锻造成形是在工程领域应用较为广泛的金属压力加工方法,加工工艺具有高质量和高效率的优点。在锻造生产工艺设计中,预成形设计是其重要内容之一。应用预成形设计,可以改善坯料在模膛中的充填顺序,提高锻件内的变形均匀性及组织性能均匀性,从而有效控制和优化锻件质量。在大型铝合金航空模锻件的锻造生产过程中,常采用增加预成形的方法来获得高质量锻件。本文以某飞机主起支撑接头锻件为研究对象,对其传统锻造工艺方案进行了详细的分析和研究,提出并应用了以类等势场法和响应面优化算法结合的方法进行预成形的多目标优化设计,取得了较满意的结果。本文的主要研究工作如下:(1)本文利用有限元数值模拟技术,结合毛坯和锻件生产试验的理化性能检测结果,对某飞机主起支撑接头模锻件的传统锻造工艺方案进行了分析,分别讨论了制坯过程和一火成形过程对产品质量的影响。研究结果表明,十字镦拔的制坯工艺方法对于7050铝合金可控有效,可以消除初始大锭坯的铸态缺陷,获得均匀细小的再结晶组织,使坯料具有满意的组织性能和力学性能,确保坯料在后续锻造过程中具有良好的内部质量;对某飞机主起支撑接头锻件最终质量影响最为显著的是一火成形过程中材料在模膛内部的不均匀变形。材料的不均匀变形引起了锻件内部组织性能的不均匀,从而降低了锻件质量。(2)本文提出对某飞机主起支撑接头锻件应用类等势场法预成形设计。本文首先对该锻件建立了静电场模拟分析模型,获得了终锻件形状与初始坯料形状之间的静电场分布情况,通过分析电场等势面的分布规律,确定了以等势面电势值作为预锻坯设计变量的合理取值范围。然后,基于逆向造型技术,利用静电场模拟结果中包含特定等势面信息的网格单元的空间坐标数据拟合出了需要的高精度的预锻坯曲面轮廓,并完成了预锻坯的三维实体建模。(3)在实现了基于类等势场法的预成形设计的基础上,本文应用响应面优化算法对某飞机主起支撑接头锻件实施了预成形的多目标优化。其中,以等势面电势值、预锻件与理想锻件的体积比为设计变量,根据模具充填完整性和锻件内部变形均匀性构建了响应目标函数,获得了响应面二阶回归预测模型,得到了设计变量的优化取值范围,结合有限元数值模拟技术,最终确定了一组最优的预锻坯设计方案。