法兰做为各种设备与管道、设备与设备等的连接用零件,在工业生产中已经得到普遍的应用。鉴于法兰工件承压、封闭连接的应用环境,工程上对法兰的质量要求较为严格。根据实际生产需要,工厂常会采用铸造、机械加工、液态模锻、等温塑性成形等工艺进行加工不等壁厚法兰类工件,而现有的冲压工艺只能加工小壁厚法兰类工件。为此,本文提出一种复合成形工艺方法,旨在解决大壁厚法兰工件的冲压加工问题,从而扩展冲压工艺的应用范围。采用DEFORM-2D/3D有限元模拟软件,对复合成形工艺的镦粗成形过程进行数值模拟,研究镦粗成形效果及其影响因素。针对复合成形工艺中的关键工序——镦粗,设计了四种不同结构坯料模式下的镦粗成形方案,通过分析有限元数值模拟,得到了最优成形方案——带圆角结构、内径减小的镦粗成形方案。通过对比总结了圆角大小、直筒高度、摩擦因子三个因素对成形效果的影响规律发现:圆角大小对成形壁厚极限值影响很大且两者存在一定的比例关系;摩擦因子的改变对直筒成形壁厚的极限值没有影响,但成形载荷力随着摩擦因子的增大而增大;直筒高度对镦粗成形效果的影响很小,直筒壁厚极值几乎没有变化,而成形载荷会随直筒高度的增加而增大。在保证成形效果的前提下,本文就大壁厚法兰工件的加工,总结了最优的工艺参数——圆角R≥3.33t、摩擦因子0.1、直筒高度30mm以及一次镦粗直筒壁厚成形极值T,约是坯料壁厚t的1.5~1.867倍。本文研究了四种模式下镦粗成形过程中的金属流动规律以及应力应变关系,综合性的分析了镦粗成形中产生缺陷的原因。最后,为了验证复合成形工艺的可行性,本文设计了验证性试验方案,试验结果与达到预期设定值,为大壁厚法兰类工件的冲压加工提供了参考依据。