齿轮精密成形具有材料利用率、生产率高,生产出的齿轮抗疲劳性能好,成本低等优点,是国内外齿轮制造行业正在不断研究开发的新技术。弧齿锥齿轮的齿面曲线为螺旋线,精锻成形时,材料流入齿型腔的路线为曲线,因而成形难度大、脱模困难,其精锻成形工艺尚处于研发阶段。针对目前我国齿轮工业发展的现状,开展弧齿锥齿轮精锻模具设计、分析等相关研究具有极为重要的理论意义,为此本文开展了以下工作。(1)精锻模具设计及脱模分析。弧齿锥齿轮的脱模过程是边旋转边垂直运动,在脱模过程中依靠齿面间产生接触力进行脱模,根据弧齿锥齿轮的结构特点,设计了轴承式模具结构以使齿轮能顺利脱模。本文通过脱模过程中齿面上接触力的大小,利用动力学分析软件ADAMS对弧齿锥齿轮进行脱模分析,从而判断弧齿锥齿轮精锻成形后脱模的可行性,分析了结构参数对脱模力的影响,为指导弧齿锥齿轮精锻脱模奠定基础。(2)精锻模具温度场分析。在成形过程中模具与坯料之间的热交换、坯料变形及坯料模具表面之间的摩擦引起表层温度升高对模具寿命有十分重要的影响。对精锻过程中模具温度场进行了分析,探讨了工艺参数对模具温度的影响,建立了锻压速度、模具初始温度、摩擦系数、坯料温度与模具温度的曲线关系。(3)精锻模具等效应力场分析。在闭式精锻时,合理设计齿模结构能有效降低成形载荷,减少模具的等效应力,提高模具寿命。对精锻时两种齿模结构进行受力分析和模拟计算,分别得出两种结构对模具等效应力分布的影响。(4)精锻模具磨损分析。精锻成形是在高温、高压环境下,模具与坯料间产生激烈的摩擦引起模具磨损,在精锻成形过程中模具寿命因磨损而失效的情况超过70%。因此,对模具的磨损进行分析是有必要的。利用Archard模型对模具的磨损情况进行了有限元分析,探讨了工艺参数对模具磨损量的影响,建立了锻压速度、摩擦系数、模具初始硬度与模具磨损的曲线关系。(5)精锻模具寿命预测。在锻压过程中,模具表层温度升高后,对其表层硬度、材料特性有重要的影响,因而在精锻成形时计算模具的磨损必须考虑温度因素的影响,为此需要修正Archard模型。利用有限元数值模拟获得了型腔表面节点的应力场、速度场和温度场,基于修正Archard磨损模型计算了型腔磨损深度,进而根据磨损预测模具寿命。