直齿圆柱齿轮作为重要的机械传动零件之一，在汽车，航空等各个领域发挥着重要的作用，随着社会的发展，传统的切削加工已远远满足不了市场的需求，因此国内外专家和学者加大对直齿圆柱齿轮工艺的研究开发，齿轮精锻成形技术得到了迅速的发展及应用。精密锻造成形已成为一种高效，高精度，低成本的成形工艺^[1]。精密锻造是一种净成形或近净成形技术, 具有加工精度高、生产效率高、材料利用率高与锻件力学性能好等优点, 常用于制造综合性能要求较高且外形较为复杂的零件。精锻技术诞生以来, 许多优质高效的新工艺相继出现并已得到广泛应用, 使精锻技术的适用范围不断扩大^[2]。

随着科学技术的发展, 齿轮精密锻造出现了具有代表性的温锻-冷锻联合成形、分流锻造成形、闭塞锻造等新型精锻工艺。在温锻-冷锻成形方面，张驰等^[3]对结合齿精锻过程进行了数值模拟, 采用温锻 冷整形工艺可解决结合齿整体成形难充满与尺寸精度低的问题。在分流锻造成形方面，近藤一义将分流锻造思想引入齿轮精锻后, 分流锻造法得到广泛应用^[4]。然后王岗超等^[5]通过在凹模齿顶处增设分流腔, 并采用浮动凹模结构, 大幅度地降低了成形载荷。在闭塞锻造方面,Song J H等^[6]将有限元模拟和实验相结合, 以冲压类型、冲头位置和坯料直径作为工艺变量, 对用于汽车变速器部件的锥齿轮进行闭塞锻造的工艺设计, 最终确定了无齿形欠填充和折叠缺陷的优化设计。

一些科研人员发现，与现有的齿轮相比，以轻量化为目的优化设计可以减轻齿轮的重量，低密度高强度的材料可以有效地达到减重的目的，然而利用单一的低密度材料所生产的齿轮却很少运用于汽车和飞机^[7]。采用单一材料进行锻造的齿轮在降低油耗，节能减排方面并不具有优势。在航空领域，减重带来的性能改善和经济效益是非常显著的, 有数据表明, 飞机结构质量每减轻1%, 飞机性能就能提高3%～5%, 因此质量成为衡量产品设计是否先进的重要指标之一^[8]。齿轮的轻量化不仅需要优化结构设计，还需要多种材料的配合。Chavdar 等^[9]利用钢和铝作为双金属坯料通过热液压锻造的方法来制造轻型动力产品。Goldstein 等^[10]选用感应加热的双金属锻件(1020钢和7075铝合金)，将产品的外环完全包裹内芯，从而达到轻量化的目的。

双金属精锻齿轮的研究旨在保持齿轮原有性能的基础上，降低其重量，从而实现轻量化的目标。目前比较流行的轻量化材料有多种, 有些强度很高, 有些兼顾柔美。比如高强度钢, 作为传统材料在齿轮轻量化的使用中是主力。而在应用这些轻量化材料时, 为了确保齿轮轻量化以后的安全性, 需要“软硬兼施”, 综合利用^[11-12]。双金属材料齿轮精锻工艺研究将高强度材料放置在具有恶劣使用条件的外圈，将性能较差的轻质材料放置在使用条件不恶劣的内芯，从而实现齿轮轻量化的目的。在保证齿轮强度，冲击韧性和安全性能的前提下，尽可能地降低齿轮的整备质量，从而达到节能减排的目的^[13-14]。齿轮轻量化的研究需要齿轮达到高精度和数控化，并促进齿轮朝着高速高效和智能化的方向发展^[15]。

本次毕业论文以双金属精锻齿轮为主题，选用45钢和铅作为模型材料，采用精锻工艺成形。研究双金属材料的流动和界面融合情况，并探讨其影响因素，具有很强的现实意义和研究价值，推动齿轮朝着高精度，轻量化，数控化的方向发展。

2. 研究的基本内容与方案