T形截面环件是一种典型的内表面带有特殊截面轮廓的异形截面环件,广泛应用在机械、车辆、船舶等工业领域。目前,T形环件的轧制成形工艺主要包括两种,径向轧制工艺以及径轴向轧制工艺。由于T形环件在轧制过程中金属流动复杂,无论采用径向轧制工艺或是径轴向轧制工艺,都难以实现由矩形截面直接轧制成形T形截面环件,而且在轧制过程中容易出现充填不满、凹坑、拉缩等缺陷。为此,本文提出T形环件约束轧制工艺,该工艺通过约束辊限制环件外径的扩大,通过芯辊的进给作用使环件内径不断增大,在约束辊与芯辊的共同作用下,环件内径增大,轴向高度增加,截面轮廓不断成形。该工艺可实现由矩形截面毛坯直接轧制成形T形截面环件,具有截面充填能力好,外表面平直光滑,不易产生拉缩缺陷等显著优点。因此本文通过有限元模拟与理论计算相结合的方法对T形环件约束轧制成形工艺进行分析。首先本文分别建立了T形环件约束轧制和传统径向轧制有限元模型,模拟了两种工艺下T形环的成形过程,分析比较了两种工艺下凸台充填能力和成形质量,结果表明约束轧制工艺在成形T形环件时,环件充填能力强、外表面成形质量较好。分析了环件在两种轧制工艺下三向应力、等效应变与轴向位移的分布规律,揭示了约束轧制工艺下环件充填能力强,外表面不易产生拉缩、凹坑缺陷的机理。并通过工艺实验验证了利用约束轧制工艺可以成形T形环件,实现从矩形截面直接轧制成形T形截面。研究发现,约束轧制在成形T形环件时,环件凸台区域受三向压应力,等效应变较小,环件大径部分与凸台区域基本不存在体积流动,径向轧制在成形T形环件时,环件凸台区域主要受周向拉应力,径向与周向应力接近于零,等效应变较大,环件大径部分与凸台区域存在较大的体积流动。接下来进一步分析了T形环件约束轧制过程中应力场、等效应变场、凸台充填、轴向宽展增加率以及轧制力的变化规律。建立了不同轧制参数的T形环件约束轧制成形有限元模型,详细研究了不同芯辊尺寸、芯辊进给速度、坯料尺寸、约束辊转速以及摩擦系数对T形环件约束轧制过程中等效应变场、凸台充填、轴向宽展增加率以及轧制力的影响规律。研究发现,增大芯辊进给速度、坯料尺寸、约束辊转速以及摩擦系数环件等效应变增大,同时有利于环件凸台充填深度的增加,增大坯料厚度与约束辊转速有利于减小轧制力。增大芯辊进给速度、芯辊半径、约束辊转速以及摩擦系数有利于减小环件外表面轴向宽展增加率,增大约束辊转速以及摩擦系数有利于减小环件内表面轴向宽展增加率。最后,根据上限法原理,推导T形环件约束轧制凸台充填深度的理论计算公式,同时与有限元模拟结果进行对比,发现两者最大误差为13.6%,最小误差为4.1%,证明了该公式的可靠性。