基于雙自激振蕩腔室磨粒流拋光的 流體脈沖特性研究

鄧乾發(fā)，周輝，呂冰海，汪楊笑，袁巨龍，樓飛燕,b

（浙江工業(yè)大學(xué) a.超精密加工研究中心 b.教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，杭州 310023）

型腔類零件廣泛存在于航空航天、光學(xué)器件、模具等眾多領(lǐng)域中，人們對(duì)型腔工件內(nèi)壁的表面質(zhì)量要求越來越高，內(nèi)表面質(zhì)量的好壞直接影響零件的性能、使用壽命以及可靠性[1-2]。對(duì)于具有一定彎曲弧度的型腔零件內(nèi)表面，傳統(tǒng)的磨粒流拋光雖然可以拋光零件內(nèi)表面，但是加工后的溝槽和死角會(huì)殘留有研磨介質(zhì)[3-4]，磨粒流拋光時(shí)，拋光壓力過高會(huì)導(dǎo)致薄壁件發(fā)生變形，且高拋光壓力會(huì)使拋光設(shè)備制造復(fù)雜。磁場(chǎng)輔助拋光型腔零件內(nèi)表面，加工精度較高，但其成本高且磨粒使用時(shí)間短[5-6]。電化學(xué)拋光方法只適用于金屬等導(dǎo)電材料的加工，且產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)過程不易控制，無法保證高效率的拋光[7-9]。因此，開發(fā)一種適用于內(nèi)表面加工的拋光方法尤為重要。

本文首先闡述了泛在學(xué)習(xí)的內(nèi)涵和特點(diǎn)，然后分析了現(xiàn)有的高職教學(xué)資源建設(shè)存在著不足。在此基礎(chǔ)上，提出了泛在學(xué)習(xí)環(huán)境下高職教學(xué)資源構(gòu)建的幾點(diǎn)要求，但具體的構(gòu)建模式和標(biāo)準(zhǔn)還有待進(jìn)一步研究。

流體自激振蕩脈沖特性是一種不依賴于外界的激勵(lì)裝置，僅僅依靠流體本身在特定的腔體結(jié)構(gòu)和一定邊界條件約束作用下形成的脈沖特性，其作用是可以將流體的連續(xù)性流動(dòng)轉(zhuǎn)換為脈沖特性流動(dòng)，同時(shí)具有空化特性[10]。張洪[11]對(duì)比研究了自激振蕩脈沖射流與連續(xù)射流沖蝕坑深度的變化，發(fā)現(xiàn)自激振蕩脈沖射流的沖蝕效果強(qiáng)于連續(xù)射流的沖蝕效果，且在特定的腔體結(jié)構(gòu)下，自激振蕩脈沖射流的峰值速度為連續(xù)射流的1.53 倍。唐川林[12]以水聲學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，建立了自激振蕩脈沖射流的頻率模型，研究指出自激振蕩脈沖射流的頻率幅值比連續(xù)射流提高了約20%。郭晨曦等人[13]以流體自激振蕩機(jī)理和軟性磨粒流為基礎(chǔ)，提出了自激振蕩脈沖特性磨粒流拋光方法，并用該方法拋光不銹鋼細(xì)管件，12 h 后，工件內(nèi)表面的粗糙度Ra 由480 nm 降到50 nm。雖然該自激振蕩脈沖特性磨粒流拋光方法可以有效降低不銹鋼管件內(nèi)壁的粗糙度，但是所需加工的時(shí)間較長(zhǎng)。為了進(jìn)一步減少拋光時(shí)間，提高自激振蕩脈沖磨粒流拋光效率，本文提出了雙腔室自激振蕩脈沖特性磨粒流拋光方法，在單振蕩腔室的基礎(chǔ)上新增一個(gè)二級(jí)振蕩腔，對(duì)脈沖特性進(jìn)行二次放大，以進(jìn)一步增強(qiáng)拋光液流動(dòng)的湍動(dòng)能，從而提高拋光效率。

本文首先介紹了流體自激振蕩脈沖特性產(chǎn)生的基本原理，根據(jù)自激振蕩脈沖磨粒流的數(shù)學(xué)模型確定了影響拋光的因素，對(duì)單雙腔室自激振蕩脈沖特性磨粒流進(jìn)行數(shù)值仿真，設(shè)計(jì)并搭建了雙腔室自激振蕩實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，最后通過實(shí)驗(yàn)證明了雙腔室自激振蕩脈沖特性磨粒流拋光方法的可行性及有效性。

1 雙腔室自激振蕩脈沖磨粒流拋光原理

1.1 流體自激振蕩脈沖特性原理

當(dāng)具有一定速度的拋光液流體進(jìn)入第一個(gè)自激振蕩發(fā)生器入口處，部分流體與自激振蕩發(fā)生裝置的進(jìn)口收縮段壁面碰撞產(chǎn)生反射壓力波，與流體的初始?jí)毫ΣǒB加形成渦量脈動(dòng)，具有渦量脈動(dòng)壓力波的流體由上噴嘴射入自激振蕩腔，使得自激振蕩腔室內(nèi)部的流體產(chǎn)生具有一定寬度的不穩(wěn)定射流剪切層，由于剪切層對(duì)渦量脈動(dòng)有放大的作用，就能夠形成軸對(duì)稱的渦環(huán)波[13-14]。該形成的渦環(huán)波繼續(xù)運(yùn)動(dòng)并和振蕩腔的碰撞壁發(fā)生碰撞，在碰撞壁附近又形成壓力擾動(dòng)波并以一定的波速向上游反饋，上游處的剪切層分離區(qū)受到激勵(lì)，又生成新的渦環(huán)波，當(dāng)新產(chǎn)生的渦環(huán)波與原渦環(huán)波具備一定的相位關(guān)系時(shí)，噴嘴上游就被持續(xù)不斷地周期性激勵(lì)，腔體中形成流體自激振蕩的同時(shí)在下噴嘴出口生成自激振蕩脈沖特性磨粒流，該形成過程不斷被重復(fù)，就能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的自激振蕩脈沖效應(yīng)[15-16]。隨后產(chǎn)生自激振蕩脈沖特性的流體進(jìn)入第二個(gè)自激振蕩發(fā)生器，將流體的脈沖特性二次放大。其原理如圖1 所示。

圖1 雙腔室自激振蕩脈沖磨粒流拋光原理 Fig.1 Double-cavity self-excited oscillation abrasive flow polishing principle

1.2 自激振蕩脈沖磨粒流拋光的材料去除機(jī)理

在自激振蕩磨粒流加工中，拋光液中的流體介質(zhì)夾雜著磨粒在流道中高速運(yùn)動(dòng)，因磨粒的體積很小，可認(rèn)為磨粒和流體介質(zhì)具有相同的速度，又由于初始表面存在大量微小的隆起，在近壁面附近運(yùn)動(dòng)的磨粒在拋光液的帶動(dòng)下與待加工表面產(chǎn)生各種沖擊與摩擦，當(dāng)沖擊載荷達(dá)到材料表面的強(qiáng)度極限時(shí)，表面上的一些隆起就會(huì)被去除[17-19]。由此可知，拋光液與磨粒的湍動(dòng)能大小會(huì)對(duì)材料去除率造成直接影響。其材料去除機(jī)理如圖2 所示。

式中：σ為黑體輻射常數(shù)；εeff為腔體有效發(fā)射率；Tcav為吸收腔內(nèi)表面溫度；Ta為周圍環(huán)境溫度；εw為腔體內(nèi)壁材料的熱發(fā)射率。

圖2 單顆磨粒材料去除機(jī)理[19] Fig.2 Removal mechanism of single abrasive material[19]: a) impact erosion, b) friction wear

2 自激振蕩脈沖磨粒流數(shù)學(xué)模型

2.1 流體湍流模型

將振蕩腔下游流道處的壓力變送器Ⅰ所測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓力值變化的電流信號(hào)輸入PLC 模擬量模塊中，并采樣轉(zhuǎn)化為實(shí)時(shí)壓力值。在單個(gè)腔室的情況下，壓力變送器Ⅰ處的實(shí)時(shí)壓力值數(shù)據(jù)導(dǎo)出后如圖10a 所示。然后裝入第二個(gè)振蕩腔體，同樣導(dǎo)出壓力變送器Ⅰ測(cè)得的實(shí)時(shí)壓力值，如圖10b 所示。

Realizable K-ε 模型在求解過程中能夠有效防止負(fù)應(yīng)力的生成，同時(shí)在模擬邊界層流動(dòng)時(shí)能夠得到良好的效果，得到的結(jié)果較為貼近實(shí)際情況。在自激振蕩磨粒流拋光中，湍動(dòng)能K 是影響拋光效率的決定因素。湍動(dòng)能K 的表達(dá)式為[20-22]：

作為曹家第三代的領(lǐng)軍人物，曹爽本人能力一般，缺乏實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)，也沒有靠譜的團(tuán)隊(duì)，他能登上輔政大臣的位子，與老謀深算的司馬懿平分秋色，全憑宗室背景，曹叡甚至都擔(dān)心曹爽鎮(zhèn)不住場(chǎng)子，臨終前特地安排老資歷的官員幫襯幫襯。

為進(jìn)一步驗(yàn)證該拋光方法的可行性及有效性，搭建了雙腔室自激振蕩磨粒流加工的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖7 所示。該拋光系統(tǒng)主要由磨料桶、渣漿泵、兩個(gè)自激振蕩腔體、管件、拋光約束管道等組成。在渣漿泵的作用下，桶中的拋光液經(jīng)管道先后進(jìn)入兩個(gè)自激振蕩腔體，產(chǎn)生流體脈沖特性的拋光液不斷沖刷著待加工表面，隨后重新流入磨料桶中，反復(fù)利用拋光液的沖蝕作用及磨粒的微切削作用來完成不銹鋼內(nèi)表面的拋光。實(shí)驗(yàn)中的拋光液主要由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的SiC 磨粒（粒徑約為5 μm）、水、一定量的分散劑混合配制而成。

2.2 多相流模型

自激振蕩磨粒流拋光方法使用的磨粒流為固液二相流，因固液兩相之間不存在相對(duì)滑移速度且磨粒均勻分布于拋光液中，故宜選用Mixture 混合模型。

如圖10 所示，為避免剛開機(jī)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)液體未充滿造成的影響，文中數(shù)據(jù)取開機(jī)10 s 到30 s 的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。如圖10b 所示，在雙腔室自激振蕩腔的情況下，流道內(nèi)壓力波動(dòng)相當(dāng)劇烈，壓力波動(dòng)峰值可達(dá)到0.55 MPa，且壓力的波動(dòng)呈現(xiàn)一定的周期性。相比之下，圖10a 中在單個(gè)自激振蕩腔的情況下，流道內(nèi)的壓力波動(dòng)幅度明顯不如雙腔室的。雙腔室自激振蕩的壓力波動(dòng)情況要比單腔室明顯得多，意味著雙腔室情況下流道中拋光液具有更好的脈沖特性，并且由于腔內(nèi)壓力越大，流場(chǎng)中的流體速度也越大，速度波動(dòng)也就越大，與前文的仿真結(jié)果具有一致性，驗(yàn)證了仿真的準(zhǔn)確性。圖10 中兩圖的壓力波動(dòng)對(duì)比，驗(yàn)證了本文提出的雙腔室自激振蕩磨粒流拋光相對(duì)于單腔室具有更好的振蕩特性，提高了射流的瞬時(shí)壓力峰值，有助于拋光。

3 雙腔室自激振蕩磨粒流的流體脈沖特性仿真

3.1 雙自激振蕩腔室的物理模型

流體的脈沖特性由腔體的固有頻率決定，而腔體的固有頻率又與腔體結(jié)構(gòu)有關(guān)。根據(jù)現(xiàn)有的研究，當(dāng)來流頻率一定時(shí)，固有頻率與腔體結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系為[23]：

圖3 雙腔室自激振蕩腔示意圖 Fig.3 Schematic diagram of double self-excited oscillation cavity

本文采用ICEM CFD 軟件完成對(duì)流體區(qū)域的網(wǎng)格劃分，因自激振蕩腔室為對(duì)稱圓柱形結(jié)構(gòu)，為便于分析計(jì)算，采用二維模型。由于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格具有網(wǎng)格生成速度較快、生產(chǎn)質(zhì)量相對(duì)較好、更接近實(shí)際物理模型等優(yōu)點(diǎn)，本文采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格?？紤]到磨粒對(duì)壁面的影響以及湍流模型對(duì)于壁面湍流效應(yīng)的問題，需要對(duì)腔體的內(nèi)壁邊界進(jìn)行網(wǎng)格加密處理。在本文中，將流體區(qū)域邊界劃分成5 個(gè)過渡層，平滑過渡，生長(zhǎng)率為1.2。為了避免仿真時(shí)網(wǎng)格質(zhì)量出現(xiàn)問題，將網(wǎng)格質(zhì)量提升到0.95 以上。雙腔室腔體的網(wǎng)格劃分示意圖如圖4 所示。單腔室的網(wǎng)格劃分類似。

圖4 雙腔室自激振蕩網(wǎng)格劃分與網(wǎng)格質(zhì)量 Fig.4 Mesh generation and quality of double-cavity self-excited oscillation: a) mesh quality, b) mesh generation

3.2 自激振蕩腔室邊界條件設(shè)置

干線公路項(xiàng)目施工過程中的質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)管理問題探析………………………………………………………… 李梅（4-229）

式中：U 為平均速度，I 為湍流強(qiáng)度。

活動(dòng)前，公司通過對(duì)以往大量的科技成果進(jìn)行評(píng)估，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，遴選出123項(xiàng)與公司主要產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)且具備產(chǎn)業(yè)化前景的重大科技成果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)展示。

3.3 流體脈沖特性仿真分析

自激振蕩脈沖磨粒流中，材料去除主要來自于磨粒無序的高速運(yùn)動(dòng)對(duì)流道內(nèi)表面微凸的碰撞。因此，拋光液流束的湍動(dòng)能大小會(huì)直接影響自激振蕩脈沖特性的強(qiáng)度，也就是說腔體中瞬時(shí)速度峰值會(huì)對(duì)拋光產(chǎn)生影響。設(shè)距上噴嘴20 mm 處為第1 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)單雙腔室情況下的峰值速度進(jìn)行仿真，其結(jié)果如圖5 所示。并以第1 個(gè)點(diǎn)為起始點(diǎn)，往后依次取10 個(gè)等距的檢測(cè)點(diǎn)，不同位置處的峰值速度如圖6所示。

圖5 起始點(diǎn)處的峰值速度 Fig.5 Peak velocity at the first point

圖6 不同位置的峰值速度 Fig.6 Peak velocity at different locations

圖5 為腔內(nèi)一點(diǎn)的瞬時(shí)速度峰值。從圖5 可以發(fā)現(xiàn)，自激振蕩腔體中的瞬時(shí)速度是隨時(shí)間呈周期性變化的，且雙腔室的自激振蕩腔中一點(diǎn)的瞬時(shí)速度要明顯高于單腔室的。雙腔室情況下，流體的速度峰值達(dá)到了76.8 m/s，而單腔室的速度峰值只有66.8 m/s，流體的速度約提高了15%，證明雙腔室自激振蕩有二次放大的效果，能夠有效增強(qiáng)流體的峰值速度，以此提高拋光液的湍流動(dòng)能。因此，雙腔室自激振蕩脈沖磨粒流拋光的效果要好于單腔室自激振蕩脈沖磨粒流拋光的效果。圖6 為流動(dòng)方向上不同位置的速度峰值，相對(duì)于單腔室的速度峰值，雙腔室條件下的同一點(diǎn)不同位置處的速度峰值明顯較高。但是從圖6 中也可以發(fā)現(xiàn)，不管是單腔室的情況還是雙腔室的情況，流道中的速度存在衰減，證明了自激振蕩脈沖效應(yīng)在流道中確實(shí)存在衰減現(xiàn)象。

4 實(shí)驗(yàn)和討論

由公式（1）可知，流體的速度越大，其湍動(dòng)能也就越大。故流體的速度越大，材料去除率越高，拋光效率也就越高。

Dentsply Sirona公司項(xiàng)目經(jīng)理Francois Mottier認(rèn)為，牙齒鉆頭磨床IM4P與其上代機(jī)器相比有很明顯的技術(shù)革新：“隨著Twincat CNC的投入可以簡(jiǎn)化機(jī)器的使用，優(yōu)化其加工質(zhì)量。除此之外機(jī)器的靈活度也得到了提升，在更換不同的鉆頭型號(hào)時(shí)操作更簡(jiǎn)便。更換零件現(xiàn)在全部由軟件控制，不用再需要機(jī)械拆裝零件了。” Francois Aeby補(bǔ)充說到：“這項(xiàng)技術(shù)也適用于其他運(yùn)用領(lǐng)域。同樣的CNC功能在將來也可以用作生產(chǎn)銑齒上。只需準(zhǔn)備相應(yīng)的工具就可以?！?/p>

圖7 雙自激振蕩腔室磨粒流拋光實(shí)驗(yàn)裝置 Fig.7 Experimental device diagram of abrasive flow polishing of double self-excited oscillation cavity

本文以直徑為6 mm、長(zhǎng)度為100 mm 的不銹鋼細(xì)管件為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行加工分析。為了充分利用流體的自激振蕩脈沖特性，需將不銹鋼細(xì)管安裝在靠近自激振蕩發(fā)生器下噴嘴位置。為便于細(xì)管的裝夾，直接將細(xì)管件安裝在一個(gè)外徑為流體管道內(nèi)徑、內(nèi)徑為加工工件外徑的不銹鋼限流管內(nèi)，再將限流管固定在流道中，以達(dá)到磨粒流只通過管件內(nèi)表面的目的。不銹鋼限流管以及工件分別如圖8a和圖8b 所示。

圖8 不銹鋼細(xì)管及其夾具 Fig.8 Stainless steel thin tube and its fixture: a) stainless steel restrictor tube; b) workpiece

4.1 壓力波動(dòng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證雙腔室自激振蕩拋光較單腔室的有效性，先對(duì)自激振蕩下游出口處的瞬時(shí)壓力峰值進(jìn)行比較。流道中的壓力越大，流體的速度也越大，且變化的趨勢(shì)具有一致性，同時(shí)流體測(cè)速傳感器價(jià)格昂貴，為此本文通過壓力的波動(dòng)來體現(xiàn)流體速度的變化情況。為了便于壓力波動(dòng)實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)及后續(xù)衰減實(shí)驗(yàn)的展開，直接在流道的垂直方向上間隔100 mm處安裝兩個(gè)壓力傳感器，來監(jiān)測(cè)流道中流體對(duì)壁面的壓力波動(dòng)情況及其衰減情況。本次實(shí)驗(yàn)先對(duì)單個(gè)腔室的自激振蕩特性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，待單腔室的監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，再在流道中裝入二級(jí)振蕩腔體，研究雙腔室的壓力波動(dòng)情況。壓力變送器的布置如圖9 所示，其量程為0～1.0 MPa，反應(yīng)時(shí)間為5 ms。

圖9 兩壓力變送器安裝示意圖 Fig.9 Two pressure transmitter installation diagram

本文提出的自激振蕩磨粒流拋光方法中用到的拋光液是磨粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%左右的固液混合懸液，且腔體內(nèi)部流場(chǎng)為湍流流場(chǎng)，同時(shí)這種湍流運(yùn)動(dòng)是小尺度、高頻率的，其瞬時(shí)特性也較為明顯，因此，選用Realizable K-ε 湍流模型對(duì)腔體內(nèi)部的流場(chǎng)進(jìn)行仿真。

Mixture 模型的連續(xù)方程為[22]：

本文選用Fluent 軟件對(duì)腔內(nèi)流場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行仿真分析。求解器選用壓力基隱式求解器，設(shè)置動(dòng)量的離散格式為QUICK，壓力的離散格式為PRESTO!，其他項(xiàng)用二階迎風(fēng)格式。首相為水，第二相為SiC。進(jìn)口位置的邊界條件設(shè)置為速度入口，設(shè)置速度大小為50 m/s，靜壓設(shè)置為0.8 MPa。出口位置的邊界條件設(shè)置為壓力出口，壓力大小為0 MPa。計(jì)算步長(zhǎng)取0.0001 s，時(shí)間步取10 000 步。因本文主要研究單級(jí)振蕩腔與二級(jí)振蕩腔情況下的流體脈沖特性，以腔體結(jié)構(gòu)參數(shù)為變量，在其他仿真參數(shù)相同的條件下進(jìn)行仿真。

4.2 不銹鋼管內(nèi)表面加工實(shí)驗(yàn)

圖10 壓力變送器Ⅰ處的壓力變化情況 Fig.10 Pressure change at pressure transmitter Ⅰ: a) single-cavity, b) double-cavity

圖11 測(cè)量位置示意圖 Fig.11 Location of the measurement points

對(duì)拋光后的管件內(nèi)壁上處于不同位置的表面粗糙度進(jìn)行測(cè)量分析。測(cè)量過程中，以管件兩端邊緣處及管道的中間位置為研究對(duì)象，測(cè)量點(diǎn)位置如圖11 所示。本文將沿流動(dòng)方向的3 處分別命名為A 處、B處、C 處，每處取3 個(gè)點(diǎn)，并分別求取每處3 個(gè)點(diǎn)處的表面粗糙度Ra 的平均值。實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行3 次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取3 次的平均值。在每組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，使用Form Talysurf I60 粗糙度儀對(duì)管件上的9 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)測(cè)3 次。加工實(shí)驗(yàn)的工件是直徑為6 mm、長(zhǎng)度為100 mm 的不銹鋼細(xì)管件，初始條件如表1 所示。

其他條件不變，本文先后用單雙腔室自激振蕩噴嘴對(duì)不銹鋼毛細(xì)管的內(nèi)壁進(jìn)行拋光。每隔2 h 記錄A、B、C 3 處位置的表面粗糙度。拋光結(jié)束后，位置A、位置B 和位置C 處不銹鋼內(nèi)表面的粗糙度的變化情況如圖12 所示。

如圖12 所示，不管是在單腔室的情況下還是在雙腔室的情況下，位置A 處的粗糙度下降最快，而位置C 最慢，驗(yàn)證了壓力波動(dòng)衰減實(shí)驗(yàn)，這說明自激振蕩特性在流道中會(huì)衰減。如圖12a 所示，在雙腔室拋光的情況下，位置A 處的管件內(nèi)表面的表面粗糙度在拋光10 h 后可到42 nm，而在只有單個(gè)自激振蕩腔的情況下，同樣拋光10 h，位置A 的粗糙度才降到100 nm，還需要拋光2 h 才能達(dá)到42 nm。同樣，在位置B 處，在單腔室的情況下要拋光16 h 才能拋光到45 nm，而有雙腔室自激振蕩的情況下，拋光14 h 就能達(dá)到45 nm 左右。隨著自激振蕩在流道中的衰減，位置C處的表面粗糙度降到42 nm所用的加工時(shí)間最長(zhǎng)，單腔室的情況下為20 h，雙腔室則為16 h，驗(yàn)證了脈沖特性在流道中確實(shí)有衰減。

圖13 為在單腔室和雙腔室的情況下，不銹鋼內(nèi)表面不同位置處粗糙度的變化情況。如圖13 所示，在拋光參數(shù)條件一樣的情況下，不銹鋼細(xì)管內(nèi)表面拋光到相同的表面粗糙度，雙腔室較單腔室快了2 h 左右，驗(yàn)證了雙腔室的拋光效率要明顯高于單腔室拋光，同時(shí)也驗(yàn)證了不管是單腔室的情況下還是雙腔室的情況下，流道中的自激振蕩脈沖特性存在衰減。因此，為了盡可能地利用自激振蕩脈沖特性，需將待加工工件安置在最后一級(jí)腔體下噴嘴的后面流道，以提高拋光效率。

有人說，什么自焚？是報(bào)應(yīng)！一家飽暖千家怨，李駟峋何止是飽暖？是暴富。財(cái)富太多，且來路不正，因此仇家太多。常在河邊走，哪有不濕鞋？

分別在單腔室和雙腔室拋光后的工件，通過Super View W1 白光干涉表面輪廓儀測(cè)量不銹鋼管件位置A 處的表面輪廓，校平并去除形狀后如圖14所示。

根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算結(jié)果，該變頻電動(dòng)機(jī)的機(jī)座長(zhǎng)度比常規(guī)H630-4電動(dòng)機(jī)有所縮短，由2 770 mm縮短到2 650 mm。根據(jù)變頻電動(dòng)機(jī)頻繁變速運(yùn)行的特點(diǎn)，機(jī)座壁也比常規(guī)電動(dòng)機(jī)厚，鋼板由32 mm加厚到45 mm。

由圖14a 和圖14b 可知，拋光前工件表面均有許多縱橫交錯(cuò)的無規(guī)則凸起和溝壑。加工10 h 以后，如圖14c 和圖14d 所示，在單個(gè)自激振蕩腔的加工情況下，表面凹凸不平，而雙腔室的情況下表面已基本平整。

圖15 為加工前后工件的內(nèi)壁形貌，在單個(gè)自激振蕩腔體的情況下，磨粒流拋光后工件表面未被完全拋亮；而在雙腔室自激振蕩磨粒流拋光下，不銹鋼細(xì)管內(nèi)表面有明顯的鏡面效果，表面較單腔室光滑許多，驗(yàn)證了雙腔室自激振蕩磨粒流拋光加工方法的有效性。

圖12 流道內(nèi)不同位置的粗糙度Ra 變化情況 Fig.12 Variation of roughness Ra at different locations in the flow channel

圖13 不同位置處的粗糙度變化 Fig.13 Variation of roughness Ra at different locations: a) single-cavity, b) double-cavity

圖14 在加工過程中位置A 處的表面形貌 Fig.14 Surface topography at position A during processing: a) initial surface (single-cavity); b) initial surface (double-cavity); c) after 10 hours (single-cavity); d) after 10 hours (double-cavity)

圖15 拋光前后管壁內(nèi)表面 Fig.15 Inner surface of the pipe wall before and after polishing

5 結(jié)論

1）按照流體自激振蕩脈沖特性產(chǎn)生的機(jī)理，搭建了雙腔室自激振蕩磨粒流拋光的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證了在單個(gè)腔體的基礎(chǔ)上新增1 個(gè)二級(jí)腔體確實(shí)可以提高自激振蕩脈沖特性的強(qiáng)度，以提高拋光效率。

2）通過對(duì)單雙腔室自激振蕩脈沖特性的仿真，確定了雙腔室情況下出口流體速度較高，同一條件下，入口處的速度峰值由66.8 m/s 增加到了76.8 m/s，提高了流體的湍動(dòng)能。

3）對(duì)不銹鋼管內(nèi)表面進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，位置A 處的表面粗造度下降最快且在雙腔室的情況下，加工10 h，粗糙度從452 nm 降低到了42 nm；而在只有單個(gè)自激振蕩腔的情況下，同樣拋光10 h，粗糙度才降到100 nm，還需要拋光2 h 才能達(dá)到42 nm左右。

李萍不愿意去，但她怕什么，清者自清。她最終一賭氣，和主任一起去了醫(yī)院。陳建偉憔悴了不少，整個(gè)人像塌了架，連腰都好像彎了下來?？吹嚼钇寄軄?，他倒是感到挺意外。病號(hào)睡了，他們只在病房站了站便走了。李萍躲在主任后面，甚至連陳建偉老婆的臉都沒能看清楚。送他們出來時(shí)，主任安慰了陳建偉幾句。陳建偉挺看得開：“誰也不知道人在哪里栽跟頭，不是想躲就能躲得掉的。誰也不想生病，誰都想過好日子。所以，”他突然看著李萍說，“凡事不能往心里裝，誰都不比誰矮半頭?！崩钇嫉男目┼庖幌拢淖员皬膩頉]有能逃過他的眼。

4）自激振蕩脈沖特性在流道中存在衰減，因此，為了盡可能地利用自激振蕩脈沖特性，需將待加工工件安置在靠近最后一級(jí)腔體下噴嘴后面流道，以充分利用流體的自激振蕩脈沖特性來提高拋光效率。