为了满足轻量化的需要,汽车上广泛应用铝合金等轻质合金。为解决由于铝合金管材在常温下成形性能差等问题,发展了热态气压成形技术。该技术可以成形铝合金、镁合金等轻合金复杂管件。在热态气压成形过程中,成形温度和气压增压速率决定了管材的成形性能。为此,本文研究了6061铝合金挤压管热态自由胀形过程中,不同温度和增压速率条件下,应力、应变及壁厚的分布和变化规律,重点研究不同管坯长度和模具参数条件下自由胀形区域的轮廓形状和顶点壁厚。首先,通过6061铝合金管材轴向单向拉伸实验,获得了350℃⁵00℃、应变速率在0.001s^-10.1 s^-1范围内的应力-应变关系和力学性能;采用Field-Backofen模型建立了所测试管材的高温塑性本构关系。在相同应变速率条件下,6061铝合金管材的峰值应力随温度升高而降低;温度相同时,6061铝合金管材的峰值应力随应变速率的增加而升高;应变硬化指数n与温度和增压速率相关,随温度升高而降低,随增压速率增加而增大;应变速率敏感性指数m随温度的增加而增大。根据高温拉伸实验结果,确定了胀形温度、初始胀形压力、气体量和增压速率等铝合金管热态气压胀形参数。其次,通过Abaqus数值模拟,分析了不同温度和加载条件下6061铝合金管自由胀形时的应力、应变和壁厚的分布及变化规律。结果表明,当温度相同时,相同胀形高度下,胀形区域整体应力随增压速度增加而增大,顶点的壁厚随增压速度增加而增加,应变随增压速度增加而减小;当增压速度相同时,胀形区域整体应力随着温度的提高而减小,顶点壁厚随着温度的提高而增加,应变随着温度的提高而减小。对于同一温度和增压速率,应变随胀形高度线性增加,顶点壁厚随胀形高度呈线性减小。再次,通过数值模拟,分析了胀形温度为450℃、加压速度为2MPa/s时,管坯初始壁厚、初始外径、长径比和模具约束圆角直径对胀形区域轮廓和顶点壁厚的影响。结果表明,在同一胀形高度下,不同初始壁厚的管坯胀形时其自由胀形区域的轮廓基本相同,随着初始壁厚的增加,顶点壁厚增大;随着初始外径的增加,胀形区域轮廓上胀形到同一高度的点外移,顶点壁厚增大;随着长径比增加,胀形区域轮廓上胀形到同一高度的点外移,顶点壁厚增加;随着模具约束圆角直径的增加,胀形区域轮廓上胀形到同一高度的点外移,顶点壁厚增加。对于不同初始参数的管坯,顶点壁厚的减小速度与初始壁厚呈正比例关系,顶点壁厚的减小速度随初始外径的增大而减小,顶点壁厚的减小速度随长径比的增大而减小。最后,建立了轻合金管材热态气压自由胀形装置,能够实现管坯的均匀加热并研究不同条件下铝合金管材自由胀形变形。该装置可将待测试管坯加热至500℃,气压控制系统可控气压达到16MPa,控制精度为±0.1MPa,能够实现气体可靠密封及输入,冷却装置能够有效的防止模具热量传递给压力机。利用该装置,初步进行了AA6061铝合金管的热态气压自由胀形实验。在管坯内部,采用不同的内部芯棒填充方式以改变管坯胀形时所需要的气体量,从而控制胀形时管坯在后期的胀形速度。胀形温度450℃,胀形压力2.85MPa,胀形时间8s;胀形温度500℃,胀形压力3MPa,胀形时间1.17s。实验结果表明,温度越高,增压速率越大,壁厚分布越均匀。该装置的建立,可实现温度、增压速率等变形条件的准确控制,为进一步研究铝合金管的热态自由胀形变形提供了实验条件。