能源危机和环境污染是人类面临的二大难题。汽车、飞机等运输工具在能源消耗中占有很大比例，汽车尾气也是主要的空气污染源。减轻汽车、飞机的自重是减少能源消耗和污染排放的措施之一。轻量化主要途径是采用轻质材料和轻体结构。轻质材料包括铝合金、镁合金、钛合金和复合材料等。轻体结构主要形式包括整体结构、薄壳和空心变截面。对千空心变截面零部件，传统的制造工艺一般为先冲压成形两个半片然后再焊接成整体，工艺复杂，质量难以保证。而内高压成形特别适合成形空心变截面零部件。内高压成形时，管坯在内部高压液体和两端轴向载荷的共同作用下发生变形并最终贴合模具成形零件。与传统工艺相比，内高压成形的特点是可以一次整体成形空心变截面构件，具有质量轻，刚度好，零件数量少，可减少组装焊接量和成本低等优点。截至2005年10月25日，内高压成形所采用的材料主要是焊接钢管。为了进一步减轻结构重量，可以采用铝合金、镁合金等轻质合金。但是，铝合金的主要缺点是常温下成形性差，而镁合金在常温下很难成形，所以在常温下采用内高压成形方法成形过程中因没有施加轴向载荷，当管材胀形量过大会使管壁减薄直至破裂，而且成形后的管壁厚度不均匀，对成形复杂空心变截面零部件而言就更困难。

《轻合金管材热态内高压成形方法》为了解决轻合金管材在常温下采用内高压成形方法成形过程中因没有施加轴向载荷，当管材胀形量过大会使管壁减薄直至破裂，而且成形后的管壁厚度不均匀，对成形复杂空心变截面零部件困难的问题，提供了一种轻合金管材热态内高压成形方法解决上述问题的具体技术方案如下：

《轻合金管材热态内高压成形方法》的轻合金管材热态内高压成形方法由下列步骤实现：

步骤一、将模具2加热到150~500°C；

步骤二、将管还3放入经步骤一加热的模具2中，将模具2闭合；

步骤三、将冲头l与管还3的两端部接触并密封，然后通过管路6向管蚽3内注入150~500°C的热态液体介质4；

步骤四、当模具2、管还3以及热态液体介质4的温度达到150~500°C时，通过控制滑动冲头（1）的轴向位移或轴向推力及与管还（3）内热态液体介质（4） 的压力相匹配，使管蚽3发生变形，即得制备出设计的轻合金管材零部件。

《轻合金管材热态内高压成形方法》的轻合金管材空心变截面零部件热态内高压成形方法的特点在于，将铝合金、镁合金等轻质管材加热到适当温度，可以显著提高其成形性能，同时又充分利用了内高压成形方法柔性高的优点能够次成形出形状复杂的轻 合金管状空心变截面零部件。与传统工艺相比，该方法生产的零件具有质董轻、刚度好、零件数量少和成本低的优点。适合千汽车排气系统异形管件、副车架、 仪表盘支架、车身框架、空心轴类件和复杂管件等的成形。

图1是管材热态内高压成形及模具初始状态结构的剖视图，图2是管材热态内高压成形及模具终了状态结构的剖视图。

图中1是冲头，2是模具，3是管还，4是热态液体，5是加热装置，6是管路。

《轻合金管材热态内高压成形方法》涉及管材零部件的成形方法。

• 具体实施方式一

步骤一、首先将模具2加热到150~500°C；模具2的温度可通过模具2上设置的加热装置5（加热装置5采用热电阻或热油循环方式）以及注入的热态液体介质4（热态液体介质4采用热油）的温度进行控制；

步骤二、将常温下或经过预热的铝合金或镁合金管还3放入经步骤一加热的模具2中，将模具2闭合；

步骤三、将经步骤二闭合后的模具2中部的滑动冲头l与管蚽3的两端部 接触并采用高压密封后，通过管路6向管蚽3内注入温度为150~500°C和压 力为0~250Mpa的热态液体介质4（见图1）；

步骤四、当经步骤三的模具2、管还3以及热态液体介质4的温度为150~500°C范围时，通过控制滑动冲头l的轴向位移或轴向推力以及管蚽3内的热态液体介质4的压力之间相匹配，热态液体介质4的压力为0~250Mpa，使管坯3产生变形，最终制备出图2所示的轻合金管材零部件。

铝合金和镁合金在加热到一定温度后其形变性能将显著提高。对于铝合金锥形零件拉深，室温拉深高度为35mm，当温度增加到250°C时，拉深高度达到60mm。镁合金管材在250°C时拉深比达到3.0，超过了钢板在常温下的拉深成形极限（拉深比2.2）。

在轻合金管材零部件成形的过程中，控制滑动冲头的轴向位移或轴向推力以及管坯3内热态液体介质4的压力两者之间的匹配关系，同时，要控制管坯3的温度以及模具2和管还3接触区的温度。管坯3的加热可以通过内部的热态液体介质4和模具2的温度进行控制。

《轻合金管材热态内高压成形方法》的方法可按模具的设计，制备出不同形状的轻合金管材零部件。

• 具体实施方式二

该实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一的模具2加热到150°C，步骤四中模具2、管坯3以及热态液体介质4的温度为500°C。 其它步骤与具体实施方式一相同。

• 具体实施方式三

该实施方式与具体实施方式 的不同点在于步骤一的模具2加热到300°C，步骤四中管坯3以及热态液体介质4的温度为300°C，热态液体介质4的压力为150Mpa。其它步骤与具体实施方式一相同。

• 具体实施方式四

该实施方式与具体实施方式的不同点在于步骤一的模具2热500°C，步骤四中管坯3以及热态液体介质4的温度为150°C，热态液体介质4的压力为150Mpa。其它步骤与具体实施方式一相同。

2018年12月20日，《轻合金管材热态内高压成形方法》获得第二十二中国专利奖金奖。

针对镁合金管材热态内压成形存在的壁厚不均、膨胀率小等问题，提出利用温度差控制变形的差温热态内压成形新方法。开展非均匀温度场和复杂应力场作用下的镁合金管材塑性失稳和摩擦行为研究，揭示温度场和应力场对镁合金热态内压成形影响规律；分析镁合金热态内压成形组织演变，揭示管材原始组织与构件最终性能的内在规律。创新之处在于采用可控非均匀温度场调整变形顺序和变形程度，并采用应变强化和应变速率强化耦合的双硬化粘塑性本构方程，分析非均匀温度场的管材成形过程。提高镁合金热态内压成形极限和壁厚均匀性，探索改善成形件组织性能的途径，为镁合金轻量化构件在汽车、航空和航天等领域的应用奠定技术基础。

针对镁合金管材热态内压成形存在的壁厚不均、膨胀率低等问题，本项目提出了利用温度差控制变形的差温热态内压成形新方法。按计划完成了三个方面的研究工作：1）研究了非均匀温度场和复杂应力场作用下镁合金管材塑性失稳行为。首先研制了差温热态气压成形装置，突破了气体压力介质增压、传输和压力控制关键技术，实现了气体压力和轴向位移的闭环伺服控制；通过感应加热和冷却系统，实现了轴向温度梯度控制。采用三维实体单元建立了镁合金管材变径管成形的热力耦合有限元模型，研究了非均匀温度场内压和轴压双轴载荷作用下的镁合金管材塑性失稳行为，建立了起皱临界应力条件，揭示了起皱顺序发生机制及其对成形极限的影响规律。2）研究了差温热态内压成形塑性变形及壁厚分布规律。建立了镁合金管材热态摩擦行为测试装置，揭示了内压和温度对摩擦因数的影响规律；并研究了不同温度梯度、不同加载曲线对变径管差温热态内压成形的塑性变形过程的影响，实现了屈服条件调控，揭示了变径管成形壁厚分布规律，给出了变径管成形的合理预成形形状。3）研究了镁合金热态内压成形组织演变及双硬化粘塑性本构方程。在覆盖差温成形的全温度范围和应变速率范围内，测试了镁合金管材的流动应力应变曲线，给出应变硬化指数和应变速率硬化指数，建立了双硬化粘塑性本构方程；对差温热态内压成形前后管坯不同部位微观组织演变进行了测试分析，揭示了差温热态内压成形中的组织演变规律。

针对目前铝合金管件内高压成形中存在的两个难点问题- - 补料困难和室温成形性能低，提出磁脉冲辅助内高压成形技术。通过磁脉冲辅助降低成形过程中的摩擦力，改善管坯的受力状态，提高成形极限及壁厚均匀性，从而达到降低铝合金管材室温内高压成形难度的目的。脉冲磁场力具有纯电特性，易于实现精确控制，便于自动化生产。本课题采用力学分析、耦合场数值模拟和工艺试验相结合的方法，研究脉冲磁场力对铝合金管材内高压成形极限的影响规律、脉冲振动对摩擦行为的影响机制、磁脉冲辅助内高压成形中的应力应变和材料流动形为等塑性变形规律，并探讨缺陷形成机制及控制方法。从而掌握磁脉冲辅助内高压成形变形规律，提出工艺参数优化方法，形成磁脉冲辅助内压成形理论基础。对开发全新的具有自主知识产权的铝合金构件室温制造技术、进一步扩大铝合金构件在汽车行业的应用范围，促进车体轻量化具有重要意义。