大型圆筒形锻件作为国家重大技术装备的关键部件，在能源、钢铁以及国防工业中都有着不可忽视的地位。因其多数是在高温高压的环境下工作，所以对部件的组织和综合机械性能有很高的要求。但目前对圆筒形锻件锻造工艺的设计研究都处在单一、定性的层面，而且在模拟研究过程中，有限元模型与实际情况相差较大，因此对大型圆筒形锻件锻造模型进行参数反演，并对工艺进行优化设计，具有重要意义。本文主要针对大型圆筒形锻件芯轴扩孔过程进行模拟研究，开展了以下几个方面的工作：(1)建立了圆筒形锻件芯轴扩孔过程有限元模型，引入同伦方法对锻造过程精确化建模所需的参数热传导系数与摩擦因子进行反求。对同伦方法做出了修正，将Euler预估在切线方向的上的预估，改为曲线拟合预估，从而提出了曲线预估-Newton校正同伦算法，该法可以有效的减少正问题的调用，降低计算量。(2)利用精确的有限元模型，通过前两个工步的模拟结果分析了单砧下砧量、芯轴转动角度和锻件表面温度对芯轴扩孔过程的影响。由模拟结果可知单砧下砧量是影响锻造质量最重要的因素；芯轴转动角度与锻件表面质量不仅对对圆筒形锻件锻透性更对锻压成形力有着有着重要的影响。(3)采用响应面法，以单砧下砧量、芯轴转动角度和锻件表面温度为设计变量进行拉丁超立方试验设计，以主变形区域与变形连接区域等效应变之差的最小值作为目标函数，通过径向基函数拟合目标函数，并采用遗传算法对大型圆筒形锻件芯轴扩孔工艺进行优化设计，并分析了各个工艺参数对锻造质量的共同影响。