关节摆动型自由弯管工艺是一种新型高速三维弯管工艺,加工效率高,成形质量好,能够实现任意方向和任意角度的变半径连续弯曲,在航空航天、汽车制造等领域有着广泛应用,但该技术在国内还处于基础研究阶段。本文以关节摆动型自由弯管工艺的加载控制为研究对象,旨在研究加载控制对成形能力、成形质量的影响以及加载系统机械结构设计。具体工作内容如下:首先,研究了金属管材弯曲成形弹塑性力学理论与成形材料的本构关系模型;依据关节摆动型自由弯管工艺的成形原理,对工艺参数进行解析,并推导相应的理论公式。然后,分析了关节摆动型自由弯管工艺的加载运动。针对典型管件,建立关节摆动型自由弯管成形工艺数值分析模型;提出了两种加载方式,然后从理论分析和数值模拟两个方面对其进行分析,选出了较优加载方式;分析了加载速度协调关系,并通过数值方法求解了具体可行域加载速度的对应值;进行了速度协调关系下的成形质量分析,求解了满足成形质量要求的加载速度范围和匹配关系。进而,利用工艺有限元数值仿真,研究了该工艺加载对成形能力与质量的影响。求解了弯曲半径与加载偏移量的函数关系,弯曲角度和进给时间的函数关系,以及该模型下的最小弯管系数;基于正交分析和数值模拟技术,研究了加载参数对壁厚减薄率和椭圆度的影响程度;分析了弯曲角度和弯管系数对回弹的影响,并求解了不同弯管系数下回弹前后弯曲角度公式。最后,研究了自由弯管装置加载系统的机械结构和控制系统的信息流程。首先对该工艺自由弯管装置进行了总体概念设计;根据主要技术要求和指标,进行加载系统的机械结构设计与计算;对加载控制系统进行了功能概念设计、硬件组成设计和信息流程设计。本文以关节摆动型自由弯管工艺的加载控制为研究对象,根据自由弯管工艺原理,利用弹塑性有限元数值模拟,对加载运动、加载控制规律等进行研究,为后期自由弯管机的研发提供理论基础。