随着全球经济迅速发展,国内外在环件轧制方面的研究日益增多而渐趋成熟,并取得相当多的研究成果。环件轧制技术的提高使得环形类零件大量应用在载人航天、制造、机械、能源等领域,从而其所扮演的角色越来越重要。大壁厚差锥形截面环件作为异形截面环件的代表,最大特点是壁厚变化大,其外表面为直壁,内表面为锥形截面形状。此类零件成形成性制造对装备运行的寿命、可靠性、稳定性等起着至关重要的作用,因此成形过程中保证成形均匀性和稳定性是要研究的重点。本文以某型号高铁轴承外圈为研究对象(大壁厚差锥形截面环件的重要应用),由于其结构复杂,传统的锻造手段难以成形其内部结构,而且成形缺陷如宽展和填充不满等影响最终环件的质量,因此针对以上缺陷和问题,提出环件精密热轧工艺。根据塑性力学、轧制理论等基本理论知识,通过有限元模拟、实验验证、理论分析以及数值计算等手段,对某型号高铁轴承外圈成形工艺与理论进行研究,为改善此类环件轧制成形缺陷提供参考依据和指导。基于simufact有限元软件平台,建立高铁轴承外圈精密热力耦合有限元模型,完成轧制模拟,对环件等效应变进行了相关分析,并且进行实际实验,环件成形质量良好,尺寸误差不超过2.6%,验证了有限元模拟是可靠的。其轧制后的微观组织是马氏体和碳化物,进行冷热复合处理促进了碳化物的弥散分布,增加硬度。采用单一变量法分别研究了轧制工艺参数(驱动辊转速、进给速度、摩擦系数)和外圈滚道倾角对滚道区域变形均匀性的影响规律。研究发现,随着摩擦因子增大,滚道变形均匀性先变好后变差;进给速度增加,其变形均匀性亦先变好后变差,但基本变化不大;另外驱动辊转速增大,变形不均匀性呈增大趋势;随着滚道倾角增加,变形不均匀性缓慢增加,当滚道倾角为11°时,变形不均匀性显著增大。建立在此类环件实际所用毛坯(单侧斜度)的基础上,研究并总结了毛坯倾斜角度α和直壁长度h对环件轮廓填充和尺寸精度的影响,同时分析其对轧制稳定性的影响,随着毛坯倾斜角度α和直壁长度h增大,轧制稳定性提高。另外,同时提出双侧斜度对称结构毛坯设计,得到h为75mm的优化毛坯设计。针对h为75mm的毛坯进行有限元模拟仿真和相关规律分析(等效应变、温度、动态再结晶体积分数、晶粒尺寸等),然后通过正交设计方法,进行工艺参数优化。得出以下结论:1)以环件整体变形均匀性作为衡量标准获得的优化的工艺参数组合为:驱动辊转速:1.0r/s,摩擦因子:1.2,进给速度:3.0mm/s;2)以平均晶粒尺寸为衡量指标,优化的工艺参数组合是:驱动辊转速:1.6 r/s,摩擦因子:1.0,进给速度:2.5 mm/s。