叶片是一种造型复杂的空间曲面薄壁零件,作为航空发动机的关键部件,其所用材料价格昂贵且难以变形,目前多采用精锻工艺对叶片进行加工。然而在其热力耦合的成形过程中,叶片造型复杂的特点不仅使其锻造过程的金属流动规律不易获知,此外还导致了叶片各处受力的不同,使其在锻造过程中无法避免会产生应力集中,常导致部件在工作期间的早期失效。因此,研究航空发动机叶片精锻成形过程的金属流动及残余应力,对提高航空发动机精锻叶片的性能以及防止缺陷产生具有重要意义。以某航空发动机叶片为例,根据该叶片的造型特征,通过计算分析,获得了叶片坯料及模具平衡角、模具压力中心、模具分型面、模具毛边槽及毛边桥的相关尺寸参数,并基于Pro E软件建立了该航空发动机叶片及其上、下模具和坯料的三维几何模型。通过对几何模型、材料模型、摩擦模型、热力学参数、压力设备、网格划分等的定义,建立了TC4钛合金叶片精锻有限元模型。基于刚粘塑性有限元基本理论,借助Simufact.Forming软件对叶片精锻过程进行了三维数值模拟。获得了精锻叶片的应力场、应变、温度等场量分布信息。研究了上模速度、坯料温度、模具温度、摩擦系数等精锻工艺参数对叶片表层金属流动的影响。研究结果表明:叶片榫头区域的金属流动速度受工艺参数影响较小,其流动速度变化不大且较为缓慢接近于0。而叶身与榫头连接处附近区域的金属流动速度受工艺参数影响较大,提高坯料温度、上模速度、摩擦系数,都可使其金属流动速度增大,而模具温度的升高则会导致金属流动速度的减小。采用X射线衍射技术对叶片表层残余应力进行了测量,并将试验测量结果与对应位置的数值模拟结果进行了对比验证。并通过制定四因素三水平数值模拟正交试验,研究获得了上述四个精锻工艺参数对叶片精锻最大残余应力的影响显著性程度,并利用极差分析得到了最优工艺参数组合。研究结果表明:其试验测量结果与数值模拟结果相比,误差较小,表明Simufact.Forming的数值模拟结果较为理想。对于叶片精锻最大残余应力,各工艺参数显著性程度依次为:模具温度>上模速度>坯料温度>摩擦系数。最优工艺参数组合为:上模速度为40mm/s,坯料温度为960℃,模具温度为300℃,摩擦系数为0.1。最后,利用数值模拟获得的试验数据为样本,以这四个精锻工艺参数为输入参数,以叶片精锻最大残余应力为输出预测目标值,先后建立了响应曲面、BP神经网络、GA-BP神经网络三种数学模型,对比分析了三种模型的预测效果。研究结果表明:这三种模型预测结果与仿真结果间的最大相对误差,分别为5.74%,5.15%,2.71%。因此,采用GA-BP神经网络预测叶片精锻最大残余应力相比来说更为可靠。