机械扩径是采用UOE、JCOE等成形方法生产管线用大直径直缝钢管的一道重要工序,该工序在很大程度上决定了管线钢管最终制品品质的优劣。本文对机械扩径的力能参数进行了分析,详细讨论了扩径力与扩径行程的计算公式。与已有的研究成果比较,本文针对薄壁和厚壁两种情况,对被扩制管坯所受单位压力进行分别讨论,给出了两种情况下扩径力的计算公式。对于扩径行程,本文考虑到了在实际生产过程中,模具在扩径前尚有一段空行程,并推导了空行程的计算公式,使扩径行程的计算公式更加精确,更加贴近实际。本文针对规格为406×7.4mm、711×11.1mm、1016×18mm和1422×26.4mm的四种管坯,利用MARC软件对机械扩径成形过程进行数值模拟分析,通过对比,揭示了变形过程中管坯的变形特点,应力、应变分布规律和弹性回复规律等,就机械扩径工艺参数对最终制品品质的影响进行了分析。作者基于有限元分析软件MARC,采用正交表优化方法,以制品的尺寸精度和形状精度为指标,对多种规格机械扩径制品的主要工艺参数的组合进行优化。通过对结果的分析讨论,揭示了各个因素对最终制品品质的影响程度,并给出了最优组合结果。采用优化后的工艺参数组合,更有利于提高制品的尺寸和形状精度。基于对机械扩径工艺过程的研究以及工艺参数对最终制品品质的影响分析,设计了机械扩径实验装置并完成了加工制造工作。