钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志。随着经济和社会发展，钢铁产品的质量也越来越高。由于种种因素的影响，棒材在加热、轧制、冷却、热处理及运输过程中，往往产生多方位弯曲的缺陷，不能达到使用要求。为了获得满足要求的产品，棒材需要在矫直机上进行矫直。二辊矫直作为一种精整技术，可以明显提高矫直质量，也解决了工件两端在一般矫直机上不能矫直的难题。二辊矫直机矫直质量的好坏在很大程度上取决于辊形的合理与否。目前，对于辊形曲线的研究已经作了很多工作，但国内在矫直大直径棒材方面还存在困难，矫直设备都需要进口，因此对大直径棒材矫直的研究具有重要的理论价值和实际意义。本文从棒材的弹塑性弯曲理论出发，分析二辊矫直机的工作原理。通过对已有几种辊形的理论分析，设计出三曲率单向反弯辊形曲线。在设计辊形时，遵循“先统一，后矫直”的思想，分别计算出每段辊子的反弯曲率，利用空间向量法得到一套辊形计算方法。运用Matlab软件编程，绘出各段辊形曲线，研发出矫直范围为φ250mm~φ300mm的矫直辊。建立棒材矫直过程的三维模型，运用大型有限元分析软件ANSYS对所设计的矫直辊进行动态模拟。分析矫直过程中应力场、应变场及矫后残余应力分布等参数的变化，验证所设计辊形的合理性与通用性，为实际生产提供理论依据。