专利名称：粉体颗粒整形的方法和装置的制作方法
粉体颗粒整形的方法和装置技术领域
本发明披露一种物料处理、特别是粉体颗粒的粉碎、形貌调控的设备和方法。
背景技术：
物料粉碎和研磨是粉体工程的重要内容，它广泛应用于国民经济的各个领域，而 物料改性加工能够优化材料性能或实现特定功能。物料颗粒的形貌调控是对颗粒的外形表 面进行有预期目的的加工处理，以实现颗粒单体或整体的特殊功能，是提高某些产品最终 性能的中间环节，它是粉体工程的内容之一。相对球形化可提高粉体的振实密度、填充密度 和流动性等，如水泥粉颗粒的球形化可提高水泥性能，金属油墨颗粒球形化可增加反光度， 提高印刷质量，球形化的铜粉、石墨、锡粉在其特定的应用领域显示了优越性。
物料粉碎和研磨是粉体工程的重要内容，它广泛应用于国民经济的各个领域，而 物料改性加工能够优化材料性能或实现特定功能。物料颗粒的形貌调控是对颗粒的外形表 面进行有预期目的的加工处理，以实现颗粒单体或整体的特殊功能，是提高某些产品最终 性能的中间环节，它是粉体工程的内容之一。相对球形化可提高粉体的振实密度、填充密度 和流动性等，如水泥粉颗粒的球形化可提高水泥性能，金属油墨颗粒球形化可增加反光度， 提高印刷质量，球形化的铜粉、石墨、锡粉在其特定的应用领域显示了优越性。
物料粉碎、粉体表面整形或形貌调控有多种途径，机械的传统整形方法通常采用 碾压、辊轧、球磨、振磨(即振动研磨)的方式。碾压是将粉体置入一环形槽内，由受驱动的 圆形压辊围绕中心轴转动对堆积粉体进行碾压，辊辗与其相似，只是物料由高处下落于两 辊之间，并承受双辊及压力。辊轧是使粉体团块落入相互平行并具有一定间隙的轧辊间粉 碎和整形。球磨是将粉体与硬度大且耐磨的研磨球按一定比例混合后放入滚桶中，滚桶沿 轴旋转，滚桶内的研磨球在桶体旋转过程中被举高然后落下，从而使粉体受到冲击并使颗 粒之间相互受力和摩擦。振磨方式与球磨方式相似，区别在振动桶体是沿单一方向以一定 频率往复运动，从而使研磨球对物料进行冲击与研磨。近来也有清华大学专利，描述了一种 采用高速击打、剪切的方式对粉体进行球形化或形貌调控的方法和设备。
不论是碾压、辊轧还是振磨、球磨，它们的局限在于被加工粉体或与研磨介质的 混合体在有效的被加工阶段存在与空气接触的部分，即存在“开放”或“部分开放”的情况， 在物料受作用期间，压力或冲击力会得到释放或部分释放。对于相对“较软”或“较硬”的 物料，如具有韧性的金属颗粒，由于加工处理的绝对力度以及可控性有限，难以达到预期 效果和期望的效率。此外，非循环式球磨与振动研磨都存在研磨球与被加工粉体的分离问 题，并且随着研磨球的不断消耗，加工强度将发生变化，这给加工工艺带来不确定性，此外， 也有利用离心力来增加加工力度的研磨，但这样同样存在付出代价和最后效果比例的局限 性。而且，噪声问题、带动设备机体与研磨球运动的能耗浪费问题都是难以克服的。这些缺 陷中，最主要的是加工可控性和能耗。
已公开的粉体颗粒整形设备和方法存在实际应用时对设备腔体密封上的高要求 和随着加工的进程不能及时排除影响加工效果和效率的因素。发明内容
本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种加工力度可控性强、加工 强度稳定、高效，特别是加工的同时可排料和进料的粉体颗粒整形设备和方法。
本发明的原理是假设粉体颗粒包裹于一尽量没有空气的封闭的理想弹性腔体内 (图1)，初始状态，粉体颗粒将受到因包裹力而产生的挤压力。对该腔体上下施加相等压 力，该弹性腔体将产生横向水平变形(甚至膨胀)，外力撤除，该腔体恢复到原来形状，在这 一循环过程中，腔体内不同部位的粉体颗粒将受到多方位的挤压；与此同时，由于腔体变形 (或体积也有变化)，或将发生位于其中的相邻粉体颗粒间因相对移动产生的摩擦，尽管挤 压与磨擦程度可能因处于腔体不同位置的差异而有不同(如A、B、C三点)。
粉体颗粒的处理效果取决于外层弹性包裹力以及外部压力导致的变形幅度、速度 等，而这些都可以加以控制。
以下是利用这种原理，并解决了以下问题，可付诸实用的形式
I)模拟腔体的变形
2)能调节性腔体弹性力
3)设置进出料口，提高效率
4)使腔体内粉体颗粒受到均匀的处理
5)相对于被加工物料，选择具有经济性、耐用性的腔体材料
为实现上述目的，本发明提供一种粉体颗粒整形设备，包括可随外力变化而变化 于多种形态之间的非封闭腔体，所述非封闭腔体是由包括与被加工物料颗粒接触的组件构 成，所述非封闭腔体的形态以所选某种方式变化，使充满其内部的所述粉体颗粒受到挤压、 或研磨、剪切等作用，所述非封闭腔体具有进料口和出料口，在所述非封闭腔体的形态变化 过程中进出物料以达到对充满于其中的物料颗粒进行粉碎、整形等有效和高效加工之目 的。
式结构包括至少两个独立作用的活塞。
为实现上述目的，本发明还提供一种粉体颗粒整形方法，包括以下步骤
a.将待整形的粉体颗粒充满于由多个组件构成的非封闭腔体中；
b.通过组件对所述非封闭腔体施加变化的外力使其以某种方式反复变化于多种 形态之间，以使所述粉体颗粒受到挤压、滚碾和摩擦等作用。
优选地，所述非封闭腔体具有自外部延伸到其内部的活塞式结构，所述活塞式结 构包括至少两个独立作用的活塞，所述步骤b包括
在维持所述非封闭腔体内部压力的情形下，对所述至少两个独立的活塞施加一定 的压力，使得一部分活塞向所述非封闭腔体内部压入，另一部分活塞被向外顶起，再反之， 持续多次循环，直至达到粉体颗粒整形要求。
根据本发明设备及方法，通过非封闭腔体的形变，典型地，通过控制外力的作用， 导致构成非封闭腔体的若干活塞或类似活塞组件的组合动作，使充满腔体内的粉体颗粒受 到挤压等作用，同时腔体空间及其中粉体颗粒相对位置发生变化。由于被加工物料充满于 所述非封闭腔体内而压力被有控制地释放，使得粉体颗粒在受到多方位挤压或摩擦、剪切、 以及相互“滚碾”等作用，从而去除颗粒表面棱角、毛刺，达到对粉体颗粒粉碎、整形或球形化的目的，在此过程中，被处理物料起到了传递压力力介质的作用。
区别于已公开的专利申请，本发明的另一特征在于腔体设有进出料口，可以边加 工边进出物料。一方面能迅速排除加工时产生的影响效率的新的物料颗粒或获取产生的需 要的物料，如饮料行业的榨汁；另一方面可形成循环或连续流水作业，体外循环部分还可对 物料做其它加工处理。
尽管出料口使非封闭的腔体内的压力有减小的趋势，但进料以及组件的动作导致 的容积缩小将对此作出弥补。
在加工过程中，物料可以有进出，甚至因封闭问题腔体内物料溢出，使压力外泄， 但只要非封闭腔体容纳被加工物料的那部分容积被有控制地缩小和具有缩小容积的趋势， 或由于物料本身变化如析出新材料或本身体积膨涨或以上情况同时发生，能维持非封闭腔 体内加工处理所需压力，即可达到加工整形之目的。
腔体从一种状态变化到另一种状态的方式可有多种选择，可以整体，也可局部；可 以渐进、也可突变、振动。而这些都是通过组件的组合动作以及控制出抖口大小、施加非封 闭腔体过滤分离部分等出料阻尼加以实现的。
区别于传统的高速冲击、剪切方式的“冷加工”，本发明能维持被加工物料原有性 状，同时较好地克服了其它粉体处理方式例如碾轧、球磨、振磨方法的缺点，提高了处理的 可控性，这体现在对加工效果有影响因素的控制，如挤压、冲击、摩擦、剪切等力度、程度的 控制，在粉体颗粒受作用的期间，对于空气，不存在“完全开放”的情况，能将处理力度维持 在有效控制的范围。这同样是通过构成非封闭腔体的组件的形状、外力大小、动作模式加以 控制。
相对于已公开的在封闭的腔体内对颗粒进行整形的专利申请，本发明能克服其在 实际操作当中
此外，本发明对被加工对象适应性强(对于颗粒度大小、硬度等)，节约空间，提高 效率，降低噪声污染与能耗。本发明可用的设备材料选择广泛，具有经济性，在达到既定加 工目标的同时，能够实现自动化规模化生产。本发明既可作为粉体颗粒整形或球形化的较 优选择，也能够有效地对粉体进行强制粉碎或深度研磨。
前述已经相当广泛地阐述了本发明的特征和技术优势，以便能够更好地理解本发 明的详细描述。本发明的其它特征和优势将在以下描述。本领域技术人员应该理解，披露的 概念和具体实施例可以很容易地被使用作为基础用来修改或设计其它结构以完成本发明 的相同目的。本领域技术人员也应该认识到，这种等同的构造并没有偏移本发明的精神和 范围。被认为是本发明特点的新颖性特征，其结构和运作方法，以及进一步的目的和优点， 从以下的描述并结合附图将被更好地理解。但是，应该深刻地认识到，提供的每个特征都仅 是为了描述和说明，而不是意在限制本发明的定义。
图1a至图1c为本发明粉末颗粒整形设备一种理想情况的实施例的形变示意图2a至图2c为本发明粉末颗粒整形设备另一种实施例的结构及动作示意图3为本发明粉末颗粒整形设备又一种实施例的示意图；具体实施方式
以下通过实施例结合附图进行进一步详细说明。
如图2a至图2c所示，在一个更优的实施例中，非封闭腔体包括腔体和以活塞方式 装配在所述腔体上的第一至第二活塞组件，所述第一活塞组件运动定位在第一方向上，所 述第二活塞组件的活塞运动相对地也定位在第二方向上，所述第一方向和所述第二方向大 体上平行，所述腔体设有出料口和限制出料门。更优选地，所述封闭腔体还包括安装在所述 腔体的搅拌器。各组件接触面光滑，在整个加工循环过程中均保持刚性，忽略重力的作用， 起活塞作用的第一至第二活塞组件以及搅拌器与腔体相对于被加工物料是密封的。
以下描述采用上述实施例的设备对粉末颗粒进行有效整形处理
1、如图2a所示，初始状态下，将物料颗粒充满与腔体内，腔体内维持一定的大于 大气压的压力，优选在腔体内尽可能没有空气。
2、如图3所示，当活塞I组件受到足够大的外部压力P1，而通过被加工物料颗粒的 传递作用于第二活塞2上向上的力大于活塞2上的的外部压力P2时，活塞2被顶起向外移动。
在该过程中，腔体内物料颗粒在承受着压力的同时，因组件的相对移动，容纳物料 颗粒的空间产生变化，因此物料颗粒被迫进行移动以适应这种变化，而这种移动会因物料 颗粒在腔体内不同位置的差异而不同。由于腔体内物料颗粒间是连续接触的，这样就存在 移动方向、移动速度的差异，因此颗粒既受到了挤压又受到了摩擦等有效作用。
3、如图2c所示，当组件移动到一定程度时，改变两活塞组件上的压力，满足物料 颗粒传递的作用于活塞I上向上的力大于活塞上的外力P1，则活塞I被顶起，即经历从图 2c至图2a，返回到起始位置，完成一个处理周期。在此过程中，腔体内的粉末颗粒同样受到 包括挤压力或剪切力、摩擦力在内的作用。
优选地，为使此腔体内颗粒受到同样一致的处理，在上述处理过程中可以同时使 用搅拌器对物料颗粒进行搅拌。
4、根据需要，对上述2、3的处理循环执行，持续多次，直到达到一定的颗粒整形要 求。
5、在以上过程，通过P3调节L，相当于调节出抖口大小，选择性地使需要或不需要 的物料及时排出，利用单向阀与活塞可实现同时进料，协同运动的活塞维持腔体内压力，保 持加工力度，就此形成连续的不间断的流水作业，也可连接进出料口形成封闭循环，体外循 环部分可附加其它处理过程，增加了设备的使用功能。
以上设计是利用了本发明的原理，对弹性腔体这一实施例的作用进行了近似模 拟。两活塞的往复运动，使腔体具有可变的“弹性”，在有效作用期间，容纳被加工物料的这 些组件构成的封闭腔体空间发生实际变化，腔体内粉末颗粒被强制流动，从而使被加工物 料受到可控压力下的整形作用。
需要说明，尽管处理与加工的最终对象是粉末颗粒单体，但加工实际是直接作用 在这些相互接触的单体粉末颗粒或与其他介质组成的群体或部分群体上。有效作用或有效 处理是指被加工粉末颗粒受到重力以外的其它力的作用而导致所受挤压、摩擦等作用。
如图3，另一个实施例中，与例I的区别在于只用一个活塞达到处理物料颗粒的目 的，方法是活塞外力基础上叠加振动成份，利用腔体内搅拌或体外循环搅拌达到对物料颗粒均匀整形的目的
在一些实施例中，本发明的设备还可加装冷却装置，以使摩擦热量耗散，不会改变 被加工粉体性状。
在又一些实施例中，本发明的设备也可加装保温装置，以在保温状态下工作，这适 用于需在一定温度下加工的粉末。
体现本发明原理的设计不限于上述实施例，如可以增加组件数量以及改变各组件 的尺寸、形状以及操作动作，包括振动、旋转、组件本身变形等以增加腔内粉末颗粒之间相 对移动的几率和有目的的选择对颗粒的整形方式，在被整形物料中添加助剂，充分发挥本 发明的优势，提高工作效率和效果，增强其适用性。
本发明同时还提供了粉末颗粒整形方法，该方法包括以下步骤
a.将待整形的粉体颗粒充满于非封闭腔体中；
b.对所述非封闭腔体施加变化的外部压力使其以多种形式反复变化于多种形态 之间，以使所述物料受到挤压、冲击、剪切、摩擦等多种作用
c.在所述非封闭腔体形态变化期间进出物料以提高处理效果和效率
在优选的实施例中，所采用的非闭腔体具有自外部延伸到其内部的活塞式结构， 所述活塞式结构包括至少两个独立作用的活塞，所述步骤b包括
在维持所述非闭腔体内部压力的情形下，对所述至少两个独立的活塞分别施加不 同的压力，使得一部分活塞向所述封闭腔体内部压入而另一部分活塞被向外顶起，然后反 之，在此过程的同时进出物料，提高功效。
本领域技术人员能够理解，更具体而言，本发明方法多个更优的实施例已经体现 在前述设备实施例的处理过程中。
本发明的设备和方法适用于多种粉体的整形和粉碎，也可以用于对分散团块进行 粉碎和进一步的整形处理。相对弹性较大的粉体颗粒而言，本发明对于弹性较小而刚性较 大的粉体颗粒有更好处理效果。
尽管已经详细描述了本发明及其优点，应该理解，在不偏移本发明的精神和范围 内，可以做出各种变化、替换和更改。此外，本发明应用的范围并不限于在说明书里描述的 过程、机器、制造、物质组成、方式、方法和步骤的特定实施例。从本发明的披露，本领域技术 人员将容易利用实质上执行了与这里说明的相应实施例相同功能或实现了相同结果的现 有的或以后将开发的过程、机器、制造、物质组成、方式、方法或步骤。因此，所附权利要求意 在包括这些过程、机器、制造、物质组成、方式、方法或步骤。
权利要求
1.一种物料整形设备，其特征在于，包括可随外部压力变化而可以以多种形式变化于多种形态之间的非封闭腔体，所述非封闭腔体在形态的变化过程中使充满于其中的物料颗粒受到挤压或冲击、剪切等作用，同时进出物料，能连续加工处理。
2.根据权利要求1所述的物料整形设备，其特征在于，所述非封闭腔体具有进料口、出料口。
3.根据权利要求1所述的物料整形设备，其特征在于，所述非封闭腔体具有自外部延伸到其内部的活塞式结构，所述活塞式结构包括至少一个独立作用的活塞和至少一个进料口、一个出料口。
4.一种物料整形方法，其特征在于，包括以下步骤 a.将待整形的物料充满于具有进料口、出料口的非封闭腔体中； b.对所述非封闭腔体施加变化的外部压力使其以某种形式反复变化于多种形态之间，所述非封闭腔体在形态的变化过程中充满于其中的物料颗粒受到挤压或冲击、剪切等作用，同时，进出物料，连续加工处理。
全文摘要
本发明涉及一种粉体颗粒整形的方法和装置，设备包括可随外部压力变化而可以多种形式变化于多种形态之间的非封闭腔体，所述非封闭腔体在形态的变化过程中使充满于其中的物料颗粒受到挤压或冲击、剪切等作用，所述处理设备在非封闭腔体的形态变化期间，能够即时进出物料并形成循环流水作业。还涉及一种物料整形方法，包括步骤a.将待整形的粉体颗粒充满于非封闭腔体中；b.对所述非封闭腔体施加变化的外部压力使其以多种形式反复变化于多种形态之间，以使所述物料受到挤压、冲击、剪切、摩擦等多种作用c.在所述非封闭腔体形态变化期间进出物料以提高处理效果和效率本发明对于物料的加工工艺选择灵活，可控性高，适用性强，可以对物料颗粒进行粉碎和进一步的整形处理。
文档编号B02C19/00GK103028478SQ20111029494
公开日2013年4月10日 申请日期2011年10月8日 优先权日2011年10月8日
发明者胡心宇 申请人:胡心宇