金属板料整形在工程应用中有着广泛的应用需求,如飞机蒙皮制造或者维护过程中曲率半径的精确调整、汽车车身、薄壁容器或者管道曲率半径调整等。激光冲击成形技术作为一项新型的金属材料的加工方法,具有非接触、无模具、高灵活性和冷加工等优点,而且激光冲击会在材料表面引入有益的残余压应力,有利于延长零件的使用寿命,因此该技术受到国内外学者的广泛关注。本文以6061-T6铝合金板料为对象,研究了激光冲击冷整形相关工艺规律,通过理论仿真探索了其整形的主要机制。主要工作和结论如下:(1)激光冲击冷整形动态过程的数值仿真研究。以ABAQUS有限元仿真软件为平台,数值研究了激光能量、冲击区面积、光斑搭接率、板材初始形状等关键参数对弯曲6061-T6铝合金板激光冲击整形的影响规律。结果表明:当激光冲击波作用于弯曲板料凸面时,控制激光参数可以获得曲率变大和曲率变小两种方式的变形。其中,激光单脉冲能量是影响变形方式的最重要的参数。激光单脉冲能量小,则倾向于发生弯曲板料更加弯曲的变形;激光单脉冲能量大,则倾向于发生弯曲板料趋于平整的变形。激光冲击冷整形中,弯曲靶材的变形量会随着激光冲击区面积的增大或激光光斑搭接率的提高而变大,但改变激光冲击区面积或激光光斑搭接率不会改变弯曲板的变形方式;板材的初始形状也会对激光冲击冷整形产生影响,这主要是由激光束辐照方向与靶材表面的角度决定的。(2)激光冲击冷整形工艺规律的实验研究。本文以6061-T6铝合金为研究对象,利用纳秒激光器实验研究了激光冲击面积、激光光斑搭接率、激光单脉冲能量以及板材的初始形状等关键工艺参数对弯曲铝板激光冲击整形的影响规律。研究结果表明:在实验中得到的工艺规律与仿真中得到的工艺规律基本一致,激光单脉冲能量小,则倾向于发生弯曲板料更加弯曲的变形;激光单脉冲能量大,则倾向于发生弯曲板料趋于平整的变形;而且增大激光冲击区面积或提高激光光斑搭接率会使变形量增大;利用此项技术成功实现了弯曲板的校直。(3)激光冲击冷整形的变形机制的研究。通过ABAQUS有限元仿真软件研究了激光冲击冷整形的两种变形机制。结果表明:激光冲击冷整形主要有两种机制决定,应力梯度机制和冲击弯曲机制。当激光单脉冲能量较小时,激光诱导冲击波的峰值压力较小,只会在板材表面形成很浅的塑性变形区域,在板材深度方向形成应力梯度,随着应力梯度的释放会使弯曲板发生曲率变大的变形;当激光单脉冲能量较大时,激光诱导冲击波的峰值压力较大,直接“穿透”弯曲板,激光加载的惯性矩会使弯曲板发生曲率变小的变形。这两种机制也会有耦合作用,主导的一方将会决定弯曲板材的变形方式。