柔性轧制成形是一种新型的金属板料三维曲面件连续柔性成形方法。该方法将多点控制理论引入到传统的二辊轧制中,使光滑连续的工作辊实现小挠度弯曲,构造出弯曲的、不均匀的辊缝,板料连续通过这样的辊缝实现三维曲面的快速、连续轧制成形。柔性轧制成形方法具有材料利用率高、成形曲面质量好,生产过程简单、快速和柔性等优点,适合三维曲面件的单件、小批量柔性生产以及大批量的快速生产,具有较高的科研价值和广阔的市场应用前景。目前,曲面连续柔性轧制成形的研究还处于起步阶段,虽然已经取得了一些研究成果,但是在理论分析、成形过程控制、工艺参数优化等方面还存在许多亟待解决的问题,仍需进行深入的理论和实验研究。本文根据柔性轧制成形原理建立了有限元模型,研究了曲面成形规律,分析了工艺因素对成形曲面的影响,推导了曲面柔性轧制成形力,提出了可有效抑制成形曲面端部效应的工艺改进方法。主要研究内容与结论如下:1、柔性轧制成形原理与设备阐述了曲面柔性轧制成形的成形机理,成形曲面横向变形基于弯曲理论,纵向变形基于不均匀减薄轧制理论。分析了曲面轧制成形的决定性因素:辊缝中线线形为弯曲状态以及辊间缝隙大小为非均匀分布。探讨了两种典型曲面—凸曲面和鞍形面的柔性轧制成形理论和辊缝控制方法,推导了成形两种典型曲面的辊形设计函数。介绍了柔性轧制成形设备的结构组成,说明了设备调试方法、工作辊调形方法和曲面轧制成形工作过程。2、柔性轧制有限元模型建立基于离散化的思想建立起了柔性轧制有限元模型,解决了工作辊既能弯曲又能绕自身弯曲轴线转动的问题。阐明了建模过程,分析了模型建立中涉及到的关键问题及相应处理措施。利用所建模型对两种典型的三维曲面件进行了数值模拟,得到了与实验变形情况相一致的模拟结果,验证了所建模型正确,参数选择合理。3、柔性轧制曲面变形分析基于塑性变形理论分析了柔性轧制变形区单元的应力应变状态,推导了变形区内任一点的等效应力和等效应变理论公式。利用数值模拟的方法分析了凸曲面件和鞍形件的等效应力与塑性应变场,分析了两种典型曲面在横向、纵向和厚向三个方向上的应变和变形分布规律,探讨了辊缝分布不均匀状态与应变和变形的关系。分析了曲面成形规律:辊缝中线是横向曲率的决定性因素,但受纵向曲率影响;相对压下量是纵向曲率的决定性因素,但受横向曲率影响,横纵向曲率相互影响趋势相反。4、柔性轧制成形影响因素分析以凸曲面为例研究了成形过程中工艺参数对成形结果的影响,研究表明,工作辊形状误差对成形曲面的表面质量影响较大,辊形误差处成形件表面出现纵向条状压痕缺陷;上辊下移量误差对成形曲面纵向变形影响较大,对横向变形影响较小。给出了成形实验中可消除工作辊弹性变形、结构间隙、辊形误差以及上辊下移量误差的辊形和辊缝调整方法。分析了成形工艺参数对成形曲面的应力应变和变形的影响:成形速度对成形曲面影响较大,成形速度越慢越好;工作辊直径对成形曲面的影响具有矛盾性,权衡主次矛盾,在满足硬度和扭矩要求的前提下,工作辊直径越小越好;摩擦系数对成形曲面的影响有限;各影响因素对纵向变形的影响大于对横向变形的影响。5、柔性轧制成形力研究分析了曲面柔性轧制成形力的组成,成形力由弯曲力和轧制力组成,并且两者同时存在。基于弯曲力和轧制力互不影响的假设,推导出了柔性轧制成形力理论计算公式。采用数值模拟的手段,分析了成形力的分布规律,板料塑性变形的成形力主要来源于y向成形力(y为板料的厚向),成形力峰值出现在板料刚达到最大减薄量的时候。分析了工艺参数对成形力的影响:相对压下量是影响成形力的最主要因素,减小相对压下量、减小工作辊直径、降低摩擦系数都有助于降低成形力。6、柔性轧制反复成形方法研究对柔性轧制成形的曲面进行了成形精度分析,发现曲面具有端部效应。分析了端部效应产生的机理,提出了成形工艺改进方案—反复成形方法。研究表明,当两次压下量比值为1.3时,二道次反复成形方法对成形曲面端部效应的抑制效果最好。