齿轮滚轧成形工艺是一种先进的齿轮塑性成形工艺,其原理是带齿形的滚压轮通过展成运动(也称范成运动)和径向进给运动对坯料连续滚压成形齿轮。齿轮滚轧工艺具有原材料消耗少、生产效率高、成形力小、齿轮力学性能好等特点,具有较好的发展前景。由于工艺本身的特点,滚轧过程中难以改变滚压轮的结构,对成形过程中产生的"突耳"等缺陷,只能通过优化工艺参数和坯料预成形等方式进行改善,无法实现彻底消除。针对传统齿轮滚轧工艺中存在的不足,本文提出了一种新型的齿轮滚轧方法——锥形滚压轮齿轮滚轧工艺,采用轴向齿形结构不同的锥形滚压轮,通过坯料的轴向送进代替传统滚轧工艺中滚压轮的径向进给,完成齿轮滚轧过程。根据坯料轴向送进过程中锥形滚压轮的滚轧作用特点,将锥形滚压轮结构沿轴向分为三个阶段:咬入分齿阶段、齿形成形阶段、齿形精整阶段。根据滚轧过程中坯料不发生轴向流动的原则,给出了坯料厚度确定的依据,并推导了等体积法计算坯料直径的公式。根据滚压轮各阶段的作用,对滚压轮的结构进行了精确设计。咬入分齿阶段,为了保证坯料轴向送进时顺利咬入,滚压轮入口端是一个类似"入模角"的结构,为了保证均匀分齿,"入模角"后面有一段齿顶较尖的齿形,根据分齿均匀性推导了其最小齿顶圆半径计算公式;齿形成形阶段是一段类似锥齿轮的齿形,分为大端面和小端面,小端面与咬入分齿阶段相连沿轴向逐渐增加到与齿形精整阶段相连的大端面,并通过几何分析和数值计算推导了大端面齿顶圆直径、齿顶圆角、分度圆压力角的计算公式;齿形精整阶段,滚压轮和目标齿轮对滚,在齿形节距保持不变的条件下,齿形齿顶圆直径逐渐减小到标准啮合尺寸。以模数m=1,齿数z=31,压力角α=20°的齿轮作为目标齿轮,建立了轴向进给齿轮滚轧有限元模型,采用DEFORM-3D软件对坯料轴向送进的锥形滚压轮齿轮滚轧成形过程进行了数值模拟。分析了各阶段齿形形貌的变化规律、成形载荷的变化规律、金属的流动规律、应变的分布规律。分析了 "突耳"的形成机理及成形阶段滚压轮锥面角度对金属流动、成形载荷、成形质量的影响,确定了本文所研究的目标齿轮滚轧成形锥形滚压轮成形阶段最理想的锥面角度为10°。针对导致齿轮滚轧过程中齿形"突耳"的金属流动不均匀和齿形"突耳"长高得不到抑制等原因,分别对成形阶段滚压轮齿顶圆和齿根圆尺寸进行了修正。将齿顶圆尺寸由线性增加的方式修正为分段多次增加的方式,按照先多后少的原则,每段进给量占总进给量的百分比依次为40%、30%、20%、10%,对成形阶段滚压轮齿顶圆进行修正。根据滚压轮压下量和坯料长出量相等原则,推导了滚轧过程中能够抑制突耳长高的成形阶段滚压轮齿根圆尺寸变化公式,对齿根圆进行修正。分别采用齿顶圆和齿根圆尺寸修正的锥形滚压轮进行齿轮滚轧成形过程数值模拟,结果表明,齿顶圆修正的锥形滚压轮能够使齿形匀速生长但无法抑制"突耳",齿根圆修正的锥形滚压轮不仅能够达到"突耳"的目的,而且其精整阶段与目标齿轮的对滚纠正了目标齿轮滚轧过程中产生的齿形弯曲,改善了目标齿轮齿廓不平度。设计并加工了一套坯料可轴向送进的锥形滚压轮齿轮滚轧成形实验装置,采用齿根圆尺寸修正前后的锥形滚压轮分别对铅质试样进行了轴向送进齿轮滚轧实验验证。实验结果表明,采用锥形滚压轮对轴向送进的坯料进行滚轧的工艺方法是可行的,并且锥形滚压轮成形阶段齿根圆的修正能够有效抑制齿轮滚轧过程中的齿形"突耳"。