针对当前齿轮轴制造存在的齿轮强度及工艺等问题，本文提出了结合楔横轧技术进行齿轮轴一次成形的创新思想。而楔横轧是复杂的变形过程，在实际状态研究齿轮轴楔横轧成形问题花费巨大，因此有必要利用数值模拟技术了解齿轮轴楔横轧变形机制和轧制规律等问题。　　 根据所研究课题的特点，本文确定以有限元分析和物理模拟验证相结合的技术路线。论文首先总结了国内外在楔横轧和齿轮轴制造领域的研究成果并简单回顾了在热力耦合条件下刚塑性有限元法求解塑性变形问题的基本原理。随后对齿轮轴楔横轧一次成形的设计思想作了论述并进行详细的过程设计和理论分析，包括重点探讨了齿形模具的设计和对齿轮轴楔横轧成形过程进行数学分析。　　 在数值模拟研究方面，本文确定了10种典型工况，在简化计算模型的基础上，分别利用有限元分析工具MSC. Superform和Deform3D进行二维平面应变和三维刚塑性有限元热力耦合模拟，获得了轧制过程中的应力应变场、温度场、材料流动以及轧制力能参数等数据。通过2D模拟认识了齿部成形过程中的成形规律和一般变形特征；对一组特殊工况的分析阐释了齿轮轴楔横轧成形的根切现象：10种不同工况之间的比较分析揭示了4个设计变量(轧制温度、齿数、进给方式、轧制速度)对楔横轧轧制力能的影响。三维成形全过程模拟更真实直观地再现了轧件的变形机理和齿部与轴部同时成形的效果，将3D模拟结果与平面应变模拟结果相比较发现，两者具有一致性。　　 为观察齿轮轴楔横轧一次成形的实际情况以及验证数值模拟结果的可靠性，本文根据相似性理论建立了实际楔横轧成形过程的相似性环境，使用雕塑泥制作的轧件毛坯，在模拟装置上开展物理模拟成形实验。实验结果定性地验证了数值分析的部分结论，也肯定了齿轮轴楔横轧一次成形的可行性。同时对模似成形过程中各种轧件缺陷的形成原因进行分析并提出建议。