摘要
内压、左右冲头位置和轴向力只有放到同一时间基准上，才能看出每个阶段的动作关系；最高压力和总行程不足以代表完整成形过程。
轴向进给或冲头行程是机器动作，轴向补料是材料实际进入成形区的结果。模具接触、摩擦、弯曲、端部阻力和早期起皱都可能使两者不相等。
工艺曲线应与样件轮廓、局部壁厚、起皱、爆裂和欠充位置对应核对。文献中的路径只能说明特定条件下的影响，不能直接作为其他零件的参数方案。
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载荷路径的过程量构成
管材内高压成形中的“加载路径”，是内压、冲头位置或轴向进给、可取得的轴向力以及模具动作随时间发生的对应关系。它不是最高压力和总行程的参数组合，也不是一张脱离零件、材料和模具条件的标准曲线。
评审已有循环记录时，应先确认各过程量是否使用同一时间基准。左右两端若采用不同动作，位置、行程或力应分别保留；如果设备只记录指令值而没有实际位置或力反馈，也要明确数据所代表的是控制命令，而不是管材局部流动。
| 过程量 | 记录所表示的内容 | 不能直接说明的内容 |
|---|---|---|
| 内压 | 管内压力随循环的变化 | 不能单独证明已经贴模、壁厚合格或成品具有规定耐压性能 |
| 冲头位置或行程 | 左右冲头的机器动作及其时序 | 不能直接等同目标区域得到的材料补入量 |
| 轴向力 | 如项目能够取得，可反映端部载荷随时间的变化 | 不能仅凭力值确定摩擦位置、局部流动或失效根因 |
| 模具与工序动作 | 合模、进给、保压等动作所处的阶段 | 不能替代样件轮廓、壁厚和缺陷检查 |
轴向进给与轴向补料的区别
轴向进给是冲头或端部机构沿管轴方向的机器动作，冲头行程是该动作的位置或位移记录。轴向补料则是管材在这些动作和接触条件作用下，实际向扩张区流动的材料。两个概念必须分别使用。
冲头已经移动，并不表示同等长度的材料已经到达目标截面。管材可能在端部、弯曲处、过渡区或先接触模具的位置受到阻力；摩擦和局部压缩也可能把变形留在其他区域。端部密封、进给和支撑条件还会改变机器动作向管材传递的方式，相关几何应结合管端密封、进给段与切边余量设计单独核对。
Hama 等人在规定的矩形模具模型中观察到，早期形成的局部皱纹可能阻碍材料继续向中部传递。这项研究支持“机器进给与材料到达目标区不能画等号”，但不能据此规定所有零件的起始压力或进给顺序。
- 分别记录左右冲头的指令、实际位置和轴向力；缺少哪一项就明确哪一项未取得。
- 将冲头动作与首次贴模、起皱、欠充、减薄或爆裂出现的阶段对应。
- 用样件轮廓、壁厚和缺陷位置判断材料最终到达了哪里，不能只根据总行程推算。
- 比较不同循环时，同时固定或记录管材批次、预弯或预成形状态、模具动作和润滑条件。
内压与轴向进给在成形过程中的作用
材料开始塑性流动后，内压推动管壁向模腔扩张，并对受轴向压缩的管壁提供一定支撑；轴向进给可能把材料推向扩张区，降低部分区域单纯依靠拉伸变形的程度。两者需要随几何变化和模具接触过程配合，但不存在脱离零件条件的固定先后顺序。
Koç 和 Altan讨论了内压、轴向进给或轴向力与起皱、屈曲、减薄和爆裂之间相互制约的关系。该研究可用于理解工艺范围存在上下边界，但其中的分析式和参数不能直接移植到不同材料和复杂零件。
| 样件或过程表现 | 可能涉及的路径关系 | 还需对照的资料 |
|---|---|---|
| 早期起皱或屈曲 | 内压支撑、轴向压缩和材料流动之间可能失配 | 首次出现阶段、皱纹位置、左右冲头响应、模具接触和摩擦条件 |
| 局部减薄或爆裂 | 局部拉伸较集中，实际补料可能未到达该区域 | 来料壁厚、预成形状态、裂口或最薄位置、内压—轴向进给时序 |
| 最终仍有欠充 | 压力、补料、接触顺序或几何条件可能不足以完成贴模 | 未贴模位置、圆角和过渡、早期接触区、样件轮廓和局部壁厚 |
| 行程已完成但目标区变化有限 | 冲头动作可能被端部、接触区、摩擦或局部压缩消耗 | 左右位置与力、管材表面滑移痕迹、样件几何和缺陷分布 |
起皱、减薄、爆裂和欠充的相互制约
一条路径可能改善某个位置的贴模，同时把风险转移到其他位置。增加轴向进给可能缓解部分区域的拉伸，但若材料不能顺利向目标区流动，压缩会在其他位置积累；提高内压可能缩小剩余间隙，也可能在补料不足的位置增加局部拉伸。工艺调整因此不能只围绕一个结果量进行。
起皱、爆裂、欠充和壁厚变化在本页只作为载荷路径的边界结果。具体缺陷应分别结合起皱机理与诊断方法、管材内高压成形爆裂与开裂的原因分析与排查方法、管材内高压成形填角不足的原因与排查及壁厚分布与局部减薄分析核对，不能由载荷曲线替代缺陷诊断或成品验收。
- 确定异常最早出现在哪一阶段，而不是只看最终样件。
- 比较路径变化时，同时观察改善位置和新增风险位置。
- 区分机器完成了设定动作和样件得到了预期材料分布。
- 未定义测量位置、方法和验收要求时，不把一次外观良好的样件写成工艺已经稳定。
模具接触、摩擦与材料流动
管材与模具的接触范围会随成形过程变化。先接触的区域可能限制后续滑移，使冲头载荷不能按预想方式传到扩张区；弯曲、预成形、端部结构和局部几何也会改变材料流动路径。因此，同一组压力和行程用在不同零件上，得到的实际补料可能完全不同。
Ngaile、Jaeger 和 Altan在规定的过渡区和胀形区模型试验中说明，摩擦与润滑会改变滑移、材料流动和壁厚结果，不同接触区域需要分别评价。这不能外推为“摩擦越低越好”，也不能据此推荐某种润滑剂或给出通用摩擦系数。
| 需要记录的条件 | 记录目的 |
|---|---|
| 润滑材料、施加位置及对应工艺版本 | 确认不同循环是否使用了相同接触条件 |
| 管坯、预弯和预成形状态 | 判断进入模具前的几何和应变历史是否一致 |
| 模具版本及已知接触位置 | 解释材料可能从何处开始受限 |
| 左右冲头位置与可取得的轴向力 | 比较端部动作传递是否发生变化 |
| 样件轮廓、壁厚和缺陷位置 | 核对材料最终到达的位置及其结果 |
文献载荷曲线的适用条件
文献中的“最佳路径”只是在规定目标、材料、几何、摩擦、设备和失效约束下得到的结果。研究之间采用的自由胀形、闭式模、矩形截面或 T 形支管不同，不能把某篇论文中的阶段划分和参数当作其他零件的初始方案。
| 研究 | 可用于理解的内容 | 不能照搬的内容 |
|---|---|---|
| Hama 等人 | 指定矩形模具模型中，压力—进给顺序会影响早期皱纹和材料传递 | 起始压力、固定顺序及论文中的具体路径 |
| Imaninejad、Subhash 和 Loukus | AA6063-T4、指定闭式模和 T 形支管条件下，分段进给和升压顺序会影响贴模、壁厚和失效 | 屈服后集中进给等通用控制方法，以及论文压力、行程和摩擦条件 |
| Mojarad 等人 | SS321 圆转方研究显示，优化结果依赖目标函数、材料、几何、壁厚、摩擦和失效约束，并需试验核对 | 论文中的所谓最优压力、进给、无润滑条件或软件结果 |
| Mizumura 等人 | 指定钢管和矩形模具实例中，进给阶段的保持压力会影响材料流动、贴模及减薄或爆裂风险 | 将其分阶段路径、压力和材料结果写成普遍控制原则 |
实际循环与样件结果的对照
判断候选路径是否有效，应把过程记录和样件结果对应到同一循环。仿真可以比较不同路径下可能出现的接触、壁厚和失效位置，但模型结果受材料、来料几何、焊缝或前道状态、摩擦、接触和边界条件影响，不能代替实际样件检查。
Imaninejad 等人的研究在规定条件下对仿真与试验进行了对照；Mojarad 等人也明确把试验核对作为优化结果的一部分。可保留的通用做法是候选路径需要由实际结果核对，不能照搬研究中的模型、软件、参数或试验设置。
| 对照对象 | 需要保持一致的身份 | 主要用途 |
|---|---|---|
| 过程记录 | 配方或工艺版本、循环号、左右端记录、时间基准 | 确认内压、进给和可用轴向力实际发生的阶段 |
| 样件轮廓 | 样件编号、测量位置、方法和图纸版本 | 核对贴模和欠充位置 |
| 局部壁厚 | 来料条件、样件编号、测点和方法 | 判断材料分布是否随路径发生变化 |
| 起皱或裂口 | 原始位置、首次异常阶段、对应循环 | 确认竞争失效边界是否移动 |
| 仿真结果 | 模型版本、材料输入、摩擦和边界假设 | 比较候选方案，不能单独作为成品合格结论 |
受控比较应尽量一次改变一个已记录条件，并同时观察目标区域和其他高风险区域。若管材批次、模具动作、润滑或预成形状态同时变化，就难以把样件差异归因于内压—轴向进给曲线本身。
工艺评审所需资料
具体零件的载荷路径评审，应从当前图纸、实际管坯和已有循环资料开始。资料不足时可以明确尚未确认的条件，但不能用文献曲线替代项目数据。
- 零件图、管坯图、预弯或预成形图及其版本；
- 管材牌号、供货状态、批次，以及已有的实际外径和壁厚资料；
- 模具版本、左右端密封或支撑方式及冲头动作定义；
- 已有内压、左右冲头位置或行程、可取得的轴向力记录及共同时间基准；
- 润滑材料、施加位置和对应工艺版本；
- 样件编号、循环号、成形轮廓、欠充位置、局部壁厚和缺陷记录；
- 项目规定的尺寸、壁厚、外观及功能验收要求；
- 每次调整的变量、调整原因和调整后的样件结果。
可使用水艺源官网的管材内高压成形图纸评审清单整理图纸、管材资料、已有过程记录和样件结果。初步评估用于识别仍需补充或核对的条件。
常见问题
只有最高内压和冲头总行程，能否判断载荷路径是否合理？
冲头移动多少，是否就表示向成形区补入了多少材料？
管材内高压成形应该先升压还是先轴向进给？
降低摩擦是否一定有利于轴向补料？
仿真能否直接确定生产使用的内压—轴向进给曲线？
成形内压能否用来证明零件的工作压力或耐压性能？
不采用轴向进给的零件是否也有载荷路径？
参考文献
- Koç, M., and Altan, T.《Prediction of forming limits and parameters in the tube hydroforming process》，International Journal of Machine Tools and Manufacture 42(1)，123–138（2002）。
- Hama, T., Ohkubo, T., Kurisu, K., Fujimoto, H., and Takuda, H.《Formability of tube hydroforming under various loading paths》，Journal of Materials Processing Technology 177，676–679（2006）。
- Imaninejad, M., Subhash, G., and Loukus, A.《Loading path optimization of tube hydroforming process》，International Journal of Machine Tools and Manufacture 45，1504–1514（2005）。
- Mojarad, S., Champliaud, H., Gholipour, J., Savoie, J., and Wanjara, P.《Load path optimization in tube hydroforming》，Canadian Aeronautics and Space Journal 60(3)，82–89（2015）。
- Mizumura, M., Honda, O., Yoshida, T., Iguchi, K., and Kuriyama, Y.《Development of Hydroforming Technology》，Nippon Steel Technical Report 90，116–121（2004）。
- Ngaile, G., Jaeger, S., and Altan, T.《Lubrication in tube hydroforming (THF): Part II. Performance evaluation of lubricants using LDH test and pear-shaped tube expansion test》，Journal of Materials Processing Technology 146(1)，116–123（2004）。