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(dòng)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(dòng)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(dòng)循環(huán)、電氣控制等結(jié)構(gòu)分別描述了其工作過(guò)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(jiǎn)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(dòng)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(duì)人體無(wú)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(duì)工作液的要求極高。一方面是對(duì)去離子水純度的要求，對(duì)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(duì)去離子水溫度的要求，它對(duì)加工條件的影響較大，如對(duì)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(kāi)發(fā)了一套高純度自動(dòng)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(guò)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(guò)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(mǎn)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)控制去離子水處理；④自動(dòng)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(dòng)化程度高；⑥結(jié)構(gòu)獨(dú)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(dòng)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(dòng)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(guò)濾器、電磁閥、水冷機(jī)；去離子自動(dòng)循環(huán)部分包括循環(huán)泵、樹(shù)脂桶、電導(dǎo)率儀；電氣控制部分包括PLC、繼電器、電導(dǎo)率測(cè)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(shí)現(xiàn)手動(dòng)狀態(tài)的冷卻處理。此時(shí)按下冷卻按鈕，冷卻泵啟動(dòng)，水箱內(nèi)的一部分工作液進(jìn)入水冷機(jī)。當(dāng)檢測(cè)到水溫超過(guò)設(shè)定值后，水冷機(jī)接觸器KMt閉合，水冷機(jī)啟動(dòng)。此時(shí)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(kāi)始進(jìn)行冷卻處理。當(dāng)工作液達(dá)到水溫設(shè)定值時(shí)，水冷機(jī)停止工作，恒溫處理完成。

（2）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)狀態(tài)的冷卻處理。當(dāng)機(jī)床處于加工狀態(tài)時(shí)，冷卻泵正在工作，當(dāng)水冷機(jī)檢測(cè)到水溫超標(biāo)時(shí)，也可啟動(dòng)水冷機(jī)，開(kāi)始工作液的恒溫循環(huán)處理。

（3）實(shí)現(xiàn)多級(jí)凈化過(guò)濾處理。恒溫冷卻水在噴出加工前，冷卻泵需將水送到過(guò)濾裝置進(jìn)行雜質(zhì)過(guò)濾，經(jīng)過(guò)濾的工作液可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)噴射和加工時(shí)的自動(dòng)噴射。工作過(guò)程見(jiàn)圖1。按鈕將信號(hào)傳給PLC，PLC經(jīng)信號(hào)處理使冷卻泵啟動(dòng)，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(jí)凈化過(guò)濾器進(jìn)行凈化處理。

圖1 多級(jí)凈化過(guò)濾處理過(guò)程

1.2 去離子自動(dòng)循環(huán)部分

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

圖2 去離子自動(dòng)循環(huán)過(guò)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(diǎn)，當(dāng)機(jī)床進(jìn)入自動(dòng)加工狀態(tài)時(shí)，電火花加工小孔的時(shí)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(dòng)之間須間隔3 min以上才能保證正常工作，否則會(huì)因重復(fù)啟動(dòng)電流過(guò)大，超過(guò)電機(jī)的允許值和保護(hù)值而損耗壓縮機(jī)。

解決這一問(wèn)題的辦法有兩種：①再增加一個(gè)泵，用來(lái)單獨(dú)控制水冷機(jī)，這就要增加PLC的輸入輸出控制點(diǎn)，通過(guò)一系列的斷路器、接觸點(diǎn)、繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能，該方法煩瑣、成本高、易出錯(cuò)；②通過(guò)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(dòng)的接觸器KMt上一個(gè)未用常開(kāi)觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)冷卻泵與壓縮機(jī)的自鎖。當(dāng)加工完一個(gè)小孔時(shí)，繼電器KA失電，僅單向電磁閥YV失電斷開(kāi)，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(kāi)，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(dòng)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(dòng)恒溫去離子水制取裝置的外部連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。冷卻泵啟動(dòng)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(pán)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(tái)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(jiǎn)圖

圖6是高純度恒溫去離子水的回路簡(jiǎn)圖。工作液經(jīng)線隙式過(guò)濾器U2進(jìn)入冷卻泵B2后，一部分經(jīng)棉芯過(guò)濾器U3過(guò)濾，再通過(guò)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(guò)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(cè)和控制下，工作液經(jīng)線隙式過(guò)濾器U1進(jìn)入循環(huán)泵B1，再經(jīng)樹(shù)脂過(guò)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(jiǎn)圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)高純度自動(dòng)恒溫去離子水制取裝置制取出的工作液完全滿(mǎn)足電火花精密加工對(duì)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。