约束模块在软性磨粒流精整加工中的应用及其设计方法

摘要

约束模块作为软性磨粒流加工方法的核心构件，不仅能实现对湍流流场的按需调控，且可以完成有效加工区域的拓展与迁移。针对此问题，本文提出了一种面向软性磨粒流加工的约束模块设计方法，并完成了相关验证实验，主要工作结论描述如下：
　　 (1)基于固-液两相流边界层理论建立了可应对约束流道环境下软性磨粒流磨粒入射壁面过程的颗粒运动轨迹数学模型。针对稀疏磨粒流在湍流状态下的壁面接触问题，提出了一种游离磨粒入射壁面速度与角度计算方法，为软性磨粒流近壁区域微切削效应提供了可靠依据。
　　 (2)针对具体的约束流道条件，基于可实现(Realizable)k-ε模型和混合(Mixture)模型建立了软性磨粒流加工过程动力学模型。针对磨粒流经过弧形约束模块的绕流偏转现象，利用涡旋结构分析方法揭示了软性磨粒流加工过程中表面动压力不对称机理。
　　 (3)提出了可满足软性磨粒流加工需求的约束模块普适设计方法。基于软性磨粒流加工实验平台，设计了可移动式约束模块，并完成了加工实验。结果证明：约束突起结构对动压力、磨粒体积分数、磨粒入射速度有明显调控作用，且可以实现有效加工区域的迁移，证明了本文方法的可行性与有效性。