据汽车市场分析报告指出,目前我国汽车保有量接近4亿辆,汽车尾气对环境造成了严重污染,被称为移动的污染源。减少排放,降低污染已成为当下汽车工业发展的重中之重。汽车轻量化可有效提高燃油效率,减少污染物的排放,齿轮作为汽车重要零部件,在汽车质量中占有很大比重,齿轮轻量化可以有效降低整车质量。铝合金密度仅为钢的三分之一,对于承受载荷较小的齿轮,可以选择铝合金代替钢材作为齿轮材料。但是铝合金齿轮齿面接触疲劳强度较低,为提高铝合金齿轮的可靠性,需进一步提高其齿面疲劳强度。对此,本文提出使用双金属来制造直齿圆柱齿轮,即容易失效的轮齿部位使用钢材,轮齿以里部位使用铝合金,在齿轮达到一定强度的同时,实现其轻量化。如果使用以往切齿加工的方法成形双金属齿轮,不仅材料浪费严重,而且加工效率低下。采用冷精锻工艺来成形双金属齿轮,可以节约材料,提高生产效率,同时使双金属通过塑性变形紧密咬合,提高齿轮机械性能。本文通过将数值模拟和工艺试验相结合,对双金属齿轮冷精锻工艺进行成形性的研究,主要工作如下:(1)选择45钢材和6061铝合金作为双金属材料。提出钢环套铝合金棒料的配合方式,以及5种不同厚度钢环与对应尺寸的铝合金棒料,相互配合为5种坯料方案,便于对不同坯料方案下双金属的变形情况进行对比分析。根据目标齿轮外形,设计双金属齿轮单向挤压成形工艺方案。(2)使用Deform-3D对工艺方案进行模拟,并对模拟结果中双金属变形情况以及变形过程的金属速度场、应变场、成形载荷等内容进行分析。(3)结合模拟结果,加工制造模具,同时准备双金属坯料。对5种方案分别进行试验。最终成形齿轮充填饱满,上下端面处双金属以“波浪线”的形式相互咬合,无缝隙或孔洞存在。(4)分别对双金属在各个位置的具体变形尺寸、在齿顶和齿根位置的结合状态、钢环纵切面和横切面金相组织变形情况进行观察分析。通过观察得知,钢环坯料厚度越薄,双金属咬合越深。当钢环厚度太薄时,双金属在齿顶位置不能完全贴合。综合双金属咬合及结合情况,钢环厚度为4.5mm、铝合金棒料直径为30.5mm的坯料方案4可以保证双金属零件高强度自然咬合。通过计算,该方案可使齿轮减重约30%。通过数值模拟和工艺试验等手段对双金属直齿圆柱齿轮冷精锻工艺进行成形性研究,结果表明采用冷精锻工艺成形双金属齿轮是可行的。这一研究成果对齿轮轻量化研究和双金属锻造成形工艺的发展有一定的现实意义。