随着石油、天然气等能源输送管道向着极地、深海、荒漠等偏远地区建设,对管件质量和性能提出了更为严格的要求。其中,椭圆度是钢管在制造和安装时必须要检查的指标之一,根据美国石油学会API标准,规定管线椭圆度不应超过其公称直径的1.0%。而管件在生产中因成形方法和材料性能的波动以及定径后残余应力释放、蠕变等因素的影响,往往会造成椭圆度不符合标准。传统的扩径和缩径工艺会改变管坯的周向尺寸,过弯矫圆也只是应用在管端整形,而滚弯矫圆工艺却可以在不改变管件周向尺寸的情况下完成对整管椭圆度的矫正。本文在小曲率平面弯曲理论和往复弯曲曲率统一定理的基础上,提出了一种新的滚弯矫圆方法——三辊整体式矫圆工艺。即将待矫管坯置于三个辊轴之间,通过控制各辊的相对位置和旋转运动,使管坯在滚动过程中经过往复弯曲,产生塑性变形,卸载回弹后可实现曲率统一,减小整管椭圆度误差。该工艺矫圆设备无需翻缸装置,辊子刚度不足时,可为每个辊子设置支承辊,特别适用于长径比较大、径厚比较小的管材。首先对矫圆过程中管坯变形特征进行了弹复分析,管坯具有三个正弯曲区域与三个反弯曲区域,根据三点成圆理论,确定了两种辊轴外置式的矫圆方案。对三辊整体式矫圆机的本体结构进行了设计,介绍了其工作原理和设备的特点。通过ABAQUS对矫圆过程进行了模拟,得到了管坯在变形过程中正反弯曲区域的应力、应变分布情况和变化趋势、各辊矫圆成形力随时间变化的曲线,分析了管坯相对厚度对最佳压下量的影响,确定了两种材料管坯三辊整体式矫圆的最佳工艺参数,以及管坯初始椭圆度和摩擦系数对矫圆结果的影响。最后采用模拟参数在设计的三辊整体式矫圆试验机上进行实验验证,发现在各参数影响下矫圆结果变化趋势一致,有力地验证了该矫圆工艺方法的可行性。