锻造作为材料塑性加工的重要方法,具有产品精度高、性能优、加工效率高等优点,在汽车、飞机、轮船等零部件生产的机械制造业中有着广泛的应用。随着科学技术的不断进步和社会经济的不断发展,各机械制造业对零部件生产的要求越来越高,不仅要求提高生产质量和生产效率,还要求降低生产成本,因此需要对锻造过程的有关工艺参数进行优化。本文在分析了各种优化设计方法和理论的基础上,采用响应曲面法对锻造中的预锻模形状进行优化设计。根据锻造生产的实际需求明确了优化目标,即锻件形状符合要求且飞边最小和锻件的微观组织均匀化两个优化目标,并分别构建了相应的目标函数。以工字型锻件为例,对预成形模具形状进行了设计,设计出了直线、圆弧和曲线三种形状,并以直线的角度、圆弧的半径、曲线的拐点为设计变量进行优化。以有限元数值模拟技术为实验手段,对不同形状的预成形模具进行锻造过程模拟,根据模拟出的实验数据求得目标函数值。用曲线拟合软件对形状设计变量和目标函数值进行曲线拟合,得到相应的曲线方程,并对曲线方程求最优解,从而获得最佳预成形模具形状。以锻件形状为优化目标时,曲线形预锻模优化后产生的飞边最小;以锻件微观组织均匀化为优化目标时,直线形预锻模优化后的微观组织分布最均匀。本文还对锻造成形过程进行了多目标优化,建立了同时以锻件形状和微观组织均匀化为优化目标的多目标优化模型,采用线性加权的方法将形状优化子目标函数和微观组织优化子目标函数构成一个总目标函数。通过三种预锻模形状的优化和对比,直线形预锻模形状优化后总目标函数值最小,且终锻件能够充满型腔,达到了锻件形状和微观组织性能的综合最优。