顶头是斜轧穿孔重要的变形工具,其作用是将实心管坯穿制成空心管坯,由于顶头工作环境的恶劣性,顶头常会失效,而常见的失效形式有鼻部的变形、粘钢、压堆和塌鼻,穿轧区的啃肉、粘钢和开裂,所有的失效原因都离不开温度、压力和周期疲劳。目前为了提高顶头的使用寿命,解决的方法有提高顶头材料性能和改变顶头形状,对于顶头形状的改变,学者们只是针对于提高顶头的某一部分性能,并未对各顶头的形状进行系统的分析,所以本文辅助有限元模拟的方法,运用目标函数的原理对现有顶头形状进行多目标的优化,最后得出优化顶头形状。主要结论如下:通过研究影响顶头寿命的因素,结合目标函数的方法,首先对通用顶头形状进行有限元模拟分析,得出顶头轴向阻力随时间的变化、管坯温度的变化、顶头的受压程度和管坯壁厚均匀性的目标函数式,对顶头形状对比起到重要的作用。由于顶头的鼻部和穿轧区为主要的变形部分,所以本文建立了不同鼻部形状和不同穿轧区形状的有限元模拟。顶头形状包括尖头形、平头形、球形、通用形和平弧形;穿轧区形状包括凸形、凹形、斜面形、带定径段顶头、均压顶头、平头对心顶头和平头对心减压顶头。不同形状的顶头模拟结果结合上述得到的目标函数式,可得出最优鼻部形状为平弧形,其函数值为0.2753,最优穿轧区形状为平头对心顶头,其函数值为0.2844。优化后的顶头鼻部和穿轧区的目标函数值均小于最优值,鼻部目标函数值为0.2732,穿轧区目标函数值为0.2740,实验验证的结果与某厂用顶头相比,优化顶头的能耗和顶头与管内壁的接触面积均小于某厂用顶头,所以优化的顶头寿命和穿孔能力均高于某厂用顶头,优化顶头形状较为理想。