锥壁形零件作为飞机发动机重要的连接与传动部件,内部连接发动机主轴,外部与涡轮盘或者风扇盘固定,长期服役在高温高压的环境中,对其性能要求较为严格。由于该类型零件锥形薄壁的形状特点,采用常规的锻造生产工艺在直接锻造生产时材料利用率低,并且各部位变形不均,造成各位置性能差异大,影响性能与服役寿命;传统的预成形模具是基于经验和模拟方法,通过不断的试错来设计,效率低下。论文针对上述问题,通过对锥壁类锻件的形状结构和锻造工艺进行深入分析,制定更加合理的锻造工艺,以保证在终锻成形时充填完整与变形合理,并提高材料利用率和降低生产成本;同时为解决预成形模具的设计与优化问题,提出一种基于多学科软件联合仿真的预成形模具优化方法。论文基于数值模拟与生产试验开展如下研究工作:(1)以航空发动机锥壁类锻件为研究对象,分析传统锻造工艺生产锥形薄壁锻件过程中的难点以及控制要点,改进锥壁类锻件锻造工艺方案。结果表明,对于壁厚均匀锥壁类锻件,应该通过优化饼坯高度对材料的流动进行控制,从而避免折叠缺陷的产生;对于壁厚差异较大的锥壁类锻件,应该添加预锻工序来合理分料,从而提高材料利用率以及控制锻件变形均匀性。(2)联合参数化建模、有限元模拟软件,设计以遗传算法为优化模型的预成形模具智能优化算法。编写参数化建模、有限元模拟控制程序,实现自动建模以及自动仿真过程,利用遗传算法优化预成形模具的形状参数和预锻过程中的模具欠压量,提升优化效率。(3)以壁厚差异较大的涡轮转子支撑锥壁为研究对象,通过生产试验来验证改进后锻造工艺的合理性以及预锻模具智能优化算法的有效性。分析涡轮转子支撑锥壁锻件的原始锻造工艺和锻件检测结果,设计添加预锻工序锻造成形工艺;根据其形状特点重新设计锻件形状和定位方式,提高材料利用率与锻造稳定性;利用智能优化算法对涡轮转子支撑锥壁预锻模具形状和预锻欠压量进行优化,生产试验结果表明改进工艺合理并且智能优化算法有效。