為研究固液兩相磨粒流加工噴嘴小孔過(guò)程中的流場(chǎng)分布、渦旋形成規(guī)律及渦旋的存在對(duì)磨粒流加工的影響機(jī)制,采用Smagorinsky亞格子模型對(duì)磨粒流加工噴嘴小孔的流道進(jìn)行大渦數(shù)值模擬,并使用磨粒流對(duì)變直徑噴嘴工件進(jìn)行加工試驗(yàn)。數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)磨粒流流體中磨粒與壁面的碰撞與剪切作用隨流體的速度增大而增大,同一截面的速度存在速度差,其中還伴隨渦旋的存在;通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):經(jīng)固液兩相磨粒流加工后的噴嘴小孔表面質(zhì)量得到明顯提高,噴嘴經(jīng)過(guò)四次不同入口速度的磨粒流加工后大孔處表面粗糙度Ra由1.24μm降至0.542μm,小孔處表面粗糙度Ra由1.21μm降至0.437μm。結(jié)論顯示固液兩相磨粒流加工技術(shù)可有效提高被加工噴嘴工件的內(nèi)表面質(zhì)量,加工時(shí)同一截面的速度存在速度差,速度差的存在利于渦旋的形成,渦旋的存在利于提高磨粒流加工過(guò)程的剪切作用,有助于獲得高質(zhì)量的噴嘴小孔內(nèi)通道表面。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)機(jī)械工程. 2020,31(10)北大核心

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【部分圖文】：

噴嘴小孔工件示意圖

為了對(duì)噴嘴小孔工件進(jìn)行精確的大渦模擬,需對(duì)此工件進(jìn)行網(wǎng)格劃分,網(wǎng)格劃分后的噴嘴小孔三維流域網(wǎng)格圖見圖2。網(wǎng)格采用結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格,網(wǎng)格數(shù)量為398 800,節(jié)點(diǎn)數(shù)為415 436,網(wǎng)格經(jīng)檢查后可滿足數(shù)值分析需求。網(wǎng)格模型左側(cè)為磨粒流入口,右側(cè)為磨粒流出口。2.2 大渦模擬邊界條件的選擇

在磨粒流加工中,磨粒對(duì)壁面的切削力與軸向速度相關(guān),軸向速度越大,磨粒對(duì)壁面的切削力越大,切削效率就越高,壁面的切削效果越好,軸向速度變化圖見圖3。由圖3可以看出,軸向速度v與入口速度v0成正比關(guān)系,軸向速度隨入口速度的增大而增大。當(dāng)磨粒流中流體與磨粒在大孔段運(yùn)動(dòng)時(shí),速度增大不明顯,大孔段的流道橫截面積沒(méi)有發(fā)生改變,磨粒流速度只是因?yàn)榱鞯烂娣e較小而發(fā)生輕微增大;當(dāng)磨粒流運(yùn)動(dòng)到中間段時(shí),磨粒流速度發(fā)生急劇變化,這是因?yàn)樵?0 mm處,流道橫截面積突然減小,磨粒流與壁面發(fā)生劇烈撞擊,速度瞬間增大,顆粒與壁面的切削力瞬間增大,有利于中間段去毛刺和倒圓角;當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)至小孔段(15 mm處),磨粒流速度基本保持不變,有利于小孔處的內(nèi)表面獲得均勻一致的加工精度。

【參考文獻(xiàn)】：
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