基于CFD-DEM耦合的磨粒流微小孔加工数值分析与试验

由于当前具有微小孔的结构等零部件加工难度大,精度要求高,传统加工方法无法满足现有的加工精度要求,该文采用一种软性加工方法—磨粒流加工技术,实现微小孔结构精密加工。采用CFD(computational fluid dynamics)和DEM(discrete element method)相结合的方法对磨粒流加工过程进行数值分析。在数值分析过程中,考虑颗粒对壁面的碰撞作用,对不同入口速度条件下的流体和颗粒的分布状态进行对比分析,揭示磨粒流微切削作用行为,通过对材料去除机理的分析揭示颗粒对壁面的作用规律。数值模拟结果表明:随着入口速度的增大,颗粒与零件表面的摩擦与碰撞作用更为剧烈,颗粒动能转化为切削能,提高了材料的去除率;当颗粒碰撞应力小于材料极限应力时,材料只发生塑性变形,当碰撞应力大于材料极限应力时,才会发生材料去除。试验结果表明:经磨粒流加工的表面粗糙度Ra值由2.03μm降低到0.65μm,研究结果可为后续研究颗粒碰撞和颗粒微切削提供一定借鉴价值。