本文针对汽车排气系统前管的内高压成形过程中存在开裂问题,开展了汽车排气系统前管内高压成形的力学建模、内高压成形工艺参数的模拟与优化、汽车排气系统前管内高压成形的试验验证等内容的研究,其研究结果对前管内高压成形的实际生产具有指导意义。首先,建立了汽车排气系统前管在内高压成形过程中的力学模型,获得了内高压成形过程中不同阶段的受力情况和成形规律。将排气前管内高压成形过程分为三个阶段:初始成形阶段、成形阶段、整形阶段。初始成形阶段内压力较低,管材主要受轴端轴向进给压力,各成形区壁厚增加;成形前期阶段,驼峰成形区向外膨胀,同时轴向进给补料,因为这时内压力依旧较小,轴向进给力起变形主导作用,驼峰壁厚增加;成形后期阶段,驼峰继续向外膨胀,内压力对于变形起主导作用,轴向进给补料效果减弱,壁厚降低;中间环形凸台成形区在成形阶段属于自由膨胀成形,壁厚降低;整形阶段,轴向进给停止,驼峰和中间环形凸台在升高的内压力下贴模成形,属于自由膨胀成形,壁厚降低。其次,通过有限元仿真验证了各个GTN损伤参数对于439不锈钢拉伸应力-应变曲线的影响,并通过有限元反求法,建立GTN损伤模型。其中,初始孔洞体积分数和临界孔洞体积分数主要影响材料的断裂应变点,数值越大,断裂点越靠前;形核体积分数不只影响断裂点,还影响材料达到屈服极限后承载力的下降速度,数值越大,断裂点越靠前,下降速度越快;失效孔洞体积分数主要影响材料出现宏观裂缝后承载力的下降速度,数值越大,下降越慢。最终,获得了导致前管内高压成形开裂的原因是驼峰成形区在膨胀变形时没有获得足够的轴向进给补料,轴向应力降低,环向应力在膨胀变形中变大,管壁受环向拉伸变薄,材料中的初始孔洞开始长大并聚合,达到失效孔洞体积分数,宏观裂纹产生,最后导致开裂。而最佳加载路径为先低压下轴向进给,在驼峰成形区形成有益褶皱,之后升高压力展平褶皱,避免褶皱过度挤压产生死皱或应力集中导致的局部减薄,最后在驼峰接近成形时停止轴向进给,将压力升至最高,使管坯完全贴模成形。通过有限元模拟与试验验证相结合的方法,形成了汽车排气系统前管内高压成形的工艺参数:进给量14mm;加载路径分为三段式,一阶段内压力0-6MPa,二阶段内压力6-30MPa,三阶段30-80MPa;退火工艺参数为650℃;保温2小时后空冷,试验结果为排气前管驼峰减薄率6.7%、中间环形凸台减薄率13.3%,符合技术要求。