为了进一步提高粉体材料等静压成型质量,在传统的等静压成型中加载超声进行辅助成型。针对超声加载的声场需求,对超声加载系统核心部件20 kHz超声振子进行了设计,对其谐振特性进行了有限元仿真分析和结构优化。搭建了超声辅助等静压成型试验装置,分别在5.0 MPa、7.5 MPa和15.0 MPa油液压力下对粉体材料试件进行10 min超声加载,结果表明粉体材料试件的致密性和晶粒的均匀性得到了提升,同时随着油液压力的增加,试件的成型质量改善越明显。

对纵扭模态叠加型超声振子进行了理论研究，该超声振子由纵扭同频夹心换能器与法兰连接段组成。首先，基于等效电路法和传输线理论，研究了纵向及扭转振动在纵扭同频夹心换能器中的传播规律，得到了该换能器的纵、扭共振的等效电路和频率方程组，并通过合理选择各圆柱段的长度，实现了纵扭同频共振。之后，基于环槽结构具有纵振耦合和扭振隔离的特性，对该换能器进行了简并设计，在其末端构造出了纵、扭简并节点，解决了法兰设置问题。最后，应用有限元软件ANSYS对简并后的超声振子进行仿真分析，结果表明超声振子纵扭共振的同频偏差率得到显著降低。