的改變主 要是因?yàn)榭讖酵ǖ赖淖兓?。在一定的加工工況下，當(dāng)磨粒流介質(zhì)流經(jīng)噴嘴體的小孔區(qū)域時(shí)， 由于小孔區(qū)域的通道突然變的狹窄，會(huì)導(dǎo)致速度的急劇增加，繼而顆粒的動(dòng)量增加，磨料顆 粒在加工壁面會(huì)產(chǎn)生很大的磨削作用，材料的去除率將提高，從而導(dǎo)致小孔區(qū)域處的磨削 加工比較明顯。研究噴嘴體磨粒流加工過程中速度的變化時(shí)，采用壓力入口條件下，選取不 同的進(jìn)出口壓力，對其進(jìn)行數(shù)值仿真分析。加工速度隨著進(jìn)出口壓力的變化而變化，當(dāng)進(jìn)出 口壓力變大時(shí)，其加工速度也會(huì)相應(yīng)增大，而且變化較明顯的區(qū)域?yàn)樾】讌^(qū)域;當(dāng)進(jìn)出口的 壓力差變化時(shí)，會(huì)影響到磨粒流加工內(nèi)的速度差，繼而影響其加工質(zhì)量。通過數(shù)據(jù)的分析可 知，可W通過適當(dāng)?shù)脑黾蛹庸みM(jìn)口壓力來獲取較大的磨粒流加速度;進(jìn)出口壓力差的變化， 致使加工通道內(nèi)各區(qū)域的壓力差和速度差均會(huì)產(chǎn)生變化，運(yùn)些變化影響到磨料介質(zhì)與加工 表面的摩擦碰撞率和材料去除率，進(jìn)而影響磨粒流的精加工質(zhì)量。
[0059] 離散相模型數(shù)值模擬研究:離散相模型可W根據(jù)多相流體系下不同相之間的禪合 W及相間禪合作用力用來數(shù)值分析復(fù)雜流場內(nèi)離散顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。和混合模型相比，不 同的是在計(jì)算求解過程中，將流體相設(shè)定為連續(xù)相，流體內(nèi)的離散顆粒設(shè)定為離散相，且在 計(jì)算求解連續(xù)相的過程中，同時(shí)與流場變量相結(jié)合計(jì)算每個(gè)顆粒的受力狀態(tài)獲得顆粒在不 同位置的速度，跟蹤每個(gè)顆粒的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軌道，從而求解離散顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將獲得的信 息反饋應(yīng)用到連續(xù)相的計(jì)算過程內(nèi)。
[0060] 本發(fā)明實(shí)施例的研究是將磨粒流介質(zhì)內(nèi)的碳化娃固相顆粒設(shè)定為離散相，航空液 壓油設(shè)定為連續(xù)相，進(jìn)行伺服閥閥忍噴嘴磨粒流加工的仿真模擬，研究分析加工過程內(nèi)離 散固相顆粒的運(yùn)動(dòng)狀況，進(jìn)而分析固相顆粒在流場內(nèi)對磨粒流加工質(zhì)量的影響。
[0061] 根據(jù)加工工況設(shè)定好模型參數(shù)之后，對噴嘴磨粒流加工技術(shù)采用離散相模型進(jìn)行 仿真分析，經(jīng)過求解計(jì)算得到噴嘴體磨粒流加工系統(tǒng)在離散相模型下的收斂殘差曲線圖。 由收斂殘差圖可知，在離散相模型下計(jì)算求解的各項(xiàng)參數(shù)大約迭代160次左右達(dá)到收斂，同 樣說明了噴嘴體磨粒流加工求解參數(shù)和模型設(shè)計(jì)的設(shè)置是合理的，可W很快地達(dá)到收斂狀 態(tài)。
[0062] 壓力分析:在離散相模型下所獲得的靜壓分布圖和動(dòng)壓分布圖。噴嘴磨粒流加工 過程中，壓力分布最大位置還是在加工通道的入口處，隨著磨粒流加工時(shí)間的推遲，加工通 道內(nèi)絕大部分的加工區(qū)域都保持在和入口處相同的壓力下，而接近于噴嘴小孔處的壓力慢 慢減小。磨粒流加工壓力的變化和混合模型下的狀態(tài)相近，具體的壓力變化情況不再詳細(xì) 敘述。
[0063] 速度分析:混合模型和離散模型條件下的速度分布相似，最大加工速度在小孔區(qū) 域，速度變化明顯的加工區(qū)域在噴嘴體的主干路和小孔交界處。小孔加工區(qū)域的速度增大 時(shí)，使此處流體的端流加劇，端流動(dòng)能增大，從而導(dǎo)致此處顆粒的無序運(yùn)動(dòng)更加激烈，顆粒 對加工壁面的微磨削作用更大，加工質(zhì)量更好。初步分析磨粒流加工過程速度變化情況，為 了進(jìn)一步研究分析各加工區(qū)域的速度分布，給出了速度等值線分布圖和動(dòng)壓等值線分布 圖。動(dòng)壓可W用來表征流體的速度，通過對比速度等值線圖和動(dòng)壓等值線圖，可W清楚地看 到，不論是速度分布圖還是動(dòng)壓分布圖都顯示出在噴嘴體磨粒流加工過程中，顆粒速度的 最大值處于小孔加工區(qū)域，且顆粒速度是在逐漸地增大;在小孔與主干路通道的交叉位置， 靠近噴嘴體壁面位置的顆粒速度小于流場中屯、內(nèi)部的顆粒速度，接近于壁面位置的顆粒速 度也是呈現(xiàn)增加狀態(tài)。運(yùn)都說明了在小孔的加工區(qū)域內(nèi)兩相間的相互作用激烈，顆粒與壁 面之間的運(yùn)動(dòng)加劇直接導(dǎo)致了動(dòng)能的損耗，最終表現(xiàn)為離散顆粒對此處加工表面的磨損量 增加，提高了表面的加工質(zhì)量。
[0064] 顆粒軌跡分析:離散顆粒相是在拉格朗日方法下計(jì)算求解的，通過對離散顆粒的 逐步計(jì)算，獲得了顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡圖。由顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖可W看出，顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡 和流體的運(yùn)動(dòng)軌跡類似，運(yùn)是因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)開始階段，流體對顆粒的攜帶作用強(qiáng)，大部分顆粒 跟隨著流體在加工通道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，不會(huì)雜亂無序地直接撞擊到加工表面上。顆粒的跟隨性決 定了顆粒的運(yùn)動(dòng)方向，靠近壁面的顆粒沿著流體運(yùn)動(dòng)方向在壁面產(chǎn)生滑移摩擦；當(dāng)流經(jīng)小 孔加工區(qū)域時(shí)，孔徑的突然變化導(dǎo)致了顆粒和流體的方向發(fā)生變化，此處顆粒的無序運(yùn)動(dòng) 加劇，對表面的磨損率增加。在流場內(nèi)，多種作用力會(huì)影響顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，包括重力、流體 的黏度W及曳力等。其中，顆粒的跟隨性受到曳力的影響，維持著顆粒順著流體的運(yùn)動(dòng)方向 運(yùn)動(dòng);在重力的作用下，顆粒隨流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，也向壁面方向運(yùn)動(dòng)，與壁面產(chǎn)生碰撞;流體黏度 的變化會(huì)影響顆粒所受流體黏滯阻力的大小，進(jìn)而影響顆粒對加工壁面的碰撞磨損。
[0065] 沖蝕磨損分析:根據(jù)磨粒流加工技術(shù)和沖蝕磨損理論知識的分析得知，顆粒的微 磨削加工機(jī)理的實(shí)質(zhì)是磨料顆粒之間、磨料顆粒與加工表面之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，對工件的 內(nèi)表面產(chǎn)生一定的微量磨削、刻劃、碰撞作用，從而實(shí)現(xiàn)對加工表面的光整加工。磨粒流加 工顆粒的微磨削大致可W分為2部分進(jìn)行分析研究:一是顆粒在流體連續(xù)相的驅(qū)動(dòng)作用下， 跟隨流體靠近壁面進(jìn)行磨削的過程;二是顆粒的沖擊和碰撞而發(fā)生摩擦、磨損的沖蝕磨損 過程。
[0066] 當(dāng)大量顆粒對某一局部區(qū)域不斷的碰撞時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖蝕磨損現(xiàn)象，運(yùn)是顆粒綜合作 用的結(jié)果，顆粒的不斷沖擊導(dǎo)致工件的材料體積或質(zhì)量不斷流失直至趨向穩(wěn)定狀態(tài)?？拷?噴嘴小孔的區(qū)域沖蝕磨損比較明顯，運(yùn)是由于加工通道尺寸的改變，速度的瞬時(shí)增加導(dǎo)致 此處的顆粒的無序運(yùn)動(dòng)加劇，顆粒與壁面的碰撞更加激烈，導(dǎo)致微磨削作用明顯。
[0067] 影響沖擊磨損的因素很多，常受到外界環(huán)境的干擾影響，影響因素包括環(huán)境因素 (速度、角度、時(shí)間、顆粒濃度、溫度W及流體性質(zhì)）、磨粒性質(zhì)(粒度、硬度、形狀等)和被加工 工件的材料性質(zhì)(粗糖度、強(qiáng)度、硬度等）。本發(fā)明主要從顆粒速度、溫度、磨粒的粒徑大小等 方面入手，研究分析各參數(shù)因子對其磨削效果的影響。
[0068] (1)入口速度對沖蝕磨損的影響：
[0069] 本發(fā)明采取不同的速度對噴嘴磨粒流加工過程顆粒的沖蝕磨損進(jìn)行數(shù)值模擬分 析，獲得了不同速度條件下的顆粒沖蝕磨損云圖。不同的初始速度會(huì)導(dǎo)致不同的沖蝕磨損 速率，為了更加清晰觀察不同流速和沖蝕磨損率之間的關(guān)系。在伺服閥噴嘴磨粒流加工過 程中，隨著入口速度的增加，沖蝕磨損速率也呈現(xiàn)增加的狀態(tài)。運(yùn)種現(xiàn)象與顆粒受到多種作 用力相關(guān)，當(dāng)入口速度增大時(shí)，顆粒隨著流體相的速度同時(shí)增大，流速的增加使單位時(shí)間 內(nèi)，加工表面的沖擊顆粒數(shù)目增加，在流體相的攜帶作用下顆粒與加工壁面的接觸碰撞率 隨之增大，從而導(dǎo)致了顆粒對加工壁面的碰撞、沖蝕磨損量增加;而且顆粒的動(dòng)能隨入口速 度的增加而增加，運(yùn)就導(dǎo)致了顆粒對加工壁面的碰撞沖擊能量增大，進(jìn)而對加工壁面的沖 蝕磨損量增加，加工作用更明顯。
[0070] (2)顆粒直徑對沖蝕磨損的影響：
[0071] 在磨粒流加工過程中，考慮到固相顆粒作為離散相，顆粒的跟隨性和顆粒的無序 運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致顆粒對加工壁面的頻繁碰撞沖擊，顆粒的直徑大小很有可能會(huì)影響沖蝕磨損 量，于是選取不同直徑的顆粒對噴嘴磨粒流加工的沖蝕磨損進(jìn)行數(shù)值模擬。不同粒徑條件 下的噴嘴磨粒流加工過程中，顆粒直徑的增加，顆粒對壁面的磨損速率增加，即顆粒的微磨 削作用增強(qiáng)，顆粒對壁面的微磨削量增加。
[0072] 通過研究分析，顆粒的沖蝕磨損速率隨著顆粒直徑的增