超声金属固结技术在航空航天、智能材料、增材制造等领域发挥着越来越重要的作用,超声振动系统性能的提升是该技术的关键问题。推挽式超声振动系统具有高功率、输出振幅大、工作平稳等优点,与金属箔片超声固结的需求相契合。由于工具头需要专门设计,以满足不同工件的需求。本文以推挽式双换能器超声振动结构为对象,研究了关键结构参数对振动系统特性的影响,以设计要求(频率20kHz,固结宽度不低于20mm,输出振幅不低于10μm)为技术目标,对结构参数进行动力学优化,建立优化设计方法,并进行了实验验证。具体研究工作如下:针对设计要求(谐振频率20kHz,振幅不小于5μm),通过计算与仿真的方式确定换能器的基本结构参数。根据阶梯型变幅杆的设计原理和工程经验类比,结合换能器结构参数进行变幅杆和工具头的设计,确定其结构参数。使用ANSYS APDL建立参数化模型的分析方法研究了结构参数对输出特性的影响,并对模型进行优化。优化后的结果为谐振频率19391.7Hz,200V电压驱动下振幅为10.8μm。整体振动系统参数优化后谐振频率为19641Hz(偏差率1.795%),200V电压下输出振幅达到18.17μm>10μm,工具头的固结宽度为25mm,满足设计要求。基于上述设计、分析与优化,得到完整推挽式超声金属固结系统并制作样机。对换能器阻抗分析测定谐振频率为19875Hz,200V电压驱动下输出振幅约为9.67μm;利用三维激光测振仪对超声固结系统进行测定实验,其谐振频率为20055Hz,输出振幅为18.36μm>10μm,满足最初的设计参数,与仿真结果偏差为1.1%,验证了设计与优化方案的具有一定的工程意义。