按成形步骤数差别,将现有正齿轮成形工艺归纳为一步法、两步法和多步法。为克服现有正齿轮精密成形工艺存在的轮齿角隅欠饱满、成形力大、模具结构复杂、对设备动作要求复杂等一系列不足,运用Deform-3D数值模拟和铅材料物理实验相结合的方法,以一种齿数12、模数为4、齿宽为30mm的正齿轮为研究对象,研究开发了一种在凹模下角隅设置扩腔空间,过程包含镦压、顶出两个阶段的一步闭式模锻成形正齿轮新工艺。新工艺的成形原理是,镦压结束时上角隅填充良好,下角隅虽然欠充满,但有合适体积流入扩腔空间;顶出阶段,在扩腔空间倾斜侧壁作用下,下角隅临近区域的凸起体积向下角隅回流,实现下角隅填充。数值模拟材料采用35钢,温度设置为1000℃。先优化扩腔空间形状,然后在合理的扩腔空间形状下对各项参数进行控制变量分析。合理的扩腔空间主要几何参数有扩腔空间斜角α、齿宽方向扩腔范围b和齿高方向扩腔范围h。结果表明,α、b越大,成形力越小,顶出力越大,α取10°~16°和b取10~14mm能取得良好的成形效果;在合理的取值范围内,较小的α值可以允许取较大的b值,反之也成立;h不宜取太大,取h=3mm时,能在保证模具强度的情况下成形出无废料的合格齿轮零件。借助于Deform-3D软件后处理的point tracking和flow net功能,可观察到坯料变形均匀、金属流线与纤维组织保持连续,分布合理,可望使轮齿具有更好的力学性能和抗疲劳性能;与本课题组两步法成形工艺对比,齿轮金属流线没有被切断、纤维组织沿齿轮轮廓分布;物理模拟试验得到合格的铅质件齿轮,与数值模拟结果吻合良好,可以应用于实际生产。研究结果表明,新工艺集成了分流成形、开放成形与推过整形工艺优点,相对传统闭式模锻,新工艺的镦压力降低一半以上;顶出力远小于成形力。新工艺模具结构不太复杂、对设备动作要求简单、不产生废料,适合于成形正齿轮乃至大直径大模数正齿轮。