本课题研究的齿轮轴零件是车用关键动力传递零部件,由于其动力传递平稳、精准等优势被广泛应用。其齿形部分包括外齿和内齿两部分,常见的成形方法有:切削加工、粉末冶金和塑性成形。其中切削加工材料利用率较低,粉末冶金成本相当高,零件精确尺寸不易掌控,难以达到预期的质量要求。在塑性成形中,以冷挤成形为主要成形方式,因为冷挤压生产齿轮轴零件的抗疲劳强度高,成形时金属纤维流线未被切断,材料利用率高,可达85%-90%。但齿轮轴零件冷挤压成形时易出现齿形充不满及叠料等缺陷,因此系统全面分析齿轮轴零件在冷挤压成形中的关键工艺参数,有助于避免实际零件生产中成形缺陷的产生。本论文通过对一种典型齿轮轴零件的冷挤压成形工艺性分析,确定出了两种可行的成形方案。成形方案一:考虑了采用“冷挤压成形+机加工”相结合的工艺方案,即:冷挤压挤外齿部分,机加工内齿部分。成形方案二(背压成形工艺):在成形方案一的基础上,考虑通过模具型腔控制金属的流动来实现成形,从而制造不同形状、尺寸和力学性能的齿轮轴零件,即:零件内、外齿部分采用一次挤压成形并同时成形齿顶端圆弧部分。通过挤压成形能保证金属纤维流线不被切断,利用金属冷作硬化特性提高成形件强度,使零件承载能力、安全性和使用寿命等均得到相应提高;同时在成形方案二(背压成形工艺)中进行了一种新型带有背压装置的冷挤压模具结构设计。本文对所提出的两种车用齿轮轴零件冷挤压成形工艺方案,利用DEFORM-3D分别建立了试验所用相应的有限元模型,并进行了数值模拟试验分析。数值模拟试验结果表明:采用带背压装置的成形方案二(背压成形工艺)时,齿轮轴零件的等效应力、等效应变、损伤及最大成形载荷的数值均小于成形方案一,且成形质量较好。而且成形方案二(背压成形工艺)比成形方案一可实现节材达22%,且成形载荷较小,其数值仅有成形方案一的86%。此外,在本文中还针对齿轮轴零件在冷挤压成形过程中成形载荷较大问题进行了挤压成形数值模拟试验。通过进行正交数值模拟试验,着重分析了:凸模速度、摩擦系数、凹模入口角和凸模导向角等主要冷挤压成形等成形工艺参数对挤压成形载荷的显著性影响规律,并同时进行工艺参数优化得到了最佳工艺参数组合。数值模拟试验结果表明:当凸模速度为15mm/s,摩擦因数为0.05,凹模入口角为45°,凸模导向角1.5°为最佳成形工艺参数组合时,该参数优化组合对应的数值模拟试验结果显示:其最大成形载荷为312k N,相对于优化前的最大成形载荷454k N,其值降低了31.30%。最后,对优化后的成形工艺参数进行了齿轮轴零件试制试验,得到了齿形充填饱满,各部分均匀无缺陷且精度达到要求的齿轮轴零件,从而验证了所制定的工艺流程、优化参数组合及模拟结果的可靠性。