渐进成形作为一种柔性无模成形技术,适合小批量的生产方式,已经在航空航天、汽车制造和医疗领域等方面得到了应用。与传统板材冲压成形工艺相比,渐进成形技术无需模具,灵活性好,设备能耗低,在复杂薄壁件制造领域具有广阔的发展前景。但其本身的特点也使得板材在成形的过程中缺少支撑,易造成厚度不均、精度较差等问题,限制了该技术的工业化大范围应用。同时,鉴于超声振动已经应用于多种塑性加工工艺中,并具有改善材料塑性变形行为、降低加工力等作用效果。为此,本文将超声振动能量引入到渐进成形工艺中,并研究了超声振动在加工过程中的塑性软化机理以及对加工完成后成形件性能的影响。首先,基于超声振动应力叠加效应机制,探究了超声振动场下材料周期性反复加载与卸载对渐进成形过程的影响机理。在使用ANSYS/LS-DYNA软件模拟板材渐进成形过程的基础上,对超声辅助渐进成形过程进行有限元仿真。其中,超声振动的应力叠加效应通过在工具头上叠加正弦位移来实现。之后进行了超声辅助点成形实验,通过对比实验与仿真结果可以识别应力叠加效应导致的软化效果占超声塑性软化效果的比重。在成形深度为5mm时,超声塑性软化效应引起的成形力下降率为37.07%,其中的应力叠加效应引起的成形力下降率为19.24%。通过对比不同工艺参数下的仿真与实验结果可知,采用屈服强度更高的材料、更大的超声振幅和更大的工具头直径均可以使板材吸收更多的超声能量,从而有效提高应力叠加效应和声软化效应引起的成形力下降率,同时总成形力下降率也得到明显的增加。其次,基于超声振动的声软化效应机制,探究了超声振动对材料力学性能的影响机理,并构建了材料理论模型,进一步提高了有限元仿真对超声辅助渐进成形过程的预测精度。基于材料的晶体塑性模型框架,调整其中的热激活过程和位错演化过程来考虑超声振动的声软化效应,从而构建超声振动场下的材料本构模型。本构模型中的相关参数采用神经网络算法并基于实验数据获得。施加超声振动后的应力应变曲线不仅得到明显的下降,斜率也会有所降低。对超声辅助渐进成形过程进行仿真时,采用改进后的本构模型可以有效减小仿真误差,仿真得到的成形力随深度变化曲线的整体绝对误差减小,各成形深度下的平均绝对误差在10%以下,从而可以有效提高仿真的预测精度。通过有限元仿真得到的应力应变结果探究了材料在超声振动场下的塑性变形行为,发现超声振动的施加可以有效降低材料的等效应力,而等效应变由于单元格变形增加和板材减薄反而增大。最后,进一步探究了工艺参数与超声振动的耦合作用对方锥形状加工过程中成形力及加工结束后成形件成形性能的影响。分析了超声振动的施加对整体及单个成形步内的成形力变化规律的影响。研究发现超声振动的施加可以有效降低渐进成形加工过程中的轴向和横向成形力,其中轴向成形力的降低效果更为显著。同时轴向力减小率随深度的变化曲线呈现一定的周期性。之后探究了加工工艺参数与超声的耦合作用对超声软化效果的影响,发现板厚对于超声振动软化效果的影响显著,主要是与负载有关。最后选择合适的工艺参数组合分析超声振动对于厚度、硬度和几何精度的影响,发现超声振动的施加可以有效降低成形件接触面的显微硬度,振幅为9μm时,最大可降低27%。同时改善成形件在加工过程中厚度减薄的现象,厚度数值最大可提高2.35%。同时可以改善变形过渡区域的过度弯曲变形,减小几何误差,但是当成形角度较大时,成形件侧壁出现鼓凹现象,而振动的施加会加重这种鼓凹变形。本文分别对超声振动应力叠加效应和声软化效应对渐进成形过程的影响机理进行了探究,在有限元仿真中分别通过叠加正弦位移和改进本构模型来体现,进一步提高了有限元仿真对超声辅助渐进成形过程的预测精度。通过成形方锥形状,进一步探究了不同加工工艺参数与超声振动的耦合作用对加工过程中成形力及加工结束后成形件硬度、厚度和几何精度的影响机理。