D和芯棒直径d来改变约束力的大小，促使齿形易于充满。
2.4局部加载方式及其特点
目前，对于齿轮锻造工艺虽然采取了分流减压的思想，但其加载方式却局限于整体加载，锻造时所需的成形载荷数值还是很大，制约着该工艺的发展。
局部加载是指成形过程中仅对坯料的某一部位施加压力，从而完成整个工件的成形。采用局部加载方式时，坯料内部沿主作用力方向上的受力面积不断增加，其应力的绝对值越来越小。在齿轮坯料的齿形部位进行局部加载，其受力接触面积相比整体加载时要小得多，因而成形力可得到大幅度降低，更易于齿形的填充。从某种意义上来说，局部加载就是所谓的轴向分流。
2.5大齿轮热模锻成形工艺原理
本课题将对大尺寸渐开线标准直齿圆柱齿轮锻件进行研究，表2-1所示为其基本尺寸参数。
表2-1 齿轮尺寸参数
齿轮材料选用42CrMo合金钢，对应的美国标准为
AISI-4140[70-2200F(20-1200C)]，其化学成分、热性能与力学性能分别见表2-2、表2-3、表2-4。
表2-2 42CrMo主要元素的化学成分（%）表2-2（续表）
表2-3 42CrMo的热性能参数 表2-4 42CrMo的力学性能参数
42CrMo钢属于超高强度钢，具有高强度和韧性，淬透性也较好，无明显的回火脆性，淬火时变形也很小，调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧度良好，高温时有高的蠕变强度和持久强度，用于制造强度高和调质截面更大的锻件。该钢通常将调质后表面淬火作为热处理方案。 2.5.1热模锻成形工艺方案
所研究齿轮直径在一米以上，属于大尺寸锻件，因此锻造过程中需要的变形力是非常大的。鉴于此，本文优先采用热锻成形方式对该齿轮进行加工。除此之外，综合考虑各种因素，最终决定在传统镦挤工艺上进行改进，灌输进分流锻造技术思想，主要以设计坯料形状及尺寸参数为主，具体成形工艺简图如图2.5所示。
1— 凹模 2—坯料 3—上凸模 4—下凸模
图2.5 工艺简图
成形过程中，中低边高的半空心坯料成为整个工艺的关键控制因素。随着凸模下行，坯料金属在充填齿形型腔的同时也流向中心低凹处，当齿形完全充满时最好希望坯料中部正好填平，与齿形端保持一致的高度。若中间低凹处先于齿形充满，借助预留有中心孔的凸模，金属仍有自由流动的地方，能够确保齿形完全充满。这样的坯料形状决定采用局部加载的方式，可以使成形载荷得到大幅度降低。因此，合理设计坯料形状、控制好坯料各个尺寸参数，以便于得到最好的成形效果是本文研究的重点。
锻造时，坯料从加热设备中取出，迅速放入模膛，不考虑过程中的热传导以及热量散失，一次性锻出成形件，最后再对齿形进行机加工修整。该过程没有预锻、终锻工序之分，可称之为“一火一锻”。
42CrMo合金钢的锻造温度范围在20—1200℃之间，始锻温度定为1000℃，该温度下材料的变形抗力较低，齿轮的成形可全部完成。
其工艺流程如下：坯料一加热至1000℃一除氧化皮一锻造一热切飞边一去氧化皮一空冷到室温一机加工。 2.5.2一工序一火锻造工艺的优点
根据上述工艺分析，本课题研究决定采用半空心形状毛坯闭式镦挤热锻工艺来成形大尺寸齿轮，其工艺具有如下几个优点：
1、此工艺只须用一套模具就能完成以往两套模具才能完成的齿轮锻造成形，缩短了工艺过程，减少了模具用量，降低了生产成本；
2、借助分流锻造思想设计半空心毛坯形状，同时凸模上预留中心孔，使金属在锻造过程中始终具有自由流动的地方，保证齿形很好的填充；
3、采用局部加载的方式，有效降低成形载荷，增加了模具寿命。
2.6本章小结
本章分析介绍了分流锻造技术以及传统直齿圆柱齿轮镦挤工艺，针对所要研究的大尺寸齿轮，确定了在传统镦挤工艺上引进分流锻造思想的一火一锻成形工艺方案，该工艺主要以坯料形状尺寸参数作为主要控制因素，并采用可以降低成形力的局部加载方式，最后分析了该工艺的优点，为之后所要进行的有限元数值模拟提供了可靠的依据。 （1）冷锻
冷锻技术是使金属在室温下体积发生塑性变形，其变形方式有冷挤压和冷镦挤。近年来冷精锻技术发展迅速，其原理是采用闭塞锻造技术成形。闭塞锻造指
的是在上下模间隙不变、通过合模而形成四周封闭的型腔中，借助两个以上凸模的相对运动，使金属坯料成形为具有一定形状的零件的锻造成形技术。我国冷精锻技术起步于20世纪50年代末。1990年以来，为了满足汽车、摩托车产量快速增长的需求，多工位冷精锻、闭式模锻等技术被陆续使用到生产中。
河南科技大学的于静针对齿轮冷精锻成形中成形载荷过大和齿形充填不足等主要问题，运用空心毛坯闭式镦锻—空心分流一模两击式镦挤工艺冷锻成形直齿圆柱齿轮，并通过数值模拟对其可行性进行验证，分析了成形过程中的金属流动规律以及齿轮分流孔的临界点，得到了模数为2的直齿圆柱齿轮在模具极限载荷范围内的理论成形范围曲线，最后还优化得出该工艺下毛坯体积的计算公式，为直齿轮的实际生产提供了可行性参考依据。
合肥工业大学的龚冬梅利用浮动凹模与孔径向分流耦合的工艺方法对大模数直齿圆柱齿轮进行冷锻成形，并为其设计了相应的冷精锻模具结构。数值模拟结果显示该工艺可使齿形充填完整，而且成形力大大降低。但由于时间与试验条件的限制，该工艺并未通过试验验证其可行性，距离最终的实用化还需进一步努力与完善。
J.H.Song等人对锥齿轮的冷精锻工艺进行三维有限元数值模拟，对比分析了不同加载方式、冲头位置、坯料直径下齿轮的成形状况，为该工艺设计了相应的模具并通过试验进行验证，结果证明还需补充额外的夹紧装置以提高模具寿命。
Nagai.Y为具有较大沉孔的直齿圆柱齿轮设计开发出一种成形新工艺，即将杯形件作为预制坯，通过拉延、整形、变薄拉延和压缩四步对其实现多工步冷锻成形。
近20年以来，齿轮热模锻生产有了很大发展，尤其是基于开式模锻改进而来的热精锻工艺应用越来越多。普通模锻时会在水平方向产生较大飞边，热精锻通过对坯料体积进行精确计算，将其改变为在垂直方向上产生较小飞边，或者是在封闭的模膛内不产生飞边。生产设备主要有热模锻压力机、螺旋压力机、摩擦压力机等，生产工艺也由最初的开式模锻、两火两锻发展成闭式热模锻、一火两锻成形。
Taylan.Altan等人借助DEFORM软件对空心直齿圆柱齿轮毛坯的三工位热锻成形过程进行有限元数值模拟，根据模拟结果分析预测了可能出现的折叠缺陷，并在此基础上改进成形工艺参数，最终得到无缺陷零件。
温锻内容与冷锻大致相同，通常是指将坯料加热到室温以上再结晶温度以下
而进行锻造的一种锻造方法。图1-5给出了不同变形方式的温度范围，温锻成形主要发生在温变形区的非蓝脆区和非相变区。采用温锻工艺时，锻件无需经过磷化处理和中间处理便可满足精度及表面粗糙度要求。
温锻时材料温度范围要根据钢材的不同化学成分来决定。该温度应在保证金属塑性有明显提高的同时变形抗力显著下降，还要兼顾金属未发生强烈氧化。采用碳钢与合金结构钢作为温锻材料时，一般温锻温度为550-750℃，采用奥氏体不锈钢时温锻温度为250-350℃，为保持温锻的顺利进行，温锻时可采用胶体石墨剂作为润滑剂。
齿轮是有齿的能相互啮合的轮状机件，是机器上最常用、最重要的零件之一。齿轮的分类有很多种，由于其传动是靠主动轮齿廓推动从动轮齿廓而实现，所以将其主要按齿廓进行分类的话，可分为渐开线齿轮，其次是摆线齿轮和变态摆线齿轮，还有圆弧齿轮和抛物线齿轮等。
冲压法多用于薄齿材料的冲裁，采用精冲模直接冲裁一些外形结构简单的小模数齿轮，可得到满足生产要求的齿轮。对于板状齿轮的冲裁，首先应将所要冲制齿轮的尺寸形状作为标准加工出冲模。冲裁时，位于凸凹模之间的板料在厚度方向上发生剪切变形而冲出齿轮。这种方法目前多用于板型材料，由于冲裁过程中成形件受到较大的冲击载荷，导致齿顶部位有塌角出现，板料厚度明显减薄，模具寿命较低。