基于超声波激振强化的软性磨粒流光整加工模拟与试验研究.pdf

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1、第52卷第21期机械工程学报Vol.52No.212016年11月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGNov.2016DOI：10.3901/JME.2016.21.182基于超声波激振强化的软性磨粒流光整加工*模拟与试验研究11,21计时鸣李军谭大鹏(1.浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室杭州310032；2.杭州师范大学信息科学与工程学院杭州311121)摘要：为了提高软性磨粒流加工过程中的湍流强度分布均匀性与材料去除率，提出一种基于超声波激振湍流强化的软性磨粒流光整加工方法。在磨粒流约束流道内引入超声激励，利用超声波的空化效应控制流道内的

2、流体流态。建立考虑液固及声场耦合的磨粒流加工动力学模型，对其加工过程中的流场特性进行了模拟研究，并搭建超声强化磨粒流加工试验平台进行验证。数值仿真结果表明，非定常流场可获得更为均匀的速度矢量和湍动能分布，超声波激振引起空化效应能够有效地增强软性磨粒流的湍流强度和避免加工死角的出现，同时揭示湍流增强导致磨粒流动轨迹复杂多变是加载超声波激振抑制磨粒流的过加工和粗糙度值翘尾现象形成的原因。加工试验表明，该方法可减小加工时间约6h，能够得到更为均匀的表面质量。关键词：软性磨粒流；光整加工；超声波激振；湍流强度中图分类号：O359NumericalandExperimentalStudyonSof

3、tnessAbrasiveFlowFinishingBasedonTurbulenceEnhancementbyUltrasonicVibration11,21JIShimingLIJunTANDapeng(1.KeyLaboratoryofSpecialPurposeEquipmentandAdvancedProcessingTechnologyofMinistryofEducation,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310032;2.SchoolofInformationScienceandEngineering,HangzhouNor

4、malUniversity,Hangzhou311121)Abstract：Tomaketheturbulenceintensityofthesoftnessabrasiveflowmorehomogeneousandincreasethematerialremoverateinthefinishingprocess,atechnologyofsoftnessabrasiveflowfinishingbasedonturbulenceintensityenhancementusingultrasonicwaveisbroughtforward.Theultrasonicvibration

5、isexcitedontheabrasiveflowintheconstrainedflowchanneltocontroltheregimebythecavitationeffectoftheultrasonicwave.Anabrasiveflowdynamicmodelconsideringthecouplingofliquid-solidflowandsoundfieldisestablishedandtheflowcharacteristicsinthemachiningprocessingarenumericallyinvestigated.Meanwhile,anultra

6、sound-enhancedabrasiveflowmachiningexperimentalplatformisinvestigatedexperimentally.Theresultsshowthatmorehomogeneousvelocityfieldandturbulenceenergydistributionareobtainedinanunsteadynumericalsimulation.Itcanbeconcludedthattheturbulenceintensityofthesoftnessabrasiveflowiseffectivelyenhancedwithl

7、essdeadanglebecauseofthecavitationeffect.Theultrasonicvibrationcanalsorestraintheexcessivemachiningoftheabrasiveflowandtheroughnesscanbemaintainedatabouttheminimumvaluewithoutincreaseagain.Themachiningexperimentsindica