CN103487346A - 一种粉末填充性测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉末填充性测试装置及测试方法，粉末填充性测试装置中的导料板上设置有n个不同大小的导料孔，在喂料孔中加入一定质量的粉料，驱动机构驱动喂料靴在导料板做匀速直线移动，喂料孔内的粉料依次落入n个导料孔内，分别收集落入n个导料孔内的粉末并得到其质量，然后将落入n个导料孔内的粉末的质量进行归一化计算，得到粉末的填充系数，本发明中，喂料靴在通过导料孔上方时，粉末依靠自重落入导料孔内，由此将粉末的填充性通过填充系数来体现；优点是实现对粉末填充性的测量，粉末填充性测试装置及其测试方法操作简单，对粉末的适应性强，分辨率较高，且可重复使用，检测精度较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种粉末填充性测试技术，尤其是涉及一种粉末填充性测试装置及其测试方法。
背景技术
随着电子信息行业的不断发展，对稀土烧结磁铁的需求量和技术要求都在提高，企业为了提高生产效率，逐步采用全自动成型工艺。全自动成型工艺相比较手动成型工艺大大提高了生产效率，但快速的自动成型过程中，为保证产品的质量和一致性，对粉末的物理性能有了更高的要求，所以在实际生产中急需能够检测出粉末的各种物理性能的设备和方法，以制定适应自动化成型工艺的粉末标准。
在粉末的诸多物理性能中，粉末填充性是一个非常重要的物理量，特别是在自动成型工艺中通常使用容积法将粉末填充至阴模，因此粉末填充性直接影响到粉末在阴模中分布的均匀性，而粉末分布的均匀性又会影响压坯不同区域密度的均匀性、烧结时压坯的收缩率均匀性及烧结后毛坯的变形程度大小等方面。因此，表征粉末的填充性对于粉末冶金企业来说显得相当迫切和重要。
目前，针对粉末物理性能的表征手段及测试装置很多，包括松装密度，流动性，安息角，粒度分布等，但没有直接表征粉末填充性的标准和方法。各企业和研究机构通常的做法是通过表征粉末的流动性而间接表征粉末的填充性，但是粉末的流动性与粉末的填充性没有一一对应的关系，也就是说粉末流动性好并不一定表示粉末的填充性好；因此间接表征粉末的填充性不能真正反应出粉末填充的真实状况，而以此为参考值来指导粉末成型工艺是不合适的。粉末的填充性受粉末自身的形状、松装状态、粉末与阴模壁、粉末与粉末之间的摩擦力等因素影响，这些因素相互作用、相互制约，是一个很复杂的物理过程，很难进行定量的分析与检测，也不能对个项进行单独分析与检测来表征。因此，设计一种可以检测粉末填充性能的粉末填充性测试装置及其测试方法具有现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以检测粉末填充性能，且检测精度高的粉末填充性测试装置及其测试方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种粉末填充性测试装置，包括上端面为水平面的导料板、位于所述的导料板上的喂料靴以及驱动所述的喂料靴沿所述的导料板做匀速直线运动的驱动机构，所述的导料板上间隔设置有n个导料孔，n个导料孔的中心位于一条直线上，n个导料孔的宽度相等而长度不相等，所述的导料孔的宽度方向与所述的喂料孔的宽度方向均垂直于所述的喂料靴的移动方向，所述的导料孔的长度方向与所述的喂料孔的长度方向均平行于所述的喂料靴的移动方向，n个导料孔按照长度从小到大排布，所述的喂料靴的喂料孔的宽度不小于所述的导料孔的宽度，所述的喂料靴的喂料孔的长度不小于最大的导料孔的长度，n个导料孔的边间距均相等且不小于所述的喂料靴的长度，所述的导料板的两端与最接近的导料孔的边沿的距离不小于喂料靴的长度，其中n≥4。
所述的喂料靴沿n个导料孔的中心连线做匀速直线运动的最低速度大于10mm/s。
一种粉末填充性测试方法，包括以下步骤：
①调整喂料靴至导料板的一端，并使喂料孔的中心与n个导料孔的中心位于一条直线上，喂料孔的底端被导料板的上端面封闭；
②在每个导料孔的下方分别放置收集落入导料孔内粉末的收料盒；
③将粉末加入喂料孔中，粉末质量保证喂料靴从导料板的一端移动至导料板的另一端后还有剩余；
④开启驱动机构驱动喂料靴，喂料靴沿喂料孔的中心与n个导料孔的中心连线做匀速直线运动，喂料靴从导料板的一端移动至导料板的另一端后停止运动；
⑤将各个收料盒中的粉末进行称重，各个收料盒中的粉末的质量分别对应从喂料孔中落入各个导料孔中的粉末的质量；
⑥重复步骤①～⑤k次，k≥0；
⑦分别计算每个导料孔中k+1次喂料孔中落入其内的粉末的质量的平均值，将落入第一个导料孔中的粉末的质量的平均值记为m1，落入第二个导料孔中的粉末的质量的平均值为m2，以此类推，落入第n个导料孔中的粉末的质量的平均值为mn；
⑧将粉末的填充系数记为ζ，如果n为偶数，则
其中mi表示k+1次喂料孔中落入第i个导料孔中的粉末的质量的平均值，i为正整数；如果n为奇数，则
其中mi表示k+1次喂料孔中落入第i个导料孔中的粉末的质量的平均值，i为正整数。
所述的喂料靴沿n个导料孔的中心连线做匀速直线运动的最低速度大于10mm/s。
与现有技术相比，本发明的优点在于粉末填充性测试装置中的导料板上设置有n个不同大小的导料孔，在喂料靴的喂料孔中加入一定质量的粉料，驱动机构驱动喂料靴在导料板做匀速直线移动，喂料孔内的粉料依次落入n个导料孔内，分别收集落入n个导料孔内的粉末并得到其质量，然后将落入n个导料孔内的粉末的质量进行归一化计算，得到粉末的填充系数，本发明中，喂料靴在通过导料孔上方时，粉末依靠自重落入导料孔内，不同状态的粉末因为颗粒间相互作用力和粉末与导料孔壁间的摩擦力不同，因此落入不同大小通孔内的粉末量有区别，由此通过n个不同大小的导料孔和做匀速直线运动的喂料靴来模拟粉末填充不同孔径的过程，将粉末的填充性通过填充系数来体现，从而实现对粉末填充性的测量，粉末填充性测试装置及其测试方法操作简单，对粉末的适应性强，分辨率较高，且可重复使用，检测精度较高；
当喂料靴沿n个导料孔的中心连线做匀速直线运动的最低速度大于10mm/s时，可以保证喂料靴通过导料孔的时间与导料孔的长度成正比，通过调整不同移动速度适应不同状态粉末，并能够准确的分辨粉末填充性好坏。
附图说明
图1为本发明的粉末填充性测试装置的立体图；
图2为本发明的粉末填充性测试装置的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1和图2所示，本发明提供了一种粉末填充性测试装置，包括上端面为水平面的导料板1、位于导料板1上的喂料靴2以及驱动喂料靴2沿导料板1做匀速直线运动的驱动机构3，导料板1上间隔设置有n个导料孔11，n个导料孔11的中心位于一条直线上，n个导料孔11的宽度相等而长度不相等，导料孔11的宽度方向与喂料孔21的宽度方向均垂直于喂料靴2的移动方向，导料孔11的长度方向与喂料孔21的长度方向均平行于喂料靴2的移动方向，n个导料孔11按照长度从小到大排布，喂料靴2的喂料孔21的宽度不小于导料孔11的宽度，喂料靴2的喂料孔21的长度不小于最大的导料孔11的长度，n个导料孔11的边间距均相等且不小于喂料靴2的长度，导料板1的两端与最接近的导料孔11的边沿的距离不小于喂料靴2的长度，其中n≥4。
本发明还提供了一种粉末填充性测试方法，本方法使用上述的粉末填充性测试装置，具体包括以下步骤：
①调整喂料靴2至导料板1的一端，并使喂料孔21的中心与n个导料孔11的中心位于一条直线上，喂料孔21的底端被导料板1的上端面封闭；
②在每个导料孔11的下方分别放置收集落入导料孔11内粉末的收料盒；
③将粉末加入喂料孔21中，粉末质量保证喂料靴2从导料板1的一端移动至导料板2的另一端后还有剩余；
④开启驱动机构3驱动喂料靴2，喂料靴2沿喂料孔21的中心与n个导料孔11的中心连线做匀速直线运动，喂料靴2从导料板1的一端移动至导料板1的另一端后停止运动；
⑤将各个收料盒中的粉末进行称重，各个收料盒中的粉末的质量分别对应从喂料孔21中落入各个导料孔11中的粉末的质量；
⑥重复步骤①～⑤k次，k≥0；
⑦分别计算每个导料孔11中k+1次喂料孔中落入其内的粉末的质量的平均值，将落入第一个导料孔11中的粉末的质量的平均值记为m1，落入第二个导料孔11中的粉末的质量的平均值为m2，以此类推，落入第n个导料孔11中的粉末的质量的平均值为mn；
⑧将粉末的填充系数记为ζ，如果n为偶数，则
其中mi表示k+1次喂料孔21中落入第i个导料孔11中的粉末的质量的平均值，i为正整数；如果n为奇数，则
其中mi表示k+1次喂料孔21中落入第i个导料孔11中的粉末的质量的平均值，i为正整数。
本发明中，驱动机构3可采用直线移动机构，可以为气动、电动或液压式。
实施例一：一种粉末填充性测试装置，包括上端面为水平面的导料板1、位于导料板1上的喂料靴2以及驱动喂料靴2沿导料板1做匀速直线运动的驱动机构3，导料板1上间隔设置有八个导料孔11，导料孔11为方形通孔，八个导料孔11的中心位于一条直线上，八个导料孔11的宽度相等而长度不相等，导料孔11的宽度方向与喂料孔21的宽度方向均垂直于喂料靴2的移动方向，导料孔11的长度方向与喂料孔21的长度方向均平行于喂料靴2的移动方向，八个导料孔11按照长度从小到大排布，喂料靴2的喂料孔21的宽度不小于导料孔11的宽度，喂料靴2的喂料孔21的长度不小于最大的导料孔11的长度，喂料孔21也为方形通孔，八个导料孔11的边间距均相等且不小于喂料靴2的长度，导料板1的两端与最接近的导料孔11的边沿的距离不小于喂料靴2的长度，导料孔11的宽度是50mm，八个导料孔11的长度从小到大依次为2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm和16mm。
一种使用本实施例的粉末填充性测试装置的粉末填充性测试方法，具体包括以下步骤：
①调整喂料靴2至导料板1的一端（图2中右端），并使喂料孔21的中心与八个导料孔11的中心位于一条直线上，喂料孔21的底端被导料板1的上端面封闭，喂料靴2和导料板1紧密贴合，导料板1的上端面光滑；
②在每个导料孔11的下方分别放置收集落入导料孔11内粉末的收料盒；
③将编号为1#的粉末300g均匀加入喂料孔中，粉末在喂料靴内部处于松装状态；
④开启驱动机构3驱动喂料靴2，喂料靴2沿喂料孔21的中心与八个导料孔11的中心连线做匀速直线运动，喂料靴2从导料板1的一端（图2中右端）移动至导料板2的另一端（图2中左端）后停止运动，喂料靴2匀速移动速度为100mm/s；此过程中，喂料靴2在通过导料孔11上方时，喂料孔21内的粉末依靠自重落入导料孔11内并被收料盒收集；
⑤将各个收料盒中的粉末进行称重，各个收料盒中的粉末的质量分别对应从喂料孔中落入各个导料孔中的粉末的质量；
⑥重复步骤①～⑤2次；
⑦分别计算每个导料孔11中三次喂料孔21中落入其内的粉末的质量的平均值，将落入第一个导料孔11中的粉末的质量的平均值记为m1，落入第二个导料孔中的粉末的质量的平均值为m2，以此类推，落入第八个导料孔中的粉末的质量的平均值为m8；具体数据如表1所示；
⑧将粉末的填充系数记为ζ，根据公式
计算得到编号为1#的粉末的填充系数ζ，其中n=8，mi表示三次喂料孔中落入第i个导料孔中的粉末的质量的平均值，i为正整数；
表11#粉末测试结果
| 通孔大小 | 观测值1(g) | 观测值2(g) | 观测值3(g) | 平均值(g) |
| 2mm | 0.52 | 0.32 | 0.47 | 0.44 |
| 4mm | 0.4 | 0.45 | 0.33 | 0.39 |
| 6mm | 0.79 | 0.95 | 0.90 | 0.88 |
| 8mm | 2.83 | 2.51 | 2.68 | 2.67 |
| 10mm | 7.76 | 4.31 | 5.43 | 5.83 |
| 12mm | 9.95 | 7.56 | 7.49 | 8.33 |
| 14mm | 10.8 | 9.65 | 10.70 | 10.38 |
| 16mm | 29.6 | 28.74 | 26.05 | 28.13 |
本实施例中，喂料靴从面积最小的导料孔向面积最大的导料孔方向匀速移动，本实施例一共测得三组数据后取其平均值，将表1中的平均值带入公式
中，计算得到1#粉末的填充系数ζ=13.03。本实施例中，喂料靴也可以从面积最大的导料孔向面积最小的导料孔方向匀速移动。
现另取300g编号为2#的粉末，按照本实施例中上述相同的方法进行测试，测试三次，所得测试数据如表2所示，将表2中的平均值带入公式
中，计算得到2#粉末的填充系数ζ=33.55。
表22#粉末测试结果
| 通孔大小 | 观测值1(g) | 观测值2(g) | 观测值3(g) | 平均值(g) |
| 2mm | 0.36 | 0.3 | 0.24 | 0.30 |
| 4mm | 0.35 | 0.34 | 0.33 | 0.34 |
| 6mm | 0.72 | 0.73 | 0.6 | 0.68 |
| 8mm | 2.69 | 1.96 | 1.74 | 2.13 |
| 10mm | 7.02 | 5.83 | 4.92 | 5.92 |
| 12mm | 16.42 | 12.47 | 13.21 | 14.03 |
| 14mm | 33.23 | 31.42 | 25.38 | 30.01 |
| 16mm | 57.26 | 61.11 | 69.51 | 62.63 |
比较1#粉末与2#粉末的填充系数可知，2#粉末的填充性优于1#粉末的填充性。
实施例二：一种粉末填充性测试装置，包括上端面为水平面的导料板1、位于导料板1上的喂料靴2以及驱动喂料靴2沿导料板1做匀速直线运动的驱动机构3，导料板1上间隔设置有六个导料孔11，导料孔11为方形通孔，六个导料孔11的中心位于一条直线上，六个导料孔11的宽度相等而长度不相等，导料孔11的宽度方向与喂料孔21的宽度方向均垂直于喂料靴2的移动方向，导料孔11的长度方向与喂料孔21的长度方向均平行于喂料靴2的移动方向，六个导料孔11按照长度从小到大排布，喂料靴2的喂料孔21的宽度不小于导料孔11的宽度，喂料靴2的喂料孔21的长度不小于最大的导料孔11的长度，喂料孔21也为方形通孔，六个导料孔11的边间距均相等且不小于喂料靴2的长度，导料板1的两端与最接近的导料孔11的边沿的距离不小于喂料靴2的长度，导料孔11的宽度是50mm，六个导料孔11的长度从小到大依次为1mm、2mm、4mm、8mm、16mm和32mm。
一种使用本实施例的粉末填充性测试装置的粉末填充性测试方法，具体包括以下步骤：
①调整喂料靴2至导料板1的一端（图2中右端），并使喂料孔21的中心与六个导料孔11的中心位于一条直线上，喂料孔21的底端被导料板1的上端面封闭，喂料靴2和导料板1紧密贴合，导料板1的上端面光滑；
②在每个导料孔11的下方分别放置收集落入导料孔11内粉末的收料盒；
③将编号为3#的粉末300g均匀加入喂料孔中，粉末在喂料靴内部处于松装状态；
④开启驱动机构3驱动喂料靴2，喂料靴2沿喂料孔21的中心与六个导料孔11的中心连线做匀速直线运动，喂料靴2从导料板1的一端（图2中右端）移动至导料板2的另一端（图2中左端）后停止运动，喂料靴2匀速移动速度为100mm/s；此过程中，喂料靴2在通过导料孔11上方时，喂料孔21内的粉末依靠自重落入导料孔11内并被收料盒收集；
⑤将各个收料盒中的粉末进行称重，各个收料盒中的粉末的质量分别对应从喂料孔中落入各个导料孔中的粉末的质量；
⑥重复步骤①～⑤2次；
⑦分别计算每个导料孔11中三次喂料孔21中落入其内的粉末的质量的平均值，将落入第一个导料孔11中的粉末的质量的平均值记为m1，落入第二个导料孔中的粉末的质量的平均值为m2，以此类推，落入第六个导料孔中的粉末的质量的平均值为m6；具体数据如表3所示；
⑧将粉末的填充系数记为ζ，根据公式
计算得到编号为3#的粉末的填充系数ζ，其中n=6，mi表示三次喂料孔中落入第i个导料孔中的粉末的质量的平均值，i为正整数；
表33#粉末测试结果
| 通孔大小 | 观测值1(g) | 观测值2(g) | 观测值3(g) | 平均值(g) |
| 1mm | 0.44 | 0.38 | 0.48 | 0.43 |
| 2mm | 0.76 | 0.8 | 0.59 | 0.72 |
| 4mm | 1.97 | 1.19 | 1.52 | 1.56 |
| 8mm | 14.09 | 8.2 | 10.48 | 10.92 |
| 16mm | 35.44 | 42.82 | 36.25 | 38.17 |
| 32mm | 114.74 | 98.1 | 93.44 | 102.09 |
本实施例中，喂料靴从面积最小的导料孔向面积最大的导料孔方向匀速移动，本实施例一共测得三组数据后取其平均值，将表3中的平均值带入公式
中，计算得到3#粉末的填充系数ζ=56.79。本实施例中，喂料靴也可以从面积最大的导料孔向面积最小的导料孔方向匀速移动。
现另取300g编号为4#的粉末，按照本实施例中上述相同的方法进行测试，测试三次，所得测试数据如表4所示，将表4中的平均值带入公式中，计算得到4#粉末的填充系数ζ=64.07。
表44#粉末测试结果
| 通孔大小 | 观测值1(g) | 观测值2(g) | 观测值3(g) | 平均值(g) |
| 1mm | 0.41 | 0.52 | 0.38 | 0.44 |
| 2mm | 0.72 | 0.91 | 0.61 | 0.75 |
| 4mm | 2.01 | 1.89 | 1.63 | 1.84 |
| 8mm | 16.27 | 18.31 | 12.36 | 15.65 |
| 16mm | 45.36 | 49.71 | 50.14 | 48.40 |
| 32mm | 120.31 | 130.45 | 129.78 | 126.85 |
比较3#粉末与4#粉末的填充系数可知，4#粉末的填充性优于3#粉末的填充性。
上述两个实施例中，导料孔和喂料孔均为方形通孔，其横截面是方形，本发明的粉末填充性测试装置中，导料孔和喂料孔的形状也可以是除方形通孔以外的其他通孔，比如三角形通孔（横截面是三角形），圆形通孔（横截面是圆形），其中导料孔的宽度指的是沿其宽度方向的最大宽度，导料孔的长度指的是沿其长度方向的最大长度度，喂料孔的宽度指的是沿其宽度方向的最大宽度，喂料孔的长度指的是沿其长度方向的最大长度度，喂料靴的长度方向与喂料孔的长度方向一致。
Claims (4)
1.一种粉末填充性测试装置，其特征在于包括上端面为水平面的导料板、位于所述的导料板上的喂料靴以及驱动所述的喂料靴沿所述的导料板做匀速直线运动的驱动机构，所述的导料板上间隔设置有n个导料孔，n个导料孔的中心位于一条直线上，n个导料孔的宽度相等而长度不相等，所述的导料孔的宽度方向与所述的喂料孔的宽度方向均垂直于所述的喂料靴的移动方向，所述的导料孔的长度方向与所述的喂料孔的长度方向均平行于所述的喂料靴的移动方向，n个导料孔按照长度从小到大排布，所述的喂料靴的喂料孔的宽度不小于所述的导料孔的宽度，所述的喂料靴的喂料孔的长度不小于最大的导料孔的长度，n个导料孔的边间距均相等且不小于所述的喂料靴的长度，所述的导料板的两端与最接近的导料孔的边沿的距离不小于喂料靴的长度，其中n≥4。
2.根据权利要求1所述的一种粉末填充性测试装置，其特征在于所述的喂料靴沿n个导料孔的中心连线做匀速直线运动的最低速度大于10mm/s。
3.一种权利要求1所述的粉末填充性测试装置的测试方法，其特征在于包括以下步骤：
①调整喂料靴至导料板的一端，并使喂料孔的中心与n个导料孔的中心位于一条直线上，喂料孔的底端被导料板的上端面封闭；
②在每个导料孔的下方分别放置收集落入导料孔内粉末的收料盒；
③将粉末加入喂料孔中，粉末质量保证喂料靴从导料板的一端移动至导料板的另一端后还有剩余；
④开启驱动机构驱动喂料靴，喂料靴沿喂料孔的中心与n个导料孔的中心连线做匀速直线运动，喂料靴从导料板的一端移动至导料板的另一端后停止运动；
⑤将各个收料盒中的粉末进行称重，各个收料盒中的粉末的质量分别对应从喂料孔中落入各个导料孔中的粉末的质量；
⑥重复步骤①～⑤k次，k≥0；
⑦分别计算每个导料孔中k+1次喂料孔中落入其内的粉末的质量的平均值，将落入第一个导料孔中的粉末的质量的平均值记为m1，落入第二个导料孔中的粉末的质量的平均值为m2，以此类推，落入第n个导料孔中的粉末的质量的平均值为mn；
⑧将粉末的填充系数记为ζ，如果n为偶数，则其中mi表示k+1次喂料孔中落入第i个导料孔中的粉末的质量的平均值，i为正整数；如果n为奇数，则
其中mi表示k+1次喂料孔中落入第i个导料孔中的粉末的质量的平均值，i为正整数。
4.根据权利要求1所述的一种粉末填充性测试方法，其特征在于所述的喂料靴沿n个导料孔的中心连线做匀速直线运动的最低速度大于10mm/s。
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