球头销是应用于汽车转向系统的关键零件之一,需要具有良好的冲击韧性和耐磨性。采用车削加工存在着材料利用率低、破坏金属流线等问题,通过挤压成形得到的球头销产品机械性能好,但对模具损耗大。随着球头销在汽车工业上的需求量不断增加,以及倡导节能节材政策的背景下,对球头销的产能与质量提出了更高要求。楔横轧技术作为一种高效、绿色的近净成形技术,生产效率高,产品质量好,大大缩减了生产成本,符合目前市场发展需求。以某球头销作为研究对象,分析了轧件轧制工艺方案,计算并确定了坯料加工尺寸、排布方案以及轧机型号,明确了热态下毛坯尺寸、模具型腔以及模具破瓣尺寸等关键设计指标。同时,基于体积不变原理进行理论计算,建立了楔入段和展宽段轧制参数与变形体积的几何关系式,并通过轧制力分解,得到了成形角α、展宽角β与轧制力的计算关系式。研究球头销的成形规律,对实际生产中的缺陷预防与工艺优化提供必要参考依据。利用Pro/E软件对模具进行三维建模,并运用DEFORM-3D有限元分析软件对球头销成形过程进行数值模拟。通过特征点分析,发现球头销球头部分金属呈周期螺旋线式运动;分析了球头销成形过程的三向应力场、应变场,得到了球头销楔横轧的变形机理。为了有效预防轧件内部疏松等缺陷,分析了轧件中心区域的应力应变、温度场以及损伤变化,发现轧制过程中,中心点温度与损伤值逐渐升高,等效应力先快速增大至峰值,而后逐渐减小为零,等效应变一直增加,在轧制结束达到最大值。为提高球头销的成形质量,通过单因素试验模拟,探究了展宽角β、成形角α、轧制温度T以及楔尖圆角r对成形质量的影响规律。发现随着展宽角β的增大,平均晶粒尺寸和最大间隙比先减小后增大,最大间隙比在增大到9.25%后逐渐趋于稳定;随着成形角α、楔尖圆角r的增大,平均晶粒尺寸与最大间隙比均先减小后增大;随着轧制温度T的升高,平均晶粒尺寸和最大间隙比逐渐减小,而最大间隙比减小至2.33%后逐渐趋于稳定。通过正交试验设计,得到了最佳工艺参数组合方案为:展宽角β=11°、成形角α=29°、轧制温度T=1140℃、楔尖圆角r=9.5°,主次影响顺序为:展宽角β、轧制温度T、成形角α、楔尖圆角r。通过球头销轧制实验,得到球头销轧件,测量其成形尺寸与微观组织晶粒,通过实验与模拟对比,得到外形尺寸误差在5%以内,晶粒尺寸最大误差不超过15%,进一步验证了有限元模型的准确性。通过对球头销楔横轧成形的模具设计、有限元分析与轧制实验的结合研究,对球头销辊式楔横轧成形的大批量生产以及应用推广具有重要的指导意义。