机械扩径是高品质大口径直缝埋弧焊管生产中的关键环节,机械扩径机设计及制造工艺复杂,同时西方国家对我国实施技术严格的封锁,目前我国尚未掌握大型机械扩径机的制造技术,为此针对扩径机的设计制造技术进行深入研究,对我国高品质大口径管线钢管的生产具有现实意义。本文首先从理论上计算出完成椭圆度5%、材料X 70、型号φ508×4mm的直缝焊管在3%扩径率下的扩径力和扩径行程,并将扩径行程分为扩径空行程、扩径整圆行程、扩径变形行程、补偿扩径回弹行程四个阶段分别计算,从而确定出扩径动力部件(活塞缸)设计参数;以数值模拟为手段,利用单值轮换法,确定出扩径执行部件(扩径头)的模具设计参数的取值范围,以扩径后管坯的残余应力和椭圆度为目标,采用正交试验极差分析方法获得了模具参数的优化组合。本文设计绘制了试验装置装配图与零件图,设计完成了高低压双泵供油、五次变速、高压溢流保压的液压系统,设计完成了电气控制系统。利用有限元软件《I-DEAS》、《MARC》对所设计的两种实验装置进行了建模和数值模拟分析,研究了各关键部件的变形和等效应力应变分布状况,并进行了方案对比。结果表明:采用T型滑道6°锥体的设计方案更优。本文加工制造并装配完成了立式管端机械扩径试验装置。