伞齿轮是机械设备的动力传递和方向转变的基础部件,其在工作过程中承受连续变化的扭转载荷,因此对伞齿轮力学性能及精度方面有较高的要求。自2011年开始,我国的齿轮需求量开始急剧的增加,小直径齿轮多采用精密锻造成形而大直径齿轮采用锻造成形导致模具寿命低、成形载荷高、工序繁多等,此外很多大直径齿轮加工生产公司仍采用车削加工,导致齿轮的生产周期长、坯料利用率低、力学性能差等缺点,因此采用新的锻造成形工艺来解决大直径伞齿轮锻造成形是迫在眉睫。课题研究的直齿伞齿轮材料为德标钢15CrNi6,该伞齿轮直径D_max=156mm,根据伞齿轮的锻造成形可知,对于直径大于100mm的伞齿轮采用的是多步预锻和冷精整的锻造工序。基于数值模拟对成形方案初选,为了保证齿部的填充精度,直齿伞齿轮采用传统的生产工艺在最后一步预锻成形时载荷约为55000KN,对压力机吨位要求较高。本文将飞边槽引入大直径伞齿轮的模具设计中,实现坯料在成形时的分流作用,降低伞齿轮预锻成形载荷,再根据数值模拟分析结果,确定两步预锻加冷精整的生产工序。基于伞齿轮预锻初始方案模具磨损区域分析,利用田口稳健设计对伞齿轮预锻1和预锻2模具进行优化试验设计,利用UG和Deform对试验方案进行建模和数值模拟,并将模具磨损深度和成形载荷作为分析目标量,采用望小特征通过对分析目标进行信噪比分析确定最佳工艺方案。利用预测公式对目标进行预测分析,并与信噪比分析得出的方案进行对比验证,利用变异数分析法计算出各个对响应目标的显著性影响,来研究设计变量影响的显著性同时验证了田口稳健设计的准确性。基于响应曲面法对伞齿轮预锻1和预锻2成形工艺参数进行试验设计,利用Deform对试验方案进行数值模拟。将伞齿轮预锻1模拟结果的分析中的模具磨损、成形载荷以及预锻件的表面的温度作为响应目标,预锻2的响应目标为模具磨损深度和成形载荷。利用响应曲面法对响应目标进行线性拟合,预测值和实际值之间拟合良好,对各个响应目标进行方差分析,根据P值判断模型的显著性。通过对目标的响应曲面分析以及响应曲面对响应目标预测,从而确定最佳设计变量组合。利用Deform软件对伞齿轮的工艺设计参数的优化结果进行模拟试验及分析,确定实验设计的准确性,并应用伞齿轮的实际生产验证,获得质量合格的伞齿轮锻件。