CN107413456A - 一种贴壁球磨方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种贴壁球磨方法及其装置，包括电机、振动台和球磨罐，所述电机与振动台之间采用传动软轴连接，将球磨罐以卧式对称的放置在振动台的左右两侧，球磨罐侧壁平行于振动台凹槽底部，通过计算确定振动台发生共振时的电机的共振点转速n0，围绕该共振点转速n0在其前后分别选取几个启动转速，在这些启动转速附近适当延长停留时间，以促使磨球积累足够高的动能，从而有利于磨球贴壁运动的实现。利用贴壁球磨方法，有利于磨细样品，有利于扩展球磨罐和磨球能采用的材质范围，还有利于与其他能量类型的耦合，实现更高能的球磨，大大缩短球磨时间和减少污染。

Description

一种贴壁球磨方法及其装置

技术领域

本发明属于粉末加工技术领域，具体涉及一种贴壁球磨方法及其装置。

背景技术

用球磨进行粉末样品加工是常用的方法，粉末颗粒经压延、压合、碾碎、再压合的反复过程，可以使粉末晶粒及颗粒尺寸不断细化，最后可以获得组织和成分分布均匀的粉末。除了使得粉末细化之外，球磨还可以用来引入位错和空位等缺陷；可以使得不同样品发生反应，如将两种金属进行机械合金化，或将非金属与金属进行反应球磨（如Mg+2B=MgB2）；可以在一定气氛下进行球磨以达到表面改性，如金属粉在氨气下球磨；球磨能量高时，还可以用来制备非平衡的样品，如非平衡的过饱和固溶体。

传统的球磨方式主要包括行星球磨，振动球磨，和搅拌球磨三种。振动球磨方式是应用较多的球磨方式，主要优点在于：粉末加工量大，操作工艺方便，设备成本低，球磨能量较高，容易实现技术改进。但是存在以下缺点，由于磨球之间、磨球与球磨罐内壁之间频繁发生较高能量的碰撞，所以球磨罐和磨球通常采用非脆性材料，如不锈钢、硬质合金、尼龙等，这会导致在加工金属基样品的时，尤其是加工铝合金等粘性较高的金属基样品时，样品与球磨罐内壁、磨球非常容易发生粘连，致使加工效果只发生在样品表面，样品均匀度很差。另外如果采用球磨罐内部带有电极棒的辅助球磨时，由于磨球运动轨迹杂乱，磨球会与位于罐体中间的电极棒发生频繁撞击，导致电极棒使用寿命很短。

发明内容

本发明针对上述背景技术中存在的技术问题，提供一种贴壁球磨方法及其装置。

首先，本发明提出一种磨球贴住球磨罐内壁做高速圆周运动的贴壁球磨方法，包括以下步骤：

1）安装球磨装置，包括电机、振动台和球磨罐，所述电机与振动台之间采用传动软轴连接，在球磨罐中装入磨球和待处理粉末，安装好球磨罐的盖板，将球磨罐对称的放置在振动台的左右两侧，并以卧式固定在振动台上，保持振动台水平；

2）通过计算确定振动台发生共振时电机的共振点转速n0，在共振点转速n0的前后分别选取多个启动转速，调节电机按照预设的启动方式进行启动，先调节电机快速运转到小于共振点转速n0的启动转速，并延长停留时间，磨球集聚能量，然后电机快速运转到大于共振点转速n0的启动转速，并延长停留时间，最后电机逐步提速到稳态转速n1，实现磨球贴住球磨罐内壁做高速圆周运动。

进一步的，所述步骤2）中，在共振点转速n0的前后分别选取第一启动转速n2和第二启动转速n3，其中n2<n0<n3，n2=(n0-300，n0)，n3=(n0，n0+300)，n0、n2和n3的单位为r/min；启动电机时，先调节电机转速快速运转到第一启动转速n2，并保持T1时间，T1为5-10s，然后调节电机转速快速运转到第二启动转速n3，并保持T2时间，T2为5-10s，最后逐步提速到稳态转速n1，n1=(n3，n3+500)。

进一步的，所述步骤2）中，在共振点转速n0的前后分别选取第一启动转速n2、第二启动转速n3和第三启动转速n4，其中n2< n3<n0<n4，n2=(n3-200，n3)，n3=(n0-200，n0),n4=(n0，n0+300)，n0、n2、n3和n4的单位为r/min；电机启动方式为，先调节电机转速快速运转到第一启动转速n2，并保持T1时间，T1为3-8s，然后调节电机转速快速运转到第二启动转速n3，并保持T2时间，T2为3-8s，再调节电机转速快速运转到第三启动转速n4，最后在T3时间内逐步提速到到稳态转速n1，T3为5-10s，n1=(n4，n4+500)。

进一步的，所述步骤2）中，在共振点转速n0的前后分别选取第一启动转速n2、第二启动转速n3和第三启动转速n4，其中n2< n3<n0<n4，n2=(n3-200，n3)，n3=(n0-200，n0),n4=(n0，n0+300)，n0、n2、n3和n4的单位为r/min；启动电机时，先调节电机转速快速运转到第一启动转速n2，然后在T1时间内均匀加速到第二启动转速n3，并保持T2时间，T1为5-10s，T2为3-8s，再调节电机转速快速运转到第三启动转速n4，并保持T3时间，T3为5-10s，最后逐步提速到稳态转速n1，n1=(n4，n4+500)。

进一步的，所述球磨罐的罐体与磨球的材料是陶瓷基材料，例如氧化锆、氮化硅等。

本发明的球磨装置的方案是这样实现的：一种球磨装置，包括电机、振动台、球磨罐和基座，其特征在于：所述振动台中部设置有激振器，所述电机的输出轴与激振器的转动轴之间设置传动软轴连接，所述电机的输出轴与激振器的转动轴的中心线对齐；所述振动台底部四个角均设有上导柱，所述基座上侧对应位置设有下导柱，所述上导柱与下导柱之间设有圆柱形压簧；所述振动台两侧分别设有对称的圆弧形凹槽，所述凹槽两侧设有均匀分布的螺孔所述球磨罐以卧式放置在凹槽内，每侧凹槽放置1个或2个球磨罐，两侧的球磨罐左右对称；所述球磨罐上设有用于紧固球磨罐的圆弧形的夹具，所述夹具通过螺钉固定于凹槽两侧的螺孔；所述电机上设有通过控制电机转速的调速器。

进一步的，所述球磨罐的罐体的内侧壁设有内凹的弧形面。使得球磨时粉末和磨球集中在弧底部分，粉末与磨球相遇的机会大大提高，从而提高球磨效率。

进一步的，所述传动软轴为复合结构，包括采用高韧性的橡胶或高分子材料制成的空心圆管，所述空心圆管的内部设有高强拉力的纤维层，所述纤维层的内部或空心圆管的内壁设有琴钢丝绕制的扭簧。传动软轴采用复合结构，扭簧可以实现软轴快速类圆锥运动，防止外壁坍塌，增加传动软轴的强度，空心圆管可以防止扭簧变形过大，提高传动软轴的使用寿命，另外，扭簧设置在空心圆管内壁上时可方便拆卸，当空心圆管损坏了，只需进行更换外层，便于维护。

进一步的，所述球磨罐的盖板与罐体接触端设有环形挡圈，挡圈与罐体开口间隙配合，所述盖板内表面与挡圈表面设有疏水疏油的透明涂料层，所述盖板采用透明材料制成。盖板采用透明材料制作有利于观察球磨罐内部运动情况；挡圈可以使盖板避免磨球碰撞而损坏。

进一步的，还包括用于调节振动台水平度的配重件，所述配重件通过螺纹固定在凹槽两侧的螺孔。通过增加或减少配重件固定在振动台两侧，使振动台工作前保持水平，避免磨球偏聚于一侧而增加磨球间的相互碰撞。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提出了一种实现磨球贴住球磨罐内壁做高速圆周运动的贴壁球磨方法磨球集体都在相对球磨罐做贴壁式圆周运动，磨球之间不发生相互碰撞，磨球与球磨罐间也不发生相互碰撞。由于磨球与球磨罐间无撞击式作用，因此适用于所有材质的球磨罐和磨球；

2、本发明采用了磨球贴壁球磨的方式，磨球是以较大压力滚过，或滑过，或滚+滑过样品，因此样品更容易细化，而且采用软轴驱动，振幅比硬轴驱动方式明显大，电机转速也可以达到较高数值，如1600转/分，因此球磨能量比硬轴驱动更高，球磨效率更高；

3、本发明的球磨罐与磨球采用硬度高和耐磨性好的陶瓷基材料，比如氧化锆、氮化硅等，陶瓷基材料不易与金属材料发生粘连，所以本发明尤其适用于金属基材料的球磨加工，如铝基材料等；

4、本发明可以应用到带有电极棒的辅助球磨机，磨球做贴壁运动而不会与中间的电极棒发生碰撞，影响电极棒的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明球磨罐的横截面结构示意图；

图3是本发明实施例1的传动软轴的横截面结构示意图；

图4是本发明实施例1的电机启动曲线图；

图5是本发明实施例1的电机启动曲线图；

图6是本发明实施例1的电机启动曲线图；

图中零部件名称及序号：

电机1，振动台2，球磨罐3，基座4，激振器5，传动软轴6，上导柱7，下导柱8，压簧9，凹槽10，夹具11，圆弧面12，挡圈13，磨球14，配重件15；

罐体301，盖板302；

空心圆管601，纤维层602，扭簧603。

具体实施方式

以下结合附图和实施例描述本发明，以下实施例以发明最优效果进行解释说明，但是这些实施例并非本发明的限制。

实施例1：

如图1-3所示，实现本发明的球磨装置，包括电机1，振动台2，球磨罐3和基座4，振动台2中部设置有激振器5，电机1的输出轴与激振器5的转动轴之间设置传动软轴6连接，传动软轴6为复合结构，包括采用高韧性的橡胶或高分子材料制成的空心圆管601，空心圆管601的内部设有高强拉力的纤维层602，纤维层602的内部设有琴钢丝绕制的扭簧603；电机1的输出轴与激振器5的转动轴的中心线对齐；振动台2底部四个角均设有上导柱7，基座4上侧对应位置设有下导柱8，所述上导柱7与下导柱8之间设有圆柱形压簧8，可以根据球磨罐的数量和质量，更换与之配套的压簧8；振动台2两侧分别设有对称的圆弧形凹槽10，球磨罐3以卧式放置在凹槽10内，每侧凹槽10放置1个球磨罐，两侧的球磨罐左右对称，以保证球磨前振动台2保持水平；球磨罐3上设有用于紧固球磨罐3的圆弧形的夹具11，夹具11通过螺钉固定在凹槽10的两侧。

本实施例中，还包括了用于调节振动台水平度的配重件15，并通过螺纹固定在振动台2的两侧，配重件15可以制作成不同重量，根据振动台的水平度，增加或减少振动台2两侧的配重件15，使振动台工作前保持水平。

本实施例中，球磨罐3和磨球14可以采用现有技术中的球磨罐和磨球。电机1上设有通过控制电机转速的调速器，使电机1按照设定的启动方式进行启动。

实现磨球贴住球磨罐内部做高速圆周运动的贴壁球磨方法的步骤是：

1）安装球磨装置，包括电机1、振动台2和球磨罐3，在球磨罐3中装入磨球14和待处理粉末，盖好球磨罐的盖板302，将球磨罐3对称的放置在振动台的左右两侧；

2）通过弹簧共振频率计算公式：（k为振动台4个压簧的等效劲度系数，m为振动台和球磨罐的折合质量）计算出压簧9的共振频率，在该频率下振动台发生共振，此时电机的共振点转速为n0，本实施例中设定共振点转速n0=900r/min，在共振点转速n0的前后分别选取第一启动转速n2=700r/min和第二启动转速n3=1100r/min，启动电机时，通过调速器使电机1按照预设的启动方式启动，如图4所示，先调节电机转速快速运转到第一启动转速n2，并保持10s时间，然后调节电机转速快速运转到第二启动转速n3，并保持10s，最后逐步提速到稳态转速n1=1400r/min，最终实现磨球贴住球磨罐内壁做高速圆周运动。

实施例2：

与实施例1的不同之处在于，本实施例中设定共振点转速n0=900r/min，在共振点转速n0的前后分别选取第一启动转速n2=550r/min、第二启动转速n3=750r/min和第三启动转速n4=1150r/min,电机启动方式如图5所示，先调节电机转速快速运转到第一启动转速n2，并保持8s，然后调节电机转速快速运转到第二启动转速n3，并保持8s，再调节电机转速快速运转到第三启动转速n4，最后在10s内匀速运转到稳态转速n1=1500r/min，最终实现磨球贴住球磨罐内壁做高速圆周运动，其余工作原理与实施例1相同。

实施例3：

与实施例1的不同之处在于，本实施例中设定共振点转速n0=900r/min，在共振点转速n0的前后分别选取第一启动转速n2=650r/min、第二启动转速n3=800r/min和第三启动转速n4=1200r/min，电机启动方式如图6所示，先调节电机转速快速运转到第一启动转速n2，然后在5s匀速运转到第二启动转速n3，并保持3s，再调节电机转速快速运转到第三启动转速n4，并保持5s，最后逐步提速到稳态转速n1=1500r/min，最终实现磨球贴住球磨罐内壁做高速圆周运动，其余工作原理与实施例1相同。

实施例4:

与实施例1的不同之处在于，罐体301的内侧壁设有内凹的弧形面12，使得球磨时粉末和磨球集中在弧形面的弧底部，粉末与磨球相遇的机会大大提高，从而提高球磨效率，其余工作原理与实施例1相同。

实施例5：

与实施例1的不同之处在于，球磨罐的盖板302与罐体301接触端设有环形挡圈13，挡圈13与罐体301开口间隙配合，盖板302内表面与挡圈13表面设有疏水疏油的透明双疏涂料层，盖板302采用透明材料制成，例如树脂等，其余工作原理与实施例1相同。

实施例6：

与实施例1的不同之处在于，球磨罐的罐体301和磨球14的材料均采用陶瓷基材料，比如氧化锆、氮化硅等，陶瓷硬度更高也更耐磨，对磨细粉末有利；另外由于陶瓷基材料的罐体和磨球不易与金属材料发生粘连，本实施例尤其适用于金属基材料粉末的球磨加工，其余工作原理与实施例1相同。

实施例7：

与实施例1的不同之处在于，琴钢丝绕制的扭簧603设置在空心圆管601的内壁上，其余工作原理与实施例1相同。

显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对实施的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式子以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种贴壁球磨方法，其特征在于：包括以下步骤，

1）安装球磨装置，包括电机、振动台和球磨罐，所述电机与振动台之间采用传动软轴连接，在球磨罐中装入磨球和待处理粉末，安装好球磨罐的盖板，将球磨罐对称的放置在振动台的左右两侧，并以卧式固定在振动台上，保持振动台水平；

2）通过计算确定振动台发生共振时电机的共振点转速n0，在共振点转速n0的前后分别选取多个启动转速，调节电机按照预设的启动方式进行启动，实现磨球贴住球磨罐内壁做高速圆周运动。

2.根据权利要求1所述的一种贴壁球磨方法，其特征在于：所述步骤2）中，在共振点转速n0的前后分别选取第一启动转速n2和第二启动转速n3，其中n2<n0<n3，n2=(n0-300，n0)，n3=(n0，n0+300)，n0、n2和n3的单位为r/min；电机启动方式为，先调节电机转速快速运转到第一启动转速n2，并保持T1时间，T1为5-10s，然后调节电机转速快速运转到第二启动转速n3，并保持T2时间，T2为5-10s，最后逐步提速到稳态转速n1，n1=(n3，n3+500)。

3.根据权利要求1所述的一种贴壁球磨方法，其特征在于：所述步骤2）中，在共振点转速n0的前后分别选取第一启动转速n2、第二启动转速n3和第三启动转速n4，其中n2< n3<n0<n4，n2=(n3-200，n3)，n3=(n0-200，n0),n4=(n0，n0+300)，n0、n2、n3和n4的单位为r/min；电机启动方式为，先调节电机转速快速运转到第一启动转速n2，并保持T1时间，T1为3-8s，然后调节电机转速快速运转到第二启动转速n3，并保持T2时间，T2为3-8s，再调节电机转速快速运转到第三启动转速n4，最后在T3时间内逐步提速到稳态转速n1，T3为5-10s，n1=(n4，n4+500)。

4.根据权利要求1所述的一种贴壁球磨方法，其特征在于：所述步骤2）中，在共振点转速n0的前后分别选取第一启动转速n2、第二启动转速n3和第三启动转速n4，其中n2< n3<n0<n4，n2=(n3-200，n3)，n3=(n0-200，n0),n4=(n0，n0+300)，n0、n2、n3和n4的单位为r/min；电机启动方式为，先调节电机转速快速运转到第一启动转速n2，然后在T1时间内均匀加速到第二启动转速n3，并保持T2时间，T1为5-10s，T2为3-8s，再调节电机转速快速运转到第三启动转速n4，并保持T3时间，T3为5-10s，最后逐步提速到稳态转速n1，n1=(n4，n4+500)。

5.根据权利要求1所述的一种贴壁球磨方法，其特征在于：所述球磨罐的罐体与磨球的材料是陶瓷基材料。

6.一种实现权利要求1所述贴壁球磨方法的球磨装置，包括电机、振动台、球磨罐和基座，其特征在于：所述振动台中部设置有激振器，所述电机的输出轴与激振器的转动轴之间设置传动软轴连接，所述电机的输出轴与激振器的转动轴的中心线对齐；所述振动台底部四个角均设有上导柱，所述基座上侧对应位置设有下导柱，所述上导柱与下导柱之间设有圆柱形压簧；所述振动台两侧分别设有对称的圆弧形凹槽，所述凹槽两侧设有均匀分布的螺孔，所述球磨罐以卧式放置在凹槽内，每侧凹槽放置1个或2个球磨罐，两侧的球磨罐左右对称；所述球磨罐上设有用于紧固球磨罐的圆弧形的夹具，所述夹具通过螺钉固定于凹槽两侧的螺孔；所述电机上设有通过控制电机转速的调速器。

7.根据权利要求6所述的一种球磨装置，其特征在于：所述球磨罐的罐体的内侧壁设有内凹的弧形面。

8.根据权利要求6所述的一种球磨装置，其特征在于：所述传动软轴为复合结构，包括采用高韧性的橡胶或高分子材料制成的空心圆管，所述空心圆管的内部设有高强拉力的纤维层，所述纤维层的内部或空心圆管的内壁设有琴钢丝绕制的扭簧。

9.根据权利要求6所述的一种球磨装置，其特征在于：所述球磨罐的盖板与罐体接触端设有环形挡圈，挡圈与罐体开口间隙配合，所述盖板内表面与挡圈表面设有疏水疏油的透明涂料层，所述盖板采用透明材料制成。

10.根据权利要求6所述的一种球磨装置，其特征在于：还包括用于调节振动台水平度的配重件，所述配重件通过螺纹固定在凹槽两侧的螺孔。