叶片类零件水平振动抛磨颗粒介质的流场特性及抛磨效果分析

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振动抛磨是一种广泛应用的精加工工艺。滚抛磨块对零件产生的碰撞、滚压、微量磨削可以综合改善零件表面完整性、均匀性,通过整体颗粒群和局部颗粒的碰撞冲击适应零件表面形状,能加工诸如叶片类三维空间曲面形状的复杂零件。在振动抛磨中,滚抛磨块的运动方式以及不同滚抛磨块床层的流化程度直接影响着加工质量。本文针对两机叶片类三维空间曲面形状的复杂零件加工均匀一致性差等问题,基于离散元法使用EDEM对水平振动抛磨工艺下的滚抛磨块运动进行模拟,分别分析了无叶片时和加入叶片后滚抛磨块的流场特性和不同参数下滚抛磨块的流态变化,探索不同参数下水平振动抛磨滚抛磨块的流场特性对叶片加工效果的影响,为后续调控水平抛磨流场打下基础。主要研究内容如下:(1)基于前期实践经验,介绍了离散元法和离散元软件EDEM中仿真接触模型、参数设定及数据提取和处理方式。通过模拟得到滚抛磨块在滚筒中的平均速度是沿着竖直方向水平按层分布的,为后续模拟的方法以及速度矢量图的处理建立基础。(2)通过对水平振动抛磨不同频率和振幅下滚抛磨块流场进行模拟,分析了水平振动抛磨无叶片时滚抛磨块的运动状况和流场特性,并通过高速摄影速度测试证明了模拟的有效性。结果表明:在外部振动作用下,滚抛磨块流场可分为对流区、混流区和稳流区三个区域。随着频率的增加,滚抛磨块的平均速度在18Hz达到最大然后减小,随着振幅的增加,滚抛磨块的平均速度增大。滚抛磨块的床层高度比、空区和对流面积比等表征对流强度的参数的变化与平均速度随振动参数的变化趋势一致。增加振幅比增加频率能够更有效地提升对流的流化程度。(3)不同频率和振幅下滚抛磨块的运动状态有很大差异,叶片加入阻碍了滚筒中滚抛磨块的运动,对流现象被限制。叶盆面受到滚抛磨块滑擦和碰撞综合作用,叶背面更多地受到滚抛磨块滑擦的作用。以磨损量与其相对标准偏差为评价标准,研究不同频率和振幅对叶片加工效果的影响。随着频率和振幅的增大,滚抛磨块对叶片的磨损量增大,叶盆面加工磨损量的相对标准偏差在频率12Hz到18Hz增大,在18Hz之后逐渐减小,叶背面加工磨损量的相对标准偏差逐渐减小。本文利用离散元软件水平振动抛磨进行模拟,分析不同参数下滚抛磨块的流场特性和作用机理,并通过测试验证分析,通过滚抛磨块流场变化分析其对叶片的加工效果和加工均匀一致性的影响。
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