先进近净成形技术已成为当今制造加工业的前沿研究领域,绿色、节能、精密及高效成为其重点研究和发展方向之一,探索轻量化、快速和精密的塑性加工新方法是该领域重要的研究课题。冷滚打成形技术作为一种新型的近净成形技术,是利用金属固有的塑性,使用特定形状、高速旋转的滚打轮对制件毛坯进行逐点断续滚压和打击,使其金属产生塑性流动,利用滚打轮与制件坯料之间的相对运动关系产生累积效应,最终形成预定形状要求的一种无模无约束自由塑性成形技术。本文在分析齿条冷滚打成形原理的基础上,采用理论分析、有限元仿真及实验研究相结合的方法,对齿条冷滚打成形时的变形力、成形后制件表面的鳞纹缺陷、回弹和残余应力进行系统研究,探索冷滚打成形制件的基本特性,为该项技术应用提供技术支撑,具有重要的理论意义和应用价值。提出了一种齿条冷滚打成形方法,分析了顺打和逆打两种方式下成形过程的金属流动规律;综合冷滚打成形过程的特点,选择合理的本构关系和单元类型,对模拟参数进行了分析和设置,建立了与冷滚打成形实际过程相吻合的有限元仿真模型,研究了质量放大系数在冷滚打成形过程中,对变形力和成形廓形的影响规律,给出了冷滚打成形过程仿真时质量放大系数设置的阈值。提出了一种基于主应力法求解齿条冷滚打稳定阶段单次滚打变形力的解析方法,通过理论推导获得了成形过程中径向、切向变形力的理论计算公式,研究了不同滚打方式下变形力的变化规律;对齿条冷滚打成形过程中的变形力进行仿真研究,分析了整个成形过程中稳定阶段单次滚打时变形力的变化规律;将仿真结果与解析计算结果进行比较,验证了变形力解析计算模型的有效性,揭示了不同滚打方式下变形力的变化规律。建立了不同滚打方式下制件表面鳞纹高度和鳞纹间宽解析模型,研究了一定范围内不同滚打方式下鳞纹高度的数值解,获得了滚打轮公转速度、水平进给速度对鳞纹高度的影响规律;提出了一种通过有限元仿真结果对解析模型进行修正的方法,有效提高了理论模型的计算精度,为冷滚打成形制件表面质量的控制提供了理论依据。建立了冷滚打有限元动-静态仿真模型,根据仿真结果分析了冷滚打成形过程中变形回弹量产生的特点,研究了不同滚打深度、滚打轮公转速度和不同材料时冷滚打成形齿槽截面形状在切向、轴向和径向的变化规律;对动态仿真结果进行静态分析,获得了比较准确的变形回弹量,初步发现了大冲击、高应变率条件下局部变形的回弹规律,为有效控制冷滚打成形件精度提供了分析依据。建立了残余应力轴向和径向分析路径,研究了不同工艺参数和材料在冷滚打条件下对制件残余应力的影响,获得了不同滚打深度、滚打轮公转速度和不同材料时制件表面及内部残余应力分析和变化规律,实际测试结果验证了仿真分析的正确性,为有效控制残余应力对成形件质量的影响提供参考。开发出齿条冷滚打成形装置,进行了齿条冷滚打实验研究,通过大量实验,得到了不同滚打方式和工艺条件下的成形力,测量获得了成形件的鳞纹高度、齿槽截面廓形尺寸和表面残余应力等相关参数,分析发现,齿条冷滚打成形过程中的成形力、表面鳞纹高度、材料回弹和表面残余应力的实验结果与理论分析和数值模拟结果相似,变化规律相互吻合,从而验证了论文所提出的仿真模型和理论计算方法的正确性,这为冷滚打成形技术的应用和深入研究提供了重要的依据。