大型环件径轴向轧制是借助环件轧制设备使环件产生壁厚减小、高度减小、直径扩大、截面轮廓成形的先进塑性回转成形工艺,具有生产效率高、产品质量好、能源消耗低等技术经济优点,主要用于大型无缝环件的生产,被广泛应用于重型机械、火车、能源、航空航天等许多工业领域。大型环件径轴向轧制是一个三维非线性、非对称、非稳态的复杂成形工艺,成形过程中涉及到多因数耦合影响,目前对其的研究很少,使得实际生产缺乏理论指导,从而严重制约了该工艺的进一步应用与发展。本文在环件径向轧制的基础上,对大型环件径轴向轧制过程中的力学与运动学条件进行了研究,建立了大型环件径轴向轧制过程中径向孔型与轴向孔型的力学条件以及力能参数计算公式,推导了芯辊和上轴向锥辊进给速度、轴向锥辊跟随轧制速度以及驱动辊和轴向锥辊旋转速度的合理取值范围,研究结果为实际生产过程中各轧制参数的选取提供了理论依据。通过热压缩实验,获得了42CrMo钢在不同变形温度和应变速率下的真实应力-应变曲线,建立了42CrMo钢的高温流动应力模型,为有限元模拟提供了准确的材料模型。根据大型环件径轴向轧制的实际工作原理,以ABAQUS软件为平台,通过解决材料模型、计算方法、网格处理、接触与边界条件等关键技术,建立了大型环件径轴向轧制三维热力耦合有限元模型,并对该模型的可靠性进行了验证。基于可靠的有限元模型,通过仿真模拟,揭示了大型环件径轴向轧制过程中应变、温度、宽展以及力能参数的的分布与演变规律,研究结果为进一步了解和研究大型环件径轴向轧制的变形机制打下了基础。应用理论分析,对大型环件径轴向轧制的工艺参数进行了设计,建立了毛坯尺寸、轧辊尺寸、轧辊运动的设计方法。基于可靠的有限元模型,通过大量有限元模拟,系统研究了毛坯尺寸、轧辊尺寸、轧辊运动、以及其它轧制参数对大型环件径轴向轧制变形的影响规律,研究结果为实际生产过程中制定最优的轧制工艺提供了理论指导。