三维曲面件在航空航天、船舶舰艇、交通运输等行业广泛使用。激光成形作为一种无模、柔性加工方式,利用热累积成形,可有效避免机械成形过程中的回弹和表面褶皱等问题,满足小批量、多品种的三维曲面件成形需求。激光热成形工艺直接从平板坯料加热成形不可展曲面,存在加工效率低与加热路径规划复杂等缺点。本文提出单曲率面(机械)-不可展曲面(激光)两步成形的工艺方法,在曲面展开、路径规划、工艺参数匹配等方面开展研究,实现不可展曲面的成形。具体研究内容如下:(1)建立不可展曲面最优展开计算模型,获取单曲率曲面的形状。基于大变形理论和有限元方法,通过曲面和目标形状几何关系计算展开过程单元体应变,积分得到有厚度曲面展开变形应变能表达式;以应变能最小为目标,通过优化算法得到不可展曲面的最优展开形状。(2)提出激光成形加工路径规划方法,实现不可展几何特征成形。基于激光成形温度梯度和增厚机理,对曲面展开得到的应变进行面内面外应变分离,分析两者在曲面成形中的主导关系,建立曲面变形特征应变场;利用加工路径和应变方向的几何关系,自动形成激光加工路径。(3)完成激光加工工艺参数匹配,提高曲面成形的精度。利用激光弯曲实验,建立工艺参数与弯曲角度的关系数据库;基于曲面展开形状和加工路径规划,提出曲面变形角度计算方法,从而确定各路径对应的加工工艺参数。以帆形面和扭曲面两种不可展曲面为典型例子,通过曲面展开算法,获取最优的单曲率曲面形状;利用特征应变,形成激光加热路径在单曲率曲面上的分布;结合工艺数据库,完成各激光加热路径上的加工参数确定。基于激光加工实验平台,对上述两种不可展曲面进行了实验加工,结合形貌测量,帆形面和扭曲面的形状均方误差分别为495μm和421.2μm,验证了本文所提出的曲面展开、加工路径和工艺参数规划方法的有效性,为复杂曲面成形提供了技术方法。