轮毂是飞机的主要承力构件，承担飞机在起飞及着陆阶段的冲击载荷和静压力，关系着飞机的飞行安全。该零件服役条件恶劣、结构复杂、质量要求较高，由于航空制造业能力不足及美国等西方国家的技术封锁，我国尚不具备该零件的自主生产能力。
　　本文以国产某大飞机轮毂为研究对象，针对该轮毂形状复杂、表面质量要求高、关键尺寸为非加工面、精密成形工艺难度大，以及轮毂材料2014铝合金在多工序成形过程中极易产生粗晶、组织均匀性控制难等关键难题，采用材料等温热压缩实验、有限元数值模拟及生产试验等方法开展研究。论文主要工作及结论如下：
　　①建立了轮毂所用材料2014铝合金本构关系。利用等温热压缩模拟机Gleeble3500对铸态2014铝合金在变形温度375℃-450℃，变形速率为0.01s-1-10s-1情况下进行等温热压缩。根据获得的真应力应变曲线分析温度及变形速率对流变应力的影响，2014铝合金变形区间整体由加工硬化、动态回复及动态再结晶机制组成，材料在高变形温度低变形速率情况下流变应力较低，低变形温度高应变速率下流变应力较高。基于Arrhenius本构方程及对真应力应变数据的回归分析，建立了采用Z参数表示的2014铝合金本构关系，为有限元数值模型建立及分析奠定了理论基础。
　　②设计了轮毂模锻成形方案和模具结构，优化了成形工艺参数及模具形状尺寸参数。轮毂锻件形状复杂，其成形方案由毛压、预压及终压三道工序及模具组成。通过分析不同成形工艺参数及模具形状尺寸参数对锻件缺陷及宏观质量的影响规律，优化成形工艺参数及模具结构。成形载荷随锻件温度升高、摩擦系数降低及成形速度降低而降低，锻件成形过程温度分布主要受锻件始锻温度影响。
　　③建立了2014铸态铝合金的微观组织演变模型。根据2014铝合金真应力应变数据、试样晶粒尺寸统计等求得了材料的临界应变模型、再结晶体积百分比模型及晶粒尺寸模型，建立了2014铸态铝合金的微观组织演变模型Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov(JMAK)并嵌入有限元模拟软件。
　　④轮毂模锻成形全过程微观组织演变模拟及参数优化。基于原始铸坯坯料晶粒尺寸的分布，对不同成形工序微观组织演变全过程进行模拟分析。结果显示，晶粒细化的关键工序在毛压成形工序，该工序可以实现坯料充分变形及晶粒细化。为此，基于轮毂的毛压成形工序，研究了不同工艺参数对锻件微观组织的影响规律，并进一步优化了成形工艺参数，为最终获得成形结束时晶粒尺寸得到细化且分布均匀创造了条件。
　　⑤轮毂模锻成形过程全流程模拟及初次试验缺陷分析。耦合变形历程、温度等边界条件对整个成形过程进行全流程模拟分析（包括转运、切边等），基于分析结果对锻件进行初次成形实验。实验结果显示在毛压工序，锻件在上端翻边结构处易出现折叠与充不满缺陷；预压工序变形量分配欠佳，为终压工序准备不够充分；造成终压阶段易在锻件中心工字形结构根部产生汇流折叠。利用数值模拟对成形缺陷产生原因进行分析，实际成形边界条件与理想边界条件的差异及各工序变形量分配不够合理是锻件成形产生缺陷的主要原因。
　　⑥成形方案与模具结构参数优化，实现国产大飞机轮毂模锻件的首次试验成功。针对初次成形实验出现的缺陷及产生原因进行分析，通过优化毛压模、预压模、终压模及增加制坯模的方法优化成形工艺方案，并将优化方案及模具结构参数用于再次试验。试验结果表明，优化后的方案模锻成形过程无汇流折叠产生，锻件填充饱满，微观组织及力学性能均满足设计要求。实现了国产大飞机轮毂模锻件的首次试验成功。