激光冲击成形是利用激光冲击波和凹模的限制作用实现膜材微纳结构制备的有效方法, 近20年来得到学术界的广泛关注。目前广泛使用的激光冲击成形工艺中, 激光光斑跨越数个微结构特征并且所使用的激光重复频率小于1000 Hz, 这一方面使激光束所覆盖的各个结构受到的冲击波作用不均匀, 另一方面低重复频率激光限制了激光冲击成形速度。为此, 提出高脉冲重复频率小光斑激光扫描冲击渐进成形工艺用于微结构成形制造。采用脉冲重复频率为40 kHz、光斑直径为50 μm的高脉冲重复频率小光斑激光冲击成形宽度为200 μm、长度为6 mm的微槽结构, 分析成形微结构的高度和微结构的截面形状随激光扫描范围的波动情况。结果表明, 在激光扫描范围变动的情况下, 成形微结构的高度较为稳定; 在微结构的起始阶段和终止阶段, 成形微结构的高度具有一定的过渡范围, 终止阶段的过渡长度远大于起始阶段的过渡长度; 所成形的微结构截面能够采用圆弧进行拟合。

为了解决金属箔材微拉深工艺中高昂的微型模具设计制造成本问题, 采用无模具激光冲击微成形方法, 对脉宽5ns、直径50μm的高重复频率激光光斑微冲击成形20μm厚T2铜箔进行了理论分析和实验验证。结果表明,在约束层没有破损的情况下, 凹坑深度h、凹坑底平面直径L1和凹坑壁倾斜程度(L-L1)随着单脉冲能量E及光斑搭接率增加线性增大; 激光扫描内外圆周顺序对凹坑深度没有影响, 但会对凹坑底平面直径有影响, 先扫描外圆周时会形成更大的凹坑底平面直径, 无需模具, 凹坑形貌是可控的。这一结果对激光无模微拉深渐进成形的进一步研究是有帮助的。

为了研究激光成形方式对成形轮廓和微观组织的影响, 采用厚度为40μm和80μm的T2铜箔进行激光冲击微胀形和微拉深实验。同时使用ABAQUS有限元仿真对实验进行模拟, 研究不同变形方式下箔材位移和残余应力场。结果表明, 激光冲击微胀形后铜箔变形区域出现颈缩, 激光作用区域内变形机制主要为位错滑移、变形扭曲晶粒和机械孪晶;箔材上表面(激光冲击表面)为残余拉应力, 最大值约为372.3MPa, 箔材下表面(背向激光冲击面)为残余压应力, 最大值约为-218.7MPa; 而对于微拉深, 箔材成形轮廓过渡圆滑, 厚度分布均匀, 光斑作用区域内出现大量位错露头和一些机械孪晶,箔材上表面为残余压应力, 最大值约为-365.6MPa,箔材下表面为残余拉应力, 最大值约为203MPa。这一结果对激光冲击箔材成形控制是有帮助的。

基于ABAQUS有限元分析软件, 研究了2024-T351铝合金薄板在聚氨酯橡胶支撑下的激光冲击成形过程, 分析了橡胶垫块的厚度、直径、硬度对薄板成形的影响, 并实验验证了模拟结果。研究结果表明, 薄板的成形形状为半球形; 当橡胶厚度在1.5~3 mm范围内变化时, 厚度越大越有利于薄板的成形; 薄板的成形结果与橡胶直径无明显关联; 当橡胶的硬度在40~70 HA范围内变化时, 硬度越小越有利于薄板的成形。模拟与实验结果具有良好的一致性。

为了预测多点激光微冲击成形情况，采用ABAQUS软件建立多点激光微冲击成形的有限元模型，并对模拟结果进行实验验证；在此基础上，研究工艺参数对激光微冲击成形的影响规律。结果表明：多点激光微冲击成形数值模拟有效地展示了激光冲击区域的三维变形特征，并且特征路径上表面形貌分布与实验结果吻合。板材最大变形量随激光能量、搭接率和光斑直径的变化规律，与实验结果一致，证实采用数值模拟的方法能有效的预测多点激光冲击成形特征，为多点激光微冲击工艺研究提供指导。

利用纳秒脉冲激光诱导冲击波对2024 铝合金试片进行单面冲击成形实验，分析了冲击成形试片的弯曲变形、残余应力和表面形貌。研究发现,激光功率密度和覆盖率影响试片冲击表层的塑形应变大小及其分布，进而影响试片的弯曲变形；随着覆盖率增大，冲击表面趋于平整；相同激光冲击参数下厚度大于4mm 的铝合金试板的曲率半径与试板厚度平方成正比，试片正/反面均为压应力分布，试片弯曲对正面强化表面的残余压应力具有松弛作用。

为了研究超高应变速率激光冲击对AZ31 镁合金温成形性能的影响，采用钕玻璃脉冲激光器(脉冲宽度为20 ns，激光功率密度为1.53 GW/cm2)进行AZ31 镁合金薄板室温激光冲击成形(LSF)和200 ℃时激光冲击温成形(WLSF)实验研究及模拟分析。结果表明：AZ31 交叉轧制薄板具有良好的超高应变速率WLSF 能力，可实现温成形和改性双重效应，表层形成高幅残余压应力和高密度位错，WLSF 表面比LSF 具有更稳定的残余压应力，超高应变速率激光冲击和动态再结晶可能是纳米晶形成的主要原因，并分析LSF 和WLSF 试样表面形貌和粗糙度以及表面残余应力分布。

激光冲击微成形技术作为一种新颖的高能率微细加工技术，其利用脉冲激光诱导的冲击波压力使金属箔板塑性成形微结构件。由于微尺度效应的存在，激光冲击微成形件一定程度上受各向异性靶材的影响发生材料流动不均匀、塑性变形程度不一致和起皱现象。为了提高激光微成形件的成形性能，探究了温度辅助的激光冲击微成形工艺，以微凹模作为支撑，对厚度为50 μm的铜箔材进行了温热条件下激光冲击微拉深成形实验，利用形貌测量仪对获得的微拉深试样进行了三维形貌测试。结果表明：温热条件下激光冲击微拉深件的塑性变形均匀性得到显著改善，成形高度较室温下得到进一步提升，在微凹模孔径0.8 mm和130 ℃时微拉深件成形极限为208.9 μm。

采用最大输出激光脉冲能量为12.5 J的Thales Laser激光器，对比交叉轧制AZ31镁合金薄板和交叉冷轧钼带的激光冲击成形(LSF)特征，对其破裂行为和微观结构进行分析和探讨。结果表明：采用不同能量密度的激光束对镁合金薄板和钼带两种不同材料进行连续多次激光冲击，实现了其高应变速率冷成形。AZ31薄板和钼带LSF破裂均表现出厚度减薄形式，而钼带LSF过程中发现层裂现象，AZ31薄板LSF试样断口由韧性断裂和脆性断裂混合组成，而钼带LSF试样属于脆性断裂。此外，还讨论了两种金属板料的各向异性和应变速率对高能高应变速率LSF成形性能及其破裂行为的影响。

为了研究中空激光参量对金属板料变形的影响, 采用数值仿真的方法, 选用不同的中空激光参量对3003铝合金板料进行了冲击成形数值模拟, 分析了板料变形的动态响应过程以及成形规律。结果表明, 中空激光加载后, 板料获得初速度, 光斑区域的速度逐渐减少, 区域外的速度逐渐增加, 带动整个板材的运动; 与实心激光冲击板料变形比较, 板料底部变形区较为平坦, 变形比较均匀, 提高了板料的成形性和成形极限。该研究通过选择不同的中空激光参量获得板料的成形规律, 为中空激光冲击成形技术提供了依据。