钛合金环件因其优良的综合机械性能,在航空航天领域得到广泛的应用。目前,钛合金环件的加工多采用环件轧制技术完成。钛合金环件的轧制是热力耦合与宏微观耦合的复杂塑性成形过程。在轧制过程中,芯辊作为轧制设备的关键部件,对最终成形环件宏观成形和微观组织都有重要的影响。为优化工艺方案,提高产品性能,有必要研究芯辊对环件轧制的影响作用。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析揭示了芯辊对钛合金环件轧制成形的影响,其研究内容和结果如下:1、以TC4钛合金环件为研究对象,结合径向环件轧制的工作原理,解决了材料参数设置、几何模型、轧辊运动、仿真条件等关键问题,建立了TC4钛合金径向环件轧制有限元模型,将模拟结果和理论结果对比,验证了模型的可靠性。2、基于Absoft Pro Fortran 8.0软件平台,对DEFORM软件进行了二次开发。将TC4钛合金微观组织演变计算模型嵌入至有限元分析模型,实现了钛合金环件轧制过程中宏观成形与微观组织演变的模拟。3、合理设计了钛合金环件轧制过程中芯辊的不同轧制工艺方案。通过对轧制过程的模拟,研究揭示了环件轧制过程中温度、等效应变、鱼尾系数等宏观参数的演变规律。结果表明,环件的温度和等效应变呈不均匀分布,鱼尾系数随着轧制过程的进行逐渐增大。分析了芯辊尺寸、芯辊进给速度以及摩擦条件对环件轧制成形的影响规律。结果表明,随着芯辊尺寸的增加,存在一个最佳值使得成形环件的等效应变、温度分布最均匀,鱼尾系数也最小;随着芯辊进给速度的增加,成形环件的等效应变和温度分布越均匀,鱼尾系数越小;随着摩擦系数的增加,等效应变的分布均匀性减小,而温度的分布均匀性和鱼尾系数受其影响程度相对较小。4、研究揭示了钛合金环件轧制过程中再结晶体积分数、动态再结晶晶粒尺寸和平均晶粒尺寸的演变规律。结果表明,随着轧制过程的进行,再结晶体积分数和再结晶晶粒尺寸逐渐增加,而平均晶粒尺寸减小,环件整体晶粒得到细化。分析了芯辊尺寸、芯辊进给速度以及摩擦条件对钛合金环件轧制过程中微观组织的影响规律。结果表明:芯辊尺寸存在一个最佳值,使得环件的再结晶体积分数和平均晶粒尺寸分布最均匀;随着进给速度的增加,再结晶体积分数和平均晶粒尺寸的分布越来越均匀;摩擦条件对再结晶体积分数和平均晶粒尺寸的分布均匀性影响较小。本文研究的成果对钛合金环件轧制过程中芯辊工艺参数优化,成形环件质量的预测和控制提供了理论指导。