高效、低耗、轻量化是航空航天、汽车零部件的制造技术发展方向。弯管构件以其更高的比强度、比刚度,以及良好的抗冲击性,在现代工业中得到了广泛应用。传统弯管构件的制造工艺适应性差、产能低,无法满足多样化与复杂性的产品需求,关节摆动型自由弯管工艺具有高适应性、高效率、可进行复杂空间弯管加工的特点,其模具设计是工艺实现的关键技术。因此,本文以自由弯管工艺的关节摆动模具为研究对象,进行模具设计与成形工艺质量分析,具体工作有:首先,对自由弯管工艺原理进行了理论研究。分析了管材弯曲成形过程中的运动和受力状态,对弯曲半径、弯曲作用距离和偏移量之间的几何关系进行了理论推导,解析了弯曲力和推进力的计算公式。并结合材料和工艺特点,理论分析了管材弯曲的应力应变状态、成形缺陷,以及评价指标。然后,分析了摆动模具构型,阐述了模具设计流程与方法,并给出了模具结构设计。根据工艺特点分析了两种可行的模具构型,提出了设计流程,进行了模具结构设计,并给出了模具的具体结构尺寸。基于弹塑性数值模拟,分析了两种模具在管材弯曲成形过程中的应力和变形状态,验证了摆动模具结构设计的可行性。进而,通过数值模拟,研究了模具关键结构及参数对成形质量的影响。针对双关节双摆动控制模具,分析了入口固定模的模口圆弧半径对成形质量的影响,优化了出口摆动模的出口部位的尺寸。针对单关节单摆动控制模具,研究了出口摆动模与管件之间的间隙和摩擦系数、入口固定模的模口圆弧半径和收缩量、弯曲作用距离对弯管成形性的影响,并进行优化。基于多组数值模拟结果,分析了摆动模具所能达到的最小弯管系数,得出并验证了弯曲半径和弯曲作用距离的函数关系。最后,利用数值模拟与正交分析,综合分析了模具成形能力与质量影响规律。以入口固定模的模口收缩量、弯曲作用距离、偏移量、出口摆动模与管件的摩擦系数和间隙、出口摆动模倾角为影响因素,以椭圆度和壁厚减薄率为评价指标,分析了对弯曲成形性影响最为显著的参数。论文针对关节摆动型自由弯管工艺,进行了摆动模具的结构设计和优化,对推进该工艺的国产化装备研发,具有重要的技术参考价值。