超声振动在宏观金属塑性加工技术方面的理论研究颇有成果,因其具有降低材料流动应力、减小摩擦、提高表面质量等优势,受到国内外学者广泛关注。超声振动辅助微体积成形是一种具有发展潜力的复合成形技术,有望成为一种较为理想的解决微体积成形所面临的填充性能差、表面精度低等问题的工艺方法。进行纯铜超声振动辅助微体积成形过程中的材料变形行为的研究,对于促进超声振动辅助微体积成形技术的应用和发展具有重要的理论意义与工程应用价值。本文以纯铜为研究对象,采用超声振动辅助微柱模压实验和微镦粗实验,并结合数值模拟方法,研究了超声振动对材料流动应力、微观组织、表面粗糙度等的影响,及对微体积成形中尺度效应的作用情况,揭示了超声振动在微成形过程中的作用机理以及对材料变形行为的影响规律,论文主要研究工作如下:开发了微柱模压模具,进行了超声振动辅助微柱模压实验,实验中采用频率15 kHz、最大振幅15 μm的五种振幅的超声振动,研究了坯料高度、凹模微孔直径、晶粒尺寸等对柱式微特征成形高度的影响规律;研究得到了超声振动参量对模压过程中微柱成形高度、试样显微组织、微柱表面质量、粗糙度等的影响规律;分析了超声振动在成形过程中的作用效果,揭示了超声振动对微柱模压过程中材料变形行为的影响机理。建立了微柱模压成形过程的有限元模型,实现了其成形过程的数值模拟,得到了不同工况下各物理场量的分布和演变规律,研究了应力应变在超声振动作用下的分布情况;通过对比研究施加与不施加超声振动对工具/试样之间接触压力、摩擦力、节点速度等的影响规律,阐明了超声振动及其不同振动参量对微柱模压成形过程的作用机理。采用频率为28 kHz、最大振幅为4.3μm的超声振动,进行了纯铜的超声振动辅助微镦粗实验。实验研究了在微镦粗过程中,超声振动对其成形载荷的影响规律,并通过显微组织、表面粗糙度等的变化分析了超声振动引起的表面效应机理。实验研究了超声振动对不同尺寸、不同晶粒度试样镦粗的影响规律,分析了超声振动参量对微体积成形中尺度效应的影响。建立了纯铜超声振动辅助微镦粗成形过程的有限元模型,模拟研究了超声振动辅助微镦粗成形过程中的应力应变分布及演变规律,定量分析了超声振动各参量对速度矢量、接触压力、摩擦力的影响规律。通过对模拟结果与实验结果对比分析,进一步揭示了超声振动辅助微镦粗成形过程中的表面效应和体积效应的作用机制。