随着交通工业的快速发展,高铁车轴、重型车轴、汽车半轴等轴类产品的需求与日俱增,轴类零件的大批量生产是满足市场需要的主要手段之一。传统锻造工艺难以实现此类轴件的大批量、高效率、低成本生产。楔横轧是一种轴类零件的塑性成形新工艺、新技术,属于冶金轧制与机械锻造的交叉,是冶金轧制技术的延伸和机械加工技术的发展,与传统的切削、锻造工艺生产轴类零件相比较,具有显著节约综合生产成本、提高生产效率、提高材料利用率等优点。楔横轧轴类件实际生产中,轧件心部金属比表层金属的轴向流动速度慢会造成轴端出现凹心缺陷,轴端凹心部分的材料必须被切除以保证轴件尺寸和力学性能。因此,用于楔横轧轧制坯料两端需预留切断料头,以保证料头被切除后得到合格轴类零件,导致楔横轧工艺的材料利用率通常小于85%。将用于楔横轧轧制的坯料端部预制为异形（如圆锥形、内圆弧形、外圆弧形、圆台形等）,在轧制过程中使端部凸起的异形金属逐步补偿并填充由轧件内外层金属流速差所造成的凹心,最终消除轴件端部凹心是实现无料头楔横轧近净成形的最有效方法。将坯料端部预制为异形的工艺方法有:锻造、车削、辊剪、热剪切等,这些工艺方法分别存在浪费材料、效率低、成形质量较差、或者成形设备复杂且稳定性较低等缺陷。基于此,为实现将圆热长棒料连续成形出高质量异形端坯料,本文以锥形端坯料为例,提出锥形端坯料辊切成形方法,对锥形端坯料辊切成形过程及其成形装备展开关键技术研究。本文运用DEFORM-3D有限元软件,采用理论分析、数值模拟与试验验证相结合的方法,对锥形端坯料辊切成形方法、端部成形质量及其成形装备进行了研究,主要内容有:1)结合滑移线场法,阐明了锥形端坯料辊切过程中堆料产生的根本原因,求出了堆料宽度、高度与锥形楔压入棒料体积关系,通过楔横轧试验研究了堆料高度对楔横轧端部凹心的影响;2)提出并建立了锥形端坯料辊切成形的有限元模型,对锥形端坯料的成形过程进行了仿真,并在理论上验证了锥形端坯料辊切成形的坯料用于无料头楔横轧的可行性;3)对成形过程中影响锥形端坯料成形质量和力能参数的关键影响因素进行了分析,得到了辊切成形工艺的金属流动规律及其相关力能参数的变化规律,并在考虑设备能耗和加工效率的基础上,找到了最佳工艺参数的选择依据;4)在得到最佳工艺参数及相关力能参数的基础上,设计计算了核心零部件结构参数,校核了核心零部件的强度,研制了锥形端坯料辊切成形装备;通过锥形端坯料辊切成形实验,分析对比了锥形端成形尺寸与仿真模拟尺寸产生的偏差。结果表明:实验与仿真基本一致,验证了所设计的辊切机构在实际作业中的可行性及优越性。本文的研究成果为无料头楔横轧轧制提供了一种新的实时在线下料工艺与实际作业装备,为实现楔横轧近净成形工艺的推广创造了条件。