1、鍛造是一種主要的材料成形加工方法。鍛件最終成形前，往往需要進行一次或多次預成形，預成形工序數(shù)目和預成形形狀設計是塑性成形工藝和模具設計的根本和難點，一直未能很好地解決。基于經(jīng)驗、物理模擬或數(shù)值模擬的預成形設計方法難以得到合理的預成形設計結果，從理論上研究預成形設計方法具有重要的理論和工程意義。
　　 類等勢場法作為一種新興的非優(yōu)化算法，可以用靜電場中不同電壓的兩個導體間等勢場分布模擬塑性變形過程中坯料與鍛件之間最小變形路徑，在三

2、維復雜鍛件的預成形設計中有廣闊的應用前景。本文首次將類等勢場法、工程優(yōu)化算法和有限元分析方法相結合，以預鍛件形狀為優(yōu)化對象，對三維軸對稱鍛件和三維復雜鍛件（預成形件為三維形狀）的預成形設計方法進行了系統(tǒng)的研究:
　　 (1)結合類等勢場法和預成形優(yōu)化設計的原理，針對需要兩工步模鍛成形的鍛件，提出了基于類等勢場法進行鍛造預成形多目標優(yōu)化設計的方法。該方法對只需一步預成形的三維軸對稱鍛件或形狀復雜的非軸對稱鍛件均適用。
　　

3、 (2)以典型的H型截面軸對稱鍛件為例，對需要兩工步模鍛成形的鍛件進行了基于類等勢場法的預成形多目標優(yōu)化設計研究。首先運用靜電場模擬方法獲得了坯料與鍛件之間的等勢場分布;然后以等勢線電勢值和預成形件與終鍛件體積比為設計變量，以鍛造充填率為優(yōu)化目標，對H型軸對稱鍛件的終鍛成形過程進行了響應面分析，確定了最佳預鍛件體積和合理的等勢線取值范圍;最后以等勢線電勢值為單因素設計變量，運用共軛梯度優(yōu)化算法，對H型軸對稱鍛件進行了基于鍛件變形均勻性和

4、終鍛力的多目標預成形優(yōu)化設計，確定了最優(yōu)預鍛件形狀，得到了飛邊較小、變形均勻而且終鍛力較小的終鍛件。
　　 (3)針對需要多工步模鍛成形的三維復雜鍛件，提出了基于類等勢場法進行兩步預成形優(yōu)化設計的方法。采用反向設計法，首先結合類等勢場法、響應面優(yōu)化方法和有限元數(shù)值分析，確定最優(yōu)預鍛件形狀;然后基于優(yōu)化后的預鍛件形狀，采用縱橫截面曲線方法設計合理的預制坯形狀。經(jīng)過兩步預成形設計，可以解決三維復雜鍛件終鍛時容易產(chǎn)生折迭和不易充滿的問

5、題。
　　 (4)以形狀復雜的擺體鍛件為例，對需要多工步模鍛成形的三維復雜鍛件進行了基于類等勢場法的兩步預成形優(yōu)化設計研究。運用靜電場模擬方法獲得了坯料與擺體鍛件之間的三維等勢場分布，通過等勢面的分布規(guī)律分析了坯料成形過程中的流動特征，判斷擺體鍛件可能出現(xiàn)的鍛造缺陷;采用截面曲線放樣法提取了三維靜電場中等勢面作為預鍛件形狀;基于靜電場模擬結果，以等勢面電勢值和預鍛件與終鍛件體積比為設計變量，以鍛造充填率為優(yōu)化目標對三維復雜擺體鍛