1 問(wèn)題的提出
混粉鏡面電火花加工是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種改善大面積電火花加工表面粗糙度的先進(jìn)技術(shù)，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(guān)添加劑，以期使加工表面獲得鏡面效果。日本最早進(jìn)行了研究，并取得了較好的效果。國(guó)內(nèi)起步較晚，哈爾濱工業(yè)大學(xué)特種加工所近來(lái)也進(jìn)行了這一領(lǐng)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(jī)床原有的工作液循環(huán)裝置。我們?cè)谇捌诘脑囼?yàn)中應(yīng)用簡(jiǎn)易工作液循環(huán)裝置發(fā)現(xiàn)存在如下問(wèn)題：（1）加工中混在工作液中的粉末有較嚴(yán)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(shè)計(jì)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(biāo)
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(lái)控制沖油還是補(bǔ)油，溢流閥用來(lái)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(tái)、液面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和噴油嘴等。
圖1 工作液循環(huán)裝置示意圖
2.2 指標(biāo)和要求
對(duì)于新的循環(huán)裝置，要求達(dá)到以下指標(biāo)和要求:
（1）既能沖油又能補(bǔ)油；
�。�2）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；
�。�4）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(tái)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(guān)鍵零部件的計(jì)算、選擇和設(shè)計(jì)
3.1 沖油的最大流量Q及沖油泵的選擇
先求通過(guò)每個(gè)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(guò)濾油器，又能阻止較大的雜質(zhì)顆粒通過(guò)，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(jìn)
為降低費(fèi)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(yuǎn)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(cè)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(zhǎng)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(yīng)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(zhǎng)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(shè)計(jì)
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(guān)鍵，也是本實(shí)驗(yàn)裝置與普通電火花機(jī)床的顯著區(qū)別之處。油箱攪拌器在工作原理和結(jié)構(gòu)上可以有三種方式，如圖3、圖4、和圖5所示。圖3的結(jié)構(gòu)是利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉片做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，來(lái)攪動(dòng)工作液。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：缺點(diǎn)是由于離心力的作用，油箱中遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)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(guò)安裝在油箱四周的噴油嘴注射回油箱中，形成湍流來(lái)達(dá)到攪拌工作液的目的。特點(diǎn)是微粉在工作液中分布比較均勻，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噴油嘴位置調(diào)整方便：缺點(diǎn)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(dòng)機(jī)帶動(dòng)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也高得多。作者在本裝置的設(shè)計(jì)中采用圖4的結(jié)構(gòu)，實(shí)踐證明攪拌效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。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(jī)械攪拌示意圖
圖4 液力攪拌示意圖
圖5 機(jī)械-液力攪拌示意圖
