基于变截面弧形轧辊的三维曲面轧制成形工艺是一种新型三维曲面零件的塑性成形方法。该方法采用一对母线为圆弧的变截面轧辊作为成形工具构成不均匀分布且呈弯曲形态的辊缝,使轧制成形过程中板料横向不同位置产生不均匀的厚度减薄,导致板料在辊缝中沿横向产生弯曲变形的同时沿纵向不均匀的伸长,由此产生的附加应力使板料产生三维弯曲变形。通过对轧辊的合理设计,该工艺可以成形凸曲面件和鞍形件等三维曲面零件;并且,可以通过调整压下量改变成形曲面零件的纵向弯曲变成程度。曲面轧制为线接触成形方式,所需成形力较小,设备结构较为简单,生产成本较低,并且可以实现连续快速成形,生产效率较高。目前,该工艺仍处于实验室研究阶段,本文研究了主要工艺参数对成形曲面件弯曲变形的影响;基于曲面轧制成形过程的特点,提出了一种有效提高成形过程稳定性的方法;开发了在不更换轧辊的情况下,通过微小压下量的调整成形不同类型三维曲面件的方法。本文主要研究内容如下:1.探讨了基于变截面弧形轧辊的三维曲面轧制成形原理和成形过程,分析了板料纵向弯曲的变形机制,基于体积不变定律推导了理想状态下成形曲面件纵向弯曲变形的计算方法;详细研究了辊缝分布规律与轧辊母线半径和轧辊间距之间的关系,发现当凸辊母线半径小于凹辊母线半径时,辊缝高度分布规律会随轧辊间距的变化而改变。2.根据三维曲面件轧制成形过程,并借鉴柔性轧制和多点成形工艺的建模过程,建立了基于变截面弧形轧辊的三维曲面件轧制成形有限元模型,并确定了成形过程中涉及的接触和摩擦条件、边界条件等关键模型参数。3.研究了三维曲面轧制成形方法的主要工艺参数,采用大变形有限元方法研究了压下量、板料宽度、轧辊中心截面直径和摩擦系数对成形凸曲面件和鞍形件纵向和横向曲率半径的影响,证明了主要工艺参数对成形曲面件的纵向弯曲变形影响较大,对其横向弯曲变形影响很小。4.针对三维曲面件轧制成形过程中,板料摆动对成形曲面件纵向弯曲变形一致性影响较大的问题。研究了变形区形状、轧辊与变形区接触弧长、轧辊表面切向线速度和板料所受摩擦力对成形过程稳定性的影响,结果表明除凸辊转速大于凹辊转速且成形凸曲面件这种特殊工况外,成形过程中板料所受摩擦力使其尾部始终具有向下摆动的趋势。因此,提出使用支撑装置限制板料尾部向下摆动,使板料以一致的角度被咬入辊缝之中,提高成形过程的稳定性,从而有效地提高成形曲面件纵向弯曲变形的一致性,且通过有限元数值模拟证明了该方法的可行性。5.开发了在不更换刚性轧辊的情况下,成形不同类型曲面零件的方法。根据不均匀辊缝的高度分布规律可随轧辊间距变化的特性,提出在不更换轧辊的情况下,通过微小的压下量调整成形不同类型三维曲面件（鞍形件和凸曲面件）的方法,且通过数值模拟和轧制成形试验验证了该方法的可行性。根据临界压下量小于理论分析值的现象,发现在压下量较大的情况下,板料边缘存在异步轧制现象,因此,提出了采用中间大边缘小的不均匀分布辊缝通过较大的压下量调整成形不同类型曲面零件的方法,并通过数值模拟验证了该方法的可行性。6.介绍了三维曲面件轧制成形试验机和成形曲面件测量方法。研究了变截面弧形轧辊轧制成形曲面件的过渡区,通过轧制成形试验研究了板料尺寸对成形曲面件过渡区和板料利用率的影响,证明了在其他工艺参数不变的情况下,成形曲面件的板料利用率与板料长度呈正相关趋势,但与板料宽度和厚度呈负相关趋势。