由于旋压成型件具有结构完整、综合性能高等优点,被广泛用于制造新型战斗机喷管及航天飞行器头罩等大径厚比回转体零件。然而旋压失稳是制约此类零件制造精度的提高的主要因素。本课题组及其他学者的研究发现,载荷过大是导致旋压失稳的主要原因。因此本文将超声波引入旋压工艺,研发设计超声波旋压装置。由于旋压装置具有长悬臂结构,因此要求工具头不但要满足谐振,而且要具有的刚度要求。本文运用解析法与有限元仿真相结合的方法,对全波长变幅杆进行了分段设计；对变厚度大质量圆轮与变幅杆耦合的频率的变化规律进行了探索；用有限元仿真和实验相结合的方法对工具头进行了强度和刚度的校核,并结合实际工况要求对工具头进行了改进设计。通过研究得到全波长双节点变幅杆的设计方法——分为两个半波长阶梯变幅杆进行设计,然后耦合而成。通过对旋轮的三个关键尺寸对耦合后的工具头的谐振频率的影响的研究,得出了旋轮大径、旋轮小径和旋轮厚度三个关键尺寸对工具头整体谐振频率的影响规律,由此超声旋压工具头的设计提供了依据；通过对载荷工况下工具头的应力应变的仿真,得到了工具头强度和刚度与实际要求的差距,并根据实际加工要求,对工具头的改进设计方法进行了探讨,得到了改进设计的思路和方法。根据上述研究,试制出了用于超声减薄旋压的纵弯振动的工具头,经过实验检测,验证了在载荷工况下,工具头能够形成谐振,同时其强度和刚度满足工件加工精度要求。由此证明了论文研究结论的正确性,为超声减薄旋压工具头的设计制造提供了一条可行途径,对超声技术应用于减薄旋压工艺具有指导意义。图69幅,表9个,参考文献74篇。