重载大模数齿轮是机车车辆、重型卡车、船舶、风电设备等重载机械设备必不可少的关键基础件,其质量、性能、寿命直接影响整机的使用和性能。对于风电机组,由于齿轮维修非常困难,其对齿轮可靠性和使用寿命更是比一般机械高得多。并且随着汽车产业的快速发展以及重机设备的需求增加,齿轮高效成形技术需求迫切,并发展蓬勃。本课题针对大模数重载齿轮,采用局部高频感应加热的轧制成形工艺及其微观组织演变规律进行研究,旨在实现大模数齿轮的高效精密成形。为了获得理想的温度场进行齿轮轧制成形,对感应加热线圈结构进行设计,设计了横向磁通线圈和纵向磁通线圈。通过建立有限元模型分析了采用两种不同线圈结构的加热效率以及在不同电流密度和电流频率下,坯料内孔温度以及成形区温度分布的变化规律,并通过实验的方法验证了有限元模型的有效性。通过分析得出通过选取合适的加热参数,与横向磁通线圈相比,纵向磁通线圈加热坯料能够提高加热效率,降低内孔温度以及使成形区的温度在轴向和周向更均匀。通过热模拟实验对齿轮钢SAE8620H高温变形流动行为进行研究,并以此建立了一套基于物理意义的内变量统一本构模型。模型可以描述位错密度、动态再结晶之间的相互作用以及微观组织对流动应力的影响。通过遗传算法,根据高温压缩实验的结果,优化求解了模型中的材料常数。通过模型预测值和实验值的对比,验证了建立的统一本构模型的可靠性,具有良好的预测效果。用数值仿真和实验方法,分析了基于高频感应加热的齿轮轧制过程中温度、应力应变以及金属流动规律,揭示了齿顶金属折叠、内孔扩孔以及齿廓左右不对称缺陷产生的原因,研究了成形工艺参数对成形缺陷的影响,提出了相应的改善措施。将建立的本构模型通过二次开发写入有限元软件分析了基于高频感应加热的齿轮轧制的坯料齿形再结晶百分数分布规律,并研究了轧制温度、每转压下量对热轧成形的坯料齿形处微观组织演变规律的影响,对工艺实践具有指导意义。以外齿模具轧制方案为基础,设计开发了齿轮轧制实验样机,并且对样机的轧制性能进行了分析,验证了齿轮轧制的可行性。并进行了下惰齿轮零件精密轧制成形,轧制完成测得齿轮齿形、齿向以及齿距偏差满足十二级,对轧制后的坯料进行微观组织分析,发现在齿廓附近金属动态再结晶程度很高,晶粒较为细小,尤其是齿根附近。齿根处的再结晶分布状况有利于提高齿轮轮齿的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。