齿轮是汽车上的一个重要传动零件，随着汽车工业的快速发展，对齿轮的需求和生产技术的要求进一步提高。冷精锻齿轮与传统方法生产的齿轮相比，具有产品性能好、生产效率高、能耗低、环境污染小等优点，是当今齿轮生产的发展趋势，对其研发具有重大现实意义。本文围绕圆柱直齿轮冷锻成形的若干关键技术问题，作了系统的研究。采用高压扭转与循环加热冷却相结合的方法，使20CrMnTi坯料产生形变与相变。数值模拟和物理试验表明该方案能有效细化晶粒尺寸。采用灰色关联分析方法和数值模拟技术，以晶粒尺寸最小为目标，以坯料高径比、温度、上模下行速度、下模扭转速度、摩擦因子五个关键参数作为设计变量，对高压扭转成形工艺进行优化。在720℃与840℃温度范围，对坯料进行循环加热冷却，找到最佳晶粒细化方案。最后将形变与相变相耦和，得到了具有耦合特性的晶粒细化方法。结合浮动凹模工艺，对平端面圆柱直齿轮闭式锻造开展数值模拟研究，分析其成形机理，及工艺参数对成形载荷的影响规律。在此基础上，对形变与相变耦合方法得到的坯料，进行闭式锻造成形实验，通过与传统退火后坯料闭式锻造相比较，发现其成形载荷得到了极大降低。并根据数值模拟及物理实验结果，设计制造了加工20CrMnTi钢质平端面圆柱直齿轮用模具，开展了详细的实验研究。根据径向变形金属流动模式，提出适合大模数、大齿数的平端面齿轮成形新工艺，并进行数值模拟和物理验证。与常规模式相比，该流动模式下齿轮成形的载荷小。通过数值模拟找出该变形流动模式下，金属变形规律。并系统地研究了齿数、模数、齿轮高度、摩擦、齿根圆角半径、齿腔宽度与深度、溢流槽形状与深度对其成形载荷的影响。通过物理实验，进一步证实该成形工艺对于提高齿轮成形质量、降低成形载荷和方便脱模等方面具有较强的优势。针对带有凸台的圆柱直齿轮，基于局部加载能够降低成形载荷的思想，提出整体加载预锻与局部加载终锻两步成形方法。通过模拟分析，发现该成形方法对于高径比大的齿轮，在保证其成形质量的同时，能有效降低成形力。然而对于高径比小的齿轮，在成形终了阶段材料向凸模中心孔流动速度过大，导致成形后锻件底部出现大的凹坑，影响其成形质量。针对高径比较小的齿轮，结合轴向分流原理，提出局部加载耦合齿端分流终锻工艺。数值模拟研究结果表明，该方案对带凸台的圆柱直齿轮成形具有较强的可行性。并在正交试验的基础上，完成了终锻成形工艺的优化。