非圆截面钢丝属于精密异型断面型材,因其可以实现以免切削加工的方式高效率地制造相关领域的多种产品从而达到大幅度节省材料数倍节省工序以至显著降低能耗的目的,使资源利用率和能源利用率得到了双重提升。非圆截面钢丝这类精密异型材的广泛应用紧密契合了当今世界节能减排大力发展低碳经济的迫切形势,将有着巨大的发展前景。然而作为一类新兴的产品,其在加工制造上还有很多方面需要改进,革新和提升。本文力图较为全面和系统的探讨非圆截面钢丝在加工和制造上所面临的一些关键技术问题,分别在理论和应用的不同的层面上,在涉及到的生产设备,成型加工工艺,塑性变形微观机制以及运用新技术提高产品性能等四个方面做了较为深入的研究,并得到了一些有一定理论和应用价值的结果。本文利用显式动力学有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对非圆截面钢丝的成型轧制工艺进行了模拟仿真,从轧制力、应力和金属流动规律等方面对加载不同前后张力条件下的轧制工艺进行了研究和分析,并以截面形状最为复杂的用于发动机活塞环中螺旋撑簧油环制作的异型钢丝为例,示范性的设计并优化出了一种可以轧制出特定尺寸螺旋撑簧油环用钢丝的轧制工艺。随后在相同的工艺指标条件和工序道数条件下模拟了传统的拉拔方式制造螺旋撑簧油环用钢丝工艺并与轧制工艺进行了对比,模拟结果显示出在相同工艺指标条件和工序道数条件下我们所研究的轧制成型工艺能够获得较为满意的结果,而传统的拉拔工艺则难以达到上述目标,这表明非圆截面钢丝制造采用轧制工艺比传统的拉拔工艺更有利于提高效率与效益。在参考成型模拟工艺的结果及对所要用到的关键结论做了相关的验证的基础之上,本文采用三维可视化建模方法,利用AutoCAD和Pro/Engineering软件进行设计和绘图,采用ANSYS有限元法进行静力校核,完成了整机及各部件的设计与优化工作。所设计的十二辊小型精密异型钢丝轧机在刚度上满足了活塞环用异型材在制造精度上的高要求。本文还以20钢和60Si2Mn钢为对比物,重点研究了9Cr18MoV高碳高铬不锈钢在室温和温加工过程中的塑性变形机制。这对于高性能的非圆截面钢丝的制造至关重要,9Cr18MoV钢是西方发达国家制作活塞环用异型截面钢丝的主流材料,制造难度大,国内一直依靠进口。利用液压万能材料试验机、Gleeble1500动态热力学模拟实验机和在SPS(等离子体放电烧结系统)上自行改装的脉冲压缩实验装置研究了室温及中温500℃、600℃和700℃条件下20钢、60Si2Mn和9Cr18MoV三种低、中、高碳钢的压缩塑性变形行为。脉冲压缩装置的实验参数为：电流0-5000A,占空比8/2,脉宽为3ms。压缩变形过程应变速率为0.05/s,试样最大变形量为40%。实验结果表明,试样在脉冲电流作用下中温塑性变形的最大变形抗力相比室温压缩变形降低了60-80%。相比同温度区间和同变形量条件下的Gleeble压缩实验,脉冲电流的作用可以显著降低压缩过程中的流变应力值,压缩变形抗力最大下降幅度达到47.1%。9Cr18MoV试样显微硬度测试结果表明：室温下变形试样基体显微硬度较高表现出明显的加工硬化效应,加热压缩下的变形试样其显微硬度较低,基体趋于软化；在变形抗力较低的前提下,脉冲电流作用下变形试样的室温硬度高于同温度同变形量下的Gleeble实验试样,意味着脉冲处理过的试样有更好的性能,这源于发生动态回复后的亚晶组织和动态再结晶后的晶粒细化。参考试样的金相组织照片,用TEM(透射电子显微镜)对以上三种钢变形试样心部微观组织及形变位错结构进行了分析,发现温压缩变形试样在变形过程中发生了动态回复和动态再结晶过程；脉冲电流可以促进温塑性变形过程中的动态回复和动态再结晶,降低再结晶的发生温度,从而使高硬合金钢在较低的温度下能够得到较大的变形量。研究还显示,脉冲电流可以通过促进位错攀移、位错偶极子的对消重排、可动位错数目的增加、位错的热激活滑移、以及亚晶的合并长大与转动等过程促进动态回复和动态再结晶过程。最后本文通过分析与探讨提出了一种既节省能源又能使钢获得超细晶粒组织从而提高综合性能的新方法。即利用脉冲电流在铁素体温区(700℃以下)对钢进行变形加工,钢即可在不高的温度下发生动态再结晶,从而使形变抗力大幅下降,这较传统的奥氏体温区的轧制加工更节省能源。更为有利的是在脉冲电流促进形核率作用下铁素体温区发生的动态再结晶的晶粒本身就很细小,由于温度较低长大慢,不像在高温的奥氏体区那样迅速而难以控制,因此可以获得约1微米大小的超细晶粒钢组织。作为此方法应用的一个例子,本文设计了一种新的非圆截面钢丝在较低加热温度下减轻氧化程度进行成型加工的新工艺。