24、热磨料射流微加工的参数分析与数值研究

热磨料射流微加工的参数分析与数值研究

1 引言

热磨料射流微加工（HAJMM）是一种非传统加工方法，通过高速加压气流推动加热的磨料颗粒，使其冲击工件表面以实现材料去除。加热的磨料颗粒具有诸多优势，如降低载气水分含量、提高磨料冲击质量、避免磨料嵌入工件表面，还能提升磨削率和生产率。该方法在金属加工、航空航天和医疗器械制造等行业有着广泛应用。本文聚焦于计算流体动力学（CFD）模拟，研究不同因素（磨料颗粒尺寸、射流冲击角度、磨料温度）对单位面积材料侵蚀率的影响，并将模拟结果与实验结果进行对比。

2 研究背景

此前已有众多研究者在不同加工工艺和参数条件下开展了相关研究，具体如下表所示：
|序号|工艺|磨料材料与工件|输入与输出|使用方法/工具|主要发现|
|----|----|----|----|----|----|
|1|ASJMM|Al₂O₃与硼硅酸盐玻璃|SOD、压力、粒度与侵蚀率、湍动能|CFD（FLUENT）|侵蚀率和湍动能受影响参数的深刻影响|
|2|HAJM|Si₃N₄与SiC|P、T、NTD和Rz、OC、FD|CFD|极端气压下表面粗糙度和过切更高|
|3|AWJMM|Al₂O₃、SiC、SiO₂与钢材|压力、粒度、射流速度与侵蚀率|CFD（FLUENT）|不同等级钢材的单位面积侵蚀率存在差异|
|4|AWJC|SiC、砂粒与不同等级氧化铝|喷嘴长度、内外径、混合腔长度与侵蚀率|CFD（FLUENT）|研究了喷嘴表面和混合腔内的射流轨迹与侵蚀情况|
|5|AWJC|SiC、砂粒、Al₂O₃与碳钢|喷嘴和混合腔长度、喷嘴直径、SOD与侵蚀率|CFD（LS - DYNA）|不同工况下，喷嘴、工件表面和混