随着航空航天、风力发电和远洋船舶等重大技术领域的迅速发展,铝合金环形零件凭借其质轻、导热性和抗蚀性优点,作为关键连接和支承构件广泛应用于风电塔筒、输气管道和储能容器等重大装备。铝合金环件传统生产工序存在工艺流程冗长、设备投资大、材料浪费严重和生产效率低等突出问题。因此课题组近年来在国家自然科学基金面上项目(No.51875383)等项目的支持下研究了一种基于铸坯的环件短流程铸辗复合成形工艺,将铸造得到的环形铸坯加热后直接进行辗扩,可以有效解决现有技术存在的缺点,在轴承套圈和法兰环件的生产上得到了一定应用。本文以6061铝合金为研究对象,通过理论分析、数值模拟和缩比实验有机结合的方法,对铸态6061铝合金环件的热辗扩成形工艺进行模拟与实验研究,分析其组织与性能变化规律。通过在ABAQUS软件平台上建立6061铝合金铸坯环件热辗扩三维有限元模型,进行热-力耦合模拟分析,分析关键工艺参数(如芯辊进给速度、铸坯初始温度、摩擦系数)对热辗扩过程中环件的等效应变场、温度场分布与变化以及辗扩力、辗扩力矩变化的影响。主要结果如下:1)热辗扩过程中,环件厚度截面方向的等效塑性应变呈阶梯式增大,中层区域的变化稍缓慢,其等效塑性应变最小,表层区域的最大;中层区域到上、下和内、外表层区域的等效塑性应变呈现由小到大的渐变分布。2)环件表层区域的温度大致呈下降趋势,中层区域仍保持较高温度,表现为中层区域的温度最高,边缘区域的最低,中层区域到上、下和内、外表层区域的温度呈现由高到低的渐变分布。3)工艺参数对场变化和力能参数的影响为:芯辊进给速度增大,环件等效应变和温度分布越均匀,力能消耗也随之增加;铸坯初始温度升高,等效应变分布均匀性较好,而温度分布均匀性降低,力能消耗较大;摩擦系数对环件成形均匀性影响不明显。基于热辗扩模拟结果,在D51-350辗环机上对6061铝合金铸坯进行工艺缩比实验,结果表明:辗扩成形环件的形状尺寸精度较高,外径最大偏差在5 mm以内,不同进给速度和铸坯初始温度下的环件晶粒尺寸为50-80μm,厚度截面区域组织分布均匀性较好,环件力学性能达到了标准要求,因此采用基于铸坯的短流程铸辗复合成形工艺生产铝合金环件是切实可行的。