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环件轧制是通过环件轧制设备使得环件壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的一种塑性加工工艺。作为环件轧制成形模具，芯辊工作环境恶劣，受交变载荷作用，极易发生疲劳失效，是环件轧制生产过程中的主要失效零件。芯辊是辗环机上的重要设备，也是易损耗部件，芯辊寿命的长短直接影响其制造成本和效率。 本文以某环件制造企业5CrNiMo断裂芯辊为研究对象，开展了断裂失效分析、环件热辗扩成形工艺分析、疲劳寿命计算和疲劳裂纹扩展研究，主要的研究内容如下： ①借助断口分析技术，通过化学成分析、硬度检测、金相分析和扫描电镜检查等理化分析手段对断裂芯辊进行失效分析，分析芯辊断裂失效原因和失效机理，确定芯辊的断裂模式为疲劳断裂。 ②在ABAQUS/Explicit环境下建立环件闭式径轴向轧制有限元模型，对环件成形过程进行分析优化，分析其等效应力分布和等效塑性应变分布状态，同时获得芯辊的不同部位的应力、应变分布规律，为后续的疲劳寿命分析打下基础。 ③在环件轧制成形有限元分析结果的基础上，获取5CrNiMo的S-N曲线，提取芯辊的载荷谱，在MSC.Fatigue平台上进行芯辊的全寿命仿真分析，研究应力补偿方法、加工方法和表面处理方法等因素对芯辊疲劳寿命的影响，研究提高芯辊疲劳寿命的方法。 ④根据线弹性力学的相关理论，研究芯辊的疲劳裂纹扩展。在FRANC3D下，计算三维厚板半椭圆形表面裂纹应力强度因子，其结果和经典理论界最大误差为0.31％；在FRANC3D上对芯辊疲劳裂纹扩展进行数值模拟分析，结果表明疲劳裂纹尖端的三种应力强度因子的关系为KⅠ>KⅡ>KⅢ，研究了芯辊疲劳裂纹扩展过程中裂纹形状、裂纹路径和应力强度因子和裂纹长度之间的关系。