大型环锻件作为超超临界火电机组及深海压力容器中的关键部件,其锻造成形工艺的合理性将直接影响到设备的正常运行及使用寿命。本文以F92钢大型环形法兰件和TC4钛合金大型环件为例,针对二者在实际锻造生产中存在的问题,采用数值模拟与实验验证结合的方法,对其成形过程进行了深入研究。对于F92钢大型环形法兰锻件生产时出现的裂纹和外凹缺陷问题,对其常用的自由锻成形工艺进行模拟分析,揭示了其温度场、应变场、损伤场及速度场的分布变化规律,发现在裂纹产生处等效应变达到最大值15.20,同时锻件内孔出现外凹现象,最大直径为669.42mm。为此,提出了一种小压量多道次拔长后再近净成形挤压铆镦的成形工艺,模拟结果显示:当压下量L=60mm时取得最佳效果,等效应变值降至11.31,外凹最大直径减小到630.68mm,同时锻件金属流线变化均匀。经生产试制及本体取样测试后发现,环形法兰锻件裂纹和外凹缺陷消失,力学性能良好,微观组织细小均匀,产品合格率由25%提升至80%。围绕TC4钛合金大型环件的自由锻制坯及环件轧制两阶段的工艺流程展开理论分析,在Deform-3D平台建立大型环件径轴向轧制的宏、微观耦合有限元模型,对制定的不同工艺方案进行数值模拟,分别研究了环坯初始温度、驱动辊角速度及芯辊进给速度对成形环件各物理量的影响规律,发现:宏观上,随环坯初始温度及驱动辊角速度的增加,成形环件温度场及等效应变场均呈正向变化。随芯辊进给速度的增加,成形环件温度场整体呈上升趋势,等效应变场整体呈下降趋势;微观上,成形环件的动态再结晶度及晶粒尺寸受宏观物理量的影响,且两者总是呈相反的演变趋势;宏、微观物理量的分布均匀程度需具体分析,比较复杂。模拟结果为实际的生产提供了科学依据。为简化自由锻数值模拟的操作流程,利用MFC面向对象程序设计技术,将CAE操作流程的设置界面与Deform-3D文本模式相结合,实现了自由锻多工步的自动模拟成形,大大缩短了数值模拟的周期,模拟软件Deform-3D的操作更加智能、便捷,最后通过应用实例仿真分析验证了多工步自动模拟成形的可行性。为使锻造工艺的制定更加规范,利用C++编程语言在NX环境下进行大型环件锻造CAPP系统的二次开发。在VS软件中通过OLE技术实现了NX与Excel数据的相互传递,在此基础上,建立环锻件的模型表达式及工艺卡片模板,在NX环境下实现了参数化建模、工程图绘制、工艺卡片的打印及导出等功能。最后将Deform多工步自动模拟成形界面集成至CAPP系统内,实现了从工艺初稿到模拟分析再到工艺定稿归档的无缝衔接,整个系统更加智能、完善。