参数实时可调的电解液精密控制系统及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型的参数实时可调的电解液精密控制系统及其工作方法，属于电解加工技术领域。
【背景技术】
[0002]电解加工作为特种加工的一个重要分支，由于其自身的优越性，通过几十年的发展，现已成为难切削材料的主要加工工艺手段，目前其重点领域是航空、航天、兵器等工业。电解加工的全套设备由机床、电源、电解液系统三个主要实体以及相应的操作、控制系统及其软件组成。电解液系统具有存储电解液，净化电解液，控制电解液参数等功能。电解液系统是电解加工设备中必不可少的一部分，是维持电解加工稳定、正常进行的重要保证。特别是对加工精度要求高的场合，电解液流场不但影响加工的稳定性，而且会通过电解液电导率的变化影响极间电场，从而影响加工精度。
[0003]电解加工中，电解液最重要的参数之一是电解液的电导率。电解液的电导率主要由电解液组分、浓度和温度决定。对于确定组成的电解液，其浓度和温度是影响电解液的电导率的主要参数。
[0004]在进行电解加工时，电解液的浓度越高，电导率越大，材料溶解速度越快，加工效率越高；电解液的浓度越低，电导率越小，材料溶解速度越慢，加工平衡间隙越小，加工精度会随之提高，同时，间隙变小能增强材料去除的定域性，减弱对非加工面的杂散腐蚀。因此，为了保证电解加工效率和加工精度，精确的、稳定的电解液浓度控制至关重要。
[0005]一般电解加工时，初始的电解温度设定在20—40°C，随着电解加工的进行，电解液的温度会很快的上升，电解液温度过高会导致电解液沸腾、蒸发，加工区局部会出现空穴，严重时会发生短路、烧伤工件；并有可能引出工装热膨胀过大，导致阴极和工件定位精度下降。以RR公司生产的零件为列，采用30%似勵3的电解液，电流密度为120 A/cm2,进行型孔加工，电解液入口的温度为35°C，经过电化学反应后，出口的电解液温度达到了 65.5°C,加工一个零件，温度增加了 30.50C ο温度上升，则电导率上升，致使加工间隙变大，工件尺寸变大。根据RR公司的经验，温度每增加1°C，加工的零件尺寸增加0.03-0.06 mm。
[0006]同时，电解加工过程中电解液有碱化现象，这种现象会引起电极电位的变化，最终影响到零件的加工质量、加工速度、加工时的电流效率。随着酸碱度的升高，阳极表面氧化膜更加难以溶解，就可能引起加工面结疤甚至产生火花、短路；随着酸碱度的降低，不产生金属氢氧化物的沉淀物，这不利于电解液的净化和加工过程的进行。此外电解液的粘度高低亦是影响电解加工中需要注意的问题，粘度低的电解液流动性好，有利于对加工区小间隙的充填性，易实现小间隙加工。
[0007]目前，对于电解加工设备中关于电解液系统的研宄较少，相关的研宄具体如下所示:
2013年01月16日，申请号为CN201210393387.2的中国专利公开了一种电解加工电解液循环过滤系统及其控制方法，该系统采用两条回路并联过滤电解液，同时对电解液的酸碱度和电导率进行了实时监测，保证了电解液酸碱度和电导率的稳定。但该专利的参数调节方式只适用于非加工时使用，正常加工时调节滞后，同时该专利无法保证电解液的恒参数加工、变流量恒流速加工以及电解液粘度和温度的精确控制。
[0008]2014年03月26日，申请号为CN201310751421.3的中国专利公开了一种电解加工中电解液电导率在线控制装置和方法，该系统通过离子浓度差异导致电位差异原理制作了电导率传感器，通过电位差来实时控制电解液的电导率，但该系统的调节方法比较单一，同时该专利也无法保证电解液的恒参数加工、变流量恒流速加工以及电解液粘度和温度的精确控制。
[0009]2008年08月27日，申请号为CN200810020457.3的中国专利公开了一种叶片加工中主动控制式电解液流动方法及电解液循环系统，该发明专利中涉及的电解液系统可以实现电解液流动方法的转换，在一次电解加工过程中，可以实时变化电解液的流向，有助于消除因为电解液流向所带来的电解加工误差。但该专利只涉及到了电解液的变化流动，未涉及到电解液的温度、粘度、酸碱度、压力等其他重要参数的控制。
[0010]1990年04月04日，申请号为CN89214060.7的中国实用新型专利公开了一种电解液沉淀除渣供液装置，该专利由于采用电解工作液箱和电解沉淀箱两体结构，加工过后的电解液经过电解沉淀箱一段时间的沉淀后，通过管道将沉淀箱上层的澄清电解液注入电解液工作液箱，具有结构简单、操作方便、经济易控制等特点。但该装置不能实现电解液参数的实时监测和精确控制，过滤精度比较低。
[0011]2010年01月27日，申请号为CN200910183076.1的中国专利公开了一种微尺度脉冲电解射流加工系统及加工方法，其系统包含了电解液循环过滤系统，该循环系统主要通过电解液喷射装置内滤芯体和喷嘴来提高电解液的过滤效果、消除电解液脉动现象，并且使得电解液在高压脉冲直流电场作用下能被充分“负极化”，从而实现小孔、窄槽、微凹坑等微结构的优质高效加工。但该发明专利中，随着使用时间的增加，喷射装置喷射头易发生堵塞，装置易损坏；并且该系统不能对电解液的温度、粘度、酸碱度、压力等其他重要参数实现控制。
【发明内容】
[0012]发明目的:本发明的目的在于针对现有的电解加工中电解液系统的不足，提供一种参数实时可调的电解液精密控制系统及其工作方法。
[0013]技术方案及有效效果:
该系统包括固液分离装置、机床回流水箱、浊液罐、缓冲罐、清液罐、取样调节罐、恒温水浴装置、电解加工区、陶瓷膜过滤器。固液分离装置包括分离液入口、分离液出口 ；机床回流水箱包括机床回流次级入口、机床回流次级出口；浊液罐包括机床回流最终入口、浊液出口、加工区回流入口、过滤液回流入口、分离液回流入口，其中浊液出口分为浊液分离出口、浊液过滤出口 ；缓冲罐包括缓冲液出口、缓冲液入口 ；清液罐包括清液入口、清液出口 ；取样调节罐包括调节液入口、调节液出口 ；恒温水浴装置包括电解液入口、电解液出口、恒温水入口、恒温水出口 ；电解加工区包括第一电解液入口、第二电解液入口、电解液回流出口、机床回流出口 ；陶瓷膜过滤器包括过滤液入口、过滤液出口、过滤液回流出口。固液分离装置的分离液入口与浊液罐的浊液分离出口相连，固液分离装置的分离液出口与浊液罐的分离液回流入口相连；机床回流水箱的机床回流初级入口与电解加工区的机床回流出口相连，机床回流水箱的机床回流次级出口与浊液罐的机床回流最终入口相连；浊液罐的加工区回流入口与电解加工区的电解液回流出口相连，浊液罐的浊液过滤出口与陶瓷膜过滤器的过滤液入口相连，浊液罐的过滤液回流入口与陶瓷膜过滤器的过滤液回流出口相连；缓冲罐的缓冲液出口与清液罐的清液入口相连，缓冲罐的缓冲液入口与陶瓷膜过滤器的过滤液出口相连；清液罐的清液出口与取样调节罐的调节液入口相连；取样调节罐的调节液出口与恒温水浴装置的电解液入口相连；恒温水浴装置的电解液出口与电解加工区的第一电解液入口、第二电解液入口相连。此外，该电解液精密系统还包括离子浓度调节罐组，离子浓度调节罐组由若干盛有不同离子浓度调节剂的贮液罐组成，每个贮液罐分别与浊液罐、缓冲罐、清液罐、取样调节罐的离子浓度调节液入口相连。该电解液系统还包括冷热交换装置，冷热交换装置(的出口分别与浊液罐、缓冲罐、清液罐的调温水输入口相连，冷热交换装置的入口分别于浊液罐、缓冲罐、清液罐的调温水输出口相连。
[0014]浊液罐、缓冲罐、清液罐、取样调节罐均安装有液位传感器、温度传感器、离子浓度传感器。机床回流水箱安装有液位传感器；恒温水浴装置与电解加工区相连的两条管路上分别装有温度传感器、离子浓度传感器组、压力传感器、电动调节阀、电磁流量计；电解加工区的电解液回流出口与浊液罐的加工区回流入口相连的管路上装有电磁流速计、电磁流量计。此外，浊液罐还安装有在线浊度检测仪。
[0015]浊液罐中的电解液通过陶瓷膜进料泵进入陶瓷膜过滤，陶瓷膜过滤器中的电解液经过陶瓷膜循环加压泵进行加压，通过陶瓷膜的电解液由过滤液出口输送至缓冲罐中，未通过陶瓷膜的电解液由过滤液回流出口输送至浊液罐中，缓冲罐中的电解液经过泵输送至清液罐中，清液罐经过泵输送至电解加工区。该系统除了上述过程，其特种还在于包括以下几种调节模式，任意一种或几种模式能够根据需要同时工作。1、温度精密调节模式:系统根据浊液罐、缓冲罐、清液罐上的温度传感器信号，实时控制浊液罐、缓冲罐、清液罐调温水入口、调温水出口阀的开度以及调温水的温度，以快速达到电解液温度的阶梯调节，使电解液的温度快速稳定在预设值；通过最终系统出口恒温水浴装置，实现对电解液温度的最终补偿，以达到电解液温度的精密控制；2、变流量恒流速模式:在电解加工过程中，随着加工的进行，电解加工的间隙逐