58工具技术微磨料气射流加工的混砂器磨料雾化数值模拟吕玉山,秦怀良,张辽远,赵广坡沈阳理工大学摘要:在微磨料气射流加工技术领域,微磨料混砂器是加工装备中的一个非常重要的功能部件。为了得到在混砂过程中混砂器内的颗粒雾化状态,基于气固两相流理论中的欧拉法和拉格朗日法,结合三维数值模拟技术对气喷射混砂器内的气固二相流进行数值模拟的研究,获得了不同的时间、压强等对混砂器内磨料的雾化混砂状态与规律。结果显示,当输入的气体时间在4s时,混砂器内颗粒雾化进入稳定状态;在时间以及气体流量不变的情况下,压强在05MPa-06MPa的范围,混砂器内颗粒的雾化效果较好。并通过实验对仿真得到的参数进行验证,结果证实了仿真的正确性。关键词:微磨料气射流加工;混砂器;气固两相流;混砂中图分类号:TG73,TH4文献标志码:ANumericalSimulationofAbrasiveAtomizationofMixingAbrasiveDeviceinMicroAbrasiveAirJetMachiningLvYushan,QinHuailiang,ZhangLiaoyuan,ZhaoGuangpoAbstract:Inthefieldofmicroabrasiveairjetmachiningtechnology,theabrasivedeviceisaveryimportantcomponentintheprocessingequipment.Inordertogetthestateoftheabrasiveatomizationintheabrasivedevice,thecaseofabrasiveatomizationinsidetheabrasivedeviceisstudiedbasedonEulermethod,Lagrangianmethodandthreedimensionalnumericalsimulationtechnique.Itisdemonstratedthattheabrasiveatomizationisstablewhenthetimeofinputtinggasis4s;theabrasiveatomizationeffectisthebestwhenpressureis05MPa-06MPa.Theseresultsarewellconfirmedbyexperimentifthetimeandthegasflowareunchanged.Keywords:microabrasiveairjetmachining;abrasivedevice;gassolidflow;mixingabrasive的效果直接影响对工件的加工效果。但是在该种混1引言砂方式中混砂器内部磨料是如何飘移雾化形成二相磨料喷射微细加工(MicroAbrasiveJetMachin流仍不清楚,这给提高该方法的混砂效果带来了一ing,MAJM)是利用微细磨料与高压空气或其他气体定的困难,因此,本论文针对这一问题进行模拟研混合而形成二相流体,然后该流体通过专门设计的究。喷嘴射向工件,依靠磨料对被加工材料的高速冲击,2混砂器的组成与工作原理使材料破碎并被去除的一种方法[1-4]。在形成二相流的技术装备中,混砂器是高压气体和磨料相混合如图1所示,微磨料喷射加工系统主要是由气的装置,也是微磨料喷射加工装备的主要组成部分。源、二位单通电磁换向阀、空气干燥剂、微尘滤除器、目前的混砂方法主要有内混砂法和外混砂法。外混压力表、安全阀、流量显示器、混砂器、调压阀、节流砂法主要沿用了传统的大流量喷砂机的混砂机理,阀、喷嘴等组成。在实际工作中,由气源8提供高压利用气体的负压效应吸附磨料,但存在混砂量(磨料气流(02MPa-20MPa),用两位单通电磁换向阀1浓度)不均匀和出口速度场不均匀的现象,在MAJM来控制气流的通断。先用空气干燥器2和微尘滤出技术领域不强调运用该方式;内混砂法是目前MA器3来分别除去水蒸气和固体小粉尘,进而可得到JM技术领域主要采用的方法。内混砂法主要有重干燥纯净的气流,通过调压阀4来控制高压气流的力式、负压吸入式、气体直压式、振动送料式和气体压力情况,用压力表5测量出高压气流的压力,通过搅拌式几种[5]。在气体搅拌式混砂过程中,混砂器节流阀6来调整高压气流的流量,用流量显示器6内部颗粒磨料在高压气体气流力的作用下,使磨料来测量高压气体的流量,再通过一个单向阀10来进颗粒实现悬浮飘移雾化,形成二相流体,其雾化混砂入混砂器7,和混砂器中的磨料进行充分混合形成比较均匀的二相流,最后通过喷嘴体喷射加工。基金