本文提出了一种基于激光冲击波效应的金属表面碾压技术(Laser shock wave planishing,LSWP)。该技术在常规激光冲击处理中的约束层和基体表面间增加了一层接触膜,利用激光冲击波波压作用于接触膜,对金属粗糙表面进行“碾压”,从而获得集光整与强化为一体的表面,解决常规激光冲击处理技术在粗糙度控制方面的缺点。本文以航空LY2铝合金为研究对象,探索了表面微特征在LSWP作用下的变形规律以及数控铣削表面的LSWP作用效果,获得的主要成果如下:(1)利用皮秒激光系统在LY2铝合金试样表面构造出微米级环形槽微特征,并通过实验分析了微特征在不同激光能量LSWP处理后的截面形貌变化。发现微特征在LSWP作用下顶部被镦粗变形,显示出平顶形状;随着激光功率密度的增加,微特征峰点的高度持续下降,而底部则先隆起,然后下沉。(2)利用有限元分析技术进一步探讨了微特征在LSWP作用下的动态变形过程以及其他工艺参数的影响,发现:在LSWP过程中,微特征底部受到周围材料向下拖拽和向上挤压的共同作用,且较优的激光能量可以使最终的挤压量大于拖拽量;微特征在一次LSWP冲击下的动态演化过程可以分成静止-压平-限制回弹-无限制回弹四个阶段;在多次LSWP处理中,由于微特征形状变化引起的变形抗力增强效应和材料的应变硬化效应,会导致LSWP的作用效果随着激光冲击次数的增加而逐渐减弱;接触膜厚度不同会直接影响传递到工件的激光冲击波能量,因此合适的接触膜厚度有利于LSWP的作用效果。(3)实验研究了数控铣削表面的LSWP处理。发现LSWP能有效消除铣削刀痕,且刀痕的去除程度与接触膜工作面的光滑程度有关,接触膜越粗糙,刀痕的去除度越高;每个不同初始表面形貌的工件都对应着一个合适粗糙度的接触膜,使工件的粗糙度降到最低;通过选择合适粗糙度的接触膜,LSWP可以大大降低初始粗糙度较高的数控加工表面,简化数控铣削过程;LSWP技术在降低工件表面粗糙度的同时也能在工件表面引入残余压应力并提高表面硬度;在多次LSWP过程中,前一次LSWP处理中的接触膜表面粗糙度会严重影响后一次的LSWP作用效果,因此选择合适的接触膜粗糙度尤为重要。