曲轴是轿车发动机的核心部件之一,其与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转动力,为汽车提供动力。在热模锻生产中,曲轴属于典型复杂难锻件,其力学性能和表面质量要求高。但复杂的模腔布局容易使曲轴锻件出现折叠、充不满等锻造缺陷。本文研究的热锻曲轴的材质为非调质钢TL1438。曲轴棒料无需辊锻制坯,中频感应加热之后直接进入模锻工序,模锻之后锻件无需热处理便可得到机械性能、微观组织结构良好的曲轴。然而,采用锻模生产曲轴时,最大的问题在于确保锻件质量并延长模具使用寿命。本文采用有限元数值模拟技术,对曲轴热锻工艺进行分析并对模具进行优化。基于有限元模拟技术分析了曲轴热锻两工序。首先,设计了单模腔曲轴锻模,模拟结果显示该锻模在曲轴平衡块位置充不满、成形载荷较大、模具磨损严重。因此,本文优化了模具结构,在预锻模具型腔连杆颈上增设余块位置,模拟结果表明,曲轴平衡块位置充填效果良好,但成形载荷和模具磨损较高。在此基础上进行了压力机下压速度初选并分析了影响曲轴充填效果、成形载荷及模具磨损的主要因素。采用响应面法对曲轴预锻模具设计参数进行优化。使用Box-Behnken设计试验方案,三因素为余块半径、坯料半径、预锻飞边厚度,两个响应为预锻成形载荷和预锻模具磨损深度。执行数值模拟并建立样本集合,通过拟合得到响应面模型,基于优化结果选定曲轴终锻飞边厚度。此外,研究表明,坯料预热温度、模具预热温度以及摩擦系数对曲轴锻件充填效果、成形载荷以及模具磨损也有影响,因此采用Box-Behnken设计试验方案,对曲轴工艺参数进行优化,三因素为坯料预热温度、模具预热温度、摩擦系数,两个响应为成形载荷和模具磨损深度。执行数值模拟并建立样本集合,通过拟合得到响应面模型。从而得到响应最小化时的因素优化组合。结果表明:成形载荷和模具磨损深度显著降低,为曲轴的模具设计和热锻生产提供了参考。