对于常处于高温高压、多场多因素耦合等极端服役环境下的轴类件，极易发生轴的疲劳、磨损、腐蚀或断裂等失效问题。因此该类轴要求必须使用具有耐高温、耐腐蚀或耐磨损等性能突出的高性能材料，这将导致其制造成本高及加工周期长。此外，轴传递力矩最有效部位是外沿，中心无论是传递转矩还是弯矩，重量/效能比很低，属于“死重”。在确保轴类零件的长寿命安全服役的前提下，为了实现减重、节材，缩短加工周期的目的，本文提出了层状材料焊合的层合轴设计和楔横轧层合轴的思路。　　本文以45＃钢同种材料层合轴和42CrMo/Q235不同种材料层合轴为研究对象，使用有限元计算仿真软件DEFORM-3D和ANSYS/LS-DYNA分别对楔横轧同种材料层合轴和不同种材料层合轴进行仿真模拟，并对整个成形过程进行仿真分析。与单层轴进行对比，分析层合轴轧件的应力应变场的特点和层合轴心部质量与覆材/基材分界面处的结合情况，为层合轴代替单层轴使用提供理论依据及使用条件。　　层状材料变形抗力差别较大，受楔横轧固有变形特点的影响，覆材与基材的径向压缩难以均匀分配。为此，需要根据不同的使用场合选择层合轴产品的覆材厚度与基材半径尺寸，以及与之对应的生产模具的参数和坯料的尺寸。因此需要量化组元断面收缩率的分配，得到覆材厚度和基材半径的定量关系。本文采用正交方差分析法分析影响轧后厚径比的各因素的显著性，确定影响显著因素；利用响应面分析法得出显著因素与轧后基材半径、轧后厚径比的定量关系。通过响应面分析各因素对目标值的影响规律。　　本文采用理论分析与轧制实验相结合的方式，在理论研究和仿真结果的基础上，对楔横轧同种材料和不同种材料层合轴的可行性及厚径比的定量公式进行了实验验证，并对实验结果进行归纳分析。本文的研究成果对于层合领域具有重要的科学意义和工程应用价值。