柔幕式電離氣霧集排罩研發

2014-03-09 07:50:26陳健王斌張佳磊袁繼威

浙江紡織服裝職業技術學院學報 2014年1期

陳健王斌張佳磊袁繼威

柔幕式電離氣霧集排罩研發

陳健王斌張佳磊袁繼威

為了改進模具放電加工中電離氣霧直接排放污染環境的不足，研發氣霧凈化機罩。分析電離氣霧的擴散機理，研究電離氣霧收集、凈化、排放全過程的方法，設計可以進行柔性調節以適應不同擴散條件的局部封閉式主軸機罩裝置。仿真和實驗表明，設計的機罩可以有效收集和凈化排出的電離氣霧，改善操作環境，提高加工過程的環保性。

電離氣霧；機罩；放電加工；擴散機理;柔幕

電火花加工技術以其獨特的加工原理（工具和工件間非接觸加工，無宏觀切削力）和良好、穩定的加工性能成為現代模具制造業重要加工手段之一。其特有的“以柔克剛、緊密微細、仿形逼真”3大特點，在難加工材料、復雜型面、精細表面、低剛度零件和模具等制造領域中占有極其重要的地位，已廣泛應用于航空、航天、儀器儀表、汽車、地質等領域。

在電火花放電過程中，金屬工件和工具電極局部發生急劇熔融和氣化，同時介質也迅速氣化分解，所排放的氣體對人體神經系統、心血管系統、呼吸系統、視力和皮膚組織等都有危害，圖1為未加工時初始介質及主軸附近情況，圖2為加工時的介質及氣霧情況，主軸附近氣霧繚繞。

圖1 初始氣霧介質示意圖

圖2 加工狀態下氣霧介質示意圖

因此，針對目前開放式電火花加工過程中產生大量有害氣體污染環境的不足，論文研發基于環保目的凈化系統，設計固結主軸的局部封閉式凈化機罩，進行電離氣霧的高效凈化，以降低工人操作環境的危害性，提高機床運行的安全性和環保性。

1 氣霧擴散機理與集排原理分析

1.1 氣霧擴散機理分析

放電時介質與工件金屬發生了一定物理、化學變化，放電通道周圍介質急速氣化熱分解形成氣泡。以煤油作為介質為例，氣化時氧化產物為霧態C15H32，熱分解產物為：

另外，放電時工件金屬與周圍介質及氣體發生化學反應，主要產物為金屬氧化物、氣態金屬化合物以及硫化氫等。碳化物對環境及人體無顯著傷害，可回收利用。硫化氫氣體對人體有著致命傷害，國家相關環境標準中對其含量有著嚴格規定，屬電火花加工形成氣霧中核心有害成分，需要進行嚴格控制。此類氣體由于分子量一般比空氣分子量大，俗稱重氣。

電火花加工中所產生的大量氣體，以氣泡形式首先出現于電極與工件空隙的加工液中。氣泡中氣體為加工通道電離、高溫作用下生成氣體的混合體，氣泡內外壓力差巨大。初始擴展速度可達75m/s，隨氣泡體積增大，內外壓力差減小。壓力差減小至低于大氣壓甚至低壓真空，氣泡破裂，氣霧從加工液中脫離擴散至外部加工環境中。

1.2 氣霧集排原理設計

如圖3所示，集排的原理過程是：電離產生的氣霧通過收集裝置2在壓縮機1的作用下，吸入混合器3，再通過活性炭纖維塔4進行凈化，液體部分在介質循環系統5的作用下回到油箱，氣體部分通過6的采樣器檢測合格后排出，本文的核心工作是對收集裝置2展開詳細研發設計。

綜上,宮頸息肉患者臨床治療中,治療方式選擇CO2激光治療方法,可取得顯著治療效果,疼痛程度較低,且復發可能性小,應在臨床實踐中將該種方法推廣應用。

目前氣霧的凈化方法主要有活性炭纖維吸附法、氧化分解法和生物法。對電火花加工過程產生的氣霧這樣的重氣凈化，選用活性炭纖維對收集氣體中的硫化氫等重氣進行吸附凈化。通過活性炭纖維這樣一種典型的微孔炭，在常溫下即可對硫化氫等重氣進行有效吸附，還可促成有毒氣體發生反應轉化為無毒氣體。

圖3 氣霧凈化與集排裝置原理圖

2柔幕式集排機罩研發

2.1 柔幕集排罩原理設計

局部封閉式凈化機罩固結于電火花機主軸上，實現氣霧的收集與凈化。設計的機罩通過虎皮老虎固結于主軸外套上，不隨主軸上下運動，保持加工過程中機罩與工作介質的等距化，對氣霧進行有效收集。對機罩中兩路流道位置進行科學化配置，實現機罩體積和流道長度的小型化，其結構原理見圖4所示。

圖4 柔幕集排罩原理圖

圖5 水幕式環形油幕

氣霧的擴散范圍是隨著加工條件的變化而變化的，因此依據封閉凈化的要求，設計了如圖5所示的水幕式環形柔性油幕。

封閉區域的大小可按實際需要進行調節。依據主軸頭上下沖擊的速度大小以及氣霧擴散的范圍，通過動力油泵壓力大小和環形油幕噴道開口度的設置，形成一個大小可變的封閉區域。如圖5所示，按照氣霧擴散范圍的大小，形成如圖所示區域1、區域2、區域3等不同大小的封閉區域，收集電離氣霧。氣霧凈化原理見圖6所示，電離產生的氣霧在環形油幕形成封閉區域內，通過氣霧收集口進入凈化道，凈化后排出。

2.2 柔幕集排罩結構設計

圖6 氣霧凈化示意圖

圖7 集排機罩結構圖

裝置由罩內套、旋轉套、罩外套和密封圈組四個部分組成。其工作過程包含柔幕形成和氣霧集排兩個部分。柔幕的形成方法是：通過液壓裝置往罩外套的側孔輸入一定壓力的介質液，介質液帶動旋轉套旋轉進行離心作用，在罩內套的阻擋作用下形成封閉的連續油幕；氣霧集排的方法是：在旋轉套的旋轉過程中，對封閉區域形成了負壓，促使電離產生的氣霧自動向內套中間中空部分快速凝集，通過罩內套和外接凈化道的吸附，形成干凈的氣體排入空氣。

該裝置在整個成幕和收集凈化過程中除了介質輸入動力外，不需要額外的動力，裝置結構緊湊，節能環保。