锻造生产的目标是以最低的成本生产出质量最好的产品,如何降低锻造成本,降低能量消耗,减少材料浪费和提高锻件质量一直是锻造研究领域研究者所关注的热点。预成形设计是影响锻件质量的一个重要因素,也是锻造工艺设计中的一个难点。科学的预成形设计方法的研究备受关注,预成形优化设计也越来越多地被应用于生产实际中。因此研究预锻件形状优化,改善锻件的综合性能具有十分重要的意义。本文首先以BC2270A链轮为例,介绍了常规经验试错法的预成形设计方法,对锻造预成形数值模拟分析过程进行了详细的介绍。基于BC2270A链轮,提出了三种预成形设计方案,通过对三种设计方案的数值模拟分析,发现第三种设计方案,即用环形预制坯进行终锻,其链轮的成形效果较好,而且环形预制坯在辗环加工过程中也比较方便和容易控制。最终制定的B2270A链轮锻造工艺过程为：圆柱体坯料下料-镦粗制坯-冲孔-扩孔(或者辗环)-终锻-机加工,最终得到B2270A链轮锻件。本文以H型截面圆盘锻件为优化设计对象,介绍了基于响应面预成形优化设计方法。通过控制预锻件关键几何尺寸,实现对预锻件的参数化表达。在此基础上,基于RSM安排CCD试验,完成设计空间采样,有效降低了试验样本数量,减少了优化设计中的计算成本；使用Deform软件对样本点进行计算试验；最后,以模具填充情况和载荷值作为评价指标,即作为目标函数,构造了响应面近似模型,并通过粒子群算法对响应面的二阶多项式函数进行了寻优操作。本文还对较复杂三维锻件斗齿进行了响应面法预成形优化设计,对多变量优化设计进行了探讨。针对其五个几何参数(L1、L2、L3、L4、α),先用PB设计筛选出了三个显著影响因子：L2、L4和α,以变形均匀性为目标,以锻件局部填充满为约束条件,进行了预成形优化设计研究。优化后,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,优化效果比较明显。同时,揭示了斗齿模锻过程的金属流动规律和变形力学特征,对斗齿模锻过程的工艺和模具设计具有重要的指导意义。