多角度弯曲管磨粒流加工数值模拟研究

采用磨粒流加工工艺对多角度弯曲管内表面抛光过程进行数值模拟研究。利用FLUENT软件研究了不同弯曲角度下入口流速、磨料浓度对磨粒流抛光工艺过程的影响,得到了入口流速、磨料浓度对弯管局部压差、进出口压差、湍流强度等参数的影响规律。对压力和速度的整体作用效果进行了分析,得出了磨粒流抛光细长管类零件内表面的适宜工况。在此基础上,进行了磨粒流抛光过程热量积聚的非稳态模拟,模拟结果表明加工过程中温度变化较小。研究结果为实际磨粒流加工提供了参考。     

喷油器小孔AFM工艺仿真研究

喷油器小孔表面质量直接影响其工作性能,但因孔径微小,传统抛光工艺受尺寸和加工条件限制,难以达到表面质量的要求,AFM工艺很好的解决了这一难题。本文应用Fluent流体仿真软件对磨粒流抛光过程进行研究,得到不同入口压力下磨粒流在喷油器内的压强、速度分布云图,为实际加工做参考。     

增材制造弯孔道的磨粒流抛光仿真与试验

以增材制造弯孔道工件为研究对象,采用固液两相磨粒流抛光技术对弯孔道内壁面进行抛光。基于Realizable k-ε模型的Mixture固液两相流模型对于不同的进口压力之下磨粒流精密抛光弯孔道内部的过程进行了数值模拟,并且通过正交试验探索了进口压力、磨料浓度及磨粒粒度等工艺参数对表面抛光质量的影响。试验结果表明,进口压力的增大有利于磨粒流对于增材制造弯孔道的内壁面进行更好的抛光;各个工艺参数对于磨粒流抛光增材制造弯孔道内表面粗糙度的影响从强到弱的顺序依次为进口压力、磨料浓度和磨粒粒度;最后通过试验得出了抛光的最佳工艺参数进口压力为6 MPa,磨料浓度为0.20,磨粒粒度为400目,表面加工质量得到了显著提高。     

固液两相磨粒流研抛工艺优化及质量影响

为研究磨粒流对异形腔孔内壁表面以及微小孔的研抛去毛刺等的作用效果,探讨了研抛过程中磨粒流各工艺参数与加工质量间的作用关系。以共轨管这种非直线管为研究对象,对磨粒流抛光共轨管过程进行数值模拟研究,探索各工艺参数对磨粒流研抛的影响。数值模拟结果表明:控制碳化硅体积分数可以改变磨粒流研抛过程中的粘温特性,从而可以控制磨粒流的研抛质量。然后采用正交方法设计实验方案,实验过程中,采集抛光过程中温度和粘度的变化数据,分析磨粒流研抛中粘温特性对磨粒流研抛质量的影响。试验与数值模拟结果表明,在磨粒流研抛共轨管过程中SiC的体积分数比出口压力的极差秩大,磨粒流研抛确实可有效改善工件表面质量。而且本文还进一步得出在本试验条件下,磨粒流研抛共轨管的最佳工艺参数:出口压力为5 MPa,SiC体积分数为0.25%,SiC目数为80,同时获得了表面粗糙度与体积分数的回归方程,可用于指导磨粒流实际研抛生产工作。     

喷油嘴微孔磨粒流抛光数值模拟与试验

以喷油嘴喷孔为研究对象,采用kε固液两相Mixture湍流模型对磨粒流抛光过程中流场分布规律进行数值模拟,并通过正交试验探索了抛光压力、磨料浓度、磨粒粒径及加工时间等工艺参数对被抛光微孔表面粗糙度的影响规律。结果表明：喷油嘴微孔磨粒流单向循环抛光加工有利于改善喷孔结构;流道表面粗糙度与各加工参数均成负相关关系,且受抛光压力及磨料浓度影响显著。通过试验获得了最优参数组合,在此条件下喷油嘴微孔表面粗糙度值(Ra)由初始的1.16μm降至0.20μm。     

磨粒流加工的固液两相流模型及压力特性模拟

以FLUENT软件为计算平台,采用Spalart-Allmaras固液两相Mixture湍流模型对磨粒流加工过程中磨粒流的流动形态进行了数值模拟,结果表明：增大压力差可提高通道中流体的平均速度,增大边界层与壁面流速差可提高加工效率;通过改变进口压力得到非稳态流场,能够使近壁面处的磨粒数目增多,有利于加工效率的提高。同时,模拟结果还反映了黏度对磨粒流加工有重要影响。数值模拟结果为磨粒流加工过程中的参数选择提供了参考依据。     

耦合超声场的气液固三相磨粒流多物理场数值模拟研究

针对气液固三相磨粒流抛光研究中流场分布不均问题,对气液固三相磨粒流中的湍流分布、湍流峰值分布、能量分布、温度分布和加工质量等方面进行了研究,对气液固三相磨粒流的抛光方法和抛光问题进行了归纳,提出了一种耦合超声场的气液固三相磨粒多物理场数值模拟方法,利用超声场的交变声压增加了气液固三相磨粒流流场的扰动,改变了流场分布。研究结果表明:不同的超声频率和声压幅值会带来不同的流场分布,其中频率为20 k Hz、声压幅值为30 k Pa的超声场所得的流场分布最优。该研究成果对气液固三相磨粒流抛光方法的推广与实际运用具有重要意义。     

复杂曲面软性磨粒流抛光可行性研究

提出基于软性磨粒流的复杂曲面与约束模块相配合的高精密抛光加工方法。使磨料高速高压通过经过设计的流道,利用液固两相软性磨粒流中磨粒的微量切削力加工复杂曲面,从而克服复杂曲面直接接触抛光的困难。以计算流体力学(CFD)的理论作为进行流体仿真的理论基础。建立了复杂曲面与约束模块组成的流道三维模型。通过前处理软件ICEM CFD画出三维模型的网格。将网格文件导入流体分析软件FLUENT。在FLUENT中采取Mixtrue两相流和k-ε湍流模型对涡轮整体叶盘的磨粒流抛光进行流场的三维数值模拟,获得流场中磨料的流动模式。主要对不同压力差下流场的压力场和湍流动能进行分析,得到出入口压强差对磨料的流动细节和特性的影响,从而达到对流场进行分析的目的。     

共轨管磨粒流加工大涡数值模拟

以磨粒流加工共轨管为研究对象,以大涡模拟的方法对磨粒流加工共轨管进行数值分析。通过对磨粒流加工共轨管过程中磨粒流的流动形态进行数值模拟,可获得在不同温度和进出口压力条件下共轨管各个支路的静态压强、动态压强和速度分布。以此来分析温度以及进出口压力对磨粒流加工效果的影响,为磨粒流加工工艺的研究提供更加准确的依据。     

基于CFD-DEM耦合的面约束软性磨粒流加工特性研究

软性磨粒流加工能有效解决复杂结构曲面的抛光问题。基于该技术特点,针对硬脆性材料加工存在的技术问题,提出一种面约束软性磨粒流加工方法,即通过在工件表面设置窄缝约束流道,利用多向磨粒流注入法,在流道中形成高速涡旋磨粒流抛光工件。同时,针对传统磨粒流建模无法描述磨粒-壁面碰撞行为的不足,提出一种基于计算流体力学与离散元法耦合的磨粒流建模方法(Computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM),并通过该方法得到了磨粒-壁面碰撞分布及工件表面材料去除分布,在此基础上研究了面约束软性磨粒流加工的均匀性。结果表明:入口直径是影响磨粒-壁面碰撞均匀性的关键因素,随着直径的增大,碰撞分布存在最优值;当磨粒流处于不同的流态时,流体黏度对材料去除的作用原理不同,低黏度流体下材料去除均匀性有明显提升。最后搭建试验平台,通过对比试验验证了建模方法及抛光方法的有效性,试验结果显示,面约束软性磨粒流抛光方法能够使得单晶硅表面粗糙度从506.71 nm降低到10.17 nm。