CN110523999A - 混粉气雾化快凝磁性磨料制备用椭圆轮式高压数控送粉器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种混粉气雾化快凝磁性磨料制备用椭圆轮式高压数控送粉器。该送粉器包括：储粉装置、送粉泵和配气装置。送粉器工作时，磨料罐以及浮动落料管内的硬质磨料粉末在气压、自重、浮动落料管、送粉轮的作用下落入圆形沉孔内，送粉轮随步进电机转动，使圆形沉孔内的硬质磨料粉末转动到落粉孔时落到混粉孔内，并形成气固两相流，通过送粉管直接送到上级雾化器内，完成送粉过程。呈椭圆形的送粉轮与浮动落料管的结合使用而产生针对硬质磨料粉末的振动，解决了硬质磨料粉末的下流不通畅问题。本送粉器能够在高压环境下实现粉末的精确输送，送粉过程稳定可靠、送粉量控制精确，为混粉气雾化磁性磨料制备方法的实现提供了理想的精确送粉设备。

Description

混粉气雾化快凝磁性磨料制备用椭圆轮式高压数控送粉器

技术领域

本发明提供一种混粉气雾化快凝磁性磨料制备用椭圆轮式高压数控送粉器，属于磁性磨料制备技术领域。

背景技术

光整加工技术作为制造技术的重要组成部分，通常作为机械加工的最后一道工序，用来提高零件的表面质量、机械性能和使用寿命。磁粒研磨光整加工技术作为一种重要的光整加工技术，目前已引起国内外研究人员的广泛关注。作为磁粒研磨光整加工的磨具，磁性磨料的性能直接影响光整加工的质量和效率。在诸多制备磁性磨料的方法中，通过自由降落双级混粉雾化快凝方法能够制备出硬质磨料粉末均匀分布在铁基体表面的球形磁性磨料，而硬质磨料粉末的送粉系统对磁性磨料的制备起着至关重要的作用。

粉末的主要输送方式为机械式和气力式。在雾化快凝制备磁性磨料过程中，硬质磨料粉末的输送方式是气力输送。经检索，专利CN102328091A公开了一种气雾化快凝磁性磨料制备送粉器及送混粉控制方法。在该专利中采用了纯气动送粉法来解决硬质磨料粉末在管道中的输送问题，硬质磨料粉末在送混粉器的作用下能够形成均匀的气固两相流，解决了硬质磨料粉末在管道中的输送问题,成功的完成了磁性磨料的气雾化快凝制备。但是，由于气动式送混粉器在输送过程中存在气流波动的问题，造成送给精度难以控制，导致磁性磨料中硬质磨料粉末含量不均匀、磁性磨料的性能不稳定。

机械式送粉器能够保证粉末输送过程中的流量均匀和流量控制。经检索发现，专利CN102560474A公开了一种多路同步送粉器，通过螺旋送粉机构和控制系统实现粉末的均匀连续输送和多路同步送粉；专利CN102627199A公开了一种微量可控立式螺旋送粉器，通过控制电机转速将粉末的输送量控制在0.2～1g/min；专利CN105297008A公开了一种复合运动送粉装置，在该装置中结合了螺旋式送粉和转盘式抽吸两种方式，螺旋叶片用于推送粉末，转盘上的粉槽用于运送粉末，通过复合运动，粉末的送给量精确且均匀可调；专利CN207391537U公开了一种送粉器流动性搅拌设备，在送粉器中增加了螺旋搅拌装置，解决了粉末流动性差的问题，通过调节搅拌速度，实现了连续送粉；专利CN1356608A公开了一种送粉系统的自动控制装置。

这几种机械式送粉器虽然可以实现精确控制送粉量，但只能在低压环境下应用，无法满足混粉气雾化磁性磨料制备过程中的高压送粉环境。本发明能够解决混粉气雾化磁性磨料制备高压环境的精确送粉问题，在其他高压气力送粉场合同样具有应用价值。

发明内容

针对混粉气雾化快凝磁性磨料制备过程中硬质磨料粉末流精确控制的难题，发明人发明了混粉气雾化快凝磁性磨料制备用椭圆轮式高压数控送粉器，本发明采用了以下技术方案：

混粉气雾化快凝磁性磨料制备用椭圆轮式高压数控送粉器，其特征在于：包括储粉装置、送粉泵和配气装置；

储粉装置包括：磨料罐、直角弯头、加料口管、磨料罐旋盖、垫圈、外六方接头和下料管，加料口管通过焊接连接在磨料罐的上部，磨料罐旋盖与加料口管通过螺纹和垫圈连接并密封，磨料罐下端焊接带有螺纹的下料管，下料管与送粉泵的泵体通过螺纹和垫圈进行连接密封；直角弯头通过焊接连接在磨料罐的上侧端面。

送粉泵包括：泵体、浮动落料管、送粉轮、落粉孔、送粉管、混粉孔、丝堵、垫圈、步进电机、导线插头、出线孔、步进电机导线；送粉轮为椭圆形的椭圆柱，其椭圆柱面上开有沿周向均匀分布、尺寸大小相同的圆形沉孔；泵体内有电机腔和送粉轮腔，步进电机安装在电机腔内，送粉轮位于送粉轮腔内；送粉轮通过其D形轴孔安装在步进电机的轴上；电机腔的开口端由丝堵堵死并密封；浮动落料管位于磨料罐底部的下料管内，并与下料管之间存在一定的间隙；浮动落料管的下端部四周与送粉轮的圆柱面紧密接触，防止硬质磨料粉末从两者接触部位泄漏；磨料罐的内腔通过浮动落料管与圆形沉孔相通，磨料罐内的硬质磨料粉末能够通过浮动落料管进入圆形沉孔；送粉轮腔下端与落粉孔相通，混粉孔与落粉孔相通；随着送粉轮的旋转，圆形沉孔)中的硬质磨料粉末通过落粉孔进入混粉孔；硬质磨料粉末在高速气流的作用下在混粉孔与气体形成气固两相流；送粉轮的作用不仅是通过转动准确定量送粉，同时由于其形状为椭圆，能够使得浮动落料管产生微小位移量的上下运动和振动，使得硬质磨料粉末顺利从磨料罐向下流动，避免硬质磨料粉末在磨料罐内“搭棚”、硬质磨料粉末停止往下流动的现象。

配气装置包括：控压阀、三通管接口、三通管接口、高压软管、直角弯头、直角管接口、直角管接口、直角管接口，进气管路通过控压阀进入三通管接口，三通管接口的出气口分成两路，一路通过高压软管与磨料罐上腔相连，提供平衡气压、确保磨料罐上腔与下腔压力相同，避免随着硬质磨料粉末的下流、上腔压力降低而造成硬质磨料粉末无法往下流动的现象发生，另一路进入三通管接口；三通管接口的出气口又分成两路，一路与电机腔相连，确保电机腔的气压高于送粉轮腔的压力，避免送粉轮腔内的硬质磨料粉末进入步进电机中，造成步进电机轴承的堵塞和磨损；另一路与混粉孔的一端相连，形成用于输送硬质磨料粉末的高速气流；送粉器工作时，磨料罐的硬质磨料粉末通过浮动落料管往下流入圆形沉孔内；随着步进电机带动送粉轮转动，圆形沉孔内的硬质磨料粉末落入落粉孔内，再通过落粉孔进入混粉孔，在混粉孔内的硬质磨料粉末经高速气流的作用形成气固两相流，通过送粉管送到上级雾化器内，完成送粉过程。

所述的混粉气雾化快凝磁性磨料制备用椭圆轮式高压数控送粉器，在送粉泵的电机腔内，步进电机导线的末端安装有导线插头，步进电机导线通过导线插头连接并从出线孔引出；步进电动机导线从出线孔引出后，出线孔用树脂胶封死；为增加树脂胶与出线孔内壁的结合力、避免在气体的作用下固化后的树脂胶被高压气体压出，出线孔为螺纹孔。

所述的混粉气雾化快凝磁性磨料制备用椭圆轮式高压数控送粉器，步进电机转速的确定方法：设送粉轮圆周上圆形沉孔的数量为K个，单个圆形沉孔的容积为U(cm3)，送粉轮转动一圈的送粉量为，V＝U*K(cm3)；如果设定的送粉速度为M(cm3/min)，则步进电机的转速为n＝M/V(r/min)。

所述的混粉气雾化快凝磁性磨料制备用椭圆轮式高压数控送粉器，送粉器的进气管入口与气瓶管路相接，送粉器的送粉管与雾化快凝设备雾化室中的上级雾化器相接。

本发明与现有技术相比，其优点是

(1)采用步进电动机精确控制送粉轮的转速，从而精确控制硬质磨料的输送流量。

(2)为使送粉流量均匀，减少脉动，圆形沉孔单个容积小、数量多。

(3)椭圆形的送粉轮和浮动落料管的结合，使得浮动落料管产生微小位移量的上下运动和振动，使得硬质磨料粉末顺利从磨料罐向下流动，避免了硬质磨料粉末在磨料罐内“搭棚”、停止往下流动现象的产生。

(4)为增加树脂胶与出线孔内壁的结合力、避免在气体的作用下固化后的树脂胶被高压气体压出，出线孔为螺纹孔。

(5)进气管路通过控压阀进入三通管接口，三通管接口的出气口分成两路，一路通过高压软管与磨料罐上腔相连，提供平衡气压、确保磨料罐上腔与下腔压力相同，避免随着硬质磨料粉末的下流、上腔压力降低而造成硬质磨料粉末无法往下流动的现象发生，另一路进入三通管接口，三通管接口的出气口又分成两路，一路与电机腔相连，确保电机腔的气压高于送粉轮腔的压力，避免送粉轮腔内的硬质磨料粉末进入步进电机中，造成步进电机轴承的堵塞和磨损。

(6)适用于各种用途、各种气压、粉末的气力输送，尤其适用于高压环境下的粉末气力输送。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为图1所示实施例中送粉泵的示意图。

图3为图1所示实施例中储粉装置的结构示意图。

图4为本发明送粉轮的主视图。

图5为本发明在混粉气雾化快凝磁性磨料制备设备中的安装位置示意图。

图中：1-控压阀，2-三通管接口，3-高压软管，4-磨料罐，5-直角弯头，6-加料口管，7-磨料罐旋盖，8-垫圈，9-外六方接头，10-下料管，11-腔体，12-浮动落料管，13-送粉轮，14-落粉孔，15-送粉管，16-直角管接口，17-混粉管，18-直角管接口，19-直角管接口，20-三通管接口，21-丝堵，22-垫圈，23-电机腔，24-步进电机，25-导线插头，26-出线孔，27-步进电机导线，28-圆形沉孔，29-D形轴孔，30-抽气除尘装置，31-雾化室，32-下级雾化器，33-上级雾化器，34-熔融金属，35-电炉，36-保温坩埚，37-送粉器，38-高压氮气瓶，39-雾化室壳体，40-磁性磨料收集罐，41-磁性磨料，42-送粉轮腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明：

如图1-4所示，在储粉装置中，磨料罐4通过螺纹连接在泵体11上方，磨料罐4能够承受高达20MPA的高气压，加料口管6位于磨料罐4的上端，两者通过焊接相连；加料口管6的上端与磨料罐旋盖7通过螺纹连接，两者之间由紫铜垫圈8作为密封圈实现两者的密封；下料管10上端通过焊接连接在磨料罐4的下端，其上加工有一个固定的外六方接头9，下料管10下端通过螺纹与泵体11连接，外六方接头9与泵体11之间有一个紫铜垫圈实现两者之间的密封；外六方接头9的作用包括：通过扳手施加扭力，放置与泵体11之间的密封紫铜垫圈，便于磨料罐4的拆装；下料管10内安装有浮动落料管12，浮动落料管12可以在下料管10上下运动，浮动落料管12与送粉轮13在重力的作用下保持接触；送粉轮13圆周上均匀分布着大小尺寸相同的多个圆形沉孔27；磨料罐4的腔体通过浮动落料管12在送粉轮13的旋转过程中与送粉轮13上的圆形沉孔27相通，磨料罐4中的磨料粉末通过重力的作用流入圆形沉孔27；送粉轮13中心部位开D形轴孔29，送粉轮13通过D形轴孔29固定在步进电机24的主轴上；步进电机24带动送粉轮13旋转将磨料罐4的磨料粉末泵入落粉孔14，再由落粉孔14进入混粉管17；在送粉泵的电机腔23内，步进电机24导线的末端安装有导线插头25，步进电机24导线通过导线插头25连接并从出线孔26引出；步进电动机导线从出线孔26引出后，出线孔26用树脂胶封死；为增加树脂胶与出线孔26内壁的结合力、避免在气体的作用下固化后的树脂胶被高压气体压出，出线孔26为螺纹孔；泵体11的开口一端由丝堵21和垫圈22进行密封堵塞。

如图1所示，控压阀1、三通管接口2、三通管接口20、高压软管3、直角弯头5、直角管接口16、直角管接口18、直角管接口19，进气管路通过控压阀1进入三通管接口2，三通管接口2的出气口分成两路，一路通过高压软管3与磨料罐4上腔相连，提供平衡气压、确保磨料罐4上腔与下腔压力相同，避免随着硬质磨料粉末的下流、上腔压力降低而造成硬质磨料粉末无法往下流动的现象发生，另一路进入三通管接口20；三通管接口20的出气口又分成两路，一路与电机腔23相连，确保电机腔23的气压高于送粉轮腔42的压力，避免送粉轮腔42内的硬质磨料粉末进入步进电机24中，造成步进电机轴承的堵塞和磨损；另一路与混粉孔17的一端相连，形成用于输送硬质磨料粉末的高速气流；送粉器工作时，磨料罐4的硬质磨料粉末通过浮动落料管12往下流入圆形沉孔28内；随着步进电机24带动送粉轮13转动，圆形沉孔28内的硬质磨料粉末落入落粉孔14内，再通过落粉孔14进入混粉孔17，在混粉孔17内的硬质磨料粉末经高速气流的作用形成气固两相流，通过送粉管15送到上级雾化器33内，完成送粉过程。

图5为本发明混粉气雾化快凝磁性磨料制备用椭圆轮式高压数控送粉器在自由降落双级混粉雾化快凝磁性磨料制备设备中的安装位置示意图。在图5中，一路高压惰性气体气流按规定的气流压力进入送粉器37，经过送粉轮13旋转送粉，在混粉孔17内形成气固两相流，由送粉管15进入雾化室31的上级雾化器33，下级雾化器32直接与高压氮气瓶38连接，通过调节安装在气路上的控压阀1控制气流压力。上级雾化器33喷出含有硬质磨料粉末的低压惰性气体，突破下流过程中熔融态金属的表面张力，将硬质磨料粉末注入、并均匀分布于金属液流中，形成混粉金属液流，下级雾化器32喷出的高压惰性气体将混粉金属液流冲击破碎并雾化，形成含有硬质磨料粉末的微小液滴，经快速冷却凝固，形成磁性磨料颗粒。

列如，已知需要制备的金属基氧化铝磁性磨料为5000g,磁性磨料中铁磁性金属合金和氧化铝磨料相重量配比3:1，制备时间为2min，送粉轮37旋转一周的送粉量5g，送粉器的操作步骤如下：

步骤1.送粉轮37转速计算：所需的氧化铝磨料粉末为5000/4＝1250g，步进电机24所需的转速为：1250/5/2＝125r/min。

步骤2.将磨料罐4上部的磨料罐旋盖7打开，将计量好的硬质磨料粉末灌入，然后旋紧磨料罐旋盖7。

步骤3.打开气源，调节控压阀1使进气口气压达到雾化快凝制备磁性磨料上级雾化器33所需的压力，同时通过调节下级雾化器32的气体入口的调节控压阀控制下级雾化器的高压气体压力，上下级雾化器都按照规定的气压要求喷射气体。

步骤4.将熔融状态的铁磁性金属合金由电炉35倒入保温坩埚36，同时打开金属液流开口让金属液流下流。

步骤5.控制步进电机24按照计算的转速旋转，使得上级雾化器33喷出含有氧化铝粉末的气流，直到磁性磨料制备过程结束。

Claims (4)

1.混粉气雾化快凝磁性磨料制备用椭圆轮式高压数控送粉器，其特征在于：包括储粉装置、送粉泵和配气装置；

所述储粉装置包括：磨料罐(4)、直角弯头(5)、加料口管(6)、磨料罐旋盖(7)、垫圈(8)、外六方接头(9)和下料管(10)，加料口管(6)通过焊接连接在磨料罐(4)的上部，磨料罐旋盖(7)与加料口管(6)通过螺纹和垫圈(8)连接并密封，磨料罐(4)下端焊接带有螺纹的下料管(10)，下料管(10)与送粉泵的泵体(11)通过螺纹和垫圈进行连接密封；直角弯头(5)通过焊接连接在磨料罐(4)的上侧端面；

所述送粉泵包括：泵体(11)、浮动落料管(12)、送粉轮(13)、落粉孔(14)、送粉管(15)、混粉孔(17)、丝堵(21)、垫圈(22)、步进电机(24)、导线插头(25)、出线孔(26)、步进电机导线(27)；送粉轮(13)为椭圆形的椭圆柱，其椭圆柱面上开有沿周向均匀分布、尺寸大小相同的圆形沉孔(28)；泵体(11)内有电机腔(23)和送粉轮腔(42)，步进电机(24)安装在电机腔(23)内，送粉轮(13)位于送粉轮腔(42)内；送粉轮(13)通过其D形轴孔(29)安装在步进电机(24)的轴上；电机腔(23)的开口端由丝堵(21)堵死并密封；浮动落料管(12)位于磨料罐(4)底部的下料管(10)内，并与下料管(10)之间存在一定的间隙；浮动落料管(12)的下端部四周与送粉轮(13)的圆柱面紧密接触，防止硬质磨料粉末从两者接触部位泄漏；磨料罐(4)的内腔通过浮动落料管(12)与圆形沉孔(28)相通，磨料罐(4)内的硬质磨料粉末能够通过浮动落料管(12)进入圆形沉孔(28)；送粉轮腔(42)下端与落粉孔(14)相通，混粉孔(17)与落粉孔(14)相通；随着送粉轮(13)的旋转，圆形沉孔(28)中的硬质磨料粉末通过落粉孔(14)进入混粉孔(17)；硬质磨料粉末在高速气流的作用下在混粉孔(17)与气体形成气固两相流；送粉轮(13)的作用不仅是通过转动准确定量送粉，同时由于其形状为椭圆，能够使得浮动落料管(12)产生微小位移量的上下运动和振动，使得硬质磨料粉末顺利从磨料罐(4)向下流动，避免硬质磨料粉末在磨料罐(4)内“搭棚”、硬质磨料粉末停止往下流动的现象；

所述配气装置包括：控压阀(1)、三通管接口(2)、三通管接口(20)、高压软管(3)、直角弯头(5)、直角管接口(16)、直角管接口(18)、直角管接口(19)，进气管路通过控压阀(1)进入三通管接口(2)，三通管接口(2)的出气口分成两路，一路通过高压软管(3)与磨料罐(4)上腔相连，提供平衡气压、确保磨料罐(4)上腔与下腔压力相同，避免随着硬质磨料粉末的下流、上腔压力降低而造成硬质磨料粉末无法往下流动的现象发生，另一路进入三通管接口(20)；三通管接口(20)的出气口又分成两路，一路与电机腔(23)相连，确保电机腔(23)的气压高于送粉轮腔(42)的压力，避免送粉轮腔(42)内的硬质磨料粉末进入步进电机(24)中，造成步进电机轴承的堵塞和磨损；另一路与混粉孔(17)的一端相连，形成用于输送硬质磨料粉末的高速气流；送粉器工作时，磨料罐(4)的硬质磨料粉末通过浮动落料管(12)往下流入圆形沉孔(28)内；随着步进电机(24)带动送粉轮(13)转动，圆形沉孔(28)内的硬质磨料粉末落入落粉孔(14)内，再通过落粉孔(14)进入混粉孔(17)，在混粉孔(17)内的硬质磨料粉末经高速气流的作用形成气固两相流，通过送粉管(15)送到上级雾化器(33)内，完成送粉过程。

2.根据权利要求1所述的混粉气雾化快凝磁性磨料制备用椭圆轮式高压数控送粉器，其特征在于：在送粉泵的电机腔(23)内，步进电机(24)导线的末端安装有导线插头(25)，步进电机(24)导线通过导线插头(25)连接并从出线孔(26)引出；步进电动机导线从出线孔(26)引出后，出线孔(26)用树脂胶封死；为增加树脂胶与出线孔(26)内壁的结合力、避免在气体的作用下固化后的树脂胶被高压气体压出，出线孔(26)为螺纹孔。

3.根据权利要求1所述的混粉气雾化快凝磁性磨料制备用椭圆轮式高压数控送粉器，其特征在于：步进电机(24)转速的确定方法：设送粉轮(13)圆周上圆形沉孔(28)的数量为K个，单个圆形沉孔(28)的容积为U(cm3)，送粉轮(13)转动一圈的送粉量为，V＝U*K(cm3)；如果设定的送粉速度为M(cm3/min)，则步进电机(24)的转速为n＝M/V(r/min)。

4.根据权利要求1所述的混粉气雾化快凝磁性磨料制备用椭圆轮式高压数控送粉器，其特征在于：送粉器的进气管入口与气瓶管路相接，送粉器的送粉管(15)与雾化快凝设备雾化室(31)中的上级雾化器(33)相接。