Page 110 - 《应用声学》2022年第1期

106 2022 年 1 月

外，声压等值面在腔室底部呈锥形而非水平平面，是 电解液经射流喷嘴进入大气压环境后，液柱内
由于腔室底部的锥形结构反射了部分超声波并于 的声压幅值出现了明显的下降，且沿射流方向递
中心处叠加，使中心处声压幅值高于同水平面边缘 减。小孔加工深度 H 为 0.1 mm、0.25 mm、0.5 mm
位置，提高了电解液腔室出口位置的声压幅值。 和 0.75 mm 时，小孔底部中心位置的声压幅值分别
6
6
6
为 2.23 × 10 Pa、2.15 × 10 Pa、2.11 × 10 Pa 和
኎ϙ᭧: ঴ܦԍڤ/Pa
T10
T10 6
6
0.64 2.06 × 10 Pa，呈递减趋势。仿真结果表明：超声波
-0.75 的辅助作用随着加工深度的增加而略有减小，因此
-2.14 加工小孔过深时，可通过增加超声波强度或缩小射
-3.53 流喷嘴与工件之间加工间隙等措施使加工效果更
-4.92
均匀。
-6.31
3.2 射流电解加工仿真
-7.70
射流电解加工属于电化学加工的一种，其工作
-9.08
原理的仿真涉及到多个物理场的耦合 [19] 。电解液
图 5 电解液腔室的声压等值面 自射流喷嘴流出后形成液柱冲击到待加工工件表
Fig. 5 Sound pressure isosurface of electrolyte 面，该加工过程如图 7(a) 所示，其二维轴对称仿真
chamber [20]
模型 如图7(b)所示。
当电解液从射流喷嘴喷出冲击在工件表面时，
射流液束内不同位置的声压值也不同。由于超声 ࠱ืإٙ
空化在液体中形成激波由此产生了声学非线性效
应，故仅将射流喷嘴至工件表面之间区段的线性声 ႃᝍ๯
压计算结果作为参考，定性推测其声压变化趋势。
6
取射流喷嘴末端的特征声压值为 6 × 10 Pa，射流 ॠҫࢺࢺ͈
喷嘴直径为 0.5 mm，射流出口与工件表面距离为
B ࠱ืႃᝍҫࢺᇨਓڏ
1.5 mm，通过对该区段进行声场仿真，分析不同小
孔加工深度时射流液柱内的声压分布，结果如图 6 2400 ⊲D 1 6
11
所示。 2000 I 7
V
ѭ᭧: ঴ܦԍڤ/Pa ѭ᭧: ঴ܦԍڤ/Pa 2
T10 6 T10 6 1600 12
8 8 z/µm II 8
7 7 1200 3
6 6
5 5 800
4 4 9 III
3 3 10 h
2 2 400 I V
1 1 ⊲D 4
0 0 5
6
6
min: 2.23T10 Pa min: 2.15T10 Pa 0 r/
-1000 0 1000
(a) H=0.10 mm (b) H=0.25 mm
x/µm
ѭ᭧: ঴ܦԍڤ/Pa ѭ᭧: ঴ܦԍڤ/Pa C ̄፥ᣉࠫሦ͌ᄾവی
T10 6 T10 6
8 8
7 7 图 7 射流电解加工的仿真模型
6 6
5 5 Fig. 7 Simulation model of electrochemical jet
4 4
3 3 machining
2 2
1 1 域I-IV为流体区域，域V为射流喷嘴固体区域，
0 0
域 III 与域 IV 包含了电解液与空气，待加工工件未
min: 2.11T10 Pa min: 2.06T10 Pa
6
6
(c) H=0.50 mm (d) H=0.75 mm 建立模型，仅以流体域 IV下边界表示材料表面形状
图 6 射流液束的声压分布 变化。该仿真模型的物理场为流体力学、电化学与
Fig. 6 Sound pressure distribution of jet beam 变形几何多个物理场的耦合，其中流体力学物理场