一种新型高纯度自动恒温去离子水的制取装置

李艳，赵峰，李广冉

（山东鲁南机床有限公司，山东滕州 277500）

一种新型高纯度自动恒温去离子水的制取装置

李艳，赵峰，李广冉

（山东鲁南机床有限公司，山东滕州 277500）

介绍了一种高纯度自动恒温去离子水的制取装置，能为电火花精密加工提供高纯度恒温去离子水，既能形成绝缘强度高、导电能力弱的加工环境，又能保证良好的加工质量。从装置的循环冷却、去离子自动循环、电气控制等结构分别描述了其工作过程。利用该装置制取的去离子水加工喷油嘴，喷孔圆度和表面粗糙度都符合要求。该装置结构简单、通用性强，可应用于其他电火花微细精密加工。

去离子水；电火花加工；循环冷却；自动循环

在电火花线切割和电火花成形加工中，要求工作液具有一定的介电能力、较好的消电离能力及良好的渗透性和稳定性，还应具有较好的洗涤性能和防腐蚀性能，且对人体无危害等。目前，去离子水工作液大多用于单向走丝电火花线切割机床，而特殊的精加工中大多采用绝缘性能较高的煤油作为工作液。

电火花微细孔精密加工大多也使用去离子水作为工作液，为保证工件的加工精度，对工作液的要求极高。一方面是对去离子水纯度的要求，对其处理到一定的电导率值，使水具有一定的绝缘性，从而保证脉冲电源持续放电所具备的条件；另一方面是对去离子水温度的要求，它对加工条件的影响较大，如对喷孔的直径误差和流量值一致性的影响。为了保证电火花微细孔加工的要求，本公司开发了一套高纯度自动恒温去离子水的制取装置，为微细电火花喷孔钻床提供工作液，在电火花加工喷油嘴喷孔的过程中提供高纯度恒温去离子水，从而形成绝缘强度高、导电能力弱的加工环境，保证良好的加工质量。

高纯度恒温去离子水在加工过程中能起到以下几方面的作用：①在放电正负极之间形成绝缘区域，增强放电加工效果；②加速电极间隙的冷却和消电离，防止出现破坏型电弧放电；③加速电蚀产物的排出。该装置也充分满足了电火花精密加工的要求：①去离子水高纯度制取，纯度可达10-4μ；②电导率最低可达0.02 μs/cm2，制取速度为5 m3/min；③电导率实时监测，自动控制去离子水处理；④自动恒温处理，保证加工介质的温度；⑤节能、效率高、去离子稳定、自动化程度高；⑥结构独立，通用性强，可用于任何电火花精密加工机床。

1 结构及工作原理

去离子水制取装置可分为3部分：循环冷却部分、去离子自动循环部分及电气控制部分。在去离子水制取装置的水箱主体上安装循环冷却部分和去离子自动循环部分，水箱的一侧安装控制柜，控制柜里面安装电器控制部分。循环冷却部分包括冷却泵、过滤器、电磁阀、水冷机；去离子自动循环部分包括循环泵、树脂桶、电导率仪；电气控制部分包括PLC、继电器、电导率测试棒及控制按钮。

1.1 循环冷却部分

该部分的多功能冷却泵有3种工作状态：

（1）实现手动状态的冷却处理。此时按下冷却按钮，冷却泵启动，水箱内的一部分工作液进入水冷机。当检测到水温超过设定值后，水冷机接触器KMt闭合，水冷机启动。此时再次按下冷却按钮，由于KMt闭合，冷却泵仍在运行，水箱内的工作液开始进行冷却处理。当工作液达到水温设定值时，水冷机停止工作，恒温处理完成。

（2）实现自动状态的冷却处理。当机床处于加工状态时，冷却泵正在工作，当水冷机检测到水温超标时，也可启动水冷机，开始工作液的恒温循环处理。

（3）实现多级净化过滤处理。恒温冷却水在喷出加工前，冷却泵需将水送到过滤装置进行杂质过滤，经过滤的工作液可实现手动喷射和加工时的自动喷射。工作过程见图1。按钮将信号传给PLC，PLC经信号处理使冷却泵启动，水流一分为二：一部分进入水冷机进行恒温处理；另一部分进入多级净化过滤器进行净化处理。

图1 多级净化过滤处理过程

1.2 去离子自动循环部分

循环泵与电导率测控仪、树脂桶形成去离子自动循环控制系统，实现了实时监测电导率和自动控制去离子水处理。如图2所示，电导率测控仪探头在水中实时检测电导率，当电导率超过设定值时，循环泵启动，水流通过线式过滤器，经管路进入树脂桶中，与去离子进口树脂进行离子交换；然后，水流回水箱，直至探头测试到的电导率符合标准，循环泵停止。此时，水经历了二次过滤处理和去离子处理。

图2 去离子自动循环过程

1.3 电气控制部分

由于水冷机不适应微小孔加工特点，当机床进入自动加工状态时，电火花加工小孔的时间一般为30～50 s，非常短暂，即冷却泵每隔30～50 s需停止一次，水冷机也要如此。但水冷机内的压缩机在两次启动之间须间隔3 min以上才能保证正常工作，否则会因重复启动电流过大，超过电机的允许值和保护值而损耗压缩机。

解决这一问题的办法有两种：①再增加一个泵，用来单独控制水冷机，这就要增加PLC的输入输出控制点，通过一系列的断路器、接触点、继电器来实现该功能，该方法烦琐、成本高、易出错；②通过研究水冷机的控制线路后，发明了第2种控制方式（图3）。利用控制水冷机压缩机启动的接触器KMt上一个未用常开触点，实现冷却泵与压缩机的自锁。当加工完一个小孔时，继电器KA失电，仅单向电磁阀YV失电断开，而冷却泵与压缩机仍可继续工作，直至水温下降到设定值，压缩机停止工作，KMt断开，冷却泵停止。该方法成本低、安全可靠，且大大节省了高纯度自动恒温去离子水制取装置的体积空间。

2 加工效果

利用该装置制取的高纯度去离子水进行微孔加工，其加工孔的圆度提高了0.002 mm，孔壁的表面粗糙度为Ra0.8 μm。图4是加工孔在电子显微镜下的放大图，可看出孔边缘整齐，加工圆度好。

3 机床及工作液回路

图5是高纯度自动恒温去离子水制取装置的外部连接结构简图。冷却泵启动后，一部分工作液从水箱经冷却去离子水的出水管L1流入机床，然后经机床接水盘进入工作液回流管L2流回水箱；另一部分工作液经水冷机进水管L3进入水冷机进行冷却处理，然后经水冷机出水管L4流入水箱，一直循环至水温达到设定温度，水冷机停止工作。该装置通用性极强，可与任意一台微细喷孔电火花加工机床连接，也可用于其他电火花微细精密加工。

图3 水冷机电气控制解决方案

图4 微孔加工放大图

图5 装置外部连接简图

图6是高纯度恒温去离子水的回路简图。工作液经线隙式过滤器U2进入冷却泵B2后，一部分经棉芯过滤器U3过滤，再通过单向电磁阀I，从水龙头式出水口F流出；另一部分经棉芯过滤器U4进入水冷机LQ进行冷却处理，然后流回水箱。在电导率仪的监测和控制下，工作液经线隙式过滤器U1进入循环泵B1，再经树脂过滤桶X进行去离子处理，流回水箱。

图6 高纯度恒温去离子水装置的回路简图

4 结语

通过高纯度自动恒温去离子水制取装置制取出的工作液完全满足电火花精密加工对工作液的要求，且可循环利用，大大节约了制造成本，节能环保，可充分保证加工需求。

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

李艳，女，1983年生，工程师。