我国“十一五”规划纲要提出，“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20％左右、主要污染物排放总量减少10％。传统的直齿圆柱齿轮生产方式以切削加工和锻造加工为主，切削加工材料利用率低，锻造为高耗能加工方式，同时加工精度低。冷挤压加工可实现少无切削加工和常温加工，是实现工业节能减排的有效途径。因此，提高直齿圆柱齿轮零件冷挤压工艺水平和成形质量，优化模具结构设计都十分必要。本文论述了有限元计算方法的原理和过程，对目前三种主要直齿圆柱齿轮的冷挤压加工方法分别进行了数值模拟分析，得到各种方法的利弊。理论分析了直齿圆柱齿轮冷挤压变形程度与直齿圆柱齿轮几何参数之间的关系，以此为基础分析了径向直齿圆柱齿轮冷挤压和正挤压直齿圆柱齿轮中，齿轮的模数、齿数、过渡圆角半径等参数对冷挤压的影响，并分析了毛坯网格数目、毛坯对称面等参数对模拟精度的影响。针对参数分析结果提出齿轮冷挤压复合工艺。通过优化模具结构，可以生产出大模数和大齿数的直齿圆柱齿轮，同时可以在一副模具上完成直齿圆柱齿轮复合冷挤压工艺。数值分析结果显示，与径向冷挤压齿轮相比，复合工艺可以使成形载荷降低70%—80%，直齿圆柱齿轮零件的充填结果得到根本性改善。影响直齿圆柱齿轮冷挤压件尺寸变化的主要因素为：模具的弹性变形和零件卸载后的弹性回复。结合直齿圆柱齿轮零件设计冷挤压模具，计算出直齿圆柱齿轮冷挤压模具的尺寸补偿值，并验证补偿结果，生产出合格的直齿圆柱齿轮零件。通过金相实验和数值分析结果对比，论述了冷挤压直齿圆柱齿轮晶粒大小和分布与应变关系，以及硬度的分布情况。