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1. 研究目的与意义（文献综述）
齿轮作为汽车、工程机械、航空航天和机床等行业重要的传动零件，其质量好坏直接影响整机的性能，在零件制造业中占有重要地位[1]。如何保证齿轮质量及性能是目前齿轮研究的一个重要方面。齿轮精密成形是指锻造出完整齿形而不需后续切削加工或仅留有精加工余量的加工方法[2]。与传统的切削加工相比，精密成形的材料利用率可提高30%—50%，生产成本低，生产效率可提高8—10倍，尺寸精度可以实现it7级，表面粗糙度可达到ra0.8—0.2m[3]，经锻造后的齿轮金属流线沿齿形连续分布，抗疲劳性能好，齿轮的力学性能提高[2-5]。目前国内外精密锻造成形技术包括闭塞锻造成形，浮动凹模成形，孔分流成形技术[6-8]。浙江丰安齿轮股份有限公司的洪新阳与浙江水利水电学院的王士灿等人提出了倒挡中间齿轮的温锻成形，并采用闭式锻造成形方式，基于响应面优化实验，分析了不同工艺参数对倒挡中间齿轮温锻残余应力的影响随着坯料温度和模具温度的升高，齿轮残余应力逐渐减小，随着变形速率的增加，残余应力先减小再增大，随着摩擦系数的增大，残余应力呈波动变化，且变化不大[1]。河南科技大学的于静，辛选荣等人采用闭式镦锻—空心分流—一模两击的工艺，成功验证了工艺的可行性[9]。安徽工程大学的孙丽丽，苏学满等人采用浮动凹模成形原理，采用热锻成形，温锻精整的“一火两锻”工艺，进行了精密锻造模具设计，分析出通过浮动凹模成形可大大改善锻件的充填性能，降低变形抗力[10]。田维等采用轴向镦粗，径向充型的方法，采用浮动式凹模结构验证了闭塞式温镦挤复合成形工艺的可行性，因其模具设计相对简单，得到的齿轮齿形完整，强度和精度较高，为研究齿轮净成形技术的发展奠定了基础[11]。国外直齿圆柱齿轮的精锻成形工艺比国内要早。英国伯明翰大学tuncer.c 等人经过一系列的物理实验，将浮动凹模成形技术应用到直齿圆柱齿轮成形工艺中，结果表明采用浮动凹模结构可以明显地降低成形载荷，并且产生的摩擦力有利于齿轮下端面填充，使直齿圆柱齿轮等复杂零件精锻时无飞边，极大地提高了材料的利用率[12]。knoerr m等人模拟分析了圆环状齿轮坯的热锻过程，模拟发现折叠缺陷，通过优化成形工艺参数，以此获得没有缺陷的产品[13]。综合上述国内外研究现状分析，目前均有与三种锻造成形工艺相关的研究。而本论文研究圆柱直齿轮精锻成形工艺，因闭式锻造应用最为广泛，与其他锻造工艺相比，具有金属的流动性更好等优点，因此选用闭式锻造成形工艺成形齿轮。
目前齿轮的发展趋势除了提高性能以外，齿轮的轻量化也及其重要，这是节省燃料和减少排放的重要途径[14]。目前针对齿轮轻量化方面，国内外提出了采用钢-铝复合材料坯料锻造齿轮的方法，对此方面的研究正处于初级阶段。bulent c等人通过热锻探讨了用钢/低密度材料混合坯料热锻制造轻质齿轮的可行性，提出采用钢-玻璃双材料坯料，与钢-铝复合材料相比，玻璃不表现出突然的相变，也不表现出突然的体积增加，进而表明钢—玻璃双材料坯料的可行性[15]。wu等人采用钢铝复合坯料进行双金属齿轮热锻实验，分别改变芯与环的间隙、芯与环的高度差，环的厚度等参数，以此研究不同参数对金属流动性与成形载荷的性能[16]。目前国内外有关双金属齿轮的研究较少，因铝具有低密度的优点，采用钢铝复合的方法对实现齿轮的轻量化有所帮助，因此本论文通过研究钢-铝复合圆柱直齿轮成形工艺进一步探索各参数对轻量化的影响。
2. 研究的基本内容与方案
2.1 基本内容
1）确定钢-铝复合圆柱直齿轮精锻成形工艺方案，设计并创建钢-铝复合材料坯料形状和尺寸、圆柱直齿轮和精锻成形模具三维模型；
3. 研究计划与安排
第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容和研究任务，拟定技术路线，确定研究方案，完成开题报告；
第4－5周：熟悉钢-铝复合材料成形特点、坯料设计方法等，创建圆柱直齿轮三维几何模型；
第6－7周：分析圆柱直齿轮结构特点，确定其双金属精锻成形工艺方案，设计并创建三维精锻成形模具，建立钢-铝复合圆柱直齿轮精锻成形有限元模拟；
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 洪新阳，王士灿，周昊奕，等. 20crmnti倒挡中间齿轮精锻成形工艺模拟与优化[j]. 浙江水利水电学院学报，2019，31(4)：67-73.
[2] 郭开元,张如华,吴泽，等.直齿圆柱齿轮双向镦挤精密成形工艺对比研究[j].材料科学与工艺,2019，27(03):60-65.
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