多喷嘴射流抛光系统材料去除率分析

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1、第41卷第4期光学技术Vo1．41No．42015年7月orICALTECHNIQUEJuly2015文章编号：1002—1582(2015)04—0360—05多喷嘴射流抛光系统材料去除率分析罗银川，李秀龙，张蓉竹(四川大学电子信息学院，四川成都610064)摘要：为了提高射流加工效率，提出使用多喷头结构来提高工件的去除效率。根据流体力学原理，从理论上分析了多喷嘴冲击射流复合流场的结构特性，对不同喷嘴数目复合流场的流场分布进行了定量计算；针对复合流场的特性进行了模拟研究，得到工件壁面流体速度、压强的分布曲线。建立了单喷嘴、三喷嘴和

2、七喷嘴的材料去除理论模型，并对去除量分布进行了计算和比较。结果表明，当冲击高度为10d，喷嘴间距为5时(为射流喷嘴直径)，三喷嘴模型材料去除率是单喷嘴模型材料去除率的2．16倍，七喷嘴模型材料去除率是单喷嘴模型材料去除率的4．25倍。关键词：射流；多喷嘴；复合流场；流场分布；去除率中图分类号：TP60文献标识码：AMaterialremovalrateanalysisofmulti—nozzlestructureinFJPLUOYinchuan，LIXiulong，ZHANGRongzhu(ElectronicsandInforma

3、tionEngineering，SichuanUniversity，Chengdu610065，Sichuan，China)Abstract：Inordertoimprovetheefficiencyoffluidjetpolishing(FJP)，themethodofusingmulti-nozzlestructureisproposed．Accordingtoprinciplesoffluiddynamics，thecompositeflowfieldcharacteristicofmulti-nozzlestructurei

4、sanalyzedtheoretically．TheflowfielddistributionofdifferentmodelswithdifferentnumberofnozzlesiScalculated；pres—sureandvelocitydistributioncurveofcomplexflowfieldiSobtainedbysimulation．Thetheoreticalmateria1removalmod—elsofsinglenozzle．three-nozzleandsevennozzlemodelaree

5、stablished。andremovaldistributioniScalculatedandcom—pared．TheresultsshowthatwhentheimpingementheightiSlOdandthedistancebetweenthetWOnozzlesiS5d(iSthediameterofthenozzle)．materialremova1rateofthree-nozzlemode1iS2．16timesofthesinglenozzlemode1’S，andsev—en-nozzle’Sis4．25t

6、imesofthesinglenozzle’S．Keywords：fluentiet；multi-nozzle；complexflowfield；flowfielddistribution；removalrate单喷头结构射流加工效率很低，很大程度上限制了0引言射流抛光技术的应用范围。增加喷头的数量是利用现代光学对光学元件表面质量的要求越来越多个喷头同时工作，既保留了单喷口加工复杂面型高，精密光学元件只有达到非常高的精度才能满足的能力，同时又可以在保证精度的前提下提高加工元件在以强激光、短波光学为代表的工程光学领域效率。多个喷嘴的应

7、用形成了一个复合流场，相对的应用要求_1]。元件表面精度包括两项重要技术指单个喷头结构而言，流场速度分布更为复杂。射流标：一是元件表面粗糙度；二是表面面形精度。高精运动速度分布是分析材料去除的基础，为了获得合度的光学加工手段是获取超光滑表面的基础，射流适的去除效果，首先需要明确在不同喷头结构影响抛光技术是一种有效的超光滑表面处理技术口]。下的流场特性，并根据需要进行优化。一般来说在1998年，荷兰Delft大学的oWFahnle和HVan加工中要求整个工件壁面上的流场分布要尽量均Brug等人首先提出了射流抛光技术(FJP)l3。该技

8、匀，于是可以采用多个喷头之间等间距交错的排布术在高陡度非球面、小尺寸非球面光学零件等复杂方式，这种排布方式实质上是以三个喷嘴为基本单曲面加工中取得了一定的应用l4]。目前关于射流抛元组合排布的。本文采用理论计算与模拟仿真相结光技术的研