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管件结构具有轻量化、高韧性等优点,近年来,随着航空航天、汽车工业等领域的发展,弯曲管件作为导管和结构件的应用也越来越多。传统管件弯曲成形工艺柔性差、生产效率低、成形能力差,已经不能完全满足新产品的制造需求。关节摆动型自由弯管工艺,是起源于国外的一种新型管件弯曲成形工艺,该工艺的工艺结构紧凑、适应性强,可实现三维自由弯管,但是由于技术与商业保密,国内关于该工艺与设备的核心技术没有掌握。因此,本文对关节摆动型自由弯管工艺开展基础技术研究,具体的工作内容如下: 首先,开展了工艺原理的理论研究。理论上分析了该工艺的工艺原理,解析了工艺参数之间的几何关系;根据金属弹塑性力学理论,利用改进的金属材料的本构关系模型,对该工艺的作用力公式进行了解析推导。 然后,设计了工艺的几何参数和实施方案。阐述了关节摆动型自由弯管工艺的弯曲装置的开发设计流程,设计了针对某一结构管件的弯曲装置,给出了几组针对不同尺寸管件的弯曲装置几何参数;使用有限元方法,对所设计的弯曲装置进行了结构静力分析;提出了两种工艺实施方案,并对其进行了优选;讨论了优先的工艺实施方案造成的弯曲角度误差的补偿方式。 进而,进行了该工艺的分析与优化研究。借助工艺数值模拟技术,研究了摩擦系数、管件推进速度对弯管成形质量的影响;对出口摆动模的内腔尺寸参数D1进行了优化;通过多组数值模拟试验,得出了管件弯曲半径与关节外圈模偏移量之间的函数关系式。 本文使用理论解析、数值模拟等方法,对关节摆动型自由弯管工艺进行了工艺原理解析、工艺设计以及工艺分析和优化;为工艺装备的产业化研发,提供了工艺理论分析与技术基础分析,对该工艺的应用实践具有技术价值。