基于 oldroyd-B 本构模型的磨料流加工壁面滑移仿真分析.pdf

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1、ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１４年第８期基于oldroyd-B本构模型的磨料流加工壁面滑移仿真分析刘月普，董志国，轧刚（太原理工大学机械工程学院，太原０３００２４）摘要：基于ｏｌｄｒｏｙｄ-Ｂ粘弹性本构模型，应用ＰＯＬＹＦＬＯＷ软件对流体磨料在圆管中的壁面滑移状态进行了模拟仿真。将得到的圆管中流体磨料的压力值与磨料流加工机床上测试点的压力值进行比较，得到二者的相对误差不超过５％，验证了模拟仿真的可行性。通过仿真可知，流体磨料在工件壁面

2、上的滑移存在速度临界点。通过比较不同管道入口流量、流体磨料黏度和壁面滑移系数对壁面滑移速度的影响可知，当管道入口流量越大、流体磨料的黏度越高，以及壁面滑移系数越小时，加工过程中的壁面滑移速度越大。关键词：磨料流加工；粘弹性本构方程；数值模拟；壁面滑移中图分类号：ＴＧ６６４；ＴＧ７３文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１４）０８—００７４—０５Simulationanalysisofwallslidinginabrasiveflowmachiningbasedonoldroyd-Bconstitutivem

3、odelＬｉｕＹｕｅｐｕ，ＤｏｎｇＺｈｉｇｕｏ，ＹａＧａｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆｏｌｄｒｏｙｄ-Ｂ，ｔｈｅｗａｌｌｓｌｉｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆａｂｒａｓｉｖｅｆｌｕｉｄｉｎｐｉｐｅｗａｓｎｕｍｅｒ-ｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙＰＯＬＹＦＬＯＷｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｂｙｃｏ

4、ｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｐｏｉｎｔｓｉｎｐｉｐｅｔｅｓｔｅｄｏｎｔｈｅａｂｒａｓｉｖｅｆｌｏｗｍａｃｈｉｎｉｎｇｔｏｏｌｗｉｔｈｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｅｒｒｏｒｗａｓｌｅｓｓｔｈａｎ５％，ｓｏｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔａｂｒａｓｉｖｅｓｌｉｄ-ｉｎｇｏｎｔｈｅｗａｌｌｏｆｐｉｅｃｅｗｏｒｋｅｘｉｓｔｓｖｅｌｏｃｉｔｙｃｒｉｔｉｃａｌｐｏｉｎｔ．Ｔｈｅｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉ

5、ｎｌｅｔｆｌｏｗ，ｆｌｕｉｄａｂｒａｓｉｖｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙａｎｄｗａｌｌｓｌｉｄｉｎｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｎｗａｌｌｓｌｉｄｉｎｇｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｌａｒｇｅｒｏｆｔｈｅｉｎｌｅｔｆｌｏｗ，ｔｈｅｈｉｇｈｅｒｏｆｔｈｅｆｌｕｉｄａｂｒａｓｉｖｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙ，ａｎｄｔｈｅｓｍａｌｌｅｒｏｆｔｈｅｗａｌｌｓｌｉｄｉｎｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｔｈｅｈｉｇｈｅｒｔｈｅｗａｌｌｓｌｉｄｉｎｇｖｅｌｏｃｉｔｙｗｉｌｌｂｅｉｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Keywords：

6、ａｂｒａｓｉｖｅｆｌｏｗｍａｃｈｉｎｉｎｇ；ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｗａｌｌｓｌｉｄｉｎｇ此后，董志国等人根据流变学理论建立了磨料流在圆０引言管中的流动模型，利用所建模型推导出了磨料在圆管磨料流加工又称挤压珩磨加工，是在一定压力的作流动中的壁面压力、壁面剪切应力和壁滑速度公式，［４］用下，迫使承载有磨粒的粘弹性高分子载体流过零件的并将磨料流假设为幂律流本构方程。由于以上研待加工表面，利用磨粒的切削作用对各种型腔和边棱进究只考虑了磨料的黏

7、性，或者将流体磨料假设为幂律［１］行研磨抛光、倒圆角及去毛刺的新型加工工艺。流本构方程，不能真实反应磨料的弹性特性，因此，本流体磨料为高黏度非牛顿流体，内聚力强，具有文基于ｏｌｄｒｏｙｄ-Ｂ本构模型，采用高分子材料仿真分析弹性并且与金属的黏着力小，在加工中表现出壁滑特软件ＰＯＬＹＦＬＯＷ进行数值模拟，对常见的圆孔类零件性。聂先桥等人根据能量守恒定律，推导出流体磨料内磨料的壁滑行为进行研究。在圆管边壁处的速度表达式，并用简易实验对其进行［２］１流体磨料本构方程和壁面滑移方程了验证。汤勇等人通过实验验证了磨料流壁滑的存在

8、，并用透明玻璃管简单测量了流体磨料的壁滑速１．１流体磨料的本构方程度，推导出了玻璃管中磨料的壁滑公式，但在公式推流体磨料为高粘弹性高分子材料与磨粒的混合导时仅考虑了磨料的黏度，而没有考虑磨料的弹性，体，属于非牛顿流体。由于流体磨料在工件抛光过程［３］且并未给出普适的壁面滑移速度公式或测量方法。中符合ＯｓｔｗａｌｄＷａｌｅ幂律流体的流动特征，所以