随着我国风力发电、航空航天、核电等行业的迅速发展,大型优质无缝金属环件的需求量不断增加。环形件径轴向辗扩成形是借助轧环机使环件连续咬入辗扩孔型,产生直径扩大,壁厚减小,高度减小,截面轮廓成形的先进渐进塑性成形工艺,因具有节能节材、产品质量好、冲击振动小、生产效率高、所需设备吨位较低等一系列优点而广泛应用于机械、石油化工、航空航天等诸多领域,是生产大型无缝优质环件的重要成形工艺。大型环件径轴向辗扩成形工艺具有非线性、非稳态、多因素交互耦合作用等特点,成形过程复杂。目前,我国大型环件径轴向辗扩生产工艺的制定大多依赖于人为经验,尚没有完备的理论来指导实际生产,其成形机理和变形规律还有待于深层次研究。本文基于环形件径轴向辗扩成形的变形特点,通过总结径轴向辗扩成形静力学和运动学,得到了轧辊尺寸、轧辊运动速度等主要工艺参数的合理取值范围。以ABAQUS/Explicit为建模平台,通过解决接触边界条件定义、导向辊运动控制、质量缩放定义、网格划分等关键问题,建立了环件径轴向辗扩成形三维有限元模型。通过数值模拟,分析了径轴向辗扩成形过程中环件应变、宽展、辗扩力的分布及演变规律。以环件外半径长大速度恒定为稳定辗扩状态,结合径轴向辗扩成形静力学条件,推导了环件外半径长大速度的合理取值范围,确定了稳定辗扩状态下芯辊和上锥辊的进给规范。分析了不同环件外半径长大速度下环件的变形过程及应变分布,总结了环件外半径长大速度对辗扩成形过程的影响规律。根据体积不变原则,通过引入环件坯料高厚比,完成了坯料尺寸设计。通过数值模拟总结了坯料尺寸、驱动辊半径、芯辊半径、锥辊锥顶角、驱动辊转速、芯辊进给速度等工艺参数对径轴向辗扩成形过程中环件应变分布及演变、辗扩力能大小的影响规律。研究结果为径轴向辗扩工艺参数的选择与优化提供了指导。