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目前，行星轧机被广泛应用于铜管加工行业，但是只局限于生产小直径厚壁管。其原因主要是随着管坯直径的增大和壁厚的减小，行星轧制过程经常出现轧件扭断、严重的三角形效应以及轧件失稳造成管壁折叠等问题。目前市场迫切需要大直径薄壁铜管，因此开发大直径薄壁铜管行星轧机变得非常重要。本文对行星轧制过程进行了有限元仿真和现场测试，进而研究了轧辊突变减壁段对轧制过程的影响；从轧件塑性失稳角度研究了行星轧机的最大加工能力；对轧辊设计理论进行了完善，设计出大直径薄壁铜管行星轧机的辊形。本文的研究工作为大直径薄壁铜管行星轧机的设计制造提供了理论帮助，主要工作内容和研究成果如下：
1)结合生产实际情况，运用大型非线性有限元软件MSC.MARC建立起铜管三辊行星轧制的三维热力耦合仿真模型，利用三维网格重划分功能克服了大变形过程中的网格畸变导致计算精度差甚至计算终止这一瓶颈问题，首次对铜管行星轧制从咬入到稳定轧制的全过程进行了有限元模拟分析。结合仿真结果对轧制过程金属的流动规律、轧件的温度场分布、设备的受力等进行了详细分析。在仿真的基础上重点研究了摩擦状况对轧制过程的影响。
2)运用测试轧辊支撑环变形的方法，测试出轧制力；通过测试芯棒的温度场，测试出轧制变形区轧件的温度。对比测试结果和仿真结果验证了仿真的正确性。
3)对突变减壁段的作用进行了研究，结果表明突变减壁段可以抑制金属的横向流动，促进纵向延伸，确保轧件达到动态再结晶温度，但其加剧了轧件的扭转。引入了单位长度减壁量的概念，研究了其对轧件变形的影响。
4)在分析轧件横断面应力应变状态的基础上，给出了产生管壁增厚的原因，分析了影响管壁增厚的因素。结果表明，只要有减壁的存在，就有管壁的增厚现象，这是由行星轧制的特点所决定的，可以通过减小单位长度减壁量和减小送进角的方式来减弱管壁的横向增厚。
5)基于上述研究发现，突变减壁段塑性失稳是影响轧机加工能力的关键。本文从轧件塑性失稳的条件出发，给出了三辊行星轧机最大加工能力的衡量指标；理论推导得出了三辊行星轧机最大加工能力计算公式；从保证轧件稳定性角度，给出了轧辊突变减壁段单位长度最大减壁量的确定方法；确定了影响三辊行星轧机最大加工能力的主要因素；仿真分析验证了最大加工能力计算公式的正确性。
6)对变形区的角度关系进行了深入研究，得出了轧辊斜角的精确计算公式；把送进角看作一变量，求出了轧制过程轧件的不转条件；综合考虑轧辊斜角、不转条件和突变减壁段单位长度最大减壁量，给出了辊形曲线的设计原则；最终设计出大直径薄壁管轧机的辊形曲线，仿真结果验证了该辊形曲线的合理性。