高速体积成形相比于静态或准静态体积成形具有抑制变形集中化、提高材料成形性、金属流动均匀、模具型腔充填性好、可成形难成形材料等优点。然而,现有的高速体积成形并不适合微成形。本文结合激光冲击箔板微成形具有动态高速加载与适合微成形的特点,提出了激光动态加载下金属棒料顶镦微成形新方法。本文采用理论研究和实验研究相结合的方法对激光动态加载下金属棒料顶镦微成形工艺展开了研究,主要研究工作与成果如下:(1)阐述了激光与物质的相互作用、激光功率密度的计算方法;讨论了高应变率下材料的动态响应,包括材料应变率和动态屈服强度的计算方法以及Johnson-Cook材料动态本构模型;探讨了位错理论、单晶体和多晶体塑性变形理论以及温塑性成形的作用机理。为后续激光动态加载下金属棒料顶镦微成形工艺实验研究提供了理论分析基础。(2)自主设计了顶镦微成形实验模具,搭建了成形工艺实验系统并进行了微尺度下金属棒料的顶镦冷成形实验。通过观测不同变形量下镦头中间截面形貌,研究了激光动态加载下金属棒料顶镦微成形过程及其成形机理。研究发现:当镦头变形量较小时,受高速成形中应力波效应和惯性效应等影响,镦头形状呈现明显的蘑菇状;当镦头变形量逐渐变大时,摩擦效应对成形过程的影响显著,镦头形状呈现鼓形,镦头上表面直径和下表面直径逐渐趋于一致。通过测量镦头成形尺寸和侧表面形貌,研究了晶粒尺寸对成形的影响。研究发现:镦头的变形量随着试样晶粒尺寸的增大而增大,这可以通过位错塞积理论和表面层模型来解释;大晶粒尺寸试样侧表面相比小晶粒尺寸试样侧表面呈现明显的凹凸不平现象,试样产生了不均匀变形,这可以通过表面层理论和金属晶体塑性理论解释。通过测量镦头成形尺寸,研究了吸收层厚度和激光能量对成形的影响。(3)设计制造了温成形相关实验装置,并进行了相关实验研究。通过测量试样镦头成形尺寸,研究了室温和300℃成形温度下激光能量、晶粒尺寸对T2紫铜圆柱试样镦头变形量的影响及其差异。研究发现:在室温和300℃成形温度下,激光能量对镦头变形量的影响趋势基本相同;晶粒尺寸对镦头变形量的影响趋势有所不同,因为变形温度的升高改善了晶粒之间的变形协调性,表面晶粒与内部晶粒的变形差异减小,在相同晶粒尺寸差值下,300℃成形温度下的镦头变形量变化幅度明显小于室温条件下。通过测量试样镦头成形尺寸,研究了成形温度对镦头变形量的影响。研究发现:因为温度的软化效应,镦头的变形量随着成形温度的升高而增大。通过比较相同工艺参数下多组重复实验镦头变形量的离散程度,研究了成形温度和晶粒尺寸对试样材料流动应力波动性的影响。研究发现:温度改善了晶粒之间的变形协调性,降低了单晶粒的各向异性对塑性变形的影响程度,因而在300℃成形温度下,镦头的成形尺寸波动性要明显小于室温条件下,即材料的流动应力波动性变小;当晶粒尺寸较小,单位体积晶粒数增多,晶粒间的变形协调性变好,各晶粒的变形差异对整体变形的影响变小,因而晶粒尺寸为6μm的试样镦头成形尺寸波动性小于晶粒尺寸为44μm的试样镦头成形尺寸波动性。本文提出的激光动态加载下金属棒料顶镦微成形工艺是一种新型的金属棒材高速微体积成形方法,为生产制造微零件提供了一种有效的工艺方法。本文开展的理论与实验研究为揭示高应变率激光动态加载下金属棒料顶镦微成形的机理与规律奠定了基础。