大型异形件作为大型装备的主要部件,传统的锻造后焊接法兰生产的异形锻件综合机械性能己经难以满足要求,提出了大型异形锻件的整体锻造成形工艺。但是,大型异形锻件的整体锻造成形工艺使铸锭的重量和体积成倍增加,这将导致铸锭内部存在孔洞缺陷的几率大幅度增加,对内部存在孔洞缺陷的压实更为困难;另一方面,整体大型异形锻造的成形工艺对于成形设备是一个极大的挑战,异形特征更是增加了其成形的难度。本文针对大型异形锻件生产过程中存在的大型铸锭内部孔洞压实困难和整体大型异形锻件成形困难等问题开展研究,为实际的生产过程提供理论指导。论文主要研究结果如下:(1)铸锭内部孔洞闭合标准和临界值研究。通过有限元分析法,对铸锭内部不同大小的孔洞闭合过程进行研究,选择了等效应变、应力三轴度,静水压力积分值等三种孔洞闭合评判标准,并通过实际案例优选了以静水压力积分值作为孔洞闭合标准,得到孔洞闭合临界值和孔隙闭合临界值。孔洞闭合临界值(Qcd)随着内部孔洞直径比Rv的增加而增加,在1%≤Rv≤4%的范围内,Qcd值从0.313增加到0.529;在4%≤Rv≤8%的范围内,Qcd值为0.529;在8%≤Rv≤10%的范围内,Qcd值从0.529增加到0.754。孔隙闭合临界值(Qcx)随着内部初始孔隙密度的增加而增加,最后趋于一定值0.752。(2)压实工艺对大型铸压实效果的影响研究。基于孔洞(孔隙)闭合评判标准和孔洞(孔隙)闭合临界值,研究了压实工艺对铸锭内部压实效果的影响。研究表明,“WHF拔长-镦粗-二次WHF法拔长”工艺比“轴向镦粗-WHF法拔长”更有效地实现了508-3钢大型铸锭内部孔洞压实以及孔隙压实。当孔洞直径比Rv≤8%时,铸锭压实有效长度比为100%;当Rv由8%增加到10%时,铸锭压实有效长度比为87.5%;当初始孔隙密度g≥50%时,铸锭压实有效长度比为88%。(3)异形锻件凸台成形工艺研究。通过数值模拟技术研究了外圈法兰直径(300mm,350mm,400mm)、模具温度(20℃,100℃,150℃,200℃,300℃)、锻造速度(10mm/s,15mm/s,20mm/s,25mm/s)、润滑方式(对应的摩擦因子为0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7)等工艺条件对成形质量的影响。研究结果表明:外圈法兰直径为350mm时,能够在额定的成形力下,获得更高的凸台;模具温度的增加不能有效地通过降低成形载荷来得到更高的凸台,但是能提高凸台部位的最低温度;当模具温度提高到200℃时,模具有变形的趋势。成形速度的减小有利于获得更高的凸台,但成形速度的减小使凸台部位温度下降较快,不利于凸台的成形。摩擦因子的减小有利于凸台成形和降低成形载荷,但是当摩擦因子小于0.5时,凸台中心会出现凹陷,减小了成形高度。综上所述,外圈法兰直径、摩擦因子、成形速度对异形法兰锻件的凸台成形高度有显著影响,而模具温度异形法兰锻件的凸台成形高度的影响较小,锻件凸台优化成形工艺为:外圈法兰为350mm,模具温度为150℃,锻造速度为10mm/s,摩擦因子为0.5。