CN110315068A - 一种气氛保护金属粉末筛分装置及筛分方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种气氛保护金属粉末筛分装置及筛分方法，包括依次通过管路连通的惰性气体源、惰性气体阀门、气体流动驱动装置、气体过滤装置、粉体密封罐、粉体离心分离装置、气体检测装置、压力检测装置、三通阀门；惰性气体源连通至气体流动驱动装置的进风口；气体流动驱动装置的出风口与气体过滤装置连通；粉体密封罐的出口处设置有流量调节阀；三通阀门包括相互连通的入口、第一出口、第二出口，气体检测装置连通至入口，第一出口通向外界空气中，第二出口连通至气体流动驱动装置的进风口。所述方法包括如下步骤：装料、气体置换、筛分等。本发明的优点在于：安全性高，筛分效率高，操作便捷、省时省力，自动化程度较高。
Description
技术领域
本发明涉及金属粉末筛分领域，具体涉及一种气氛保护金属粉末筛分装置及筛分方法。
背景技术
金属3D打印所用的球形金属粉末，一般为某一段确定的粒度范围。而金属粉末生产出时，粒度范围一般远超过这一确定的粒度范围，因此需要通过筛分等方法，筛选出适合3D打印的粒度粉末。当前生产实施过程中，筛分一般通过振动筛分设备添加相应筛网解决，而遇到一些活性较高的金属粉末时，如TC4合金粉末，通过振动筛分的方式，对粉末性能如氧的增量等，会有影响，同时也会有一定的安全隐患。另外在实际生产中，采用传统的圆形振动筛或摇摆式振筛，在筛分时易产生堵塞现象，并存在产量低、筛网使用寿命短、频繁更换等问题。
3D打印成型产品的性能直接受到所使用金属球形粉末粒径分布的影响，实现精准分级对3D打印成败至关重要。当前对金属粉末的粒度分级，一般利用振动筛分设备筛网筛分，这种方法对活性不高的金属粉末性能影响较小，这种筛分几乎不会影响粉末性能，但存在反复筛分，效率低下的问题。另一方面以钛合金为代表的活性金属粉末筛分，通过振动筛分的形式，粉末氧增量会有较大提高，水分也有增加，从而影响后续打印成型零件的质量。更重要的，因为钛合金粉末活性较高，空气中筛分容易出现着火等安全事故。
实际生产中，已有采用旋风分离模式进行粒度分级的设备设施，这些设备设施没有气氛保护功能。专利CN 104338672 A介绍了一种旋转盘式球形粉末筛选装置及操作方法，通过采用旋转盘结构，实现了筛分操作的自动化。CN 107159562 A介绍了一种钛合金粉末的筛分装置，该筛分装置为振动筛分设备增加了真空上料机构。专利CN 207013176 U重点在于设置真空上料机构，通过旋风分离装置，实现钛合金粉末筛分。专利CN 108213431 A介绍了一种自上而下的以振动筛分装置为核心的筛分设备，该设备据专利介绍可做到与大气隔绝。专利CN 109513603 A同样介绍了一种以振动筛分设备为核心的筛分系统，筛分装置包括筛分系统、真空系统、充气系统、电磁送料系统四个部分，主要目的是为进行空气隔绝，该筛分装置主要针对高温合金。专利CN 109482501 A提供一种球形金属粉末的分离方法及装置，用以解决现有技术中球形金属粉末分离存在分离不连续，效率低以及分离功能单一等问题。
以上专利技术在实际生产中，发挥了积极作用，但是在生产连续性、稳定性、经济性，以及隔绝空气进行气氛保护方面还有许多不足，多数是围绕振动筛分设备而进行的技术开发，而实际生产中振动筛分设备做到有效气氛保护是比较难的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有技术中金属粉末筛分安全性较差、效率较低的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种气氛保护金属粉末筛分装置，包括依次通过管路连通的惰性气体源、气体流动驱动装置、气体过滤装置、粉体离心分离装置、气体检测装置、三通阀门；
所述惰性气体源连通至气体流动驱动装置的进风口，且所述惰性气体源与气体流动驱动装置之间的管路上设置有惰性气体阀门；
所述气体流动驱动装置的出风口与气体过滤装置连通；
还包括粉体密封罐，所述粉体密封罐的出口连通至气体过滤装置与粉体离心分离装置之间的管路上，所述粉体密封罐的出口处设置有流量调节阀；
还包括压力检测装置，以气体在整个装置中的流动方向为后，所述压力检测装置设置在三通阀门前方的管路上；
所述三通阀门包括相互连通的入口、第一出口、第二出口，所述气体检测装置连通至入口，第一出口通向外界空气中，第二出口连通至气体流动驱动装置的进风口。
本发明中的一种气氛保护金属粉末筛分装置在实际应用时，首先关闭流量调节阀，将待筛分的金属粉末装入粉体密封罐中；然后开启惰性气体阀门、第一出口，关闭第二出口，开启气体流动驱动装置，气体流动驱动装置将惰性气体源输送至整个装置中，惰性气体依次经过气体过滤装置、粉体离心分离装置、气体检测装置、三通阀门，并从第一出口排出；当气体检测装置检测的目标气体浓度达到预定要求时，关闭第一出口，打开第二出口，直到压力检测装置测得的压力数值达到要求时，关闭惰性气体阀门；开启流量调节阀，粉体密封罐中的金属粉末进入管路中，随后进入粉体离心分离装置中根据粒径进行分离；筛分完成后，关闭流量调节阀，随后关闭气体流动驱动装置、第二出口，开启第一出口，重复上述过程即可实现金属粉末的筛分，相对于现有技术，采用此装置进行金属粉末(尤其像钛合金这种活性金属)的筛分，全程都有惰性气体的保护，对水分、易引起安全隐患的气体等控制较为严格，减少了安全隐患，安全性较高，且筛分效率高，另外操作便捷、省时省力，自动化程度较高。
进一步的，所述惰性气体阀门为单向阀。单向阀能够确保惰性气体单向进入气体流动驱动装置，防止其反流，以免影响装置正常运转。
进一步的，所述气体流动驱动装置为离心风机或者空气压缩机。离心风机或者空气压缩机能够为气体在整个装置中的运转提供可靠的动力，且结构、原理较为简单，运行可靠。
进一步的，所述气体过滤装置包括除水过滤器、除油过滤器、除杂质过滤器中的一个或者多个的组合。除水过滤器、除油过滤器、除杂质过滤器分别去除流动气体中的水、油、杂质等，以免影响金属粉末的质量，避免安全事故的发生。
进一步的，还包括控制单元，所述惰性气体阀门、气体流动驱动装置、流量调节阀、粉体离心分离装置、气体检测装置、压力检测装置、三通阀门均连接至控制单元并由控制单元控制。控制单元控制装置中各部件的运转，进而能够实现整个装置的自动运行，自动化程度较高。
进一步的，所述粉体离心分离装置包括至少两个串联在一起的旋风分离器。待筛分的金属粉末进入旋风分离器后，在旋风分离器的作用下，相应粒径的金属粉末被筛分出来，多个旋风分离器则可实现不同粒径金属粉末的筛分，其整体结构、原理较为简单，运行可靠且筛分准确。
进一步的，还包括设置在粉体离心分离装置、气体检测装置之间的管路上的粉体过滤装置。粉体过滤装置可将来自粉体离心分离装置残留的金属粉末过滤掉，以免影响后续设备，确保筛分工作正常进行。
进一步的，所述粉体过滤装置包括承载罐、设置在承载罐中的过滤网、安装在承载罐上的安全阀，所述安全阀位于过滤网的进风侧。来自粉体离心分离装置的气流进入承载罐中，过滤网则将残留的金属粉末过滤下来，被过滤后的气流则穿过过滤网后从承载罐排出，安全阀则能够防止承载罐中压力过大，当其中压力达到一定数值时，安全阀自动打开进行泄压，粉体过滤装置能够有效的将来自粉体离心分离装置残留的金属粉末过滤掉，以免影响后续设备，确保筛分工作正常进行。
进一步的，所述气体检测装置包括氧气检测仪、氮气检测仪、氢气检测仪中的一种或者多种的组合。根据筛分金属粉末种类的不同，可进行相应气体的检测，进而防止对应气体含量过高而影响筛分质量甚至发生安全隐患。
本发明还公开一种采用上述任一项所述一种气氛保护金属粉末筛分装置的筛分方法，包括如下步骤：
S1、装料：关闭流量调节阀，将待筛分的金属粉末装入粉体密封罐中；
S2、气体置换：开启惰性气体阀门、第一出口，关闭第二出口，开启气体流动驱动装置，气体流动驱动装置将惰性气体源输送至整个装置中，惰性气体依次经过气体过滤装置、粉体离心分离装置、气体检测装置、三通阀门，并从第一出口排出；
S3、当气体检测装置检测的目标气体浓度达到预定要求时，关闭第一出口，打开第二出口，直到压力检测装置测得的压力数值达到要求时，关闭惰性气体阀门；
S4、开启流量调节阀，粉体密封罐中的金属粉末进入管路中，随后进入粉体离心分离装置中根据粒径进行分离；
S5、筛分完成后，关闭流量调节阀，随后关闭气体流动驱动装置、第二出口，开启第一出口，重复上述过程即可实现金属粉末的筛分。
相对于现有技术，采用上述方法进行金属粉末(尤其像钛合金这种活性金属)的筛分，全程都有惰性气体的保护，对水分、易引起安全隐患的气体等控制较为严格，减少了安全隐患，安全性较高，且筛分效率高，另外操作便捷、省时省力，自动化程度较高。
本发明的有益效果在于：
1.本发明中的一种气氛保护金属粉末筛分装置在实际应用时，首先关闭流量调节阀，将待筛分的金属粉末装入粉体密封罐中；然后开启惰性气体阀门、第一出口，关闭第二出口，开启气体流动驱动装置，气体流动驱动装置将惰性气体源输送至整个装置中，惰性气体依次经过气体过滤装置、粉体离心分离装置、气体检测装置、三通阀门，并从第一出口排出；当气体检测装置检测的目标气体浓度达到预定要求时，关闭第一出口，打开第二出口，直到压力检测装置测得的压力数值达到要求时，关闭惰性气体阀门；开启流量调节阀，粉体密封罐中的金属粉末进入管路中，随后进入粉体离心分离装置中根据粒径进行分离；筛分完成后，关闭流量调节阀，随后关闭气体流动驱动装置、第二出口，开启第一出口，重复上述过程即可实现金属粉末的筛分，相对于现有技术，采用此装置进行金属粉末(尤其像钛合金这种活性金属)的筛分，全程都有惰性气体的保护，对水分、易引起安全隐患的气体等控制较为严格，减少了安全隐患，安全性较高，且筛分效率高，另外操作便捷、省时省力，自动化程度较高。
2.单向阀能够确保惰性气体单向进入气体流动驱动装置，防止其反流，以免影响装置正常运转。
3.离心风机或者空气压缩机能够为气体在整个装置中的运转提供可靠的动力，且结构、原理较为简单，运行可靠。
4.除水过滤器、除油过滤器、除杂质过滤器分别去除流动气体中的水、油、杂质等，以免影响金属粉末的质量，避免安全事故的发生。
5.控制单元控制装置中各部件的运转，进而能够实现整个装置的自动运行，自动化程度较高。
6.待筛分的金属粉末进入旋风分离器后，在旋风分离器的作用下，相应粒径的金属粉末被筛分出来，多个旋风分离器则可实现不同粒径金属粉末的筛分，其整体结构、原理较为简单，运行可靠且筛分准确。
7.粉体过滤装置可将来自粉体离心分离装置残留的金属粉末过滤掉，以免影响后续设备，确保筛分工作正常进行。
8.来自粉体离心分离装置的气流进入承载罐中，过滤网则将残留的金属粉末过滤下来，被过滤后的气流则穿过过滤网后从承载罐排出，安全阀则能够防止承载罐中压力过大，当其中压力达到一定数值时，安全阀自动打开进行泄压，粉体过滤装置能够有效的将来自粉体离心分离装置残留的金属粉末过滤掉，以免影响后续设备，确保筛分工作正常进行。
9.根据筛分金属粉末种类的不同，可进行相应气体的检测，进而防止对应气体含量过高而影响筛分质量甚至发生安全隐患。
10.相对于现有技术，采用上述方法进行金属粉末(尤其像钛合金这种活性金属)的筛分，全程都有惰性气体的保护，对水分、易引起安全隐患的气体等控制较为严格，减少了安全隐患，安全性较高，且筛分效率高，另外操作便捷、省时省力，自动化程度较高。
附图说明
图1为本发明实施例中一种气氛保护金属粉末筛分装置的示意图；
其中，
惰性气体源-1、惰性气体阀门-11；
气体流动驱动装置-2；
气体过滤装置-3；
粉体密封罐-4、流量调节阀-41；
粉体离心分离装置-5、旋风分离器-51、粉体收集罐-52；
粉体过滤装置-6、承载罐-61、过滤网-62、安全阀-63；
气体检测装置-7；
压力检测装置-8；
三通阀门-9、入口-91、第一出口-92、第二出口-93。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一：
如图1所示，一种气氛保护金属粉末筛分装置，包括惰性气体源1、气体流动驱动装置2、气体过滤装置3、粉体密封罐4、粉体离心分离装置5、粉体过滤装置6、气体检测装置7、压力检测装置8。
所述惰性气体源1、气体流动驱动装置2、气体过滤装置3、粉体离心分离装置5、气体检测装置7、三通阀门9依次通过管路连通。
所述惰性气体源1连通至气体流动驱动装置2的进风口，且所述惰性气体源1与气体流动驱动装置2之间的管路上设置有惰性气体阀门11，所述惰性气体阀门11为单向阀。
所述气体流动驱动装置2的出风口与气体过滤装置3连通，所述气体流动驱动装置2为离心风机，另外，根据实际需求，也可将气体流动驱动装置2设置成空气压缩机或者其他能够驱动管路中气体流动的设备。
所述气体过滤装置3包括除水过滤器、除油过滤器、除杂质过滤器中的一个或者多个的组合，本实施例中所述气体过滤装置3包括除水过滤器、除油过滤器和除杂质过滤器。
本实施例中，还包括粉体密封罐4，所述粉体密封罐4的出口连通至气体过滤装置3与粉体离心分离装置5之间的管路上，所述粉体密封罐4的出口处设置有流量调节阀41。
所述粉体离心分离装置5包括至少两个串联在一起的旋风分离器51，本实施例中所述旋风分离器51设置三个，三个旋风分离器51串联，进而实现不同粒径金属粉末的筛分，每个旋风分离器51底部出口处均安装有粉体收集罐52用以收集被筛分的金属粉末，且粉体收集罐52与旋风分离器51之间密封连接。
还包括设置在粉体离心分离装置5、气体检测装置7之间的管路上的粉体过滤装置6。
所述粉体过滤装置6包括承载罐61、设置在承载罐61中的过滤网62、安装在承载罐61上的安全阀63，所述安全阀63位于过滤网62的进风侧，本实施例中过滤网62采用布袋，气流进入承载罐61中的布袋中，布袋将残留粉体过滤下，被过滤之后的气流则穿过布袋后从承载罐61排出。
所述气体检测装置7包括氧气检测仪、氮气检测仪、氢气检测仪中的一种或者多种的组合，本实施例中所述气体检测装置7为氧气检测仪。
还包括压力检测装置8，以气体在整个装置中的流动方向为后，所述压力检测装置8设置在三通阀门9前方的管路上，进一步的，本实施例中所述压力检测装置8设置在气体检测装置7、三通阀门9之间，压力检测装置8为压力表。
所述三通阀门9包括相互连通的入口91、第一出口92、第二出口93，所述气体检测装置7连通至入口91，第一出口92通向外界空气中，第二出口93连通至气体流动驱动装置2的进风口，本实施例中所述三通阀门9采用两位三通阀门。
实施例二：
本实施例与实施例一的区别在于：
还包括控制单元，本实施例中所述控制单元采用PLC，PLC为现有技术，本领域技术人员对其进行编程即可实现相应控制，所述惰性气体阀门11、气体流动驱动装置2、流量调节阀41、粉体离心分离装置5、气体检测装置7、压力检测装置8、三通阀门9均连接至控制单元并由控制单元控制。
实施例三：
本实施例公开一种采用实施例一中一种气氛保护金属粉末筛分装置的筛分方法：包括如下步骤：
S1、装料：关闭流量调节阀41，将待筛分的金属粉末装入粉体密封罐4中，本实施例中所用金属粉末为钛合金粉末；
S2、气体置换：开启惰性气体阀门11、第一出口92，关闭第二出口93，开启气体流动驱动装置2，气体流动驱动装置2将惰性气体源1输送至整个装置中，惰性气体依次经过气体过滤装置3、粉体离心分离装置5、气体检测装置7、三通阀门9，并从第一出口92排出；
S3、当气体检测装置7检测的目标气体浓度达到预定要求时，本实施例中所述气体检测装置7为氧气检测仪，当氧气检测仪检测到氧气浓度达到1000ppm以下时，关闭第一出口92，打开第二出口93，直到压力检测装置8测得的压力数值达到要求时，本实施例中压力检测装置8为压力表，当压力表测得压力达到0-1.5Mpa时，关闭惰性气体阀门11；
S4、开启流量调节阀41，粉体密封罐4中的金属粉末按照一定速度进入管路中，随后进入粉体离心分离装置5中根据粒径进行分离，本实施例中粉末则依次经过三个不同的旋风分离器51实现不同粒径粉末的分离；
S5、筛分完成后，关闭流量调节阀41，随后关闭气体流动驱动装置2、第二出口93，开启第一出口92，重复上述过程即可实现金属粉末的筛分。
工作原理：
如图1所示，本发明中的一种气氛保护金属粉末筛分装置在实际应用时，首先关闭流量调节阀41，将待筛分的金属粉末装入粉体密封罐4中；然后开启惰性气体阀门11、第一出口92，关闭第二出口93，开启气体流动驱动装置2，气体流动驱动装置2将惰性气体源1输送至整个装置中，惰性气体依次经过气体过滤装置3、粉体离心分离装置5、气体检测装置7、三通阀门9，并从第一出口92排出；当气体检测装置7检测的目标气体浓度达到预定要求时，关闭第一出口92，打开第二出口93，直到压力检测装置8测得的压力数值达到要求时，关闭惰性气体阀门11；开启流量调节阀41，粉体密封罐4中的金属粉末进入管路中，随后进入粉体离心分离装置5中根据粒径进行分离；筛分完成后，关闭流量调节阀41，随后关闭气体流动驱动装置2、第二出口93，开启第一出口92，重复上述过程即可实现金属粉末的筛分，相对于现有技术，采用此装置进行金属粉末尤其像钛合金这种活性金属的筛分，全程都有惰性气体的保护，对水分、易引起安全隐患的气体等控制较为严格，减少了安全隐患，安全性较高，且筛分效率高，另外操作便捷、省时省力，自动化程度较高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气氛保护金属粉末筛分装置，其特征在于：包括依次通过管路连通的惰性气体源(1)、气体流动驱动装置(2)、气体过滤装置(3)、粉体离心分离装置(5)、气体检测装置(7)、三通阀门(9)；
所述惰性气体源(1)连通至气体流动驱动装置(2)的进风口，且所述惰性气体源(1)与气体流动驱动装置(2)之间的管路上设置有惰性气体阀门(11)；
所述气体流动驱动装置(2)的出风口与气体过滤装置(3)连通；
还包括粉体密封罐(4)，所述粉体密封罐(4)的出口连通至气体过滤装置(3)与粉体离心分离装置(5)之间的管路上，所述粉体密封罐(4)的出口处设置有流量调节阀(41)；
还包括压力检测装置(8)，以气体在整个装置中的流动方向为后，所述压力检测装置(8)设置在三通阀门(9)前方的管路上；
所述三通阀门(9)包括相互连通的入口(91)、第一出口(92)、第二出口(93)，所述气体检测装置(7)连通至入口(91)，第一出口(92)通向外界空气中，第二出口(93)连通至气体流动驱动装置(2)的进风口。
2.根据权利要求1所述的一种气氛保护金属粉末筛分装置，其特征在于：所述惰性气体阀门(11)为单向阀。
3.根据权利要求1所述的一种气氛保护金属粉末筛分装置，其特征在于：所述气体流动驱动装置(2)为离心风机或者空气压缩机。
4.根据权利要求1所述的一种气氛保护金属粉末筛分装置，其特征在于：所述气体过滤装置(3)包括除水过滤器、除油过滤器、除杂质过滤器中的一个或者多个的组合。
5.根据权利要求1所述的一种气氛保护金属粉末筛分装置，其特征在于：还包括控制单元，所述惰性气体阀门(11)、气体流动驱动装置(2)、流量调节阀(41)、粉体离心分离装置(5)、气体检测装置(7)、压力检测装置(8)、三通阀门(9)均连接至控制单元并由控制单元控制。
6.根据权利要求1所述的一种气氛保护金属粉末筛分装置，其特征在于：所述粉体离心分离装置(5)包括至少两个串联在一起的旋风分离器(51)。
7.根据权利要求1所述的一种气氛保护金属粉末筛分装置，其特征在于：还包括设置在粉体离心分离装置(5)、气体检测装置(7)之间的管路上的粉体过滤装置(6)。
8.根据权利要求7所述的一种气氛保护金属粉末筛分装置，其特征在于：所述粉体过滤装置(6)包括承载罐(61)、设置在承载罐(61)中的过滤网(62)、安装在承载罐(61)上的安全阀(63)，所述安全阀(63)位于过滤网(62)的进风侧。
9.根据权利要求1所述的一种气氛保护金属粉末筛分装置，其特征在于：所述气体检测装置(7)包括氧气检测仪、氮气检测仪、氢气检测仪中的一种或者多种的组合。
10.一种采用如权利要求1-9任一项所述一种气氛保护金属粉末筛分装置的筛分方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、装料：关闭流量调节阀(41)，将待筛分的金属粉末装入粉体密封罐(4)中；
S2、气体置换：开启惰性气体阀门(11)、第一出口(92)，关闭第二出口(93)，开启气体流动驱动装置(2)，气体流动驱动装置(2)将惰性气体源(1)输送至整个装置中，惰性气体依次经过气体过滤装置(3)、粉体离心分离装置(5)、气体检测装置(7)、三通阀门(9)，并从第一出口(92)排出；
S3、当气体检测装置(7)检测的目标气体浓度达到预定要求时，关闭第一出口(92)，打开第二出口(93)，直到压力检测装置(8)测得的压力数值达到要求时，关闭惰性气体阀门(11)；
S4、开启流量调节阀(41)，粉体密封罐(4)中的金属粉末进入管路中，随后进入粉体离心分离装置(5)中根据粒径进行分离；
S5、筛分完成后，关闭流量调节阀(41)，随后关闭气体流动驱动装置(2)、第二出口(93)，开启第一出口(92)，重复上述过程即可实现金属粉末的筛分。
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