转向臂是游艇转向系统中的重要组成部分,其主要作用是传递动力及控制游艇航向。转向臂工作环境恶劣,在转向系统运作时频繁扭转,受力状况复杂,对力学性能要求较高,因此需要通过锻造来提升转向臂的综合性能。本课题以某型号转向臂为研究对象,首先进行了锻造工艺及模具设计,设计了两套成形工艺方案,借助Deform-3D有限元软件对方案进行了对比分析并采用较佳方案进行了试生产,然后基于试生产结果结合优化算法对锻造成形工艺参数进行了优化,并进行了模拟验证和生产验证,最后通过改进模具的热处理工艺,提升了模具使用寿命,降低了锻件生产成本。主要研究内容如下:(1)结合转向臂零件的结构特点和生产实际,设计了其锻造成形工艺及锻造模具,得到了两套成形工艺方案。然后使用Deform-3D有限元软件对成形方案进行了对比分析,确定了较佳成形方案并进行了试生产分析。试生产过程中出现了终锻上模开裂及转向臂锻件充不足的问题。其中,终锻上模开裂的问题通过改进模具结构得到了有效解决,而锻件充不足的问题需对锻造工艺作进一步研究。(2)针对试生产结果中转向臂锻件充不足及成形载荷较大的问题,首先选择了镦粗台孔深、镦粗下压量、压扁厚度、坯料加热温度和模具预热温度5个因素作为设计变量,锻件充填率和终锻力作为优化目标。然后采用正交试验和灰色关联分析相结合的方法进行因素显著性筛选,筛选出了两个显著因素并确定了其优化范围及非显著因素的优选值。最后在显著因素的优化范围内进行最优拉丁超立方抽样,构建了关于两个优化目标的响应面近似模型,并对模型的精度进行了检验。(3)结合多岛遗传算法对构建的模型进行迭代求解,得到了最优参数组合,使用最优参数组合进行模拟验证和生产验证,锻件充填完整、模具受力减小,达到了预期效果,证明了优化方法的可行性。(4)改进了转向臂热锻模具H13钢的热处理工艺,在其常规热处理的基础上增加了深冷处理工艺,并进行了力学性能、显微组织检测以及模具使用寿命分析,结果表明:新工艺下的模具组织和力学性能符合要求,模具表面硬度为50.5HRC,抗拉强度为1872MPa,断后伸长率为18.6%,冲击吸收功为23.6J,模具平均使用寿命提升了32%。本课题将锻造工艺设计、数值模拟技术、正交试验、灰色系统理论、近似替代模型和优化算法相结合,有效解决了转向臂锻造成形问题,并通过改进H13钢锻模的热处理工艺显著提升了模具使用寿命,为此类零件的锻造工艺设计及锻模制造提供了理论指导和实践依据。