喷射电解射流装置的设计

21喷射电解射流装置的研制截至中期检查为止，喷射电解射流装置的研制已经完成，整体装配图如图21所示图21喷射电解射流装置装配图FIG21ASSEMBLYDRAWINGOFELECTROLYTEJETEQUIPMENTOFEJM整体的装配图主要由喷射装置，工作台和滚珠丝杠三部分组成，下面将逐个进行说明211喷射装置的设计如图22的喷射装置是主要是由6部分组成，分别是喷嘴、金属柱塞、端盖、堵头、壳体、进液转接件。其装配方式是先把金属柱塞装入壳体，将堵头旋入金属柱塞，使得金属柱塞上端面被封闭住。在由6只螺钉把金属柱塞与壳体紧固，形成一个腔体，然后喷嘴与金属柱塞下端装配，确定喷嘴与金属柱塞装配无间隙后，上端盖拧紧后，3者便固定一起形成一体。最后进液装接件由壳体的右侧向内拧紧。这样除了进液口和喷口处，装置便形成了一个拆装都相当方便的密闭腔体。图22喷射装置CAD图FIG22CADOFEJECTORDEVICE壳体螺钉垫圈金属柱塞端盖喷嘴堵头缓冲网进液连接件当加工开始时，水泵开始工作，电解液经进液转接件进入腔体，在由腔体流进喷嘴，由于电解液具有一定的压力并加上流经特殊设计的喷嘴，电解液就会形成较理想的射流。接通电源后，电解液先从进液转接件进入金属柱塞与壳体之间的间隙，为了不影响喷嘴喷射的稳定性，在金属柱塞与壳体之间加装了一层过滤网，这样可以防止电解液直接进入金属柱塞，而会以很稳定的渐进渗透的方式进入金属柱塞进行工作。当电解液通过过滤网后，为了进一步的缓冲、稳定压力，控制流量。电解液可以在回形槽内循环流动，有效的控制了电解液的流动。设计三维图如图23所示图23喷射装置三维图FIG23THREEDIMENSIONALDIAGRAMOFEJECTORDEVICE喷嘴射流流道的设计喷嘴是射流设备的重要元件,它最终形成了射流工况,同时又制约着系统的各个部件。对于喷嘴的设计要求对流过来的水流进行加速，所以对其设计基本要求是流体从金属柱塞流过喷嘴的时候，流速要单调递增，出口处的液体流分布均匀且稳定。当然由于喷嘴的内流道比较复杂，从加工工艺方面考虑，喷嘴不宜做的过长。喷嘴的进出口的面积比称为收缩比，必须选择合适的收缩比，一般而言，收缩比越大，则收缩流体的出口速度分布就越均匀，流体的湍流度也越小，但收缩比过大，则会导致洞身也会变长。内流道如图24所示图24喷嘴内流道示意图FIG24THEDIAGRAMOFINNERRUNNEROFSPRAYNOZZLE喷嘴出口孔径的大小是由工件需要加工多少孔径决定的，然后以这为依据进行喷嘴出口孔径大小的设计。现设计R004MMR1/R0525L5MM得到R121MM喷嘴设计图如图14、图15所示图25喷嘴CAD图图26喷嘴三维图FIG25CADOFSPRAYNOZZLEFIG26THREEDIMENSIONALDIAGRAMOFSPRAYNOZZLE金属柱塞的设计金属柱塞腔体设计直径为30MM，表面分布许多直径在510MM的圆孔，这样设计的目的及优势就是当外界的液体经进液转接件进入金属柱塞腔体的时候，保证当液体经这些细微的小孔进入腔体时会有个很好的缓冲的过程，确保了液体很稳定的流入喷嘴，也使得电解液处于稳定喷射状态，另外金属柱塞腔体结构是一个圆柱型的回型结构，液体可以在里面回转，在加上壳体和金属柱塞之间有一层缓冲过滤网。保证了电解液很稳定的进入喷嘴。金属柱塞下端流道宽度与喷嘴的进口处直径是一致的。直径为12MM的圆孔刚好也是喷嘴液体进口处外圆的大径，这样的设计使得喷嘴进口外圆可以装配到金属柱塞中，两者的设计是过渡配合。这样使得结构更紧密，能更好的防止出现漏水等不利因素。金属柱塞设计图如图27、图28所示图27金属柱塞CAD图图28金属柱塞三维图FIG27CADOFMETALTRUNKPISTONFIG28THREEDIMENSIONALDIAGRAMOFMETALTRUNKPISTON端盖绝缘盖板设计当接上电源加工开始后，电解液也带电，整个喷射装置内部都带电。为了有效的做好喷射装置的绝缘为题，在金属柱塞下方做一个绝缘盖板。绝缘材料是有机玻璃，有效的控制了绝缘问题。它也是一个端盖，能固定喷嘴与金属柱塞相对位置。端盖绝缘盖板设计图如图29、210所示图29绝缘盖板CAD图图210绝缘盖板三维图FIG29CADOFINSULATINGCOVERPLATEFIG210THREEDIMENSIONALDIAGRAMOFINSULATINGCOVERPLATE212关键零部件的校核进液转接件的强度校核进液体转接件的内径设计值为8MM,管壁厚度最薄处为2MM。由管厚公式TKPD/2S式（1）式中P管内水压强；D管内径，MM；S管材的允许抗拉强度，MPA；K安全系数取1113由公式（1）可得PT2S/KD式2T2MMS50MPAK13D8MM代入公式（2）得P192MPA而该喷射装置试验最大液压不会超过5MPA。所以设计的进液转接件满足要求。壳体的强度校核壳体的最薄处为5MM,即T5MMK13D50MM代入公式（2）得P77MPA1MPA，而由液体本身的重力影响几乎可以忽略不计。所以所设计的壳体也符合强度要求。金属柱塞的强度校核因为金属柱塞采用不锈钢，抗拉强度大于520，其厚度还大于壳体的最薄处，所以一定能满足强度要求。213工作台的设计钩型压板设计考虑到工件大小为300MM300MM2MM，并且要求工件能够倾斜一定角度进行加工，决定采用改进型钩型压板进行装夹。根据JB/T801211999可知，钩型压板A型如图211所示图211A型钩型压板FIG211AFORMHOOKCLAMPPLATE为了能够实现工件在一定角度上进行加工，现对其做一定改动，将压板前端改为半圆柱，改进之后三维图如图212所示图212改进钩型压板三维图FIG212THREEDIMENSIONALDIAGRAMOFIMPROVEDVERSIONOFHOOKCLAMPPLATE支撑件设计设计支撑件时，需要考虑三方面因素，其一是如何配合钩型压板进行工件的装夹，其二是如何使电解液能够顺利电解液槽，其三是如何保证和T型槽绝缘的问题。设计三维图如图213所示图213支撑件三维图FIG213THREEDIMENSIONALDIAGRAMOFSTRUTTINGPIECE支撑件由两部分组成，上半部分可上下移动，并在特定部位通过螺栓固定到下半部分上，下半部分通过T型槽螺栓固定到T型槽上。因素一的解决方案为在上半部分前端加上圆柱凸起，并且通过上下移动来实现工件在一定角度下进行电解加工；因素二的解决方案为将上半部分的右端改为倾斜，在两端各设置一个阻拦装置，在中间设置两个导液槽，从而使得工件上的电解液能够顺利进入电解液槽。整体的工作台三维图如图27所示12图214工作台三维图FIG214THREEDIMENSIONALDIAGRAMOFOPERATINGPLATFORM214滚珠丝杠的选择丝杠与电机型号的选择考虑到工件大小及工作台大小，决定选择LINTECH公司的100SERIES丝杠，在对行程余量进行分析后，确定X轴丝杠型号为LINTECH102430CP01S005M05C000L00E00B01_100，行程为760MM；Y轴丝杠型号为LINTECH102420CP01S005M04C000L00E00B01_100；行程605MM，Z轴丝杠型号为LINTECH102406CP01S001M03C000L00E00B00_100，行程300MM。该系列丝杠自带制动装置和电机型号。结构如图215所示图115100SERIES滚珠丝杠查阅该公司给出的100SERIES丝杠产品说明书，确定电机选用DANAHERMOTION公司AKM电机中240VAC，320VDC母线的电机系列，结构图如图116所示图116AKM系列电机其中，X轴丝杠电机型号为AKM73P，具体参数如表21所示,Y轴丝杠电机型号为AKM72P，具体参数如表22所示。Z轴丝杠电机型号为AKM64P，具体参数如表23所示表21AKM73P电机参数TAB21PARAMETEROFELECTRICMACHINEOFAKM73P峰值失速794NM额定速度1300RPM伺服驱动器型号S62000最高速度1610RPM连续失速转矩416NM连续失速电流195ARMS连续额定转矩347NM峰值转矩时的电流40ARMS拐点速度1250RPM惯量921KGCM2表22AKM72P电机参数TAB22PARAMETEROFELECTRICMACHINEOFAKM72P峰值失速584NM额定速度1800RPM伺服驱动器型号S62000最高速度2170RPM连续失速转矩294NM连续失速电流187ARMS连续额定转矩238NM峰值转矩时的电流40ARMS拐点速度1590RPM惯量645KGCM2表23AKM64P电机参数TAB23PARAMETEROFELECTRICMACHINEOFAKM64P峰值失速412NM额定速度2500RPM伺服驱动器型号S62000最高速度3120RPM连续失速转矩204NM连续失速电流186ARMS连续额定转矩160NM峰值转矩时的电流40ARMS