一種新型高純度自動恒溫去離子水的制取裝置

李艷，趙峰，李廣冉

（山東魯南機(jī)床有限公司，山東滕州 277500）

一種新型高純度自動恒溫去離子水的制取裝置

李艷，趙峰，李廣冉

（山東魯南機(jī)床有限公司，山東滕州 277500）

介紹了一種高純度自動恒溫去離子水的制取裝置，能為電火花精密加工提供高純度恒溫去離子水，既能形成絕緣強(qiáng)度高、導(dǎo)電能力弱的加工環(huán)境，又能保證良好的加工質(zhì)量。從裝置的循環(huán)冷卻、去離子自動循環(huán)、電氣控制等結(jié)構(gòu)分別描述了其工作過程。利用該裝置制取的去離子水加工噴油嘴，噴孔圓度和表面粗糙度都符合要求。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、通用性強(qiáng)，可應(yīng)用于其他電火花微細(xì)精密加工。

去離子水；電火花加工；循環(huán)冷卻；自動循環(huán)

在電火花線切割和電火花成形加工中，要求工作液具有一定的介電能力、較好的消電離能力及良好的滲透性和穩(wěn)定性，還應(yīng)具有較好的洗滌性能和防腐蝕性能，且對人體無危害等。目前，去離子水工作液大多用于單向走絲電火花線切割機(jī)床，而特殊的精加工中大多采用絕緣性能較高的煤油作為工作液。

電火花微細(xì)孔精密加工大多也使用去離子水作為工作液，為保證工件的加工精度，對工作液的要求極高。一方面是對去離子水純度的要求，對其處理到一定的電導(dǎo)率值，使水具有一定的絕緣性，從而保證脈沖電源持續(xù)放電所具備的條件；另一方面是對去離子水溫度的要求，它對加工條件的影響較大，如對噴孔的直徑誤差和流量值一致性的影響。為了保證電火花微細(xì)孔加工的要求，本公司開發(fā)了一套高純度自動恒溫去離子水的制取裝置，為微細(xì)電火花噴孔鉆床提供工作液，在電火花加工噴油嘴噴孔的過程中提供高純度恒溫去離子水，從而形成絕緣強(qiáng)度高、導(dǎo)電能力弱的加工環(huán)境，保證良好的加工質(zhì)量。

高純度恒溫去離子水在加工過程中能起到以下幾方面的作用：①在放電正負(fù)極之間形成絕緣區(qū)域，增強(qiáng)放電加工效果；②加速電極間隙的冷卻和消電離，防止出現(xiàn)破壞型電弧放電；③加速電蝕產(chǎn)物的排出。該裝置也充分滿足了電火花精密加工的要求：①去離子水高純度制取，純度可達(dá)10-4μ；②電導(dǎo)率最低可達(dá)0.02 μs/cm2，制取速度為5 m3/min；③電導(dǎo)率實時監(jiān)測，自動控制去離子水處理；④自動恒溫處理，保證加工介質(zhì)的溫度；⑤節(jié)能、效率高、去離子穩(wěn)定、自動化程度高；⑥結(jié)構(gòu)獨立，通用性強(qiáng)，可用于任何電火花精密加工機(jī)床。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

去離子水制取裝置可分為3部分：循環(huán)冷卻部分、去離子自動循環(huán)部分及電氣控制部分。在去離子水制取裝置的水箱主體上安裝循環(huán)冷卻部分和去離子自動循環(huán)部分，水箱的一側(cè)安裝控制柜，控制柜里面安裝電器控制部分。循環(huán)冷卻部分包括冷卻泵、過濾器、電磁閥、水冷機(jī)；去離子自動循環(huán)部分包括循環(huán)泵、樹脂桶、電導(dǎo)率儀；電氣控制部分包括PLC、繼電器、電導(dǎo)率測試棒及控制按鈕。

1.1 循環(huán)冷卻部分

該部分的多功能冷卻泵有3種工作狀態(tài)：

（1）實現(xiàn)手動狀態(tài)的冷卻處理。此時按下冷卻按鈕，冷卻泵啟動，水箱內(nèi)的一部分工作液進(jìn)入水冷機(jī)。當(dāng)檢測到水溫超過設(shè)定值后，水冷機(jī)接觸器KMt閉合，水冷機(jī)啟動。此時再次按下冷卻按鈕，由于KMt閉合，冷卻泵仍在運(yùn)行，水箱內(nèi)的工作液開始進(jìn)行冷卻處理。當(dāng)工作液達(dá)到水溫設(shè)定值時，水冷機(jī)停止工作，恒溫處理完成。

（2）實現(xiàn)自動狀態(tài)的冷卻處理。當(dāng)機(jī)床處于加工狀態(tài)時，冷卻泵正在工作，當(dāng)水冷機(jī)檢測到水溫超標(biāo)時，也可啟動水冷機(jī)，開始工作液的恒溫循環(huán)處理。

（3）實現(xiàn)多級凈化過濾處理。恒溫冷卻水在噴出加工前，冷卻泵需將水送到過濾裝置進(jìn)行雜質(zhì)過濾，經(jīng)過濾的工作液可實現(xiàn)手動噴射和加工時的自動噴射。工作過程見圖1。按鈕將信號傳給PLC，PLC經(jīng)信號處理使冷卻泵啟動，水流一分為二：一部分進(jìn)入水冷機(jī)進(jìn)行恒溫處理；另一部分進(jìn)入多級凈化過濾器進(jìn)行凈化處理。

圖1 多級凈化過濾處理過程

1.2 去離子自動循環(huán)部分

循環(huán)泵與電導(dǎo)率測控儀、樹脂桶形成去離子自動循環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了實時監(jiān)測電導(dǎo)率和自動控制去離子水處理。如圖2所示，電導(dǎo)率測控儀探頭在水中實時檢測電導(dǎo)率，當(dāng)電導(dǎo)率超過設(shè)定值時，循環(huán)泵啟動，水流通過線式過濾器，經(jīng)管路進(jìn)入樹脂桶中，與去離子進(jìn)口樹脂進(jìn)行離子交換；然后，水流回水箱，直至探頭測試到的電導(dǎo)率符合標(biāo)準(zhǔn)，循環(huán)泵停止。此時，水經(jīng)歷了二次過濾處理和去離子處理。

圖2 去離子自動循環(huán)過程

1.3 電氣控制部分

由于水冷機(jī)不適應(yīng)微小孔加工特點，當(dāng)機(jī)床進(jìn)入自動加工狀態(tài)時，電火花加工小孔的時間一般為30～50 s，非常短暫，即冷卻泵每隔30～50 s需停止一次，水冷機(jī)也要如此。但水冷機(jī)內(nèi)的壓縮機(jī)在兩次啟動之間須間隔3 min以上才能保證正常工作，否則會因重復(fù)啟動電流過大，超過電機(jī)的允許值和保護(hù)值而損耗壓縮機(jī)。

解決這一問題的辦法有兩種：①再增加一個泵，用來單獨控制水冷機(jī)，這就要增加PLC的輸入輸出控制點，通過一系列的斷路器、接觸點、繼電器來實現(xiàn)該功能，該方法煩瑣、成本高、易出錯；②通過研究水冷機(jī)的控制線路后，發(fā)明了第2種控制方式（圖3）。利用控制水冷機(jī)壓縮機(jī)啟動的接觸器KMt上一個未用常開觸點，實現(xiàn)冷卻泵與壓縮機(jī)的自鎖。當(dāng)加工完一個小孔時，繼電器KA失電，僅單向電磁閥YV失電斷開，而冷卻泵與壓縮機(jī)仍可繼續(xù)工作，直至水溫下降到設(shè)定值，壓縮機(jī)停止工作，KMt斷開，冷卻泵停止。該方法成本低、安全可靠，且大大節(jié)省了高純度自動恒溫去離子水制取裝置的體積空間。

2 加工效果

利用該裝置制取的高純度去離子水進(jìn)行微孔加工，其加工孔的圓度提高了0.002 mm，孔壁的表面粗糙度為Ra0.8 μm。圖4是加工孔在電子顯微鏡下的放大圖，可看出孔邊緣整齊，加工圓度好。

3 機(jī)床及工作液回路

圖5是高純度自動恒溫去離子水制取裝置的外部連接結(jié)構(gòu)簡圖。冷卻泵啟動后，一部分工作液從水箱經(jīng)冷卻去離子水的出水管L1流入機(jī)床，然后經(jīng)機(jī)床接水盤進(jìn)入工作液回流管L2流回水箱；另一部分工作液經(jīng)水冷機(jī)進(jìn)水管L3進(jìn)入水冷機(jī)進(jìn)行冷卻處理，然后經(jīng)水冷機(jī)出水管L4流入水箱，一直循環(huán)至水溫達(dá)到設(shè)定溫度，水冷機(jī)停止工作。該裝置通用性極強(qiáng)，可與任意一臺微細(xì)噴孔電火花加工機(jī)床連接，也可用于其他電火花微細(xì)精密加工。

圖3 水冷機(jī)電氣控制解決方案

圖4 微孔加工放大圖

圖5 裝置外部連接簡圖

圖6是高純度恒溫去離子水的回路簡圖。工作液經(jīng)線隙式過濾器U2進(jìn)入冷卻泵B2后，一部分經(jīng)棉芯過濾器U3過濾，再通過單向電磁閥I，從水龍頭式出水口F流出；另一部分經(jīng)棉芯過濾器U4進(jìn)入水冷機(jī)LQ進(jìn)行冷卻處理，然后流回水箱。在電導(dǎo)率儀的監(jiān)測和控制下，工作液經(jīng)線隙式過濾器U1進(jìn)入循環(huán)泵B1，再經(jīng)樹脂過濾桶X進(jìn)行去離子處理，流回水箱。

圖6 高純度恒溫去離子水裝置的回路簡圖

4 結(jié)語

通過高純度自動恒溫去離子水制取裝置制取出的工作液完全滿足電火花精密加工對工作液的要求，且可循環(huán)利用，大大節(jié)約了制造成本，節(jié)能環(huán)保，可充分保證加工需求。

A New Type Preparing Device of High Purity Deionized Water with Automatic Constant Temperature

Li Yan，Zhao Feng，Li Guangran
（Shandong Lunan Machine Tool Co.,Ltd，Tengzhou 277500，China）

A new type device for preparing high purity and automatic constant temperature deionized water is introduced.It can provide high purity and automatic constant temperature deionized water for precision EDM，which not only can form processing environment of high insulation strength and low conduction，but also ensure fine processing quality.The working process of cycle cooling，deionized automatic cycle and electric control parts are described.Deionized water prepared using this device，the roundness and roughness machined nozzle are satisfactory.This device has simple structure and strong versatility，can be used in other micro precision EDM.

deionized water；EDM；cycle cooling；automatic cycle

TG661

B

1009－279X（2014）04－0059-03

2014-04-21

李艷，女，1983年生，工程師。