柔幕式电离气雾集排罩研发

2014-03-09陈健王斌张佳磊袁继威

浙江纺织服装职业技术学院学报 2014年1期

陈健王斌张佳磊袁继威

柔幕式电离气雾集排罩研发

陈健王斌张佳磊袁继威

为了改进模具放电加工中电离气雾直接排放污染环境的不足，研发气雾净化机罩。分析电离气雾的扩散机理，研究电离气雾收集、净化、排放全过程的方法，设计可以进行柔性调节以适应不同扩散条件的局部封闭式主轴机罩装置。仿真和实验表明，设计的机罩可以有效收集和净化排出的电离气雾，改善操作环境，提高加工过程的环保性。

电离气雾；机罩；放电加工；扩散机理;柔幕

电火花加工技术以其独特的加工原理（工具和工件间非接触加工，无宏观切削力）和良好、稳定的加工性能成为现代模具制造业重要加工手段之一。其特有的“以柔克刚、紧密微细、仿形逼真”3大特点，在难加工材料、复杂型面、精细表面、低刚度零件和模具等制造领域中占有极其重要的地位，已广泛应用于航空、航天、仪器仪表、汽车、地质等领域。

在电火花放电过程中，金属工件和工具电极局部发生急剧熔融和气化，同时介质也迅速气化分解，所排放的气体对人体神经系统、心血管系统、呼吸系统、视力和皮肤组织等都有危害，图1为未加工时初始介质及主轴附近情况，图2为加工时的介质及气雾情况，主轴附近气雾缭绕。

图1 初始气雾介质示意图

图2 加工状态下气雾介质示意图

因此，针对目前开放式电火花加工过程中产生大量有害气体污染环境的不足，论文研发基于环保目的净化系统，设计固结主轴的局部封闭式净化机罩，进行电离气雾的高效净化，以降低工人操作环境的危害性，提高机床运行的安全性和环保性。

1 气雾扩散机理与集排原理分析

1.1 气雾扩散机理分析

放电时介质与工件金属发生了一定物理、化学变化，放电通道周围介质急速气化热分解形成气泡。以煤油作为介质为例，气化时氧化产物为雾态C15H32，热分解产物为：

另外，放电时工件金属与周围介质及气体发生化学反应，主要产物为金属氧化物、气态金属化合物以及硫化氢等。碳化物对环境及人体无显著伤害，可回收利用。硫化氢气体对人体有着致命伤害，国家相关环境标准中对其含量有着严格规定，属电火花加工形成气雾中核心有害成分，需要进行严格控制。此类气体由于分子量一般比空气分子量大，俗称重气。

电火花加工中所产生的大量气体，以气泡形式首先出现于电极与工件空隙的加工液中。气泡中气体为加工通道电离、高温作用下生成气体的混合体，气泡内外压力差巨大。初始扩展速度可达75m/s，随气泡体积增大，内外压力差减小。压力差减小至低于大气压甚至低压真空，气泡破裂，气雾从加工液中脱离扩散至外部加工环境中。

1.2 气雾集排原理设计

如图3所示，集排的原理过程是：电离产生的气雾通过收集装置2在压缩机1的作用下，吸入混合器3，再通过活性炭纤维塔4进行净化，液体部分在介质循环系统5的作用下回到油箱，气体部分通过6的采样器检测合格后排出，本文的核心工作是对收集装置2展开详细研发设计。

综上,宫颈息肉患者临床治疗中,治疗方式选择CO2激光治疗方法,可取得显著治疗效果,疼痛程度较低,且复发可能性小,应在临床实践中将该种方法推广应用。

目前气雾的净化方法主要有活性炭纤维吸附法、氧化分解法和生物法。对电火花加工过程产生的气雾这样的重气净化，选用活性炭纤维对收集气体中的硫化氢等重气进行吸附净化。通过活性炭纤维这样一种典型的微孔炭，在常温下即可对硫化氢等重气进行有效吸附，还可促成有毒气体发生反应转化为无毒气体。

图3 气雾净化与集排装置原理图

2柔幕式集排机罩研发

2.1 柔幕集排罩原理设计

局部封闭式净化机罩固结于电火花机主轴上，实现气雾的收集与净化。设计的机罩通过虎皮老虎固结于主轴外套上，不随主轴上下运动，保持加工过程中机罩与工作介质的等距化，对气雾进行有效收集。对机罩中两路流道位置进行科学化配置，实现机罩体积和流道长度的小型化，其结构原理见图4所示。

图4 柔幕集排罩原理图

图5 水幕式环形油幕

气雾的扩散范围是随着加工条件的变化而变化的，因此依据封闭净化的要求，设计了如图5所示的水幕式环形柔性油幕。

封闭区域的大小可按实际需要进行调节。依据主轴头上下冲击的速度大小以及气雾扩散的范围，通过动力油泵压力大小和环形油幕喷道开口度的设置，形成一个大小可变的封闭区域。如图5所示，按照气雾扩散范围的大小，形成如图所示区域1、区域2、区域3等不同大小的封闭区域，收集电离气雾。气雾净化原理见图6所示，电离产生的气雾在环形油幕形成封闭区域内，通过气雾收集口进入净化道，净化后排出。

2.2 柔幕集排罩结构设计

图6 气雾净化示意图

图7 集排机罩结构图

装置由罩内套、旋转套、罩外套和密封圈组四个部分组成。其工作过程包含柔幕形成和气雾集排两个部分。柔幕的形成方法是：通过液压装置往罩外套的侧孔输入一定压力的介质液，介质液带动旋转套旋转进行离心作用，在罩内套的阻挡作用下形成封闭的连续油幕；气雾集排的方法是：在旋转套的旋转过程中，对封闭区域形成了负压，促使电离产生的气雾自动向内套中间中空部分快速凝集，通过罩内套和外接净化道的吸附，形成干净的气体排入空气。

该装置在整个成幕和收集净化过程中除了介质输入动力外，不需要额外的动力，装置结构紧凑，节能环保。