大飞机和大推重比火箭等先进飞行器的研制，迫切需要实现用于燃油、环控等系统的大直径薄壁TC4钛管的高性能轻量化精确弯曲成形制造，以满足整体减重、长寿命和大运载等方面的迫切需求。而大直径薄壁TC4钛管刚度弱、变形抗力大、延伸率有限，弯曲变形时拉压不均匀变形严重，易导致拉裂和起皱等多种缺陷。数控温热弯曲工艺融合数控绕弯和温热成形各自优势，可望能提升这一类难变形材料难成形结构件的弯曲成形性。然而，多模具约束绕弯辅助不均匀热场加剧了该过程材料、几何和边界的三重非线性，导致数控温热弯曲过程对热力加载条件尤为敏感，极难实现其精确成形。为此，本文采用数值模拟与试验研究并结合理论分析，对大直径薄壁TC4钛管数控温热弯曲成形性进行了系统深入的研究，主要研究内容如下：　　通过温度为25~600℃和应变速率为0.00067~0.1s-1的拉伸和压缩力学性能试验，揭示了大直径薄壁TC4钛管温热拉伸和压缩加载条件下的变形行为，并结合微观组织变化分析探明了TC4钛合金在温热弯曲变形速率和温度范围内的变形规律和机制：随着温度升高，滑移和孪晶交互作用及动态回复软化导致拉伸和压缩流变曲线均显著下降，600℃时甚至下降50%。这些研究为材料本构建模和理论分析提供了依据。　　通过引入温度相关和应变速率相关项，建立了适用于描述管材弯曲变形时外侧拉伸变形的Johnson-Cook本构模型；对比修正的Arrhenius模型和人工神经网络（ANN）模型，建立了适用于描述TC4管温热弯曲内侧压缩变形的ANN本构模型，解决了TC4钛管温热弯曲拉压不均匀变形行为准确描述的难题，为有限元模拟中材料本构模型的建立奠定了基础。　　试验研究明确了TC4钛管数控温热弯曲过程中会出现壁厚过度减薄、拉裂、起皱和截面过度畸变等多种缺陷，其中外侧拉裂最显著且最难控制。通过拉伸断口的宏微观形貌分析，探明了TC4钛管温热成形断裂为典型的微孔聚集型韧性断裂，由此建立了能够预测温热成形外侧拉裂的温度和应变速率相关的Johnson-Cook断裂失效模型，确定了TC4钛管温热成形断裂阈值判据，为有限元数值模拟中管材弯曲变形外侧断裂的预测和控制提供了依据。　　利用ABAQUS平台，基于静态隐式算法，建立了适用于预测模具和管材温度分布的加热过程有限元模型；基于动态显式算法，结合上述材料拉压本构模型和断裂判据，建立了TC4钛管温热弯曲过程（包括预热、弯曲和抽芯三个子过程）的热力耦合三维弹塑性有限元模型；基于静态隐式算法，建立了用于预测回弹的卸载回弹过程有限元模型，并从应力应变状态、壁厚减薄和增厚等角度试验验证了上述模型的可靠性，实现了对TC4钛管温热弯曲成形全过程的精确预测。　　以加热过程有限元模型作为依托，在此基础上研发了6种各异的模具局部热处理以及冷却组合的模式，获得了TC4钛管温热弯曲过程中不均匀温度场的分布规律；综合考虑温度场分布、加热效率、机床运行精度和节能等因素，确定了适用于TC4钛管温热弯曲的加热组合方式为：加热压力模+芯棒+防皱模+弯曲模（局部），水冷压力模和防皱模。该加热冷却组合方式可保证管材弯曲起始点达到变形温度的同时，保护机床、降低能耗。在此基础上，根据管材尺寸、弯管机接口匹配、加热功率等要求，设计制造了适用于TC4钛管数控温热弯曲的整套弯曲模具、加热系统和冷却水循环系统，成功搭建了加热温度可达600℃的数控温热弯曲试验平台。　　基于有限元模拟结合试验研究，阐明了管材内外侧温度、管材-模具间隙、芯棒伸出量等关键工艺参数对TC4钛管温热弯曲成形质量的影响规律，获得了针对?60×t1mm规格的TC4钛管温热弯曲成形的组合工艺窗口：管材内外侧差温设置（内侧温度300~400℃、外侧加热温度450~500℃）、弯曲速度范围0.28~0.35°/s、芯棒伸出量4mm、管材-压力模间隙0.3mm、管材-防皱模间隙0mm、管材-芯棒间隙0.15mm，确定了该规格管材的成形极限为2.5D，实现了弯曲半径为3D的大直径薄壁TC4弯管精确成形，并综合考虑表面质量、壁厚减薄、截面畸变、回弹补偿、耐压爆破性能、C/O/N/H等含量变化和弯曲前后金相组织，开展了TC4钛管数控温热弯曲成形性评估研究。表明温热场结合数控绕弯工艺，能够实现大直径薄壁TC4钛管这一类难变形材料难成形结构的管材精确弯曲成形。