參數(shù)實(shí)時(shí)可調(diào)的電解液精密控制系統(tǒng)及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的參數(shù)實(shí)時(shí)可調(diào)的電解液精密控制系統(tǒng)及其工作方法，屬于電解加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電解加工作為特種加工的一個(gè)重要分支，由于其自身的優(yōu)越性，通過(guò)幾十年的發(fā)展，現(xiàn)已成為難切削材料的主要加工工藝手段，目前其重點(diǎn)領(lǐng)域是航空、航天、兵器等工業(yè)。電解加工的全套設(shè)備由機(jī)床、電源、電解液系統(tǒng)三個(gè)主要實(shí)體以及相應(yīng)的操作、控制系統(tǒng)及其軟件組成。電解液系統(tǒng)具有存儲(chǔ)電解液，凈化電解液，控制電解液參數(shù)等功能。電解液系統(tǒng)是電解加工設(shè)備中必不可少的一部分，是維持電解加工穩(wěn)定、正常進(jìn)行的重要保證。特別是對(duì)加工精度要求高的場(chǎng)合，電解液流場(chǎng)不但影響加工的穩(wěn)定性，而且會(huì)通過(guò)電解液電導(dǎo)率的變化影響極間電場(chǎng)，從而影響加工精度。
[0003]電解加工中，電解液最重要的參數(shù)之一是電解液的電導(dǎo)率。電解液的電導(dǎo)率主要由電解液組分、濃度和溫度決定。對(duì)于確定組成的電解液，其濃度和溫度是影響電解液的電導(dǎo)率的主要參數(shù)。
[0004]在進(jìn)行電解加工時(shí)，電解液的濃度越高，電導(dǎo)率越大，材料溶解速度越快，加工效率越高；電解液的濃度越低，電導(dǎo)率越小，材料溶解速度越慢，加工平衡間隙越小，加工精度會(huì)隨之提高，同時(shí)，間隙變小能增強(qiáng)材料去除的定域性，減弱對(duì)非加工面的雜散腐蝕。因此，為了保證電解加工效率和加工精度，精確的、穩(wěn)定的電解液濃度控制至關(guān)重要。
[0005]一般電解加工時(shí)，初始的電解溫度設(shè)定在20—40°C，隨著電解加工的進(jìn)行，電解液的溫度會(huì)很快的上升，電解液溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致電解液沸騰、蒸發(fā)，加工區(qū)局部會(huì)出現(xiàn)空穴，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生短路、燒傷工件；并有可能引出工裝熱膨脹過(guò)大，導(dǎo)致陰極和工件定位精度下降。以RR公司生產(chǎn)的零件為列，采用30%似勵(lì)3的電解液，電流密度為120 A/cm2,進(jìn)行型孔加工，電解液入口的溫度為35°C，經(jīng)過(guò)電化學(xué)反應(yīng)后，出口的電解液溫度達(dá)到了 65.5°C,加工一個(gè)零件，溫度增加了 30.50C ο溫度上升，則電導(dǎo)率上升，致使加工間隙變大，工件尺寸變大。根據(jù)RR公司的經(jīng)驗(yàn)，溫度每增加1°C，加工的零件尺寸增加0.03-0.06 mm。
[0006]同時(shí)，電解加工過(guò)程中電解液有堿化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)引起電極電位的變化，最終影響到零件的加工質(zhì)量、加工速度、加工時(shí)的電流效率。隨著酸堿度的升高，陽(yáng)極表面氧化膜更加難以溶解，就可能引起加工面結(jié)疤甚至產(chǎn)生火花、短路；隨著酸堿度的降低，不產(chǎn)生金屬氫氧化物的沉淀物，這不利于電解液的凈化和加工過(guò)程的進(jìn)行。此外電解液的粘度高低亦是影響電解加工中需要注意的問(wèn)題，粘度低的電解液流動(dòng)性好，有利于對(duì)加工區(qū)小間隙的充填性，易實(shí)現(xiàn)小間隙加工。
[0007]目前，對(duì)于電解加工設(shè)備中關(guān)于電解液系統(tǒng)的研宄較少，相關(guān)的研宄具體如下所示:
2013年01月16日，申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210393387.2的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種電解加工電解液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)及其控制方法，該系統(tǒng)采用兩條回路并聯(lián)過(guò)濾電解液，同時(shí)對(duì)電解液的酸堿度和電導(dǎo)率進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證了電解液酸堿度和電導(dǎo)率的穩(wěn)定。但該專(zhuān)利的參數(shù)調(diào)節(jié)方式只適用于非加工時(shí)使用，正常加工時(shí)調(diào)節(jié)滯后，同時(shí)該專(zhuān)利無(wú)法保證電解液的恒參數(shù)加工、變流量恒流速加工以及電解液粘度和溫度的精確控制。
[0008]2014年03月26日，申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310751421.3的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種電解加工中電解液電導(dǎo)率在線(xiàn)控制裝置和方法，該系統(tǒng)通過(guò)離子濃度差異導(dǎo)致電位差異原理制作了電導(dǎo)率傳感器，通過(guò)電位差來(lái)實(shí)時(shí)控制電解液的電導(dǎo)率，但該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法比較單一，同時(shí)該專(zhuān)利也無(wú)法保證電解液的恒參數(shù)加工、變流量恒流速加工以及電解液粘度和溫度的精確控制。
[0009]2008年08月27日，申請(qǐng)?zhí)枮镃N200810020457.3的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種葉片加工中主動(dòng)控制式電解液流動(dòng)方法及電解液循環(huán)系統(tǒng)，該發(fā)明專(zhuān)利中涉及的電解液系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電解液流動(dòng)方法的轉(zhuǎn)換，在一次電解加工過(guò)程中，可以實(shí)時(shí)變化電解液的流向，有助于消除因?yàn)殡娊庖毫飨蛩鶐?lái)的電解加工誤差。但該專(zhuān)利只涉及到了電解液的變化流動(dòng)，未涉及到電解液的溫度、粘度、酸堿度、壓力等其他重要參數(shù)的控制。
[0010]1990年04月04日，申請(qǐng)?zhí)枮镃N89214060.7的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利公開(kāi)了一種電解液沉淀除渣供液裝置，該專(zhuān)利由于采用電解工作液箱和電解沉淀箱兩體結(jié)構(gòu)，加工過(guò)后的電解液經(jīng)過(guò)電解沉淀箱一段時(shí)間的沉淀后，通過(guò)管道將沉淀箱上層的澄清電解液注入電解液工作液箱，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、經(jīng)濟(jì)易控制等特點(diǎn)。但該裝置不能實(shí)現(xiàn)電解液參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精確控制，過(guò)濾精度比較低。
[0011]2010年01月27日，申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910183076.1的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種微尺度脈沖電解射流加工系統(tǒng)及加工方法，其系統(tǒng)包含了電解液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)，該循環(huán)系統(tǒng)主要通過(guò)電解液噴射裝置內(nèi)濾芯體和噴嘴來(lái)提高電解液的過(guò)濾效果、消除電解液脈動(dòng)現(xiàn)象，并且使得電解液在高壓脈沖直流電場(chǎng)作用下能被充分“負(fù)極化”，從而實(shí)現(xiàn)小孔、窄槽、微凹坑等微結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)高效加工。但該發(fā)明專(zhuān)利中，隨著使用時(shí)間的增加，噴射裝置噴射頭易發(fā)生堵塞，裝置易損壞；并且該系統(tǒng)不能對(duì)電解液的溫度、粘度、酸堿度、壓力等其他重要參數(shù)實(shí)現(xiàn)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的電解加工中電解液系統(tǒng)的不足，提供一種參數(shù)實(shí)時(shí)可調(diào)的電解液精密控制系統(tǒng)及其工作方法。
[0013]技術(shù)方案及有效效果:
該系統(tǒng)包括固液分離裝置、機(jī)床回流水箱、濁液罐、緩沖罐、清液罐、取樣調(diào)節(jié)罐、恒溫水浴裝置、電解加工區(qū)、陶瓷膜過(guò)濾器。固液分離裝置包括分離液入口、分離液出口 ；機(jī)床回流水箱包括機(jī)床回流次級(jí)入口、機(jī)床回流次級(jí)出口；濁液罐包括機(jī)床回流最終入口、濁液出口、加工區(qū)回流入口、過(guò)濾液回流入口、分離液回流入口，其中濁液出口分為濁液分離出口、濁液過(guò)濾出口 ；緩沖罐包括緩沖液出口、緩沖液入口 ；清液罐包括清液入口、清液出口 ；取樣調(diào)節(jié)罐包括調(diào)節(jié)液入口、調(diào)節(jié)液出口 ；恒溫水浴裝置包括電解液入口、電解液出口、恒溫水入口、恒溫水出口 ；電解加工區(qū)包括第一電解液入口、第二電解液入口、電解液回流出口、機(jī)床回流出口 ；陶瓷膜過(guò)濾器包括過(guò)濾液入口、過(guò)濾液出口、過(guò)濾液回流出口。固液分離裝置的分離液入口與濁液罐的濁液分離出口相連，固液分離裝置的分離液出口與濁液罐的分離液回流入口相連；機(jī)床回流水箱的機(jī)床回流初級(jí)入口與電解加工區(qū)的機(jī)床回流出口相連，機(jī)床回流水箱的機(jī)床回流次級(jí)出口與濁液罐的機(jī)床回流最終入口相連；濁液罐的加工區(qū)回流入口與電解加工區(qū)的電解液回流出口相連，濁液罐的濁液過(guò)濾出口與陶瓷膜過(guò)濾器的過(guò)濾液入口相連，濁液罐的過(guò)濾液回流入口與陶瓷膜過(guò)濾器的過(guò)濾液回流出口相連；緩沖罐的緩沖液出口與清液罐的清液入口相連，緩沖罐的緩沖液入口與陶瓷膜過(guò)濾器的過(guò)濾液出口相連；清液罐的清液出口與取樣調(diào)節(jié)罐的調(diào)節(jié)液入口相連；取樣調(diào)節(jié)罐的調(diào)節(jié)液出口與恒溫水浴裝置的電解液入口相連；恒溫水浴裝置的電解液出口與電解加工區(qū)的第一電解液入口、第二電解液入口相連。此外，該電解液精密系統(tǒng)還包括離子濃度調(diào)節(jié)罐組，離子濃度調(diào)節(jié)罐組由若干盛有不同離子濃度調(diào)節(jié)劑的貯液罐組成，每個(gè)貯液罐分別與濁液罐、緩沖罐、清液罐、取樣調(diào)節(jié)罐的離子濃度調(diào)節(jié)液入口相連。該電解液系統(tǒng)還包括冷熱交換裝置，冷熱交換裝置(的出口分別與濁液罐、緩沖罐、清液罐的調(diào)溫水輸入口相連，冷熱交換裝置的入口分別于濁液罐、緩沖罐、清液罐的調(diào)溫水輸出口相連。
[0014]濁液罐、緩沖罐、清液罐、取樣調(diào)節(jié)罐均安裝有液位傳感器、溫度傳感器、離子濃度傳感器。機(jī)床回流水箱安裝有液位傳感器；恒溫水浴裝置與電解加工區(qū)相連的兩條管路上分別裝有溫度傳感器、離子濃度傳感器組、壓力傳感器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)；電解加工區(qū)的電解液回流出口與濁液罐的加工區(qū)回流入口相連的管路上裝有電磁流速計(jì)、電磁流量計(jì)。此外，濁液罐還安裝有在線(xiàn)濁度檢測(cè)儀。
[0015]濁液罐中的電解液通過(guò)陶瓷膜進(jìn)料泵進(jìn)入陶瓷膜過(guò)濾，陶瓷膜過(guò)濾器中的電解液經(jīng)過(guò)陶瓷膜循環(huán)加壓泵進(jìn)行加壓，通過(guò)陶瓷膜的電解液由過(guò)濾液出口輸送至緩沖罐中，未通過(guò)陶瓷膜的電解液由過(guò)濾液回流出口輸送至濁液罐中，緩沖罐中的電解液經(jīng)過(guò)泵輸送至清液罐中，清液罐經(jīng)過(guò)泵輸送至電解加工區(qū)。該系統(tǒng)除了上述過(guò)程，其特種還在于包括以下幾種調(diào)節(jié)模式，任意一種或幾種模式能夠根據(jù)需要同時(shí)工作。1、溫度精密調(diào)節(jié)模式:系統(tǒng)根據(jù)濁液罐、緩沖罐、清液罐上的溫度傳感器信號(hào)，實(shí)時(shí)控制濁液罐、緩沖罐、清液罐調(diào)溫水入口、調(diào)溫水出口閥的開(kāi)度以及調(diào)溫水的溫度，以快速達(dá)到電解液溫度的階梯調(diào)節(jié)，使電解液的溫度快速穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值；通過(guò)最終系統(tǒng)出口恒溫水浴裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)電解液溫度的最終補(bǔ)償，以達(dá)到電解液溫度的精密控制；2、變流量恒流速模式:在電解加工過(guò)程中，隨著加工的進(jìn)行，電解加工的間隙逐