管材是当前工业生产领域的常用零件品种,以管材为坯料,进行加工可以得到各种形状管材制件,称为管材的二次加工,管材二次加工工艺主要包括弯曲、切割、轧制以及液压胀形等。管材液压胀形工艺是通过向管材内部通入高压流体,使管材进行成形的常用管材零件加工方法,但该工艺容易造成制备管材壁厚分布严重不均匀,胀形部位局部减薄严重,导致管材性能降低,同时由于加工效率较低,经常无法满足大批量工业生产的需求。本文将管材的液压胀形技术与楔横轧技术相结合,提出一种新型的管材胀轧成形工艺,可以使管材在成形过程中实现局部扩径和局部缩径相互协调配合进行变形,从而提高成形管材零件的壁厚均匀性和管材的使用性能,并提高生产效率。针对所提出的胀轧成形工艺,选取阶梯形管材零件,设计了胀轧成形模具,使用Abaqus有限元模拟软件进行模具和初始管坯的建模,然后进行成形过程的模拟仿真。分析了变形过程中应力应变的演变及分布规律,以及成形缺陷产生的原因及解决方法,对工艺的可行性进行了验证。针对所提出的胀轧成形工艺,设计了两种结构的管材胀轧成形专机:第一种为C型整体框架式管材胀轧成形专机,其机架结构采用双柱拉紧式,该结构主要应用于中小型液压机,即用于中小型尺寸管坯的胀轧成形;第二种为组合框架式管材胀轧成形专机,该机型结构的强度及刚度较高,用于较大尺寸管坯的胀轧成形。基于Ansys软件,对整机的机架和主要零部件进行最大公称压力载荷下的强度和刚度校核以及机架自由震动条件下的模态分析,以检验整机设计的合理性;使用Isight优化软件,通过PSO优化方法建立响应面模型来调整主要的几何尺寸参数,使机架在实际工作过程中的最大应力应变值达到最小,即实现危险区域的各向变形和应力值均达到最小,以最大程度的提高机架的强度和刚度;引入分形理论虚拟材料模型对机架的各横梁结合部进行更加精确的受力情况模拟,实现整机的较为符合实际工况的分析,最后绘制整机三维模型和二维装配图,完成整机本体结构设计。