(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211079492.9 (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 重庆三航新材料技术研究院有限公 司 地址 401135 重庆市渝北区龙兴镇两江大 道618号 (72)发明人 陈彪　李金山　唐星晨　 (74)专利代理 机构 重庆三航专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 50307 专利代理师 万文会 (51)Int.Cl. G01K 7/02(2021.01) G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种金属板材激光弯曲成形的原位测温方 法 (57)摘要 本发明提供了一种金属板材激光弯曲成形 的原位测温方法， 主要步骤为先对打磨抛光的金 属板材上表面喷覆石墨酒精溶液， 静置自然干 燥， 在金属板材下表面沿激光扫描方向选取3个 点， 然后将热电偶固定在对应位置处； 将金属板 材放置在夹具上并做好加工前准备工作， 设置好 激光扫描工艺参数， 然后进行测温实验， 建立金 属板材激光弯曲成形的有限元模 型， 计算金属板 材激光弯曲成形的温度场， 与相同工艺参数下的 实验数据进行比较， 用以校核模型的传热学系 数。 本发明可以对激光弯曲成形过程中板材的温 度进行实时监测， 不仅能够得出板材的温度随时 间的变化规律， 能为板材激光弯曲成形的有限元 模拟提供可靠的实验支撑， 从而提高有限元模拟 的精度。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115452178 A 2022.12.09 CN 115452178 A 1.一种金属板材激光弯曲成形的原位测温方法， 其特 征在于： 包括以下步骤； S1、 选择合适尺寸的金属板材， 并对金属板材进行打磨抛光， 在金属板材上表面喷覆石 墨酒精溶 液， 静置自然干燥； S2、 在金属板材 下表面沿激光扫描方向选取3个点， 然后将热电偶固定在对应位置处； S3、 将金属板材放置在夹具上并做好加工前准备工作， 设置好激光扫描工艺参数， 然后 进行测温实验； S4、 建立金属板材激光弯曲成形的有限元模型； S5、 计算金属板材激光弯曲成形的温度场， 与相同工艺参数下的实验数据进行比较， 用 以校核模型的传热 学系数。 2.根据权利要求1所述的一种金属板材激光弯曲成形的原位测温方法， 其特征在于， 在 S1中， 在金属板材上表面喷覆石墨酒精溶液首先将粒径小于20um的纯石墨粉溶于无水乙醇 中， 用玻璃棒搅拌并进行超声分散15 min， 然后将石墨酒精溶液倒入喷壶， 将金属板材平放， 喷壶垂直对准金属板材上表面中心， 使喷出的液体覆盖整个金属板材上表面， 连续喷覆3 次， 保证石墨层的厚度， 静置自然干燥， 在金属板材 上表面形成致密且厚度均匀的石墨层。 3.根据权利要求1所述的一种金属板材激光弯曲成形的原位测温方法， 其特征在于， 在 S2中， 选直径 为0.127～0.255mm、 测温范围为 ‑200℃～500℃的K型热电偶， 并使用点焊机将 3根热电偶的阻丝分别焊接 到选取的3个点上。 4.根据权利要求3所述的一种金属板材激光弯曲成形的原位测温方法， 其特征在于， 在 S2中， 在金属板材下表面上选择测温点， 具体为选择沿金属板材下表面中心线即平行扫描 路径的方向上 的点， 首先选择下表面中心线的中间点， 其次为了多点测 量以增加温度数据 可靠性， 在板材下表面中心线 上以中点为对称中心隔10 mm以上选择2个测温点， 以避免距离 过近造成测温误差 。 5.根据权利要求3所述的一种金属板材激光弯曲成形的原位测温方法， 其特征在于， 在 S3中， 用夹具夹持金属板材一端， 使金属板材大部分表面暴露在空气中， 将K型热电偶导线 连接到多通道数据记录仪上并打开仪器， 调整激光光斑使光斑中心 位于板材中心线边缘并 设定好激光功率、 扫描速度、 光斑直径和扫描路径， 激光功率的范围是100～500W， 扫描速度 的范围是2～10mm/ s， 光斑直径的范围是1～4mm， 扫描路径 为沿板材中心线从一侧扫描至另 一侧； 激光设备开始加工的同时按下数据记录仪的记录按钮， 一 次扫描完成后待金属板材冷 却至室温， 按下 数据记录 仪结束按钮， 导出温度数据， 将金属板从夹具 上取下。 6.根据权利要求1所述的一种金属板材激光弯曲成形的原位测温方法， 其特征在于， 在 S4中， 利用有限元软件创建金属板材几何模型， 设置材料属性， 划分网格， 建立移动激光热 源， 设置与S3相同的激光工艺 参数， 设定辐射和对流热边界条件； 模型的温度分布 由热量输入和散热两方面决定， 激光输入热量服从高斯分布， 数学模 型为 其中， Q为激光功率，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115452178 A 2η为激光吸 收率， R0为光斑半径， r为板材表面任一 点到光斑中心的距离； 热量输入通过导热方式进行传递， 激光弯曲成形的加工是一个非稳态的过程， 将建立 的控制方程与时间进 行关联， 得到直角坐标系下的激光弯曲成形三 维瞬态温度变化的热传 导方程为： 其中， Kx、 Ky、 Kz分别为x、 y、 z方向的热导 率， ρ 为材料密度， Cp为比热容， 假设金属板的初始温度等于环境温度， t＝0时刻 初始条件的方程式为： T|t＝0＝T0(x,y,z)。 7.根据权利要求6所述的一种金属板材激光弯曲成形的原位测温方法， 其特征在于， 金 属板材几何模型 的散热包括对流和辐 射两种方式， 在激光加工过程中， 空气流过被加工物 体表面时， 会形成对流换 热， 在传热学中， 用牛 顿冷却公式来表述对流换 热的过程： Q＝h(T‑T0)， 其中， h是对流换 热系数， T是表面温度， T0是周围温度； 热辐射热量的计算 通常用斯特藩 ‑玻尔兹曼定律： Q＝ ε σ(T4‑T04) 其中， ε是辐射系数， 取值范围0～1, σ 是玻尔兹曼常数， 大小为5.67 ×10‑8W/(m2·K4)； 即激光吸收率η的大小控制着热量输入， 而辐射系数ε和对流换热系数h的大小则关系 着热量的散失。 8.根据权利要求4所述的一种金属板材激光弯曲成形的原位测温方法， 其特征在于， 在 S5中， 选取金属板材几何模型下表面与实际测温点相同位置的3个点， 导出各自的温度时间 曲线， 将其与测温实验所得的温度时间曲线进 行比较， 并通过激光吸收率 η、 辐射系数ε和对 流换热系数h的迭代优化， 实现模拟数据与实验数据的高度吻合。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115452178 A 3