轴类零件是常用的重要基础零件,空心轴具有减重、节材以及降低能耗等优点,是实现扭矩传递零件轻量化结构的一个重要途径。目前空心轴类零件多采用实心轴再机加工的方法进行生产,生产效率低、材料利用率低,而空心零件多为深孔加工,制造难度大、成本高。本课题提出了一种基于芯棒控制的空心轴类零件楔横轧精确成形新技术,具有效率高、成本低、质量好等优点。通过Gleeble-1500D热模拟试验机测定了40MnBH在不同应变速率和不同变形温度下单向压缩的应力-应变曲线;研究了材料在单向压缩变形过程中,变形温度、应变速率以及变形量对40MnBH奥氏体晶粒细化的影响规律;通过静态晶粒长大实验研究了加热温度和保温时间对40MnBH奥氏体晶粒长大的影响规律;基于位错理论采用内变量法建立了40MnBH统一粘塑性本构模型,结合热模拟实验以及晶粒长大实验数据采用遗传算法求解了模型中的材料常数;通过对比分析微观组织模型的预测结果与实验数据,表明所建立的微观组织模型能够准确地表达40MnBH在单向压缩变形时的粘塑性流动特征和微观组织演变规律。采用Deform-3D对空心轴楔横轧成形进行了数值模拟,对空心轴楔横轧成形过程中芯棒作用机制进行了研究,分析了芯棒与轴孔接触状态在轧制成形过程中的变化规律;研究了芯棒尺寸对芯棒与轴孔接触形态、接触面积、接触载荷的影响规律;研究了芯棒尺寸对轧件应力/应变场、温度场、金属流动的影响规律。采用实验与有限元相结合的方法对带芯棒楔横轧空心轴成形过程中轧件内孔成形尺寸进行了研究,揭示了轧件内孔尺寸波动的成形机理,分析了工艺参数对内孔尺寸波动的影响规律;提出了楔尖圆角与芯棒补偿相结合的方法改善内孔尺寸波动问题;揭示了轧件内孔螺旋痕的形成机理并分析了芯棒尺寸对轧件内孔螺旋痕的影响规律。通过对Deform-3D的二次开发,建立了典型材料40MnBH空心轴楔横车轧热-力-组织耦合的有限元模型,模拟分析了空心轴楔横轧成形过程中的微观组织演变,揭示了空心轴楔横轧成形过程中,芯棒相对直径,轧制温度以及坯料相对壁厚对空心轴楔横轧微观组织演变的影响规律,对比分析了仿真与实验的晶粒尺寸大小,结果表明轧件晶粒尺寸误差较小,说明在楔横轧过程中40MnBH微观组织的演变规律能够得到比较准确的预测。本文针对变内径的汽车空心轴头进行了缩小比例的轧制实验,实验结果显示采用芯棒控制楔横轧空心轴内孔尺寸是可行的。研究结果对于完善带芯棒空心轴楔横轧成形理论具有重要意义,为实现楔横轧变内径空心零件的高效、经济化生产奠定基础。