铁路运输一直在我国国民经济发展中占据着举足轻重的地位。近十年来,我国铁路实现了跨越式大发展,在运营里程、列车运行速度和客货运载量等方面均达到了世界领先水平。火车轮是铁路运输车辆的关键零件,随着铁路车辆数量的增加和速度的提高,我国对火车轮的产量和质量也提出了更高的要求。“辗钢法”是世界各车轮生产厂家广泛采用的生产工艺,其成形过程分为三个主要步骤：预成形及成形、轧制扩径和压弯冲孔。由于成形工艺复杂,火车轮模具设计周期长、工作量大、设计成本居高不下,传统的设计方法已经无法满足现实生产的需要。因此,研究火车轮的成形工艺,提高车轮锻造模具设计效率,降低模具设计成本,提高模具质量,制造优质车轮,对我国铁路工业和火车轮生产企业具有重要意义。本文首先介绍了国内各生产企业的火车轮生产工艺,比较了各条生产线的优势和缺点,并以马钢三线为例详细介绍了火车轮成形过程以及各工序的成形特点和规律。通过对火车轮成形工艺的分析,本文建立了预成形、成形、压弯和冲孔工序的数值模拟模型,并利用DEFORM软件对火车轮的成形过程进行了数值模拟,分析了火车轮成形各工序的金属流动规律、等效应力和等效应变分布以及载荷-行程曲线。同时,本研究在对预成形、成形过程中成形力和金属充填情况分析的基础上,找到了压痕模的宽度、高度和圆角半径以及预成形压下量对成形过程的影响规律；而且通过对压弯过程的数值模拟,对S形辐板的坯形设计进行了优化。在对火车轮成形工艺进行分析和研究的基础上,本文根据火车轮成形过程数值模拟的结果,以VC++6.0为工具,UG三维造型软件为平台开发了火车轮模具CAD系统。该系统包括成形坯设计模块、模具生成模块和模架生成模块。通过该系统,不仅能够实现模具的快速设计功能,而且能在设计阶段对设计结果进行检验和优化。