复杂深槽环件是一类外表面具有几何非对称深槽的异形环件，在汽车、机械、石油化工等工业领域有着广泛的应用。由于几何形状特殊，无论采用传统的锻造工艺或者专用的环件轧制工艺，都难以直接获得完整的截面轮廓。三辊横轧是通过三辊旋转轧制使工件产生连续局部塑性变形而直接成形表面深槽的一种先进塑性加工新方法。复合轧制是在三辊横轧的基础上结合普通环轧而提出的一种成形深槽环件的复合新工艺。相比简单几何形状对称的深槽环件，复杂深槽环件轧制过程金属流动行为复杂。为实现复杂深槽环件低耗、高效、优质成形制造，有必要对复杂深槽环件三辊横轧和复合轧制成形工艺及设备进行研究。本文通过理论分析，分别给出了三辊横轧及复合轧制工艺成形复杂深槽环件的环坯、轧辊及成形参数的设计方法。由于复杂深槽环件几何形状特殊，对于环坯形状尺寸要求高，通过在ABAQUS中建立可靠的三维热力耦合有限元模型，重点对三种环坯设计方案进行了探讨，发现模拟结果与理论分析类似，但是成形效果有待提高，故提出环坯的优化设计方法，实现了复杂深槽环件的精密成形。为加深对复杂深槽环件三辊横轧及复合轧制过程的认识，利用有限元模拟的方法对台阶型环坯三辊横轧及复合轧制过程进行了分析，揭示了轧制过程中几何、热、力演变规律，进而研究了主轧辊转速、主轧辊进给速度、环坯初轧温度和摩擦系数等成形工艺参数对深槽环件成形质量的影响规律。研究结果为复杂深槽环件产品实际工艺研发提供了科学指导。为了配合工艺开发，本文同时进行了复杂深槽环件三辊横轧和复合轧制的设备设计研究。根据三辊横轧和复合轧制工艺要求，结合传统立式轧环机结构，提出适合这两种工艺的复合轧制设备结构；通过理论计算的方法确定了设备轧制力能参数及关键零部件结构尺寸，根据动作要求设计了液压系统原理图；利用PRO/E软件建立了复合轧制设备三维CAD模型，通过ABAQUS软件对关键零部件进行了静力学分析，基于ADAMS软件完成了虚拟样机的运动和液压系统仿真分析；最终确定了设计方案的可行性，并研发出复合轧制设备实体样机。