工艺及模具的设计是锻件产品开发的核心环节,它直接关系到最终锻件的质量、成本、生产效率和模具的寿命。面对日益激烈的市场竞争,如何充分利用先进设计与制造技术来改造传统锻造产业,提高热锻成形工艺及模具设计的质量和水平,降低生产成本,从而提高企业的竞争力,是目前摆在锻造工程技术人员和研究人员面前迫切需要解决的问题。　　 本文在详细分析热锻成形工艺及模具设计技术、CAD/CAE/CAM技术、有限元数值模拟技术、设计优化技术的发展现状及其发展趋势的基础上,通过集成基于知识的设计技术、CAD/CAE/CAM技术、人工智能技术、基于数值模拟的设计优化技术,构建了热锻成形工艺智能设计系统的基本框架,开发了热锻成形工艺智能设计系统。在整个设计过程中,系统不仅能对设计人员进行智能引导以完成初始设计,而且能对其设计方案进行优化并最终获得最优的工艺及模具参数。这就将传统的热锻成形工艺及模具的设计技术提升到了基于知识的设计、设计优化的层次,从而实现了热锻成形工艺及模具设计方法从经验设计向科学设计、智能设计的转变,提高了设计效率和设计水平。全文对实现热锻成形工艺及模具智能设计的三项关键技术进行了深入的研究,即热锻成彤工艺设计与再设计策略、热锻成形工艺智能设计系统知识推理与控制策略、基于数值模拟的设计优化技术。　　 提出了基于知识工程和设计优化技术的热锻成形工艺设计与冉设计策略。将整个热锻成形工艺及模具设计过程分成知识设计和设计优化两个阶段。首先基于知识的设计方法将设计经验与设计知识应用于热锻成形工艺及模具的设计过程之中,获得初始设计方案,然后,在此基础上,采用基于数值模拟的设计优化技术对热锻成形工艺及模具的初始设计方案进行再设计,得到优化的设计结果。这为提高热锻成形工艺及模具设计的质量和水平开辟了一条全新的途径。　　 根据热锻成形工艺及模具设计的特点,提出了基于模型推理和任务驱动的设计方法,按照面向对象的设计模式,将热锻成形工艺及模具设计任务分成若干设计对象,每个设计对象由设计知识与相应的几何模型构成。在设计对象内部,系统通过知识驱动模式和知识融接技术,进行集成知识推理,完成单独的设计任务。在设计对象之间,采用设计对象引用链米记录它们之间的关系,通过基于任务驱动的设计模式调用指定的设计对象完成相应的设计任务,实现了知识辅助设计的目的。　　 提出和实现了适用于热锻成形工艺及模具优化设计的组合优化策略。首先,对设计变量进行正交试验设计(DOE),采用有限元数值模拟程序仿真金属热锻成形过程,获取设计目标的数值,采用方差分析(ANOVA)为手段对设计变量进行敏感性分析,筛选重要的设计变量,降低了设计优化问题的规模。然后,采用基于近似模型的设计优化方法进行优化运算,获取最优的热锻成形工艺设计参数。　　 实现了基于近似模型的热锻成形工艺设计优化方法。首先采用试验设计(DOE)的方法对设计空间进行数据采样,用响应面方法(RSM)建立了设计变量与目标函数之间的近似模型。然后在设计优化过程中,用有限元程序来计算实际目标函数值并对近似最优解进行校验,用近似模型来计算优化搜索方向并引导优化算法逐步逼近最优解。　　 在上述理论分析的基础上,本文基于SolidWorks软件平台,采用Visual C++语言开发了热锻成形工艺智能设计系统。通过对连杆锻件的锻造成形工艺及模具的设计实例分析,验证了该系统的实用性和可靠性。采用基于数值模拟的设计优化技术分别对齿轮毛坯热锻成形工艺、直齿伞齿轮预锻成形工艺以及连杆热锻成形工艺参数进行优化计算,获得了最优的工艺参数,验证了本文提出的热锻成形工艺设计优化方法的有效性和正确性。