渐进成形是一种具有高度灵活性的板料数字化柔性制造技术,因在快速、经济板成形方面拥有巨大潜力而在近年来备受关注。但迄今为止该技术在管类制件塑性成形中的应用很少,其柔性制造的优势未能得到充分发挥。本文首先根据典型管件的几何与成形工艺特征,对渐进成形管类零件进行了归纳和分类;其次,选择管端扩(缩)口、管端翻卷、管壁翻孔和管壁压槽几种代表性的管件渐进成形过程进行理论与实验研究。针对不同成形工艺设计了相应的工具头和夹具,比较了不同材料和尺寸管坯的成形特点,并利用有限元方法对成形过程进行数值模拟,分析了工艺参数对成形过程的影响,对不同成形工艺进行了优化。主要结论如下:①利用无模渐进成形方法进行管端扩口,只需改变工艺路线即可得到不同扩口角度及高度的扩口管件,加工过程极其灵活,管材的变形能力还可得到一定的提高。但相对于冲压扩口,渐进扩口的管壁表面有加工痕迹,加工效率较低,主要适合于小批量试制。②管坯相对壁厚较大且管材塑性较好时,管端无模渐进缩口成形可以得到理想的制件,缩口管壁从底部到端部壁厚近似线性增加。当管坯相对壁厚较小时,渐进缩口过程中由于管壁回弹较大极易出现管壁起皱现象,导致成形失效。③管端无模渐进翻卷成形过程中的工艺参数需要严格控制,否则会出现包括截面畸形、端部开裂和管材失稳等缺陷。工具头成形区域的锥角?和过渡圆角半径R对管端翻卷过程有重要影响。④利用无模渐进管壁翻孔成形方法,可以得到各种类型的支管件,且支管与母管过渡质量良好。典型成形缺陷包括管壁减薄、局部起皱、形状畸变、开裂和端部不平整等。工具头的锥面锥角?对支管与母管顶端过渡处是否发生起皱有直接影响。不同壁厚以及摩擦条件下是否起皱的临界锥角?不同。支管可成形尺寸与母管外径D、预制孔尺寸以及母管材料有关,推荐的支管成形高度范围:h?0.28D,支管直径范围:d?0.9D。⑤管壁无模渐进压槽成形时,管壁受压部位的壁厚先增大后减小,材料对管壁压槽截面的形状影响很大。当压槽部位接近管端时,会出现“端部效应”。⑥管壁回弹和工具头的弹性变形对上述无模渐进管材加工过程的影响较大。可以通过调整工具头工艺路线,对管壁回弹和工具头弹性变形进行补偿。⑦将无模渐进成形技术应用于管件塑性成形领域,可以得到传统冲压工艺难以整体成形的管类制件,不仅大大扩展了渐进成形的应用范围,满足单件、小批量薄壁件成形需求,还有利于实现产品结构轻量化,具有广阔的应用前景。