随着我国航天航空工业向现代化、高速化方向发展,航天工具的轻量化要求日趋迫切,以铝代钢的趋势越来越大。特别是轻量化程度要求高的飞机、航天器以及某些机械设备等的重要结构件,近几年来大量使用铝合金铸件和模锻件以替代原来的钢结构件。伴随着我国国产大飞机项目的启动,铝合金大型锻件成形的研究已经成为关注的焦点。在目前看来大型铝合金锻件的生产有以下三个主要难点:质量要求严格,工艺过程复杂,生产费用高。本文对大型铝合金锻件的锻造成形工艺和国内外生产现状作了简要介绍,选择平面分模大型铝合金锻件作为典型件,详细介绍了在铝合金大型锻件成形工艺CAD与数值模拟CAE两个领域的工作。由于大型铝合金锻件外形结构复杂,其可行性、稳定性、成形质量(含充满成形、折叠、组织缺陷)、材料利用率以及如何降低载荷、提高模具使用寿命等,都是在制订其成形工艺所必须重点考虑的。本文在三维造型软件CATIA的CAD平台下进行了大型铝合金锻件的工艺分析与模具设计。针对其成形过程的几个关键技术问题,利用有限元数值模拟软件Deform对其成形过程进行数值模拟。通过数值模拟,优化了预锻件的外形结构、模具结构和坯料尺寸,达到了优化工艺参数、优化模具结构、消除成形缺陷的目的。全面分析了大型铝合金锻件成形过程中摩擦系数、压机速度、坯料预热温度对最大成形载荷的影响,以及摩擦系数、压机速度、模具硬度对模具磨损量的影响,并通过多项式的最小二乘法拟合得到了它们之间的影响规律。最后,通过实验的方法,对工艺方案和模具设计的合理性与科学性进行了验证,对模拟结果与实验情况进行对比分析,总结了课题研究的成功经验。通过本课题的研究,将模锻工艺、有限元理论、数值模拟仿真技术及模具CAD技术结合起来,达到了缩短产品开发周期、提高模具寿命、降低成本等目的。本课题的研究成果对同类大型铝合金锻件的生产以及相关的模具设计提供理论和实践依据,并可直接用于指导生产。