超声波振动辅助铸造是在传统铸造过程中对熔体施加超声波振动处理,以实现晶粒细化和改善性能的一种新型铸造方法。一直以来,超声波的施加方式主要是将工具头直接插入合金熔体中,这种方式非常适合于连续铸造,但是难以应用于具有一定结构形状铸件的模铸成型。在这种情况下,基于模具的超声振具备通过模具型腔在充型/凝固过程中将超声波作用于铸件期望部位的潜力。但是模具的超声波振动通常需要进行谐振设计才能产生良好的振动,而这点目前并没受到深入关注。另外,模具的振动往往具有不均匀分布的特征,这必然会对铸造过程的流场产生影响进而影响铸件的流动性、充型性能和补缩性能,但是因为缺乏超声波对形状铸件成型的研究,相关理论并不成熟。为此,本课题专门搭建了由超声波振动装置和金属型模具组成的振动系统,基于COMSOL Multiphysics软件模拟模具的模态振型,研究了模具的不均匀超声波振动对AlSi9Cu3合金熔体流动的影响规律和机制;进一步设计了具有均匀模态振型的模具,研究了模具的均匀超声波振动对Al-Si系合金熔体流动和凝固的影响机理。具体为:（1）基于仿真设计不均匀振动态的螺旋形模具,并通过设置振源数量得到大振动梯度和小振动梯度的两种模态振型。模具不均匀振动条件下的流动性实验结果表明,大振动梯度会降低AlSi9Cu3合金熔体的流动性,而小振动梯度可以提高AlSi9Cu3合金熔体的流动性。研究发现,超声波模具振动具有促进熔体流动的积极方面,也有模具振动梯度降低流动性的消极作用。当积极方面起主导作用时,将会提高熔体的流动性,反之,当消极作用（也即大的模具振动梯度）占主导时,将降低流动性。其中促进熔体流动的积极作用主要体现在三个方面:（1）超声波振动的空化作用能够碎断凝固过程中糊状区内枝晶,进而减小了熔体流动的内阻力;（2）模具的超声波振动促进了熔体和模具界面间的润湿,降低了表面张力,进而减小了流动前沿的附加压力;（3）模具振动产生的惯性力对熔体做功,促进熔体流动。降低流动性的消极作用主要是归因于模具不均匀振动导致熔体内产生大声压梯度,进而引起声流并加剧湍流,消耗了熔体流动能量。（2）基于仿真设计了具有均匀振动模态的矩形测试模具,研究了模具的均匀超声波振动对Al-Si系合金熔体流动和凝固过程的影响。结果表明,基于模具的均匀超声波振动可以提高亚共晶AlSi7Mg合金和AlSi9Cu3合金的流动性,但振动过强会加剧熔体内的湍流,从而降低熔体流动性。然而,这种方式未能对过共晶AlSi18合金熔体的流动性产生明显影响,这是因为过共晶铝硅合金的凝固方式不同,其凝固时先析出初生硅并以小平面方式的非枝晶生长,以至于模具的超声波振动难以细化初生硅。另外,过共晶AlSi18合金在凝固时也无法形成枝晶骨架,进一步减弱了超声波振动减小熔体内部阻力的作用。（3）研究了模具超声波振动对具有不同结晶温度区间范围的Al-Si系合金凝固组织的影响。研究发现,对于亚共晶铝硅合金,在同样的冷却速度下,结晶温度区间越宽,枝晶生长越发达,模具超声波振动作用时间越长,相应的凝固组织细化效果越好。而对于过共晶铝硅合金,虽然超声波振动不能有效细化初晶硅相,但是在熔体中超声波振动诱发的声流效应可以促进溶质和热对流并趋于均匀分布,减少因初晶硅析出导致熔体局部Si元素匮乏而造成的Si相周围粗大初晶铝的生长。