齿轮轴是机械传动中不可或缺的部件之一,具有传动效率高、结构紧凑和使用寿命长等一系列优点。传统的齿轮轴的切削加工生产方式已逐步被精密锻造成形工艺取代,并取得了良好的效果。根据齿轮轴的工况要求,在锻造生产中提高齿轮轴锻件的力学性能与尺寸精度是改进产品质量的重要手段。锻造过程中,在保证齿轮轴锻件成形性的前提下,研究内部组织形态的变化,并改进工艺方案以获得更加均匀细小且分布合理的微观组织,是提高锻件性能的有效措施。同时,减小锻造过程中模具磨损,也是提高锻件精度,节约模具成本的重要方法。本文应用三维有限元数值模拟技术研究齿轮轴的精锻成形,获得了变形过程中的流动规律,温度变化,应力应变等参数,并且通过结合不同的模型计算,得到了齿轮轴锻件内部微观组织与成形模具磨损的分布,并提出工艺改进方法。对单工步及多工步成形方案进行模拟,基于Yada动态再结晶理论公式,分析坯料初始温度、压下速度及摩擦系数等因素对热锻过程中的锻件内部再结晶的影响规律,比较了不同成形方案的内部组织演化过程。使用Deform软件中Flownet功能,模拟不同工艺条件锻造流线分布。为改善成形中材料流动均匀性,提出局部控温工艺,并分析了控温后的材料流动形态。基于改进后的Archard模型磨损公式,对Defrom软件二次开发,分析不同工艺下齿轮轴热锻模具的影响,同时模拟了采用浮动模结构的工艺过程,得出浮动模移动速度对模具磨损的影响规律。综合比较,齿轮轴热锻多工步成形在改善组织分布、流线形态及模具磨损方面比单工步成形取得了更理想的效果。根据数值分析结果,进行齿轮轴热锻成形实验,选取内部材料分析金相组织,并制作锻造流线样本,对比模拟结果,验证了数值模拟结果的可靠性。在数值模拟和实验研究的基础上,对实用化工艺提出指导建议。