超声滚压表面强化是利用超声振动辅助进行构件表面滚压加工从而实现高效率表面强化的一种方法。超声滚压表面强化技术汲取了传统滚压加工和传统喷丸加工的综合优势,因而表现出卓越的处理能力。很多学者针对不同的工件材料或者不同的工艺模式在相关领域展开了诸多研究,然而由于高频外激振动(一般大于20KHz)的加入,超声滚压表面强化工艺的加工机制远比普通滚压工艺复杂,因此现有研究多为基于具体问题的工艺效果分析,但对构件表面完整性的理论机制和微观机理的研究还没有很完善的研究。304不锈钢延展性大,不管切削还是表面强化加工时,都容易造成“粘刀”现象,304不锈钢本身的特性以及加工强化参数选择的不合理会大大降低加工效率以及加工后的304不锈钢的表面完整性。设计并加工制作了实验用超声滚压表面强化加工工艺装备。以304不锈钢材料为研究试样材料,对其表面进行超声滚压表面强化处理,分析滚压模式和工艺参数对试件表面粗糙度、表面硬度以及表面残余应力的影响,并结合有限元分析,剖析了超声表面滚压强化加工的理论机制。对滚压加工常用的球形滚压头和自行设计的一种弧面柱形滚压头分别进行了一系列对比实验,采用单因素实验方法研究了超声滚压表面强化主要工艺参数对表面粗糙度、表面硬度以及表面残余应力的影响规律,采用正交正式并基于Design-Expert软件通过响应曲面分析方法(RSM)来研究各加工参数对表面粗糙度影响的主次顺序和最优加工参数,采用超景深显微镜进行对超声滚压强化前后试样表面微观表面的观测以及分析,采用白光干涉测量法测量试样表面三维粗糙度数值,采用显微硬度计测量试样表面及沿厚度方向上的硬度,利用X射线衍射法测量了表面残余应力。实验研究表明,超声滚压表面强化加工实验条件下,进给量0.1-0.27mm/r,背吃刀量0.2-0.3mm,主轴转速120-530r/min,滚压道次3,304不锈钢试件可以得到综合条件较好的表面完整性,而采用合理弧度的弧面柱形滚压头能获得更好的表面强化效果并改善滚压强化加工过程中的“粘刀”和“烧刀”现象,采用弧面柱形滚压头进行实验后的试样粗糙度最低可达0.102μm,提高94.3%,表面硬度可以达到507HV,提高69%。超声滚压表面强化施加的高频外激振动冲击材料表面,促使表面及亚表面材料产生强致大塑性变形,从而可以形成纳米级的表面层,有效改善构件表面微观形貌,改善构件表面粗糙度、引入硬化层提高表面硬度,滚压强化会给试件引入一定深度的残余压应力提高试件疲劳强度。而对于不同的加工材质,工艺参数的合理匹配是获得良好加工工艺效果的关键,合理的工艺参数能够显著增加表面强化层的厚度和残余压应力峰值,获得理想的表面完整性指标。