摘要：国内外已有的研究证明,在塑性成形工艺中引进超声振动可以改善金属材料流动性能,突破常规塑性成形工艺极限。作者所在课题组在减薄旋压实验中成功引入超声振动,进行了超声减薄旋压实验。但目前对于超声旋压的机理的认识还缺乏了解,旋压装置的设计受到局限。本文重点研究超声塑性成形机理并设计出超声减薄旋压头及谐振组件,对超声旋压的理论和应用具有非常重要的意义。本文采用实验与仿真分析结合的方法,通过超声单点挤压实验及对挤压凹坑断面的金相分析,结合金属塑性变形理论初步分析了超声塑性成形机理,并通过仿真进行了反演验证。通过仿真与实验结合的方法,找到了降低变幅器阻抗,提高旋压谐振系统性能的规律。得到以下结论：1.超声能与压力能对塑性变形存在一种协调机制：在相同载荷作用下,叠加超声能够有效提高金属塑性变形率,且振幅越大,变形提高也越大,载荷较小时,超声振动能不能很好的传递到材料内部,此时超声振动主要表现为冲击作用,而当载荷较大时,超声振动能传递到材料内部,使材料在塑性加工中表现出“软化”现象；2.通过单点超声挤压实验发现的一系列现象,进行数理分析,推断超声波软化材料的微观机制为界面脉冲能激发晶体振动,转化为变形晶体内能,降低多晶体材料硬化趋势。根据超声软化机理修改材料的本构关系中的硬化指数进行材料变形仿真,能够较好的重现实验结果。通过反演验证,证明了机理推断结论和修正指数选取的正确性；3.根据采用有限元的方法设计了多种结构的超声旋压变幅器,通过实验分析发现,旋轮外径、厚度越小,阻抗也越小,而对旋轮中心挖孔以及改变旋轮结构后,阻抗却有较大幅度的提高,说明变幅器结构对其阻抗影响非常大,本文依据实验结果结合仿真,设计出了振动性能良好的超声旋压变幅器。通过超声旋压实验,验证了设计的谐振系统可靠。