金属复杂弯曲构件在机械结构中用途广泛,大到航空航天、运载火箭、卫星、导弹等军用领域,小到汽车制造、建筑桥梁、水利水电管道、家用装饰等都有涉及。管材三维自由弯曲工艺与传统弯曲工艺相比,通过多轴伺服联动控制可以弯曲出精度更高、结构更加复杂的金属三维弯曲构件,该工艺可以大幅提高复杂金属空心构件的制造效率,有利于提高我国的整体制造业水平。本文选择外径12mm,壁厚1mm的TP2铜管为主要研究对象,将有限元模拟与实际试验相结合,开展以三轴伺服联动控制为基础的管材三维自由弯曲工艺研究。主要研究如下:（1）首先分析三轴自由弯曲工艺成形原理,建立三轴自由弯曲工艺力学模型。对TP2铜管力学性能进行分析,确定材料力学参数,建立合适的本构方程,确定管材成形质量评价指标及多目标优化方法。（2）对自由弯曲设备关键构件进行合理结构设计,使用ABAQUS软件进行有限元分析,通过对管材应力应变、弯曲半径、弯曲角度、推进力、壁厚变化、最大椭圆率等参数进行分析,研究管材在不同毛坯与材料性能、不同成形机构几何参数及不同工艺参数变化下的自由弯曲成形规律。（3）为提高管材成形质量,选择对管材成形质量影响较大的相关参数设计正交试验,对试验结果进行极差分析和方差分析,得到各个因素对管材成形质量影响重要程度及最优参数,优化管材成形质量。开展管材自由弯曲试验,对有限元分析结果进行验证。分析结果对改进三轴自由弯曲设备结构,提高管材成形质量具有重要意义。