大锻件作为重型装备的重要组成部分,在化工、电力、冶金、船舶建造、航空航天等领域应用广泛。而大型空心锻件作为大锻件的重要组成部分,具有节省材料、重量轻等优势,被广泛用于运输管道、传动轴类、压力容器等。盲孔及半盲孔件作为大型空心锻件常见结构,具有良好的应用前景以及特有的结构优势,但目前对其自由锻工艺的研究并不系统和完善,仍存在经验导向、理论支持不足、研究不够系统、研究数据化可视化不足等问题,随着计算机软硬件的迅速发展和金属塑性成形理论的成熟,基于数值模拟的计算机辅助工程技术在金属体积成形领域得到了广泛的应用,并逐渐成为行业内的主流。本文以常见的大型空心锻件为研究对象,根据内孔结构特征将其分为通孔类锻件、盲孔类锻件、半盲孔锻件,并在此基础上进行大型盲孔及半盲孔件自由锻方法分析及成形工艺研究。首先根据内孔深度与内径的比值H/D,将盲孔件分为深盲孔锻件与浅盲孔锻件,将半盲孔件分为深半盲孔锻件与浅半盲孔锻件。在分析目前常用的盲孔及半盲孔件成形方法的成形特点、工装结构及优缺点基础上,针对每类盲孔及半盲孔锻件分别给出了合理的自由锻成形方法,为后续大型盲孔及半盲孔件锻造工艺的制定与实施提供基础。对于大型深盲孔类锻件,选用自由锻冲拔的成形方法。选取直壁筒形件和变(内)外径风电主轴两种典型锻件为研究对象,采用数值模拟结合部分缩比实验的方式,对盲孔冲拔成形过程中的重要工艺参数如旋转角度、下压量、叠砧区大小、砧型、砧角、制坯形状等不同方案进行了交叉对比研究。从成形表面质量、应变分布、成形力大小、金属流动、尺寸控制等方面对成形结果进行分析,得出了合理的成形参数范围,并设计对应的铅试样缩比实验加以验证。在直壁筒形件冲拔成形工艺的基础上,对更为复杂的变(内)外径风电主轴锻件,进行锻件结构特征分析,研究了不同成形镦粗胎模、不同拔长砧型及不同拔长次序等对成形质量的影响,提出了 446W6181型盲孔风电主轴冲拔成形工艺流程,并进行了模拟验证。上述两种深盲孔类锻件均成形良好,证明了自由锻冲拔成形工艺参数的准确性和工艺方法及工艺流程的可行性。对于半盲孔类锻件,采用变径马杠扩孔成形方法及芯轴收孔成形方法。对传统马杠扩孔方法进行改进,提出适用于浅半盲孔锻件的对称变径马杠扩孔成形方法,采用对称成形后再气割的工艺流程,可实现“一坯两件”的成形方式,同时,该方法也可用于直接成形内孔中部有内凸缘结构的半盲孔件。对深半盲孔锻件,采用变径芯轴收孔的成形方法,既可显著减少机加工余量,又保留了锻造流线。在进行单步下压变形区域分析的基础上,分别选取典型锻件结构,对变径马杠扩孔及芯轴收孔两种方法成形过程中的下压量、旋转角度、制坯方案、凸缘宽度、芯棒过渡结构等重要成形工艺参数进行对比模拟研究,分析了各个参数对最终成形质量的影响,并给出了合理的参数范围。设计了芯棒收孔缩比实验方案,对部分重要工艺参数及整个收孔工艺流程进行实验研究,并与模拟结果进行对比,验证了模拟结果的准确性。对于尺寸相对较小的大型盲孔类锻件,考虑采用胎模锻成形方法。分别制定了适用于大型浅盲孔锻件和大型深盲孔锻件的胎模反挤和胎模冲孔工艺。以GP425993R1型浅盲孔件为研究对象,在分析材料流动、模具结构等因素后,对胎模锻反挤过程中易出现的填充不足、成形力过大等问题,提出了上凸下平缴粗制坯、组合冲头反挤和大小冲头顺次反挤等解决方案,有效提高了工艺可行性。对深盲孔锻件的胎模锻冲孔成形工艺进行了探索,设计了 446W6181型主轴的胎模锻制坯方案、模具结构及工艺流程,明确了胎模锻冲孔工艺成形中大型深盲孔件的可行性。