磨料水射流抛光喷嘴的出口形状对射流特性及去除函数轮廓有重要影响,从而影响加工质量和效率。因此设计了圆形、三角形、方形、线形四种出口形状的喷嘴,通过数值模拟、射流微观及定点去除实验分析不同喷嘴的射流特性及对去除函数轮廓的影响。研究结果表明在低靶距内,三角形喷嘴射流动量在空气中更易损失,冲击压力更小。射流的发散性与射流初始段和基本段的长度呈负相关,其中尖边喷嘴射流更易发散,材料去除深度对喷射靶距更敏感。不同喷嘴去除函数轮廓俯平面形状和喷嘴形状相似,其中圆形、三角形、方形喷嘴去除函数截面轮廓为“W”形,有尖端角的三角形和方形喷嘴材料去除均匀性较差,线形喷嘴去除函数的截面轮廓为“V”形,材料去除深度相对圆形喷嘴提高了140%。

基于CFD-DEM方法和Oka磨损模型,通过充分考虑颗粒间及颗粒与壁面间相互作用建立数学计算模型,分析研究不同喷嘴结构、硬度以及射流工艺参数对喷嘴磨损以及分布规律的影响。研究表明:随着喷嘴收缩角增加,喷嘴内表面所受总力增加,喷嘴磨损加剧,其磨损主要分布在过渡区和出口处;提高喷嘴硬度可以降低喷嘴磨损;改变喷嘴的长径比、系统工作压力及抛光液黏度会影响喷嘴磨损程度,而对磨损分布区域基本没影响。综合考虑各因素对喷嘴磨损的影响,当长径