环件径轴向轧制是通过径向和轴向两个孔型同时对环件径向壁厚和轴向高度两个方向进行轧制,它是一种多向轧制工艺,主要用于轧制大型环件。与传统的大型环件自由锻造生产工艺相比,环件径轴向轧制具有节能、节材、生产率高、精度高、产品质量好等特点,在机械、汽车、火车、航空航天等许多工业领域中有着广阔的应用前景。本文基于运动学原理,研究了径轴向轧制过程中的环件直径增长运动与旋转运动,导出了直径增长与旋转运动的速度和加速度计算式,阐明了环件运动主要影响因素和影响规律。研究了轧制过程中芯辊与轴向锥辊的进给运动,以及驱动辊与轴向锥辊的旋转轧制运动,并通过对导向辊运动轨迹的分析,导出了轧制过程中任一时刻导向辊的位移公式。研究结果为实际生产中轧辊的控制提供了理论依据,为有限元模拟中环件与轧辊边界条件的设定提供了参考。应用热-弹塑性材料模型和动力显式有限元方法,在ABAQUS/Explicit模块中,首次进行了环件径轴向轧制的热力耦合有限元模拟。结合具体的轧制实验参数,从几何尺寸、材料特性、接触条件、热学与力学边界条件、网格划分等方面,详细阐述了有限元模型的建模过程与方法,对最终的轧制结果进行了分析与讨论,为有效地开展环件径轴向轧制工艺的模拟实验与研究工作打下了基础。在环件径向轧制理论的基础上,从静力学和塑性成形的角度,通过建立物理模型和力学模型,运用力学解析方法,研究了环件轧制工艺中的轧制条件,主要包括径轴向轧制中轴向孔型的咬入条件与锻透条件,以及径向单导向辊轧制与径轴向双导向辊轧制情况下的环件刚度条件。导出了上述轧制条件的表达式,阐明了各轧制条件的影响因素和影响规律。利用有限元模拟实验,对影响上述轧制条件的影响因素及规律进行了模拟分析与研究。有限元模拟实验的结果证明了理论分析的正确性。基于塑性变形理论研究了环件径轴向轧制中的宽展原因,应用最短法线原理分析了径向孔型与轴向孔型中宽展的影响因素与变化规律,计算了轧制过程中的宽展大小,并对两个孔型中的轧制条件进行了修正。利用有限元模拟方法和实际的轧制实验,研究了轧制过程中径向与轴向宽展的形态、大小和变化规律。以大型环件径轴向轧制成形为例,应用有限元模拟和径轴向轧制理论分析,研究了不同毛坯和工艺参数对环件径轴向轧制变形的影响规律,揭示了环件径轴向轧制成形机理,建立了毛坯与工艺参数设计方法,并得到了大型环件径轴向轧制生产实验验证。综合环件径轴向轧制理论研究结果和实际生产经验,应用可视化编程语言VISUAL BASIC研制了大型环件径轴向轧制CAPP系统(CAPP_RARR软件V1.0)。该CAPP系统包含轧制材料数据库,且将各轧制条件、毛坯的优化设计和工艺参数的优化设计方法利用程序语言封存,大幅度地提高了工艺设计效率和计算准确性,实现了环件径轴向轧制毛坯、进给工艺参数和力能参数交互设计计算。