喷油嘴微小孔磨流流加工数值毕业论文毕业设计(编辑修改稿)

喷油嘴微小孔磨流流加工数值毕业论文毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

(5)磨粒流加工技巧。 磨粒流加工是一种特殊的表面处理工艺，自然有其与众不同的特点。 如果充分注意这些特点并加以利用，将获得最佳效果。 比如磨粒流无论粘度如何，在夏天都会变稀，要达到相同的目的必须适当增 加挤动次数，当然如果加工参数选择过高，将导致磨粒发热，使其切削性下降。 从小孔径流量理论来说，狭窄空间流量快，故在工艺设计时要注意这一因素，例如对大径或盲孔的磨粒流加工最好设计专用喷嘴，如图 16 所示，以此来形成狭窄空间。 这里需要强调的是去毛刺，抛光，倒圆角用磨粒流不一样，建议不要使用同一种磨粒流完成不同工艺过程。 此外，还要倡导绿色制造，加强磨粒收集，进行环保处理。 对于完成磨粒流加工的零 件内残存的磨粒，只需经过液体浸泡，震动即可清除，然后再清洗，吹干 【 10】。 图 16 磨粒流加工技巧应用 磨 粒流 技术 国内外的发展现状 1. 国外的发展现状 由 德国 制造的 Perfect Finish GmbH 磨粒流流体动力研磨系统 ， 主要运用在航天及汽车工业 ,有着复杂几何图形合金含量较高的部件抛光及去毛剌 【 12】。 这种全自动研磨技术可以替代以前各种费时的人工去毛剌和抛光工序，人工操作通常无法达到长久一致的表面质量保证。 现在，磨粒流体动力研磨技朮作为一种加工方法 ,适用于在内外部都需要高质量表面的产品。 打破以传统手工研磨抛光工序 : 适用于在内外部都需要高质量表面的产品例如 ： 涡轮机内部零件 /航天 /汽车 /各类精密工件 【 13】。 挤压工业 :平面 /分流 /多孔 /精细复杂模具。 药用业 /纺织业 /液压 /压缩 /气动工件。 7 图 17 德国 Perfect Finish Gmbh 磨粒流流体动力研磨系统 SPKS 挤压研磨流体抛光机械为微精处理机械，对于凹陷面与弯曲孔道等通常刀、磨具达不到的复杂形状优为有效，该技术打破了传统的手工研磨抛光工序，使微孔、多孔、长孔、弯孔、异形孔的工件抛光研磨便利、轻松，特别是在气体、液体类的导通管内进行镜面抛光，使研磨痕和流体通过方向一致，有效的提高模具或工件的性能、质量、光洁度，达到镜面等级，同时延长模具及工件 的使用寿命，更能提升产品的品质和产能 【 15】。 图 18 SPKS 挤压研磨流体抛光机械 2. 国内 的发展现状 我国很早就引进了磨粒流光整技术，并用于铝型材模具的抛光。 引进的铝型材生产线上一般都配有磨粒流设备通称挤压研磨设备。 国内有几家研究单位已将该工艺用于不同类型零件的光整加工，在夹具设计及加工控制方面积累了一些经验。 已在航空、航天、汽车、纺机、模具等领域取得了可观的经济效益。 但由于对这项光整技术宣传不够，很多人至今还不了解 ，在一些领域里处于空白状态。 另外，由于该技术在国内应用尚不广泛，经验也不足， 工艺上也不成熟，自动化程度不高，未能达到一定的生产规模，磨粒流加工的优势尚未充分发挥出来。 北京航空工艺研究所经过几年的探索和研究，现在已取得了可惜的进展。 自 8 行开发的磨粒流介质，性能达到了国际先进水平，可以替代进口产品。 图 19 中航工业北京航空制造工程研究所 近年来， Fletcher 等研究了磨料流加工中应用的高分子聚合物的热特性和流变性，认为介质的流变性对磨料流加工的成败具有重要的作用。 Davies 和 Fletcher研究了几种配料的流变性与其相应加工参数之间的关系，结果表明粘度和磨料的比例都会影响温 度和介质通过工件的压力下降，在磨料加工过程中温度是影响介质粘度的一个重要因素 【 16】。 Williams 和 Rajurkar 的研究表明，介质的粘度和挤压力主要决定着表面的粗糙度和材料去除率，表面粗糙度精度的改善主要发生在磨料介质的前几个挤压往复进程中，并提出了估算动态有效切削磨粒数目的方法和每个行程中磨粒损伤的计算方法。 他们还提出了多孔抛光中金属出去分布的实验方法与定量分析方法，发现用磨粒流加工一个具有中心孔和 四个外围孔的工件时，中心孔的金属去除率比外围孔的金属出去率高 30%。 Williams 和 Rajurkar研究探索了磨料流加工过程特性的一些方面和表面的特性化以及过程建模，研究了工艺输入参数对工艺性能参数的影响，利用 DDS 随机建模与分析技术研究了磨料流加工表面。 磨料流加工表面轮廓模型的格林函数揭示了其特性形状是双指数的叠加。 Williams 等还研究提出了基于监控策略和磨料流加工的声发性特性的磨料流加工声发射在线监控和自适应控制系统，但是这些研究工作仅仅考虑了一部分过程参数而忽略了其他一些关键参数。 磨料流加工去除了传统以及特种加工对工件表面的影响，使表面更加均匀一致；磨料流加工与磨削加工有很多相似之处。 在国内 王纯、杨建明和王洁针对传统的磨料流加工在磨料介质流速增大的情 9 况下容易出现剪切变稀现象从而易失效的不足，研究开发出了磨料流振动抛光机床和相应的加工技术，从而有利于较大幅度提高抛光效率，并提出了磨料流加工流动新的边界条件假设，用简易实验验证了这种假设。 汤勇等对磨料流加工存在的壁画滑动现象进行了实验研究，结果表明：磨料平均速度存在着临界值，在于平均速度时存在 壁面 滑动现象，同时壁 滑速度随磨料平均速度增加而增大；磨料粘度升高，会使平均速度临界减少，而壁滑速度增加的程度却增大，存在壁滑是实现磨料流加工的前提条件。 小结 本节我们回顾了磨料流加工的形成及其加工特点，研究了其目的和意义以及国内外发展现状，使我们对其有了一个大致而清晰的了解。 10 第 2 章 Fluent软件 GAMBIT软件介绍 GAMBIT 是面向 CFD 的几何建模和网格生成软件 ， 是目前 CFD 分析中最优秀 的前置处理器，它包括先进的几何建模和网格划分方法。 用户 既可以在GAMBIT 中 直接建立点、线、面、体的几何模型，也可以从 PRO/E、 UG、 CATIA、SOLIDWORKS、 ANSYS 等主流的 CAD/CAE 软件中导入创建好的实体与 网格。 GAMBIT 与 CAD 软件的 接口和功能强大的布尔运算能力 可使用户方便的建立复杂 几何模型。 借助 其 功能灵活、完全集成和易于操作的界面， GAMBIT 软件 可以显著减少 CFD 应用中前置处理的时间。 复杂的模型可直接采用 GAMBIT 固有几何模块生成，或由 CAD/CAE 构型系统导入。 高度自动化的网格生成工具保证其最佳 质量的网格生成，如结构化的、非结构化的、多块的、 混合 的 网格。 GAMBIT可以生产 FLUENT、 FIDAP、 POLYFLOW 等求解器所需要的网格， 它提供的非结构 化的 网格生成程序，对相对复杂的几何结构网格生成非常有效。 FLUENT 还可根据计算结果调整网格 ， 这种网格的自适应能力对于精确求解有较大梯度的流场有很实际的作用。 由于网格自适应和调整只是在需要加密的流动区域里实施，而非整个流场，因此可以节约计算时间。 GAMBIT 是为了帮助分析者和设计者建立并网格化计算流体力学 （ CFD） 模型和其它科学应用而设计的一个软件 ， GAMBIT 通过它的用户界面 （ GUI） 来接受用户的输入。 GAMBIT GUI 具有 简单而又直接的做出建立模型、网格化模型、指定模型区域大小等 功能。 计算机网格根据性质的不同，可以分为结构化网格、非结构化网格和混合网格。 对于二维平面系统 模型 而言，四边形网格属于结构网格，而三角形网格则属于非结构网格。 三维立体系统 模型 则较复杂，有四面体、五面体、六面体和楔形等等立体结构网格。 其中，六面立方体或六面长方体皆属于结构网格，其他则皆属于非结构网格。 因为流动域的几何模型比较复杂， 喷油嘴零件的 计算网格主要采用非结构化的三角形、四边形的面网格以及非结构化的四面体、五面体和六面体的体网 格，在靠近壁面的流动区域采用了棱柱型的边界层网格，以便准确地模拟流动和换热情况。 图 21给出了 GAMBIT 中常用的网格类型。 相对四边形的面网格和六面体的 体网格而言，在流动域内生成三角形的面网格和四面体的体网格更容易一些，而且网格数相对也少。 但采用四边形面网格可以允许网格单元的变形更大一些，而三角形、四面体网格单元会因为网 格的变形过大而增加网格的扭曲率，从而影响计算结果的收敛性和准确性。 需要指出的是如果采用非结构化的三角形 、 四面体网格模型来求解，需要采用二阶求解精度。 11 为了提高求解精度，防止数值离散， 对于相对简单的几何结构最好还是采用四边形 、 六面体网格来划分。 而对于复杂的几何结构采用三角形、 四面体网格来划分，此类网格 容易生 成网格单元并且可以减少网格数，比较适用 于几何结构复杂的喷油嘴喷孔 结构。 喷油嘴二维及三维网格划分如图 2 2 所示。 图 21 GAMBIT 常用网格类型 当 影响网格大小的因素较 多，主要有以下几个方面：几何实体的大小是决定网格尺寸的主要因素；理想的三角形网格是等边的，面网格的尺寸将影响体网格的 大小进而影响边界层的求解；相邻结构的网格尺寸也会影响网格的大小，若 与凹坑处相邻边界面的尺寸较大，那么凹坑处生成的网格只有一个体网格，这样 该处的网格质量就会变差。 无论采用何种方式来划分计算网格，网格的类型、尺度和质量都会直接影响到 CFD 分析结果的 准确性 和稳定 性。 喷油嘴二维网格划分 喷油嘴三维网格划分 图 22 喷油嘴模型网格划分 磨粒流加工过程属于 复杂的湍流流动 ， 复杂的湍流流动在传输平均动量和其它标量过程中起着主要作用，如果要实 现对湍流流动的正确模拟，那么对靠近壁面流动区域划分 计算网格是有要求的。 由于湍流的平均流动和脉动之间存在着很强的相互作用，湍流的数值模拟计算结果 比层流流动更容易受到网格 的影响。 为 12 了保证计算结果的准确，对于靠近壁面区域湍流的求解最好选择在平均流动变化快而且平均应 力较大的边界层所在的区域。 在计 算网格的处理上，在流动域靠近壁面 部分要采用加附面层的方法，在流体流动区域的表面网格和内部网格之间再划分出一个特定区域，用以保证壁面附近的湍流计算的准确性。 磨粒流加工过程属于 复杂的湍流流动 ， 复杂的湍流流动在传输平均动量和其它标量过程中起着主要作用，如果要实 现对湍流流动的正确模拟，那么对靠近壁面流动区域划分 计算网格是有要求的。 由于湍流的平均流动和脉动之间存在着很强的相互作用，湍流的数值模拟计算结果 比层流流动更容易受到网格 的影响。 为了保证计算结果的准确，对于靠近壁面区域湍流的求解最好选择在平均流动变化快而且平均 应 力较大的边界层所在的区域。 在计算网格的处理上，在流动域靠近壁面 部分要采用加附面层的方法，在流体流动区域的表面网格和内部网格之间再划分出一个特定区域，用以保证壁面附近的湍流计算的准确性。 喷油嘴模型的网格划分如图 2 24 所示。 图 23 喷油嘴二维网格划分 可 用 GAMBIT 软件生成混合型四面体网格，在 靠 近壁面的边界层内生成一层很薄的三棱柱网格，在流体内部区域生成 四面体网格。 与在整个流动域全部生成四面体网格相比， 此种方法 在靠近壁面流动区域为棱柱 型 混合网格 ， 可以更好的模拟流体接近壁面区域的流场 的情况 ， 计算结果也更为 准确可靠。 图 24 喷油嘴三维网格划分 需要指出的是，本章网格划分采用指定网格间距（ interval size）模式，支路网格密度大于干路网格密度。 当网格划分成功后，将创建成功的模型导出保存为*mesh 文件，启动 FLUENT 读取此文件，选择恰当的仿真参数即可进行数值分析。 13 FLUENT软件概述 FLUENT是目前处于世界领先地位的商业 CFD软件包之一，最初由 FLUENT。 20xx 年 2 月 ANSYS FLUENT 大的 CAE 软件公司。 就是由 ANSYS ， CFD软件通常都包含 3 个主要功能部分：前处理器、求解器、后处理器。 FLUENT 是一个用于模拟和分析复杂几何区域内的流体流动与传热现象的专用软件。 FLUENT 提供了灵活的网络热性，可以支持多种网络。 用户可以自由选择使用结构化或者非结构化网络来划分复杂的几何区域，例如针对二维问题支持三角形网络或者四边形网络；针对三维问题支持四面体 .六面体 .凌锥 .多面体网络；同时也支持混合网络。 用户也可以利用 FLUENT 提供的网络自适应特性在求解 过程中根据所获得的计算结果来优化网格。 FLUENT 是使用 C 语言开发的，支持并行计算，支持 UNIX 和 WINDOWS等多平台，采用用户 .多服务器的结构，能够在安装不同操作系统的工作站和服务器之间协同完成同一个任务。 FLUENT 通过菜单界面和用户进行交互，用户可以通过多窗口的方式随时观察计算的进步和计算结果 【 11】。 FLUENT 软件包主要由 GAMBIT、 Tgrid、 Fliters、 FLUENT 几部分组成。 （ 1） 前处理器。 包括 GAMBIT、 Tgrid 和 Fliters。 其中 GAMBIT 是由 FLUENT CFD 前置处理器，用于模拟对象的几何建模以及网格组成。 Tgrid 是一个附加前置处理器，它可以从 GAMBIT 或其他 CAD/CAE 软件包中读入所生成的模拟对象的几何结构，从现有的边界网格开始生成由三角形、四。