有限元数值模拟技术在金属塑性成形方面获得了越来越多的应用,正逐步改变人们设计和制造产品的常规方法,而镦粗成形是有色金属、钢铁材料生产与零件半成形加工的主要方法之一,在金属塑性成形工业生产中有着广泛的应用。本文采用有限元模拟与实验相结合的方法对圆环镦粗成形过程进行了较全面研究,为合理确定圆环镦粗工艺提供了一定依据。文中简要介绍了刚塑性有限元的基本原理并推导了罚函数法的有限元列式:分析讨论了实现有限元模拟过程中关键技术问题的处理方法;建立了圆环镦粗成形的刚塑性有限元轴对称模型,对纯铝圆环镦粗成形过程进行了有限元数值模拟。获得了有关网格变形、等效应力场、等效应变场、速度场及载荷一行程曲线等信息,揭示了金属的变形流动规律。并分析了摩擦因子、几何形状因子对坯料鼓度以及内外径变形模式的影响,得出了以下结论:(1) 外径鼓度随摩擦因子的增大而增大,随几何形状因子的增大变化不大;(2) 外径变形模式始终为外凸单鼓形:内径变形模式随摩擦因子的增大由外凸单鼓形转变为内凸单鼓形,随几何形状因子的增大由内凸单鼓形转变为内凸双鼓形其至形成内凸折皱形。为验证有限元模拟方法的可靠性和有效性,并对镦粗成形过程作进一步的分析,又设计并完成了纯铝圆环镦粗的实验。实验结果表明,模拟结果基本可靠,对实际生产和理论分析具有一定的参考价值。