活塞作为发动机的心脏零件,影响着发动机的整体性能。发动机的不断发展,从根本上来说,是建立在主要零部件的性能和寿命的不断改进和提高的基础上。近年来,发动机强化程度的不断提高和排放要求的日益严格(欧III、欧IV、欧V),传统的铝合金活塞越来越不能满足使用要求,特别是当发动机爆发压力超过20MPa时,铝活塞已经不能满足发动机的可靠性要求,因此开发出锻钢活塞。由于是关键部件,钢活塞锻件对表面质量、内部组织及尺寸精度都有较高的要求。另一方面,由于钢活塞多用于大功率发动机,被广泛应用于工业、农业、交通运输业和国防建设事业,需求量较大。本文选取典型的钢活塞锻件——139锻钢活塞作为研究对象,将其成形过程运用有限元软件QForm对不同的工艺参数进行数值模拟。在模拟过程中分析了不同的工艺参数对锻件表面质量、尺寸精度和模具寿命的影响,并根据模拟结果优化得到了139锻钢活塞的合理锻造生产工艺。由此使作者所在企业缩短了新产品开发周期,并快速进入批量生产,给企业带来较大的经济效益。具体的研究内容和所得结论如下:(1)对预锻模的成形过程进行模拟,研究了预锻模型腔形状和尺寸对预成形的影响,优化了模具型腔设计,解决了成形过程中产生的折叠和充不满缺陷,并将成形工步减少到两个,同时有利于提高了模具使用寿命。新产品开发达到一次试制成功,使试制费用降低一半。(2)选用多种规格的坯料进行模拟,研究了坯料尺寸对锻件成形过程的影响,确定了所用原材料的直径和长度,将原材料利用率从国外平均水平83.10%提高到85.15%,节约能源,提高了经济效益。