喷油嘴小孔磨粒流加工特性三维数值分析.pdf

?业自や化
喷油嘴小孔磨粒流加工恃性三维数值分析
Three-dimensional numerical analysis for micro-hole abrasive flow
machining feature of the nozzle
李俊烨,刘薇娜,杨立峰
LI Jun-ye, LIU Wei-na, YANG Li-feng
(长春理工大学机电工程学院,长春130022
摘要:磨粒流加工工艺已成为解决复杂型崆零件和微小孔结构件的超精加工方法,是一种高
效、高质和经済的加工手段。本文利用数值分析软件 FLUENT对磨粒流加工油瞞小孔牿构进
行了三继数值分析,获得了稳恋压强、速度矢量、流动能、滿流强度及満流粘度图像,为
磨粒流加工工艺研究提供了理论依据和技术支持。
关键词;微小孔;粒流加工; FLUENT;数值分析
中R分类号:TH122;TP205文献标识码:A
文章编号:1009-0134(2012)3(下)-0027-04
Doi:10.3969/」.ISSn.1009-0134.2012.3(下).08
0引言
气缸
活塞
喷油嘴是发动机供油系统的重要组成部件,
气鉦
活塞
喷油嘴内部的微小孔抛光及去毛刺间题一直是有
待解决与提高的向题。喷油嘴微小孔的加工质量
磨料
磨料
直接影响喷油嘴的雾化特性、油线贯穿度及流量
夹县
系数,最终影响发动机的经济性、动力性和排放
夹县
指标。喷油嘴零件三维模型如图1所示。
图2磨粒流加工原理图
流所流经的任何部位都将被光整,对于那些一般工
图1喷油嘴零件三维图
具难以接触的零件内腔,磨粒流加工技术的优越性
尤为突出。当磨粒均匀而渐进地对通道表面或边角
喷油嘴具有高硬度,低表面粗糙度,在交叉
进行工作时,产生去毛刺、抛光和倒角的作用
特点。利用传统的加工方法来实现对喷油嘴交叉1仿真模型建立及参数设置
孔处的去毛刺及倒圆角是及其困难的,磨粒流加
在进行数值分析的过程中,假设颗粒相与介
工技术出现为解决这一问题提供了有效的途径凹。质相之间不发生溶解或结晶等化学过程,颗粒状
磨粒流加工的工作原理如图2所示
固体磨料与介质具有相同的压力作用;颗粒状固
粒流加工技术是通过一种载有磨料的粘弹体体磨料与介质分别满足动量守恒和能量守恒方程
的软性磨料介质,在压力作用下往复流过零件被加颗粒状固体磨料与介质之间的相互作用是通过阻
工面来实现光整加工的。利用磨粒流中的磨粒充作力系数来实现的“”。
无数的切削刀具,以其坚硬的锋利的棱角对工件表
根据企业提供的数据,对喷孔直径为0.16mm
面进行反复切削,从而达到一定的加工目的。磨粒喷油嘴小孔的加工状况进行数值模拟。利用
收日期:2011-09-21
基金项目:吉林省科技厅基金项目(20090551)
作者简介:李俊烨(1981-),男,讲师,博土,主要从事精密与超精密加工技术研究
第34卷第3期2012-3(下)27
?性业自サ比
FLUENT前处理模块 GAMBIT对喷油嘴零件进行条件下粒流同时加工喷油嘴所有小孔结构的情
模型的创建与网格的划分工作,模型及网格划分况,获得了如图5所示的稳态压强图像。
如图3所示。
图3喷油嘴零件模型及网格划分
a)进出口压力为3Mpa和2Mpab)进出口压力为SMpa和3Mpa
根据磨粒流加工工艺特点,在UENT中选择
非耦合隐式双精度求解器,利用标准k一8固液两
相Mⅹure湍流模型进行数值分析;磨粒流介质载
体设为主相,第二相设为碳化硅颗粒,体积分数为
0.1;边界条件选择压力入日边界条件和压力出口边
界条件,其余边界定义为固壁条件;考虑重力影响。
2仿真结果与分析
c)进出口压力为7Mpa和5Mp
d进出口压力为8Mpa和5Mpa
当参数设置成功后,采用 SIMIPLEC算法求解
图5不同进出口压力条件下的稳态压强图像
两相流动方程,经过初始化后进行迭代计算,对喷
油嘴小孔磨粒流加工过程进行流体力学数值分析。
通过观察可以看出,接近于在喷油嘴小孔处的
计算结束后,得到如图4所示的残差监测交化曲线。压强呈递减趋势,流道内其它地方保持同样大小的
稳态压强。在喷袖嘴小孔处的稳态强压差明显,
说明磨粒流在该处的运动最为激烈。由于喷油嘴整
Resichuals
个流道与喷油嘴小孔的直径与长度相差较大,单位
y-velocity
velocity
面积上的作用力差别也很大,作用于喷油嘴小孔处
epsilon
le+02
的作用力更大,有利于喷油嘴喷孔的精抛加工,能
更好的保证喷油嘴小孔处的加工精度。
led
2.2速度矢量数值分析
为了更好的分析磨粒流的加工特性,对磨粒
1c04
流加工时磨料的流动特性进行了数值分析,得到
le: -06
了如图6所示的速度矢量图像。
70
图4残差监测变化曲线
在速度矢量图中,箭头所指示的方向即为速
度的运动方向,速度在喷油嘴小孔与主干路孔壁
从残差曲线可以看出,在迭代80次左右开始交界处速度瞬时变大,在喷油嘴喷孔处的磨粒流
收敛,说明模型结构设计和求解参数设置合理、速度最大,可以发现速度随进口压力的增加而增
能得到满意的收敛解
加。从数值模拟结果可知,若想获得较大的磨粒
为了更加真实准确模拟磨粒流加工喷油嘴小流加工速度应适当增加工件的入口压力。随着小
孔的状况,采用三维数值模拟方式对磨粒流加工孔处的边界层与小孔流道表面的速度差的增大
喷油嘴的特性进行数值分析,可获得磨粒流同时磨粒流中的磨粒与孔壁的接触机会将增大,边界
加工喷油嘴所有小孔结构的加特性
层磨粒流与加工面之间的相对滑移量也随之增加,
2.1稳态压强数值分析
流道表面的去除量也越大,更有利于磨粒流对小
利用三维数值分析方式模拟不同进出口压力孔流道的精加工。
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