锻造生产的最高目标是以最低的成本制造出具有最好质量的产品。降低锻造成本,就要降低能量消耗,减少材料浪费；提高锻件质量,要从锻件形状、变形均匀性以及锻件的微观组织等方面考虑。预锻模及预成形形状对终锻件质量有重要的影响,因而要降低锻造成本,提高锻造质量,最直接最有效的途径就是对锻造过程预成形形状进行优化设计。回顾国内外锻造预成形优化设计研究的发展及现状,多种优化方法被应用到预成形设计中的各个目标函数优化研究中,但是缺少一种可以用于各种目标函数优化的优化方法。蚁群算法作为一种新兴的仿生优化算法,它具有较强的鲁棒性、优良的分布式计算机制、易于与其他方法相结合等优点,并且已经在各个工程领域得到广泛应用。本文以基本蚁群算法为基础,把蚁群算法与有限元数值模拟方法结合起来,以预成形模具形状为优化对象,对锻造过程中的多个评价目标进行了系统的研究,为建立一个适用于实际生产的通用的预成形设计系统奠定基础。本文首先对刚粘塑性有限元的理论进行了阐述,给出了刚粘塑性材料的基本假设及塑性力学基本方程,介绍了刚粘塑性有限元的变分原理及求解过程。根据最优化设计的主要内容和一般原则,对锻造过程中的多个评价目标的优化建模进行了研究,分别建立了基于终锻件形状、变形力以及变形均匀性的目标函数。详细阐述了基本蚁群算法的机制原理和数学模型。本文以基本蚁群算法原理为基础,通过对基本蚁群算法的改进,首先构建了一种可以应用于多元函数连续域寻优改进蚁群算法模型,利用C语言在Windows环境下编制了该改进蚁群,并用两个仿真算例验证了该改进蚁群算法模型的有效性。本文给出了应用该改进蚁群算法对锻造过程中预成形进行优化设计的步骤,结合蚁群算法程序以及有限元模拟模块程序,建立了基本的预成形设计系统,介绍了系统各个模块的功能。最后,应用本文中建立的预成形设计系统,对一个典型的H型截面轴对称锻件,分别进行了基于终锻件形状、变形力、变形均匀性的单目标预成形优化设计以及基于变形力和变形均匀性的多目标预成形优化设计。优化后,基于终锻件形状的优化设计得到了飞边较小、模具充填完全的终锻件；基于变形力的优化设计有效降低变形力,减小了变形过程中的能量消耗；基于变形均匀性的优化设计,使终锻件的等效应变分布更加均匀,有效提高了终锻件的质量；基于多目标的优化设计,既有效降低了变形力,又得到了变形均匀的终锻件。以上优化结果,均应用大型商业化体积成型软件DEFORM进行了模拟验证,模拟结果证明本文所应用的优化方法以及建立的预成形优化设计系统具有相当的可靠性。