台阶锥形环件轧制成形技术是先进的成形技术之一,但由于轧制影响因素较多,轧制过程较为复杂,是一个集几何非线性、物理非线性的耦合过程,边界条件具有复杂性、不稳定性、动态变化性等特点,因此,对该类复杂异形环件的金属流动规律的研究比较困难,且轧制过程中导向辊运动难以控制,限制的该项技术在国内的推广应用。论文较为系统的分析了台阶锥形环件的轧制变形条件,针对有限元分析过程中的导向辊控制难题,基于ABAQUS/Explicit动态显式方式,开发了VUAMP导向辊运动控制自适应子程序,实现轧制过程对导向辊的有效控制,提出了台阶锥形等复杂异形环件毛坯设计的基本方法,建立了环件轧制模型,分析了台阶锥形环件成形过程中的金属流动规律,研究了轧制成形过程中主要工艺参数对宽展变形、等效塑性应变PEEQ、轧制力和轧制力矩等的影响规律。基于VUAMP子程序的台阶锥形环件近终形轧制研究结果表明:①通过有限元分析验证,本文所开发的VUAMP子程序在台阶锥形环件轧制过程中可以始终保持和环件外径贴紧,起到稳定轧制、校正圆度的作用,保证了环件轧制过程的进行,提高了环件轧制质量。②复杂异形环件轧制毛坯按照形状相似、截面相等、体积不变等三条设计准则,并考虑到环件制坯的工艺要求,对设计后的毛坯进行优化修正,可以满足复杂异形环件轧制对毛坯优化设计的需要。③台阶锥形环件轧制结果研究表明:复杂异形环件轧制过程中,轧制阶段可以分为截面轮廓填充阶段、直径增长阶段和整圆阶段。在轧制初期,环件变形主要集中在截面轮廓成形,环件直径增长很小;截面轮廓成形结束后,环件直径迅速增加;轧制后期,芯辊进给停止,环件进入整圆阶段。④轧制过程中,台阶锥形环件大端、小端的最大以及最小宽展,随着芯辊进给速度的增加而减小,随着驱动辊转动速度的增加而增加。⑤在环件轧制过程中,环件的等效塑性应变PEEQ平均值PEEQa和等效塑性应变标准差SDP变化趋势相同,随着芯辊进给速度的增加而减小,随着驱动辊转速增加而增加。较大的芯辊进给速度和较小的驱动辊转动速度对于提高环件截面轧制均匀程度有利。⑥轧制过程中,轧制力和轧制力矩呈线性关系,变化趋势相同,随着芯辊进给速度的增加而增加,随着驱动辊转速的增加而降低。台阶锥形环件轧制研究表明,虽然此类复杂截面环件轧制成形难度较大,但是通过有限元分析其轧制特性,了解轧制过程中材料流动规律和截面变形规律,通过优化控制芯辊进给速度和驱动辊转动速度工艺参数,可以有效提高环件轧制质量,优化控制导向辊运动,保证环件轧制的平稳形,并可以有效提高环件圆度。通过轧制成形的方法,可以有效提高材料利用率,减少后续机械加工量和加工工时,保证了环件内部纤维组织的连续性,提高了环件的综合性能,满足航天航空等特殊行业对环件高性能、高质量的要求。