混粉鏡面電火花加工工作液循環(huán)裝置的研制

1　問題的提出

　　混粉鏡面電火花加工是近年來發(fā)展起來的一種改善大面積電火花加工表面粗糙度的先進技術，所謂混料鏡面電火花加工即是在工作液中添加了微粉，譬如，硅粉、鋁粉、鉻粉，以及有關添加劑，以期使加工表面獲得鏡面效果。日本最早進行了研究，并取得了較好的效果。國內(nèi)起步較晚，哈爾濱工業(yè)大學特種加工所近來也進行了這一領域的研究。由于在工作液中混入了微粉，因此不能用電火花機床原有的工作液循環(huán)裝置。我們在前期的試驗中應用簡易工作液循環(huán)裝置發(fā)現(xiàn)存在如下問題：（1）加工中混在工作液中的粉末有較嚴重的沉積的現(xiàn)象，影響了電極與工件的正常放電；（2）粉末在工作液中分布的均勻性也不理想，影響了放電的分散性，不利于提高工件的表面粗糙度；（3）沖油控制不便。因此需要重新設計工作液循環(huán)裝置。

2　工作液循環(huán)裝置的總休方案及指標

2.1　總體方案
　　工作液循環(huán)裝置由以下三部分組成：即供、回油部分、工作液槽部分和流量及壓力調(diào)節(jié)部分，如圖1所示。供、回油部分主要包括油箱、油泵、油箱及工作液槽中的攪拌器、濾油器等。流量及壓力調(diào)節(jié)部分主要由溢流閥、節(jié)流閥、壓力表等組成。圖中，節(jié)流閥用來控制沖油還是補油，溢流閥用來調(diào)節(jié)沖油壓力。工作液槽部分主要包括工作液槽箱體、工作臺、液面調(diào)節(jié)機構和噴油嘴等。

圖1　工作液循環(huán)裝置示意圖

2.2　指標和要求
　　對于新的循環(huán)裝置，要求達到以下指標和要求:
　?。?）既能沖油又能補油；
　?。?）沖油壓力調(diào)節(jié)范圍：0MPa～0.4MPa;
　　(3)油箱及工作液槽中的攪拌要充分；
　?。?）沖油嘴主要尺寸如圖2,圖中：D=9mm,d=3mm L=11mm;

圖2　沖油嘴主要尺寸

　　(5)工作臺上表面與底面的平行度為：0.0025mm;
　　(6)泄油方便且能調(diào)節(jié)液面高度。

3　關鍵零部件的計算、選擇和設計

3.1　沖油的最大流量Q及沖油泵的選擇
　　先求通過每個沖油口的油的流量Q₁,由公式

式中d=3mm,p=0.4MPa,g=10m/s²,查表得γ=800kg/m³,ζ=85
得：

Q₁=2.18×10^-4(m³/s)=13(L/min)

可得：

Q=2Q₁=26(L/min)

為保證沖油壓力，沖油泵選額定流量40L/min,出口壓力為0.5MPa的渦流泵。
3.2　濾油器
　　為使工作液中的微粉（通常選用的微粉直徑≤30μm）能夠順利通過濾油器，又能阻止較大的雜質(zhì)顆粒通過，濾油器的濾網(wǎng)選用網(wǎng)眼尺寸≥50μm×50μm的篩網(wǎng)。
3.3　溢流閥的選擇及改進
　　為降低費用，調(diào)壓用溢流閥選用常用的低壓溢流閥。由于本裝置的最高調(diào)節(jié)壓力（0.4MPa）遠小于常用低壓溢流閥的最大調(diào)節(jié)壓力（2.5MPa），為減少壓力損失，選擇額定流量為63L/min(大于沖油泵的額定流量40L/min)、調(diào)壓范圍為0.3MPa～2.5MPa的板式低壓溢流閥。
　　由于此閥的調(diào)壓范圍為0.3MPa～2.5MPa,故需要更換其調(diào)壓彈簧。經(jīng)測量原調(diào)壓彈簧尺寸如下：外徑D=13.8mm,內(nèi)徑D′=7.8mm,彈簧絲直徑d=3mm，總長83.5mm(有效圈數(shù)n=23)。由彈簧剛度公式：

得：c=28(kg/cm)
　　故新的彈簧剛度應為4.48(kg/cm)仿照原彈簧的外形尺寸，選擇新彈簧的尺寸如下：
　　外徑D=14mm,內(nèi)徑D＇=10mm,
　　彈簧絲直徑d=2mm,
　　總長85mm(有效圈數(shù)n=19)。
　　校核剛度得：c=4.77(kg/cm),略大于4.48(kg/cm),因此所選擇的參數(shù)合理。
3.4　油箱攪拌器和工作液槽攪拌器的設計
　　油箱攪拌器和工作液槽攪拌器是本工作液循環(huán)系統(tǒng)的關鍵，也是本實驗裝置與普通電火花機床的顯著區(qū)別之處。油箱攪拌器在工作原理和結構上可以有三種方式，如圖3、圖4、和圖5所示。圖3的結構是利用電動機帶動葉片做旋轉(zhuǎn)運動，來攪動工作液。其優(yōu)點是結構簡單：缺點是由于離心力的作用，油箱中遠離葉片中心處的微粉濃度要比靠近葉片中心處的高，造成微粉分布不均勻，另外，這種結構一經(jīng)確定，不易調(diào)整攪拌器在油箱中的位置。圖4利用油泵將工作液從油箱A向A中抽出，通過安裝在油箱四周的噴油嘴注射回油箱中，形成湍流來達到攪拌工作液的目的。特點是微粉在工作液中分布比較均勻，而且結構簡單，噴油嘴位置調(diào)整方便：缺點是由于增加了油泵，比前者成本高。圖5綜合了前兩種攪拌方式，用電動機帶動彎管旋轉(zhuǎn)，再將工作液從彎管臂中噴出，因此攪拌后，工作液中微粉的分布要比前兩者均勻；但結構復雜，成本也高得多。作者在本裝置的設計中采用圖4的結構，實踐證明攪拌效果達到預期目標。工作液槽攪拌器的工作原理與油箱攪拌器大致相同，不再贅述。

圖3　機械攪拌示意圖

圖4　液力攪拌示意圖

圖5　機械-液力攪拌示意圖