与切削加工相比,锻制齿轮具备材料利用率高、生产效率高、齿轮金属纤维流线完整、轮齿弯曲强度高等优点,但内齿轮精密成形工艺研究尚不够深入。在已有的柱形齿轮扩腔凹模成形工艺的基础上,本文进一步研究了直/斜齿内齿轮扩隅凹模成形工艺。为改进闭式模锻而提出的扩隅凹模成形工艺的要点在于在齿形芯模下角隅设置扩隅模腔,使得镦压阶段成形结束时上角隅填充良好,齿形基本完成,仅在下角隅扩隅模腔内形成“鼓肚”,这是由于在模腔下角隅增设了扩隅模腔,使得工件难填充局部表面为自由表面,降低了变形力;另一方面,虽然下角隅形状欠规整,但储备了合适的体积,以便顶出阶段回流至齿形型腔。顶出阶段,依靠扩隅模腔倾斜侧壁产生约束整形的效果,使得下角隅“鼓肚”顺利回流至凹模模腔,以实现内齿轮下角隅的填充。本文以模数3 mm、齿数18、齿宽25 mm的直/斜齿(螺旋角15°)圆柱内齿轮为研究对象,利用DEFORM-3D有限元软件对其扩隅凹模成形工艺进行了数值模拟研究。分析5种不同扩隅模腔下直齿内齿轮成形质量和成形力,确定其最佳扩隅模腔,在此基础上进一步分析了主要几何参数(扩隅斜角α、齿宽方向尺寸b、齿高方向尺寸h)对新工艺成形质量的影响。结果表明,当α值(b值)增大时镦压成形力减小,而顶出力有所上升;当α值选取8°~14°时,b值取(1/4~1/2)B时,h值选取(1/4~1/2)H时,内齿轮成形质量较好,正交优化试验结果表明,在保证内齿轮成形质量前提下,可取小的α值和h值,适当增大b值。分析新工艺成形过程中内齿轮成形质量、成形力、等效应力、金属流动规律等信息。结果表明,在显著改善齿轮角隅填充质量的同时,新工艺镦压成形力较常规闭式模锻工艺可降低70%左右。此外,本文针对斜齿内齿轮扩隅凹模成形工艺进行初步研究,模拟结果表明,镦压成形力可降低55%左右,顶出成形力不足其10%。以铅制环状坯料对直齿内齿轮扩隅凹模成形工艺进行物理模拟实验。实验结果与数值模拟结果基本吻合,进一步佐证新工艺的可行性和数值模拟准确性。