摘要
壁厚变化由局部表面积增长和实际到料量共同决定。冲头行程不等于目标区域实际获得的补料量。
扩张程度较大的区域、小圆角、预弯区、截面过渡及开孔切边周边适合优先排查，但最薄点没有固定位置，不能照搬其他零件的经验值。
仿真用于筛查风险和比较方案，试模与测量用于核对实际结果；成品是否合格，只能按已定义的检测位置、阶段、方法和抽样方案判定。
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壁厚控制对象与测量位置
讨论壁厚之前，先要明确图纸、仿真结果和检验报告分别对应哪一种壁厚。同一个数值放在不同阶段，含义并不相同。
| 壁厚概念 | 具体含义 | 使用时需要说明 |
|---|---|---|
| 初始名义壁厚 | 图纸或管材标准给出的名义值 | 管材规格及允许偏差，不能直接当作成品最小壁厚 |
| 实际来料壁厚及波动 | 管坯沿长度和圆周方向的实测壁厚分布；另记录焊缝方位及其他制造特征 | 测量位置、方向、批次和管坯方位 |
| 成形后壁厚分布 | 管坯经过预弯、预成形、内高压成形及有关后续工序后的局部结果 | 所处工序、截面位置以及减薄和增厚区域 |
| 交付验收值 | 在约定位置和生产阶段，按指定方法与抽样方案判定的数值 | 限值、测量方法、可达性、抽样频次和判定规则 |
这四种壁厚不能相互替代。来料名义值合格，不等于成品局部最小壁厚合格；仿真给出的最小值，也不能直接写成实测验收结果。
如果成品壁厚属于交付要求，图纸或技术协议应写明受控区域、限值、检测方法、检测阶段和抽样方案。只有“最小壁厚”而没有位置和方法，无法判断测点是否覆盖预期高风险区。
壁厚分布的形成机制
局部表面积增加得快，而材料没有及时流入时，原有管壁会被摊到更大的面积上，因而减薄。扩张程度较大的区域、支管、小圆角和明显的截面变化通常具有这类特征。
轴向冲头用于从管端施加进给，但材料能否到达目标区域，还受预弯、贴模时机、摩擦和加载顺序影响。冲头位移只是设备动作，不等于目标区域实际获得的补料量。Hama 等人的特定试验表明，压力与轴向进给的组合和先后顺序会改变减薄与起皱结果；该研究不能据此制定适用于所有零件的加载路径。
Koç 和 Altan将工艺窗口描述为多种失效模式之间的平衡。补料不足时，胀形区可能过度减薄；补料过多或时机不当，则可能屈曲、起皱。内压和加载路径使局部材料拉伸过度时，可能发生颈缩或破裂；管壁尚未得到足够支撑时，又可能先发生压缩失稳。
材料流入快于局部表面积增长时，管壁可能增厚。增厚并不表示该处一定可靠，因为同一压缩过程也可能形成皱纹或折叠。壁厚、几何和表面状态需要结合判断。
《现代液压成形技术（第2版）》在纸本第30、42—45、83—86及121—124页讨论了轴向补料、预成形、加载路径与壁厚变化。书中案例可用于理解机理，不能直接作为新零件的壁厚限值或验收标准。
局部壁厚的四类重点区域
下表用于前期筛查，帮助确定仿真重点和样件测量位置。它不等同于标准规定的测点布置，最薄位置仍需结合具体零件确认。
| 区域类别 | 常见变化 | 核查重点 |
|---|---|---|
| 扩张程度较大的区域与小圆角 | 局部表面积增长较快，填角时可能出现较大拉伸 | 起始壁厚、材料数据、圆角、实际补料、贴模顺序及局部实测壁厚 |
| 预弯内侧与外侧 | 外侧可能先减薄，内侧可能压缩增厚、起皱或产生椭圆 | 预弯后的壁厚、椭圆度、表面状态及后续内高压成形的局部变形需求 |
| 截面过渡区、早期贴模区和材料流动受限区 | 拉伸、弯曲与压缩叠加，接触和摩擦可能限制后续材料流入 | 接触顺序、润滑、摩擦假设、焊缝方位和过渡区实测结果 |
| 开孔、切边及功能接口周边 | 切割前管壁可能已经减薄，后续加工还会改变剩余边宽和局部状态 | 加工前后壁厚、孔边或切边余量、连接尺寸及产品功能要求 |
Kridli 等人研究的圆管胀入方形模腔案例显示，圆角、初始壁厚和材料硬化特性会共同影响填角与壁厚分布。评审时应一并核对这些因素，论文并未给出通用圆角或减薄限值。
Orban 与 Hu针对特定圆管转方管模型发现，管坯与模具之间的摩擦会改变壁厚分布。润滑、管材表面和模具表面应纳入工艺控制，但不能据此简单认定摩擦越低越好。
管坯与预弯件的壁厚基准
名义壁厚不代表整根管坯处处相同。实际管材的壁厚可能沿长度和圆周方向波动，焊管、拉拔管、挤压管或定径管也可能呈现不同的分布特征。评估时应以实际供货状态为基础，并保留测量位置和批次信息。
焊缝方位（钟点位置）以及挤压或拉拔形成的局部特征，会随管坯装夹方位落在成品的不同位置。对裕量较小的零件，仅记录材料牌号和名义壁厚不够，还应明确这些特征如何对应到成品关键区。
预弯和预成形会在进入内高压成形模具之前改变壁厚、椭圆度和局部应变。需要评估预弯影响时，应测量完成预弯或预成形后的管坯，而不是仍以理想圆管作为唯一基准。
早期仿真可以使用名义值做趋势筛查；当设计裕量较小时，应纳入有代表性的来料壁厚分布、材料性能范围、焊缝方位和预弯结果。量产来料也应维持在试模或验证所覆盖的范围内。
图纸要求与检测方法的对应关系
如果项目将成品壁厚列为验收项目，应先把图纸要求落实为可执行的检测计划。根据零件需要，计划中应说明：
- 受控截面或区域，以及不纳入验收的切除区；
- 各区域适用的最小值，功能确有需要时再规定最大值；
- 测量方法、量具或探头的可达性；
- 检测发生在开孔、切边、连接或热处理之前还是之后；
- 测点方向、数量、抽样频次和判定规则；
- 焊缝、弯曲区、截面过渡及功能接口如何处理。
剖切能够直接观察指定截面的局部壁厚，但样件会被破坏；机械量具只适用于内外表面均可接触的位置。选择方法时，应分别确认量具或探头能否到达目标位置，以及该方法是否适用于相应曲率和材料；同时说明校准、测量不确定度和数据记录方式。
ISO 16809:2025规定了以接触法或浸没法，通过脉冲传播时间测定金属及非金属材料厚度的原则。ASTM E797/E797M-21涉及从单侧进行的手动接触式脉冲回波测厚。其适用性受材料、温度和底面回波等条件限制，主要面向表面平行的平面构件，对非平行或同心曲面仅有限适用。
上述标准未规定项目验收值，也不能据此认定某个内高压成形曲面一定可测。具体项目仍需确认方法适用性、检测位置、生产阶段、抽样和判定标准。
成形压力是制造过程参数，不能用来证明零件具有规定的工作承压能力或使用寿命。壁厚测量、泄漏、耐压、爆破、疲劳和寿命试验分别回答不同问题，应按产品或客户规范规定的工况和判定方法执行。
仿真、试模与量产控制的衔接
仿真的任务是筛查高风险区域、比较不同管坯、材料、摩擦、圆角和内压—轴向进给曲线，并为试模测点提供依据。Koç 等人在特定简单零件上结合有限元和试验设计，同时比较支管高度、减薄与工艺变量；这类研究适合用于方案比较，不能提供通用验收限值。
模型结果取决于几何、网格、接触与边界条件、材料数据、摩擦，以及预弯和焊缝的表达方式。Strano、Jirathearanat 和 Altan所述方法的评价对象是基于几何的起皱风险和加载路径调整，不覆盖所有缺陷类型。
试模和样件测量用于核对实际模具、管材、润滑、密封与控制系统共同形成的壁厚分布。仿真可以指出可能的风险区，只有按既定验收计划取得的实测结果才能用于判定是否合格。
预测与实测差异较大时，应逐项检查材料输入、摩擦、接触、网格、边界条件、实际工艺和测量条件，不能用平均值掩盖局部偏差。
试模确认后，应将管材范围、管坯方位、预弯或预成形状态、润滑、加载路径、检测位置和测量方法写入量产工艺及来料控制要求。材料来源、几何、工序或测量方法发生变化时，再根据变化对关键区的影响决定复核范围。
如需整理图纸评审资料，可使用内高压成形图纸评审清单，汇总管材规格、零件几何、壁厚控制区、检测阶段和适用的验收要求。清单只用于补齐评审资料，不能替代项目所需的仿真、试模或样件验收。
常见问题
内高压成形后，所有位置都会变薄吗？
内高压成形件的最薄点一般在哪里？
增加轴向进给就能控制减薄吗？
壁厚允许减薄多少？
仿真只输入名义壁厚可以吗？
成形压力能证明产品可以承受工作压力吗？
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.
- Koç, M., Allen, T., Jirathearanat, S., and Altan, T. “The use of FEA and design of experiments to establish design guidelines for simple hydroformed parts.” International Journal of Machine Tools and Manufacture, 40(15), 2249–2266, 2000.
- 苑世剑：《现代液压成形技术（第2版）》，国防工业出版社。本文对应纸本第30、42—45、83—86及121—124页；链接为图书目录记录。
- 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.
- Bell, C., Corney, J., Zuelli, N., and Savings, D. “A state of the art review of hydroforming technology.” International Journal of Material Forming, 13, 789–828, 2020.
- Kridli, G. T., Bao, L., Mallick, P. K., and Tian, Y. “Investigation of thickness variation and corner filling in tube hydroforming.” Journal of Materials Processing Technology, 133(3), 287–296, 2003.
- Orban, H., and Hu, S. J. “Analytical modeling of wall thinning during corner filling in structural tube hydroforming.” Journal of Materials Processing Technology, 194(1–3), 7–14, 2007.
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- 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.
- ISO 16809:2025, Non-destructive testing — Ultrasonic thickness determination.
- ASTM E797/E797M-21, Standard Practice for Measuring Thickness by Manual Ultrasonic Pulse-Echo Contact Method.