直齿圆柱齿轮是汽车及机械行业中应用极为广泛的重要传动零件,其形状复杂,材质、尺寸精度、表面质量及综合机械性能均要求很高。本文以直齿轮冷锻成形作为研究对象,对直齿轮冷锻成形工艺与成形过程进行数值模拟及物理实验研究,以丰富和发展冷锻成形工艺理论与技术、提高直齿轮零件冷精锻成形工艺设计水平和成形件质量。齿形填充不满和成形力过高是齿轮闭式冷锻方案的主要缺陷。型腔壁对于坯料的摩擦阻力是影响金属流动的主要因素之一,通过变摩擦阻力为动力可以改善金属的塑性流动。本文分析了国内外圆柱直齿轮精密塑性成形的研究现状,在前人研究的基础上进一步研究可轴向振动凹模成形直齿圆柱齿轮这一工艺。利用三维造型软件UG对零件及模具进行造型,得到可轴向振动凹模成形直齿圆柱齿轮的模具及零件模型,为成形工艺有限元模拟分析提供了依据。基于刚塑性有限元理论和可轴向振动凹模驱动原理,建立了直齿圆柱齿轮可轴向振动凹模成形直齿轮的有限元分析模型。基于DEFORM—3D有限元模拟软件,应用三维刚塑性有限元算法对可轴向振动凹模成形直齿圆柱齿轮过程进行了模拟分析,得出变形中金属的流动状态和等效塑性应力应变分布规律,获得了齿轮成形金属变形规律。模拟研究结果表明,采用可轴向振动凹模这一新工艺,可以促使金属更容易流进型腔角部,使直齿轮角部填充更完整,并且可以明显降低最后阶段的成形载荷力。同时通过改变可轴向振动凹模的周期和振幅来分析工艺参数对于直齿圆柱齿轮成形的影响,从理论上推导出了凹模振动最佳周期公式并对其进行了模拟验证;通过模拟归纳出摩擦系数对齿轮成形充满情况及成形所需载荷的影响,随着摩擦系数的增加,成形载荷呈现出先减小后增大的趋势,出现可使齿轮成形载荷最小的摩擦系数,这些都为以后的实际生产提供了依据。通过物理实验研究得出,与固定凹模方案相比,凹模浮动方案可以降低齿轮成形载荷且齿轮填充情况也有所改善。亦通过模拟与实验对比,其结果是一致的,说明数值模拟在一定程度上可以反应真实情况、具有可靠性,从而说明轴向振动凹模工艺方案数值模拟的正确性及结果分析的可靠性。