CN104722366B - 一种微小颗粒的电磁激振式机械球磨制备装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
一种微小颗粒的电磁激振式机械球磨制备装置及工艺，装置包括缸体，缸体连接在台座上，磁极环连接在缸体内，磁钢连接在缸体的底部，导磁头连接在磁钢的上部，线圈缠绕在套筒上，套筒连接在中心推杆上，且位于磁极环和导磁头之间，中心推杆的下部安装在下簧片上，中心推杆的上部安装在上簧片上，上簧片安装在缸体内，球磨杯通过耐磨圆盘与顶杆接触，顶杆与中心推杆相连，弹簧将上盖和球磨杯连接在一起，球磨杯外壁与线性轴承配合，线性轴承固定在外筒上，球磨杯内盛满多个钢球和微小颗粒，工艺是依靠激振力作用于球磨杯底部方式使得整个球磨杯中的所有钢球都得到均匀的振动，具有振动频率可调、球磨效率高、噪声小、等优点。
Description
技术领域
本发明属于纳米粉等微小颗粒的物理制备技术领域，具体涉及一种微小颗粒的电磁激振式机械球磨制备装置及工艺。
背景技术
自从Benjamin在1966年使用机械轴带动搅拌棒迫使圆球体之间产生相对的机械运动，使得圆球体之间的微小颗粒被研磨细化，得到氧化物强化的镍基超合金后，机械球磨技术正在成为用传统方法很难得到或得不到的各种亚稳定相、非平衡相、超固溶合金、纳米粉体等的主要制备技术之一。随着对纳米粉颗粒性能要求的提高，机械轴带动搅拌棒迫使圆球体之间产生相对的机械运动的传统的机械球磨技术渐渐暴露出一些不足之处。
机械搅拌轴带有径向搅拌横杆(叶片、棒)对钢球施加机械搅拌力使得钢球高速旋转，相互之间产生相对的摩擦运动及碰撞，实现对钢球之间的微小颗粒进行研磨粉碎的目的。传统的机械搅拌轴式的球磨方式存在着以下不足：
首先，由于传统的机械搅拌轴带有径向搅拌横杆(叶片、棒)的不同半径处的线速度不一致，导致了在搅拌桶半径较大的外环处的微小颗粒与处于半径较小的靠近搅拌轴中部的微小颗粒的研磨效果差异很大。
其次，传统的机械搅拌轴通常是依靠电动机带动，搅拌轴的转速也只有每分钟几百最高上千转，钢球研磨的频率只有十几Hz、最高几十Hz，研磨效果差，要制取纳米粉常常需要近十小时、大多数达十几小时以上；若要提高钢球的研磨纳米粉的生产效率，例如达到上千Hz，就可大幅度减少球磨时间。这在传统的机械搅拌球磨工艺中实现的难度很大，甚至是不可能的。
再次，由于机械球磨的球体之间很容易产生滚动，相对的摩擦系数小，从而降低了对相邻球体之间微小颗粒的研磨作用，造成采用传统的机械搅拌轴带动径向搅拌横杆来迫使钢球运动时仅仅使得相邻径向搅拌横杆附近的球体产生运动，不能使得周围的其它球体之间产生显著的相对运动，从而降低了相邻球体对处于两球体之间的微小颗粒的研磨作用。为了使得整个的球球体都能运动起来，势必要增加径向搅拌横杆的数量，这样当传统的机械球磨时搅拌轴的转速高于每分钟一千转，即30Hz以上，球体之间的碰撞产生的机械噪声太大。
最后，传统的机械搅拌转动轴式球磨方式，能量利用率低，钢球发热严重，而超细的纳米粉对温度氧化很敏感，造成制备的粉末易变质。
激振器是能够产生给定频率和给定振幅的激振力的装置，能使试验件获得一定形式和大小的振动量，或与其他部件组成振动系统。激振器还可用于对物体进行振动和强度试验，或对振动测试仪器和传感器进行校准。
激振器按激励原理的不同，可分为惯性电动式、电磁式、电液式、气动式和液压式等形式。电磁激振器的工作频率可达几百、上千Hz、并且很容易实现上万Hz。在不同的应用领域，根据所需的激励原理的不同，振动机械会选用不同形式的激振器。但是，目前的一些激振器因为工艺及机械结构上的许多关键技术问题未得以解决，不能直接用于诸如纳米粉的微小颗粒的机械球磨制备工艺之中，而在诸如纳米粉的微小颗粒采用物理式机械球磨制备领域，采用电磁激振器激振的方式研磨诸如纳米粉的微小颗粒具有重要的意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微小颗粒的电磁激振式机械球磨制备装置及工艺，具有振动频率可调、球磨微小颗粒效率高、能量利用率高、噪声小、发热量低等优点。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种微小颗粒的电磁激振式机械球磨制备装置，包括缸体12，缸体12通过调节螺栓21连接在台座15上，磁钢17连接在缸体12的内部，导磁头19连接在磁钢17的上部，磁极环11连接在缸体12的中上部，安装位置与导磁头19相对应，上盖23安装在缸体12顶部，中心推杆18从中穿过导磁头19和磁钢17，中心推杆18的下端穿过第一滑动轴承13，第一滑动轴承13通过下盖板16安装在缸体12的底部，中心推杆18的下端与下簧片14连接在一起，下簧片14连接在缸体12的底部，中心推杆18的顶端与套筒10连接在一起，线圈20缠绕在套筒10的外壁上，且线圈20位于导磁头19和磁极环11之间，上簧片9和耐磨上顶杆22连接在套筒10的上端，耐磨上顶杆22穿过第二滑动轴承24与耐磨圆盘7接触，第二滑动轴承24被盖板25固定在圆环8内，圆环8的下端与上盖23连接，圆环8外设有的弹簧27上部与球磨杯5底部接触，下部和上盖23连接，耐磨圆盘7安装在球磨杯5的底部，多个钢球29和微小颗粒28盛放在球磨杯5内，球磨杯盖2连接在球磨杯5上部，且将球磨杯5密封，球磨杯盖2顶部设有孔30，孔30和抽真空管子相联，球磨杯5外与圆筒型线性轴承4接触，圆筒型线性轴承4安装在外筒3上，外筒3连接在上盖23上，外筒3的顶部和堵头盖1连接，堵头盖1与球磨杯5顶部上端面之间预留间隙，外筒3的下部有通入冷却液的第一冷却通道26，外筒3的上部有冷却液流出的第二冷却通道31,外筒盖32安装在外筒3上部，并能够上下调节，用来限制激振器的振幅。
所述的一种微小颗粒的电磁激振式机械球磨制备装置的制备工艺，包括以下步骤：
1)将要进行机械球磨的微小颗粒28和钢球29倒入球磨杯5中，球磨杯盖2拧入球磨杯5的螺纹孔中；
2)将安装好的球磨杯5整体装入圆筒型线性轴承4的内孔，堵头盖1拧入到外筒3的内螺纹孔之中，再将抽真空的管接头及管子拧入球磨杯盖2顶部的内螺纹孔之中，然后，对球磨杯5中的空气进行抽真空，达到规定的真空度后停止抽真空；
3)将冷却液体从外筒3下端的进液孔通入，冷却液从外筒3的上端流出，在整个球磨过程中一直保持冷却液对球磨杯5的冷却作用；
4)设置好激振频率，电磁激振器的线圈20通电，电磁激振器的电磁力推动耐磨上顶杆22向上运动，耐磨上顶杆22作用到球磨杯5的底部，使得其向上运动，球磨杯5的球磨杯盖2的上端面碰到外筒3的堵头盖1的下端面后，停止向上运动；然后再堵头盖1的碰撞的向下作用力与球磨杯5的自重共同作用下，球磨杯5向下运动，回到初始下死点位置，完成一个上下运动的工作循环，由于球磨杯5壳体的上下振动，使得其内钢球也产生上下振动，达到研磨钢球之间的微小颗粒，使其细化的目的；
5)电磁激振器连续使得球磨杯5产生上下振动，达到规定的时间后，激振器停止运动，冷却水再将球磨杯5强制冷却一段时间，温度传感器传出的温度到达5摄氏度后，冷却水停止供给；
6)拧开堵头盖1，将球磨好的球磨杯5从外筒3中取出，整个电磁激励的机械球磨工作循环结束。
本发明的依靠激振力作用于球磨杯5底部方式使得整个球磨杯5中的所有钢球都得到均匀的振动，因此，此种球磨方式实现研磨微小微粒的均匀一致性好，尤其是越靠近底部的微小颗粒被球磨的越小。具有振动频率可调、球磨微小颗粒效率高、能量利用率高、噪声小、发热量低等优点。
附图说明
图1是本发明装置的主视图。
图2是图1中的A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
如图1和图2所示，一种微小颗粒的电磁激振式机械球磨制备装置，包括缸体12，缸体12通过调节螺栓21连接在台座15上，磁钢17通过螺钉连接在缸体12的内部，导磁头19通过螺钉连接在磁钢17的上部，磁极环11连接在缸体12的中上部，安装位置与导磁头19相对应，中心推杆18从中穿过导磁头19和磁钢17，中心推杆18的下端穿过第一滑动轴承13，第一滑动轴承13通过下盖板16安装在缸体12的底部，上盖23安装在缸体12顶部，中心推杆18的下端与下簧片14连接在一起，下簧片14连接在缸体12的底部，中心推杆18的顶端有外螺纹，套筒10的中部开有内螺纹孔，中心推杆18的通过螺纹与套筒10连接在一起，线圈20缠绕在套筒10的外壁上，且线圈20位于导磁头19和磁极环11之间，上簧片9和耐磨上顶杆22通过螺钉连接在套筒10的上端，耐磨上顶杆22穿过第二滑动轴承24与耐磨圆盘7接触，耐磨上顶杆22要具有足够的硬度，以保证其耐磨性,第二滑动轴承24用于耐磨上顶杆22的导向，第二滑动轴承24被盖板25固定在圆环8内，圆环8用于限制激振器的振幅行程，圆环8外径用于支撑弹簧27的定位，圆环8的下端与上盖23连接，圆环8外设有的弹簧27上部与球磨杯5底部接触，下部和上盖23连接，弹簧27的最小工作载荷要等于其上面所作用的上下移动的球磨杯5、钢球29、微小颗粒28及球磨杯盖2等的自重，耐磨圆盘7安装在球磨杯5的底部，多个钢球29和微小颗粒28盛放在球磨杯5内，球磨杯5内最多装满1/3～1/2的钢球29，以保证在激振时让其中的钢球29能全部被激振运动起来，达到球磨加入的微粒的作用，球磨杯盖2连接在球磨杯5上部，且将球磨杯5密封，球磨杯盖2顶部钻有带有内螺纹的孔30，孔30和抽真空管子相联，球磨杯盖2顶部的外圆上带有密封圈，防止冷却水泄漏，球磨杯5外与圆筒型线性轴承4接触，圆筒型线性轴承4通过销钉6安装在外筒3上，外筒3通过螺钉连接在上盖23上，外筒3的顶部加工内螺纹，并和一个带有外螺纹的堵头盖1连接，堵头盖1与球磨杯5顶部上端面之间预留一个间隙，该间隙就是激振器的行程，纳米粉球磨时会产生大量的热量，在球磨时向外筒3内通入冷却液，外筒3的下部有通入冷却液的第一冷却通道26，外筒3的上部有冷却液流出的第二冷却通道31,外筒盖32安装在外筒3上部，并能够上下调节，用来限制激振器的振幅。
本发明的工作原理为：
本发明的依靠激振力作用于球磨杯5底部方式使得整个球磨杯5中的所有钢球都得到均匀的振动，因此，此种球磨方式实现研磨微小微粒的均匀一致性好，尤其是越靠近底部的微小颗粒被球磨的越小。具有振动频率可调、球磨微小颗粒效率高、能量利用率高、噪声小、发热量低等优点。
当线圈20通过经功率放大后的交变电流时，根据磁场中载流体受力的原理，线圈20将受到与电流成正比的电动力的作用，此力首先传递到中心推杆18上，第一滑动导向轴承13和第二导向滑动轴承24均用于中心推杆18的导向，中心推杆18上下分别于上簧片9和下簧片14相连，中心推杆18将激振力通过耐磨上顶杆22传到球磨杯5上，通过输入控制信号，控制激振力的大小、方向和频率等，实现激振，球磨杯5中的多个钢球29在激振力的作用下研磨微小颗粒28，弹簧27将上盖23和球磨杯5连接在一起，用于平衡球磨杯5、钢球29和微小颗粒28的自重，纳米粉球磨时会产生大量的热量，在球磨时向外筒3内通入冷却液。
所述的一种微小颗粒的电磁激振式机械球磨制备装置的制备工艺，包括以下步骤：
1)将要进行机械球磨的微小颗粒28和钢球29倒入球磨杯5中，球磨杯盖2拧入球磨杯5的螺纹孔中；
2)将安装好的球磨杯5整体装入圆筒型线性轴承4的内孔，堵头盖1拧入到外筒3的内螺纹孔之中，再将抽真空的管接头及管子拧入球磨杯盖2顶部的内螺纹孔之中，然后，对球磨杯5中的空气进行抽真空，达到规定的真空度后停止抽真空；
3)将冷却液体从外筒3下端的进液孔通入，冷却液从外筒3的上端流出，在整个球磨过程中一直保持冷却液对球磨杯5的冷却作用；
4)设置好激振频率，电磁激振器的线圈20通电，电磁激振器的电磁力推动耐磨上顶杆22向上运动，耐磨上顶杆22作用到球磨杯5的底部，使得其向上运动，球磨杯5的球磨杯盖2的上端面碰到外筒3的堵头盖1的下端面后，停止向上运动；然后再堵头盖1的碰撞的向下作用力与球磨杯5的自重共同作用下，球磨杯5向下运动，回到初始下死点位置，完成一个上下运动的工作循环，由于球磨杯5壳体的上下振动，使得其内钢球也产生上下振动，达到研磨钢球之间的微小颗粒，使其细化的目的；
5)电磁激振器连续使得球磨杯5产生上下振动，达到规定的时间后，激振器停止运动，冷却水再将球磨杯5强制冷却一段时间，温度传感器传出的温度到达5摄氏度后，冷却水停止供给；
6)拧开堵头盖1，将球磨好的球磨杯5从外筒3中取出，整个电磁激励的机械球磨工作循环结束。
Claims (2)
1.一种微小颗粒的电磁激振式机械球磨制备装置，包括缸体(12)，其特征在于：缸体(12)通过调节螺栓(21)连接在台座(15)上，磁钢(17)连接在缸体(12)的内部，导磁头(19)连接在磁钢(17)的上部，磁极环(11)连接在缸体(12)的中上部，安装位置与导磁头(19)相对应，上盖(23)安装在缸体(12)顶部，中心推杆(18)从中穿过导磁头(19)和磁钢(17)，中心推杆(18)的下端穿过第一滑动轴承(13)，第一滑动轴承(13)通过下盖板(16)安装在缸体(12)的底部，中心推杆(18)的下端与下簧片(14)连接在一起，下簧片(14)连接在缸体(12)的底部，中心推杆(18)的顶端与套筒(10)连接在一起，线圈(20)缠绕在套筒(10)的外壁上，且线圈(20)位于导磁头(19)和磁极环(11)之间，上簧片(9)和耐磨上顶杆(22)连接在套筒(10)的上端，耐磨上顶杆(22)穿过第二滑动轴承(24)与耐磨圆盘(7)接触，第二滑动轴承(24)被盖板(25)固定在圆环(8)内，圆环(8)的下端与上盖(23)连接，圆环(8)外设有的弹簧(27)上部与球磨杯(5)底部接触，下部和上盖(23)连接，耐磨圆盘(7)安装在球磨杯(5)的底部，多个钢球(29)和微小颗粒(28)盛放在球磨杯(5)内，球磨杯盖(2)连接在球磨杯(5)上部，且将球磨杯(5)密封，球磨杯盖(2)顶部设有孔(30)，孔(30)和抽真空管子相联，球磨杯(5)外与圆筒型线性轴承(4)接触，圆筒型线性轴承(4)安装在外筒(3)上，外筒(3)连接在上盖(23)上，外筒(3)的顶部和堵头盖(1)连接，堵头盖(1)与球磨杯(5)顶部上端面之间预留间隙，外筒(3)的下部有通入冷却液的第一冷却通道(26)，外筒(3)的上部有冷却液流出的第二冷却通道(31)，外筒盖(32)安装在外筒(3)上部，并可上下调节，用来限制激振器的振幅。
2.使用权利要求1所述的一种微小颗粒的电磁激振式机械球磨制备装置生产微小颗粒的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)将要进行机械球磨的微小颗粒(28)和钢球(29)倒入球磨杯(5)中，球磨杯盖(2)拧入球磨杯(5)的螺纹孔中；
2)将安装好的球磨杯(5)整体装入圆筒型线性轴承(4)的内孔，堵头盖(1)拧入到外筒(3)的内螺纹孔之中，再将抽真空的管接头及管子拧入球磨杯盖(2)顶部的内螺纹孔之中，然后，对球磨杯(5)中的空气进行抽真空，达到规定的真空度后停止抽真空；
3)将冷却液体从外筒(3)下端的进液孔通入，冷却液从外筒(3)的上端流出，在整个球磨过程中一直保持冷却液对球磨杯(5)的冷却作用；
4)设置好激振频率，电磁激振器的线圈(20)通电，电磁激振器的电磁力推动耐磨上顶杆(22)向上运动，耐磨上顶杆(22)作用到球磨杯(5)的底部，使得其向上运动，球磨杯(5)的球磨杯盖(2)的上端面碰到外筒(3)的堵头盖(1)的下端面后，停止向上运动；然后在堵头盖(1)的碰撞的向下作用力与球磨杯(5)的自重共同作用下，球磨杯(5)向下运动，回到初始下死点位置，完成一个上下运动的工作循环，由于球磨杯(5)壳体的上下振动，使得其内钢球也产生上下振动，达到研磨钢球之间的微小颗粒被细化的目的；
5)电磁激振器连续使得球磨杯(5)产生上下振动，达到规定的时间后，激振器停止运动，冷却水再将球磨杯(5)强制冷却一段时间，温度传感器传出的温度到达5摄氏度后，冷却水停止供给；
6)拧开堵头盖(1)，将球磨好的球磨杯(5)从外筒(3)中取出，整个电磁激励的机械球磨工作循环结束。
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Legal Events
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Granted publication date: 20170301 Termination date: 20180316 |