齿轮高效精密滚轧成形技术是一种新型齿轮制造方法,其技术特点是能保证金属材料组织流线在制造过程中不被切断,相对于传统方法具有生产效率高、材料利用率高、齿轮制品疲劳寿命长等优势,受到广泛关注。滚轧轮作为轧制模具,是滚轧成形设备的核心部件之一,滚轧轮直接与材料接触并实现轧制成形工艺,其服役寿命和耐用性直接影响着生产的效率和成本。实践表明,在大模数钢齿轮滚轧成形的过程中,滚轧轮受到很大的循环载荷,如果设计不够合理、工艺参数控制不当,极易发生轮齿疲劳断裂失效现象,严重影响滚轧生产的正常进行,而目前国内外对此方面的研究十分有限。本文以某型齿轮滚轧成形平台的轧制模具滚轧轮为研究对象,基于疲劳与断裂力学理论,研究滚轧轮的服役寿命,为优化成形工艺参数并提高滚轧轮的寿命提供有价值的参考。本文的主要研究内容如下:(1)阐述疲劳失效的主要过程及机理、疲劳寿命定量计算与裂纹扩展分析的方法,基于疲劳与断裂力学理论,构建适用于滚轧轮疲劳断裂失效分析及服役寿命评估的研究方法;(2)以滚轧轮材料冷作模具钢DC53为研究对象,基于极限拉伸强度估算材料的S-N曲线,确定冷作模具钢DC53的寿命评估参数;(3)基于非线性有限元方法模拟齿轮轴向滚轧成形工艺过程,分析滚轧过程中的载荷参数,并建立滚轧轮的模具应力分析模型,研究滚轧轮服役过程中的应力演化规律;(4)基于有限元方法开展滚轧轮服役寿命研究,根据滚轧轮应力演化规律及材料疲劳寿命参数研究滚轧轮服役条件下的疲劳寿命,根据材料断裂力学参数研究滚轧轮轮齿表面萌生疲劳裂纹之后的裂纹扩展寿命;(5)研究主要工艺参数坯料轴向进给速度和滚轧轮转速对滚轧轮应力状态与服役寿命的影响,为优化齿轮滚轧成形的工艺参数并提高滚轧轮的服役寿命提供参考依据。本文采用理论分析与数值模拟相结合的技术路线,基于疲劳与断裂力学理论,对滚轧轮的疲劳断裂失效进行较为全面的研究。研究结果对滚轧轮服役寿命评估、设计选材优化、成形工艺参数优化等实际应用提供了技术支撑。