变形指标的数学表达式;并通过实验结果验证了解析模型的正确性和可靠性。(3)管材无芯弯曲成形过程有限元数值模型建立,深入研究弯曲参数对弯管成形质量影响规律建立涵盖工模具几何参数、工件材料与弯曲工艺参数、外部边界条件影响下的全参数化有限元数值模型,揭示了上述关键工艺参数对弯管壁厚变化、截面畸变及回弹等成形质量的影响规律。(4)管材无芯弯曲成形极限研究针对管材无芯弯曲过程中出现的多重非稳定缺陷,以相对管径为基本设计参数,构建了多缺陷约束成形极限图;针对无芯弯曲成形极限,提出了一种基于逐步回归的管材无芯弯曲极限确定方法,并通过实验验证了该方法的正确性和可靠性。最终通过该方法与开发出的弯曲工艺弯制出了相对弯曲半径1.0的弯曲管件。本课题针对金属管材弯曲过程的变形状态,开展了管材无芯弯曲工艺理论、数值模拟以及实验研究,揭示了管材弯曲变形机理特别是极限弯曲状态下的变形特征,提出了切实可行的工模具设计及弯曲工艺中助推速度匹配模式,解决了由于相对弯曲半径减小而凸显的弯曲时管材外凸侧壁厚过度减薄、内凹侧壁厚过度增厚甚至失稳起皱以及截面过度扁化多缺陷耦合的关键问题,最终弯制出了相对弯曲半径1.0的合格管件。为小弯曲半径管件无芯弯曲工艺及其推广应用提供了理论支持和实践准备。