车用花键轴是车用动力传动零件的典型代表,在汽车动力传动装置与变速箱倒档装置中有着重要应用,具有接触面积大、承载能力高、导向性好、齿根浅、应力集中小等优点。采用冷挤压技术加工的花键轴零件,不仅具有生产效率高、材料利用率高、后续加工工序少等特点,而且成形件可形成连续的纤维组织,有效地提高了花键轴的力学性能。但花键轴零件冷挤压成形往往存在齿形充填困难及载荷过大等问题,使得车用花键轴零件冷挤压工艺的应用及推广受到一定限制。本文选取了材料为20MnCr5的车用花键轴零件进行系统研究,首先,采用冷挤压方法拟定了三个成形工艺方案,并使用广泛应用的专业有限元软件DEFORM-3D对此三种成形工艺方案进行计算机数值模拟试验,再对所获得的成形载荷及成形缺陷变化过程中的金属流动规律进行观察分析。最终选定工艺方案2为合理的冷挤压成形工艺方案,但方案2进行现场试制时,花键轴零件仍存在有效成形齿长较短、齿顶填充不足、塌角、齿底凹坑、载荷过大等成形缺陷。针对工艺方案2仍存在的各种成形问题,做了进一步数值模拟工艺优化试验。首先,将坯料结构尺寸设计的正交试验与数值模拟结合,解决了成形齿长不满足尺寸要求的问题。其次,对于齿顶填充不足、载荷峰值过大、凹坑等成形缺陷,进一步采用多目标函数与多因素的全面正交试验分析,确定目标函数值为有效齿长、齿顶圆半径、成形载荷峰值,关键影响因子为入模锥角α、工作带长度H、凹模圆角R4等。最后,使用爬坡试验缩小优化因素的取值区间,并对优化后因素水平值建立的15组3因素3水平CCD试验方案进行相应的数值模拟试验,再根据试验值拟合得到3个优化目标的非线性回归方程。进而通过DESIGN-EXPERT进行多目标优化,得到一组优化的工艺参数组合。最终,将优化工艺参数组合运用于试制车用花键轴零件,成功的减少了花键轴的成形载荷,消除了成形缺陷,提高了零件的成形质量。