摘要
起皱是管壁受压后发生的局部失稳，屈曲则涉及更长管段或管轴。两者都不能只归因于某一个压力或冲头设定。
内压用于稳定并胀开管壁，冲头提供轴向进给；材料能否补到目标区域，还取决于几何、贴模顺序和摩擦。支撑建立前压缩过多，可能起皱或屈曲；材料尚未到位就提高压力，则可能减薄或爆裂。
皱纹所在处不一定是根因所在处。过早贴模、预弯、密封拖拽、润滑不均或焊缝余高可能截断材料流动，造成一处堆积、另一处仍然缺料。
临时皱纹只有在实物开发中按预定位置和阶段重复出现、最终整形后完全消失，并且成品壁厚、几何、表面和功能均满足要求，才可视为受控中间状态；成品残留皱纹不能据此自动接受。
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缺陷形态、位置与出现阶段
现场常把局部波纹、整体弯折、被夹住的褶皱和浅表压痕都叫“皱”。同一种外观可能对应不同机理，诊断记录至少要写清形状、范围、相对模具与管端的位置，以及首次出现的成形阶段。
排查时可作如下区分：起皱是管壁受压失稳形成的局部波纹；屈曲是较长管段或管轴的整体失稳；折叠是严重的局部重叠，或整形后仍被困住的皱纹。只有浅线而没有形状和壁厚堆积时，还要核对模具、润滑、密封或搬运留下的印痕。
| 现象 | 可能机理 | 优先核对的记录 | 不能直接下的结论 |
|---|---|---|---|
| 无支撑区域在早期出现短波纹 | 轴向压缩超过管壁当时的稳定能力 | 起始时间或行程、压力、冲头位移、无支撑长度 | 最终整形一定能消除 |
| 局部贴模后，过渡区附近形成皱纹 | 接触和摩擦阻断或改变材料流动 | 接触顺序、润滑、表面痕迹、局部壁厚分布 | 增加冲头总行程就能把材料送到远端 |
| 出现较大的侧向或轴向变形 | 整体屈曲、支撑不足、两端进给不对称或错位 | 管坯位置、左右冲头、密封接触、模具对中 | 只是外观性局部起皱 |
| 整形后仍有较深折叠 | 失稳波纹在完全贴模前已经形成并被困住 | 剖切样件、折叠深度、壁厚和表面记录 | 单独提高整形压力就是安全修正 |
| 预弯附近出现皱纹 | 椭圆度、先前的压缩应变或弯曲引起的壁厚变化 | 实测预弯几何与壁厚、焊缝方向 | 缺陷全部由内高压成形造成 |
| 某批管材或某种焊缝方向反复起皱 | 来料性能、壁厚、焊缝或表面发生波动 | 材料记录、壁厚分布、焊缝位置、批次对比 | 名义模型能够代表每一根管坯 |
| 出现不规则浅线，但没有壁厚堆积 | 模具、润滑剂、密封或搬运印痕 | 线痕与模具表面的对应关系、清洁模具后的对比、尺寸检查 | 所有可见线痕都是结构性皱纹 |
多种机理可能同时存在。减少轴向进给可能只消除管端皱纹，却使远端胀形区补料不足；抛光不能纠正内压—轴向进给曲线不匹配，修改加载参数也不能消除几何干涉。参数调整前保留管坯原始状态和对应成形循环，才能判断后续改动是否真正触及根因。
内压—轴向进给曲线与失稳窗口
内高压成形的结果取决于整条加载路径，而不是压力和冲头位移的终值。内压用于稳定并胀开管壁；冲头施加轴向进给，实际有多少材料到达胀形区还受几何、接触和摩擦影响。
Koç 和 Altan把起皱、屈曲和爆裂列为相互制约的工艺边界。早期轴向进给过量，管壁可能在获得支撑前失稳；压力过高可能造成较大拉伸和局部失效；实际补料不足又可能使大胀形区过度减薄。可用窗口位于这些失效边界之间。
Hama 等人针对矩形模具比较了多种加载路径。在其仿真案例中，轴向推动前先建立一定内压，抑制了早期局部皱纹，也使轴向补料作用扩展到更大的中部区域。这个结果说明早期稳定可能重要，不构成其他零件的通用时序或压力设定。
- 管材直径、壁厚、长度和材料响应；
- 截面变化和目标圆角；
- 实测预弯状态、椭圆度和预成形几何；
- 贴模前的无支撑跨度；
- 端部密封结构和可用冲头行程；
- 摩擦与润滑分布；
- 关键区域可从哪一端获得材料；
- 模具挠曲、对中和设备控制响应。
有效的问题记录应落到“哪个位置在成形循环的哪个阶段开始起皱”，而不是只写“压力不对”或“补料过多”。
材料流动受阻与皱纹位置
冲头行程是设备输入，不等于目标区域得到的补料量。材料必须从管端经过弯曲和过渡区到达胀形位置；管壁贴模后的摩擦、表面污染、润滑不均、密封拖拽或焊缝余高都可能增加阻力。
因此，材料可能在一处堆积起皱，而真正的阻断发生在另一处。继续增加冲头行程反而可能加重堆积。将管上标记或典型截面的实际位移与冲头位移对照，才能判断材料是否真正移动到目标区域。
摩擦控制追求稳定、可重复，不是系数越低越好。润滑剂用量和涂布、模具表面与清洁、管材涂层以及不同批次的表面状态都可能改变材料流动。
预弯管坯与来料波动
管坯预弯后已不是理想圆管。弯曲外侧可能减薄并加工硬化，内侧可能增厚或已有局部皱纹，截面也可能椭圆；这些变化会改变后续内高压成形中的局部刚度和贴模顺序。
Flehmig、Blümel 和 Kibben讨论了薄壁、大直径管材在小弯曲半径下预弯时的屈曲、开裂和椭圆风险。论文中的材料与尺寸属于其研究条件，不能作为其他项目的通用界限。后续分析应采用实测预弯管坯，而不能只看成品几何或名义 CAD 模型。
初始壁厚分布、材料性能、焊缝行为、残余应力和表面状态都可能改变失稳时点。皱纹时有时无，通常提示仍有尚未识别或控制的波动；管材批次、焊缝方向、壁厚分布、润滑、温度、装坯位置和设备记录应放在同一批对比中。
临时皱纹作为预成形的适用条件
Yuan 等人研究了“有用皱纹”和“死皱”。在其研究条件下，受控的材料堆积可作为预成形，随后再胀入模腔；皱纹数量和形状还会随加载路径及长径比变化。
论文同时指出，其中一种可消除小皱纹的设想并未在该研究中得到实验验证。对实际零件，临时皱纹只有在实物开发中满足以下条件，才能被当作有意安排的中间状态：
- 在预定位置和成形阶段出现；
- 不发生折叠、夹闭或开裂，也不形成润滑剂滞留；
- 最终整形后在实物样件上完全消失；
- 成品壁厚和表面符合规范；
- 成品尺寸和功能满足要求；
- 在受控来料管材范围内可以重复。
起皱排查记录与受控试验
无记录地连续调整配方会掩盖因果关系。排查记录应把样件、材料、设备曲线、材料流动和最终检查串到同一次成形循环。
| 记录类别 | 应保留的内容 |
|---|---|
| 样件与循环追溯 | 零件版本、管材批次、焊缝方向、润滑剂批次、模具状态、设备配方和具体循环；皱纹位置相对于模具与管端标明 |
| 皱纹起始时点 | 通过中断试验、设备记录、安全可行时的视频或仿真，判断波纹出现在预闭合、早期轴向进给、自由胀形、贴模还是整形阶段 |
| 设备指令与实际曲线 | 压力—时间曲线、左右冲头的力或位移、密封状态和模具位置；核对设备是否执行预定加载路径，管坯是否滑移或错位 |
| 材料流动路径 | 过早贴模、弯曲或过渡区阻料、润滑不均、密封拖拽、焊缝余高干涉和模具接触不对称；同时记录实测预弯管坯 |
| 壁厚与形状 | 壁厚增加可提示材料堆积；波纹旁的严重减薄可能来自另一种失稳或整形损伤。后果需要时，可对代表性样件剖切或扫描 |
| 受控试验 | 通过仿真或有计划的试模，一次验证一个已记录假设；试验前明确变量、范围、停止条件和试后检查 |
| 成品复验 | 可见皱纹消失后，复查最小壁厚、几何、接口、表面和项目要求的功能性能 |
每轮对比只改变一个已记录的假设，才能保留因果关系。变量、允许范围、停止条件和试后检查应在试验前明确，不能根据结果反向补写。
常见问题
内高压成形起皱通常由什么引起？
起皱、屈曲和折叠怎样区分？
皱纹出现的位置就是根因位置吗？
提高内压能把皱纹压平吗？
整形前的小皱纹什么时候可以作为中间状态？
为什么更换管材供应商后才开始起皱？
仿真结果能直接决定起皱纠正方案吗？
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.
- Yuan, S., Wang, X., Liu, G., and Wang, Z. R. “Control and use of wrinkles in tube hydroforming.” Journal of Materials Processing Technology, 182(1–3), 6–11, 2007.
- 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(1–3), 676–679, 2006.
- Strano, M., Jirathearanat, S., and Altan, T. “Adaptive FEM Simulation for Tube Hydroforming: a Geometry-Based Approach for Wrinkle Detection.” CIRP Annals, 50(1), 185–190, 2001.
- Manabe, K., and Amino, M. “Effects of process parameters and material properties on deformation process in tube hydroforming.” Journal of Materials Processing Technology, 123(2), 285–291, 2002.
- Flehmig, T., Blümel, K. W., and Kibben, M. “Thin Walled Steel Tube Pre-Bending for Hydroformed Components — Bending Boundaries and Presentation of a New Mandrel Design.” SAE Technical Paper 2001-01-0642, 2001.