多台阶轴是交通运输工具传动系统中重要的承载件,工作时不仅承受扭矩作用,还要受到垂直力、侧向力、牵引力和制动力等作用,因此对产品的成形质量及力学性能要求较高。楔横轧成形多台阶轴类件容易出现端部凹心和微观组织不均匀,造成力学性能下降,材料利用率低。因此本文对楔横轧多台阶轴类件端部质量、微观组织均匀性开展研究,以提高楔横轧工艺的材料利用率及产品的力学性能。本文采用数值模拟与轧制实验相结合的研究方法,开展了工艺参数优化、成形机理、端部质量、微观组织均匀性四方面研究工作。以提高微观组织均匀和端部质量为目标,设计了楔横轧工艺参数的多目标优化正交试验,得到了各工艺参数对多台阶轴成形质量的影响主次关系;对楔横轧多台阶轴成形机理进行分析,得到的轧制过程中应力场、应变场的分布及心部损伤变化规律。根据成形过程中多台阶轴端部金属流动特点,本文突破传统平端坯料的限制,创新变锥角坯料进行多台阶轴轧制成形,得到了坯料参数对轧件端部质量的影响规律,在此基础上对基于变锥角坯料的多台阶轴成形过程温度场及微观组织变化规律进行了分析研究。最后对研究成果进行了轧制实验和金相实验验证,结果表明,使用变锥角坯料可以有效解决楔横轧多台阶轴端部凹心问题。本文研究结果为提高楔横轧多台阶轴的成形精度和力学性能提供了理论指导,为解决多台阶轴端部凹心及微观组织不均匀性问题提供了可靠的实验依据,提高了楔横轧工艺竞争力,完善了楔横轧工艺的理论发展。