大型曲轴是内燃机中承载和传递动力的关键零件,高速运转中不但承受着交变应力,而且传递着大扭矩,这就要求大型曲轴应具备良好的机械性能来保证其在使用过程中正常工作。大型曲轴锻造容易出现成形质量差、填充不满、材料利用率低等问题,根据传统的经验设计和工厂的实际工况,同类曲轴锻造时材料利用率约为65%～75%。因此本文以某大型曲轴为研究对象,基于有限元模拟分析,建立1MJ对击锤模锻有限元模型,模拟该大型曲轴的成形过程,分析锻件的成形性能和缺陷,然后进行成形工艺优化,确定合理成形工艺方案,提高材料利用率,降低制造成本。本文首先对某大型曲轴用材料34Cr Ni Mo6钢的高温热力学行为进行了研究,通过等温热压缩试验获得了34Cr Ni Mo6钢在变形温度900～1200℃、应变速率0.001～1s-1范围内的真实应力、应变数据,分析了变形条件对34Cr Ni Mo6钢流变应力的影响规律,在此基础上构建了材料本构模型,考虑应变补偿的修正Arrhenius模型能较为准确地描述34Cr Ni Mo6钢的高温流变应力行为。接着基于经验利用三维造型软件CATIA对该大型曲轴锻件及终锻模具进行了设计和建模,初步确立了大型曲轴的现行模锻成形工序,利用DEFORM软件对现行工艺方案进行了数值模拟仿真,根据模拟成形结果发现材料利用率低,仅为66.2%。然后针对现行工艺方案材料利用率低、制造成本高的问题,从坯料的定位问题、模具两侧轴端位置飞边结构和添加特殊阻力墙结构三个方面进行了创新设计。其一,针对坯料的定位问题,考虑到大型曲轴锻造的复杂定位情况,设计研发了针对该大型曲轴锻件的坯料定位装置,并申请了发明专利,确保坯料能放置到正确位置;其二,针对模具两侧轴端位置溢出过多金属的问题,对模具两侧轴端位置飞边结构进行了优化,增大了飞边结构体积,以容纳锻造时流出的多余金属,从而避免对成形载荷造成影响;其三,针对曲轴锻件某些曲柄位置充不满的问题,设计了特殊阻力墙结构,从而增加了金属在高度方向上的充填性,确保充填完整。之后建立了解决坯料定位问题和模具优化后的有限元仿真模型,采用一次锻造成形,坯料规格由Φ240×2650mm降为Φ220×2610mm,根据模拟结果发现锻件成形性能良好、充填完整。优化后工艺的材料利用率由66.2%增长到了78.2%,节省了坯料质量144.3kg,锻造工艺过程由原来的“加热-预锻-割毛边-加热-终锻”减少为“加热-终锻”,减少了火次和总锤击次数,提高了效率,节省了大量人力物力财力。最后基于优化后的工艺方案,进行了生产验证,试制结果表明锻件成形效果良好,各方面指标也达到了设计要求。