[发明专利]基于离散相模型的软性磨粒流超精密加工两相流监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及超精密加工领域，尤其是一种面向模具结构化表面超精密加工的磨粒流监测方法。

背景技术

对于在模具制造中大量涉及的沟、槽、孔、棱柱、棱锥、窄缝等结构化表面的超精密加工，传统磨削加工方法有着很大的局限性，主要表现在结构化表面尺度细小、结构复杂，硬质实体刀具无法进行加工。喷射流加工(Abrasive JetMachining，AJM)多用于对脆硬材料的加工研磨。现阶段应用较广的磨粒流加工方式为通过软性磨料介质——一种载有磨料的粘弹体，在压力作用下流动的磨粒流介质挤擦流过工件表面从而实现对工件表面的光整精加工。以上传统磨粒流加工方法设备简单，成本低，但由于研磨量不易控制、切削方向单一，其加工精度也难以得到进一步提高。改进的磨粒流加工工艺为提高磨粒流加工的精度和可控性提供了新的思路。针对这一问题，美国易趋宏挤压研磨公司(Extrude HoneCorporationEHC)于1966年开发了磨粒流加工(Abrasive Flow Machining，AFM)工艺。磨粒流加工是利用流体介质中的磨砂作为切削刀具，对待加工面进行反复切削，达到光整加工的目的，其精度可达Ra＝0.05μm。磨粒流加工工艺能提供高质量的加工表面并且在较为经济的表面加工速率下获得闭合型公差。经过数十年的发展，AFM已得到了众多研究者的关注。

软性磨粒流(Soft Abrasive Flow Machining，SAFM)加工方法是AFM中的一种新型加工方法。SAFM是指使磨粒流在待加工工件表面形成湍流，利用湍流状态下磨料的无规则运动对工件表面进行多方向多角度的切削，提高磨削均匀性，从而消除表面纹理方向性，最终达到镜面级磨削效果。

磨粒流加工原理并不复杂，但其影响因素和加工参数较多。在固-液两相流中，由于颗粒相运动在与液相运动相耦合的同时，还会受到颗粒间碰撞的影响，因此二相流中的颗粒运动是一个较为复杂的过程。然而对于体积分数足够小的稀释二相流，颗粒间的距离足够大，碰撞过程可以忽略，故颗粒运动可以被简化。

发明内容

为了克服已有现有软性磨粒流超精密加工两相流的无法监测整个流场环境内的磨削质量、计算复杂的不足，本发明提供一种能有效监测整个流场环境内的磨削质量、简化计算的基于离散相模型的软性磨粒流超精密加工两相流监测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于离散相模型的软性磨粒流超精密加工两相流监测方法，所述监测方法包括以下步骤：

1)、建立面向软性磨粒流精密加工的两相流离散相模型：软性磨粒流工作流道由待加工结构化表面和约束模块组成U型截面的直道，采用非结构化的六面体网格进行网格划分；

离散相颗粒的运动轨迹通过积分Lagrangian坐标系下颗粒作用力的微分方程来求解，固体颗粒在固液流场中运动时受到重力、绕流阻力、附加质量力、流场的压力梯度引发的附加力、Basset力、Saffman升力和Magnus升力，表示为：