超声辅助体积成形工艺是结合超声波机械振动能,使坯料在载荷作用下发生塑性变形的一种成形方法。超声辅助体积成形过程中的超声效应可以降低材料流动应力,改善工模具间接触状况。以往研究多集中在对于超声振动降低成形力问题的探讨,而对于超声辅助体积成形过程中材料变形规律少有涉及。因此,本文从材料变形规律的角度研究超声效应及其内在机制。首先,为了实验研究超声振动对于材料流动的影响规律,建立了耦合模具的一体化变幅杆设计技术,设计并搭建了超声辅助塑性成形装置,实验研究了超声辅助小孔和大孔镦挤过程中的材料流动充型规律,发现超声振动作用下材料流动规律发生明显变化:超声振动可以提高金属材料小孔充型能力;当坯料的高径比为1.5时,工件形成了两端粗中间细的“腰”;当工件的高径比等于1时,工件变形比较均匀;超声辅助大孔镦挤成形工件的径向挤出材料卷曲成为一个卷,类似于超声辅助材料切削过程。进而,结合有限元仿真技术、冲击动力学理论和材料表征技术研究超声辅助成形过程中的超声效应及其内在机制。(1)结合有限元仿真技术,基于性能等效法研究了镦挤过程中超声效应的宏观等效性能,发现超声材料软化效应与材料的塑性模量下降有关,超声边界效应与工模具界面的等效摩擦应力下降有关。(2)采用动力学方法分析了超声辅助塑性成形过程中冲击效应,发现:由于材料内部弹性波和塑性波的不均匀传播,超声边界效应的冲击效应会导致接触区域变形累积,形成一种超声振动接触区域塑性变形大,中间小的变形模式;超声振动导致工件往复加载和卸载,使工模具间存在往复的摩擦力,该往复摩擦并不能大幅提高工件变形的均匀性,工件变形的均匀性与超声冲击和摩擦状况都有关系。(3)采用材料表征技术分析了超声辅助镦挤成形过程中黑色物质,进而揭示了超声辅助镦挤过程接触机制:工模具间接触过程材料表层氧化膜破坏,新鲜材料在摩擦热的作用下快速氧化形成氧化铝,硬质氧化铝起到润滑介质的作用,使原先的滑动摩擦转变为一定程度的滚动摩擦,从而降低了摩擦力。