副標題#e#    混粉電火花加工技術(shù)是近十年來國際上出現(xiàn)的一門新技術(shù)，通過在電火花加工工作液中混人一定成分、粒度和數(shù)量的粉末顆粒后，可顯著改善被加工工件的表面質(zhì)量。混粉電火花加工與普通電火花加工相比.最明顯的不同是混粉電火花加工所用工作液中加人了大量粉末狀固體顆粒，由于固體粉末會發(fā)生沉淀，使過濾裝置阻塞、失效，因此必須使用專門的過濾裝置。哈爾濱工業(yè)大學特種加工研究所設(shè)計了混粉電火花加工一體化裝置，該裝置能將混粉工作液中的固體粉末進行均勻混合，并能有效分級、分離，以便較好地滿足混粉電火花加工要求。本文對該裝置儲液箱體內(nèi)的工作液液流及穎粒運動狀態(tài)進行模擬仿真分析，從仿真的角度驗證了加工裝置可保持粉末顆粒分布的均勻性和懸浮性，為混粉電火花加工一體化裝置的優(yōu)化設(shè)計提供了參考依據(jù)，該數(shù)學模型可作為設(shè)計混粉電火花加工一體化裝置的技術(shù)支持軟件。
   
    1混粉電火花加工對儲液箱的要求
   
    混粉電火花加工對工作液中的粉末有較嚴格的要求，粉末的形狀、粒度應(yīng)均勻一致，以免有粗大或雜質(zhì)顆粒進人放電間隙。另外，要求工作液中的粉末濃度分布應(yīng)均勻，要避免產(chǎn)生粉末聚團等現(xiàn)象，因此，一體化混粉電火花加工裝置的功能要涵蓋以下兩個方面:
   
    (1)工作液中的粉末可在攪拌作用下均勻地懸浮在工作液中。
   
    (2)添加的粉末要全部混合到工作液中，儲液箱底部不沉積或盡量少沉積粉末顆粒。
   
    2儲液箱內(nèi)工作液攪拌方式設(shè)計
   
    2.1粉末顆粒運動狀態(tài)分析
   
    固體穎粒在液體中自由沉降時，作用在顆粒上的力有重力、浮力和液體對固體顆粒的移動阻力。為了使粉末顆粒均勻懸浮，就要求不斷有液流從底部向上運動，且液流分布要均勻。在工作液不流動的狀態(tài)下，粉末顆粒的運動形式屬于微細顆粒在液體中的沉降運動，斯托克斯方程給出了液體雷諾數(shù)Re<1的情況下，該類型運動速度的計算公式:

    
    由于固體顆粒在液體中的下降速度為一相對值，因此，當液體向上流動的速度大于等于vo時，固體顆粒將在液體中保持懸浮。
   
    2.2攪拌方式的確定
   
    為使液體產(chǎn)生向上的流動速度，需進行攪拌，攪拌方式主要有葉輪攪拌、氣流攪拌、射流混合、管道混合4種。攪拌器所處的環(huán)境是摻有微細鋁粉末的煤油工作液;工作液處理系統(tǒng)的液泵組件可形成高速射流，由于平行射流的紊流脈動比自由射流大，因此，采用平行射流攪拌作為攪拌器使用的攪拌方式，射流壓力為供液泵出口壓力。
   
    3儲液箱體內(nèi)液流仿真
   
    SolidWorks軟件是世界上第一個完全基于Window。平臺開發(fā)的三維機械CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng)，創(chuàng)造了Feature Manager特征管理員的設(shè)計思想，集成了Motion Works(動態(tài)仿真軟件),Cosmos Works(工程分析軟件)、Surf CAM(數(shù)控加工軟件)及Smar Team Works(工程數(shù)據(jù)管理軟件)等功能，能方便地繪制出復雜的實體及造型特征。因此，采用SolidWorks軟件對混粉電火花加工工作液流場及其顆粒運動進行數(shù)字化模擬仿真，從而確定供液泵排量、射流攪拌器結(jié)構(gòu)參數(shù)，最終實現(xiàn)混粉電火花加工裝置的優(yōu)化設(shè)計。
   
    3.1建立仿真簡化模型
   
    在SolidWorks軟件中構(gòu)建射流攪拌器的數(shù)字模型，儲液箱為圓形內(nèi)腔，射流攪拌器共由4根射流管組成，每根射流管上單向均布4個射流孔，使其形成平行射流，其簡化模型如圖1所示。
 

   
    仿真的目的是為了了解平行射流器產(chǎn)生的液流運動狀態(tài).并進行平行射流器的優(yōu)化設(shè)計，因此在簡化模型的基礎(chǔ)上建立了A和B兩套射流器結(jié)構(gòu)參數(shù)變化模型，形成兩個對比的設(shè)計結(jié)構(gòu)，A,B模型的唯一區(qū)別在于射流孔的噴液角度不同:模型A中噴液為水平方向，模型B中噴液為從水平方向向下傾斜15°。仿真過程中，A, B兩套模型采用同樣的初期設(shè)定:每個射流孔截面的邊界條件是人口的速度方向都為垂直于孔截面，射流速度為1 000 mm/s;箱體上方空間的邊界條件設(shè)定為:開口壓力和靜壓力大小為一個大氣壓;設(shè)定計算精度為3級，使用自動劃分網(wǎng)格功能。本模型共劃分網(wǎng)格單元37 620個，其中流體網(wǎng)格單元13 876個、固體網(wǎng)格單元5674個、其他局部網(wǎng)格單元18 050個;設(shè)定箱體內(nèi)流動的液體為煤油，工作溫度為室溫。