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基于CFD-DEM耦合的磨粒流微小孔加工数值分析与试验

发布时间 : 2018-11-28 11:02:10      访问量 : 1455次

《农业工程学报》2018年第34卷第16期刊载了长春理工大学等单位李俊烨、苏宁宁、胡敬磊、杨兆军、盛亮和张心明的论文——“基于CFD-DEM耦合的磨粒流微小孔加工数值分析与试验”。该研究由国家自然科学基金项目(项目号:51206011)等资助。

在军事、航空航天、农业机械、能源等领域很多关键零件都存在微小孔零件,如坦克及步兵战车发动机系统喷嘴、工业及农业用雾化喷嘴等。关键零件的表面质量往往决定整体使用性能,因此零件的表面质量需要得到保证,并需要减少零件的磨损、提高其配合精度和疲劳强度以及耐腐蚀性等性能。该类零件的光整加工属于微细流道的精密加工范畴。 

在精密与超精密加工领域,最为棘手的难题之一是对喷嘴的精密光整研磨抛光。多物理场固液两相磨粒流精密研抛技术是对微小孔类零件有效的精密加工手段。磨粒流精密研抛技术可加快国防工业和航空航天业的现代化进程,获得更高性能更高质量的武器装备和航天器。

 

研究表明,随着入口速度的增大,颗粒与零件表面的摩擦与碰撞作用更为剧烈,颗粒动能转化为切削能,提高了材料的去除率;当颗粒碰撞应力小于材料极限应力时,材料只发生塑性变形,当碰撞应力大于材料极限应力时,才会发生材料去除,同时提高了磨粒流精密研抛效率。

试验发现,点胶头微小孔表面粗糙度随着入口速度的增大而显著降低,表面粗糙度Ra 值由磨粒流加工前的2.03 μm 降低到磨粒流加工后的0.65 μm,经磨粒流加工表面变得光滑平整。

研究结果表明,在磨粒流光整加工过程中,主要运动为颗粒与毛刺的碰撞和剪切,流体只是作为一个载体,引导颗粒的运动,进而对壁面进行抛光。

该文结果对固液两相磨粒流精密研抛微小孔研究具有重要的学术意义、工业价值和社会效益。