柴油发动机扭矩大、经济性能好、可靠性高，被广泛地应用在汽车、工程机械、船舶、发电机组等设备上。由于柴油发动机工作压力大，各相关的零件必须具有较高的结构强度和刚度。曲轴作为柴油发动机中重要的部件之一，既要承受交变应力，又要传递很大的力矩，其质量稳定性直接影响着柴油发动机能否安全有效地运转。曲轴形状十分复杂，各个截面过渡变化很大，同时曲轴的平衡块等部位为非加工面。为了保证曲轴锻件填充后的表面质量，坯料模锻后往往会形成较大的飞边，造成大量的材料浪费。根据曲轴的结构特点精确分料，不仅能节约材料，还能减小成形载荷，延长模具的使用寿命。本文运用了数值模拟与实验相结合的方法对柴油机曲轴模锻成形过程进行了研究，实测了材料的高温应力-应变曲线，并对有限元模拟中使用的摩擦模型、摩擦因子和换热系数进行了校核，在此基础上优化设计了适用于填充平衡块等异形结构的两圆弧形坯料。本文的研究成果对于减小曲轴模锻产生的飞边，提高材料利用率具有重要意义。论文的主要研究内容和结论包括:　　1)完成了有限元模拟过程中摩擦模型、摩擦因子和换热系数的校核。实测了42CrMo钢高温应力-应变曲线，并进行摩擦影响修正。基于实测的高温应力-应变曲线和热物性参数，对曲轴模锻过程进行热力耦合模拟。系统地分析了库仑摩擦模型、剪切摩擦模型、混合摩擦模型及摩擦因子对曲轴模锻成形模拟的影响，结果显示，使用库仑摩擦模型得到的摩擦力和成形载荷偏高，混合摩擦模型最能反映曲轴高温塑性加工过程的实际变形情况。模拟了不同换热系数对锻件和模具温度场分布的影响，确定了最能反映实际温度变化的换热系数。　　2)完成了曲轴模锻过程的模拟仿真。基于校核后的有限元模型，对不同平面分模四缸曲轴模锻过程进行了热力耦合模拟仿真，获得了成形载荷、应力、应变和温度的变化规律，分析了变形过程中金属的流动规律，确定坯料的变形顺序:连皮部位首先与模具接触产生压痕，主轴部位随后与模具型腔接触，平衡块逐渐开始形成，多余的金属向模具外流动形成飞边，终锻过程主要是预锻储存的金属填充平衡块和飞边厚度减薄。　　3)优化了曲轴坯料截面形状，并完成了样件的生产试制。针对平面分模四缸曲轴设计了四种坯料截面:透镜形、椭圆形、两圆弧形和四圆弧形，综合每种形状坯料的锻件填充情况和成形载荷，最优的坯料截面是两圆弧形。生产试验曲轴的两圆弧形高度比的最佳取值范围为0.70-0.95，宽度的最佳取值范围为0.55b-0.85b。根据优化的坯料形状进行了模锻试验，获得了充型完整、表面质量良好的锻件，提高了材料利用率。比较了模拟结果与实验结果的差异，验证了模拟仿真的准确性。