现代工业生产中,管材除大量用于气体和液体管道工程外,在航空航天、机械、化工、轻工、交通运输等工业部门也被广泛使用。特别是进入20世纪90年代,由于燃料和原材料成本的原因及环保法规对废气排放的严格限制,使汽车结构的轻量化显得日益重要。除了采用轻体材料外,减轻重量的另一个重要途径就是在结构上采用以空代实和变截面等强构件,即对于承受以弯曲或扭转载荷为主的构件,采用空心结构既可以减轻重量、节约材料,又可以充分利用材料的强度和刚度,而由此引发了对于管件材料及其塑性加工技术研究的一股浪潮。管材塑性加工属于传统工艺,但有关管材塑性加工工艺方面的资料却较少。用传统实验方法研究管材的塑性加工过程耗时长,成本高,已无法满足高速发展的管材加工业的需要,而随着有限元方法的出现以及计算机软、硬件技术的不断发展,有限元数值模拟技术已广泛应用于材料成形问题的求解分析中。本课题选用了两种数值模拟软件:DEFORM和DYNAFORM,首先通过数值模拟软件模拟管材成形过程,与现有的工艺资料和实验结果进行了比较,证实了数值模拟结果的可靠性。然后,再利用有限元模拟软件对管材在塑性加工工艺中的成形性能进行了分析。对管材胀形工艺,以等径三通管为例,应用DYNAFORM模拟软件模拟了管材的复合胀形过程。分别研究了液体内压力、平衡力、摩擦状态、主支管过渡圆角半径对管材胀形成形性能的影响。研究结果表明:在胀形过程中,必须要使轴向压力、平衡力和液体内压力三者处在一个合理的比例范围内,才可改善胀形变形区的壁厚减薄问题,并使极限胀形程度得到提高。此外,增大凹模过渡圆角半径,改善润滑条件,都可显著提高胀形成形极限。对管材缩口工艺,应用DEFORM软件模拟了管材的缩口成形过程,预测了在凹模半锥角α=15°时管材的极限缩口系数。通过分析可知:随着凹模半锥角的增大,管材极限缩口系数也随之增大。且当凹模半锥角小时,管材相对料厚与极限缩口系数的关系曲线的变化趋势较和缓;当凹模半锥角大时,管材相对料厚与极限缩口系数的关系曲线的变化趋势较显著。此外,随着相对料厚的增大,不同凹模半锥角下的管材的极限缩口系数都随之减小。对管材扩口工艺,利用DYNAFORM软件,模拟了在不同的凸模半锥角及不同相对壁厚的情况下管材的扩口成形过程,分析了凸模半锥角和相对壁厚对管材极限扩口系数的影响。研究结果表明:当凸模半锥角增大时,管材的极限扩口系数也随之有所增大,且随着相对壁厚的增加,管材极限扩口系数的增大趋势减缓。综上所述,本文主要研究了管材胀形、缩口与扩口工艺的变形规律,并对影响材料成形极限的各因素进行了分析与总结,对这方面的资料进行了扩展,为管材的实际加工与数值模拟提供了指南和参考。