一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的制作方法

本发明涉及粉体预处理领域，特别是一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置。

背景技术：

现阶段我国大力发展航空航天及军事领域，这对于用于生产的材料，提出了更高的性能指标，传统的材料已经不能满足恶劣工况下高性能的要求，为满足工业和生活的需求，新材料研究及应用已经成为了当今社会的热点研究内容。在金属领域主要研究粉末冶金，例如钛合金的粉末制备以及钛合金粉体的快速成型(3d打印)；在陶瓷领域主要研究工程陶瓷的粉体致密化烧结，例如放电等离子粉体烧结碳化硼陶瓷装甲、微波粉体烧结碳化物陶瓷刀具等。对粉体的研究应用中均会对粉体进行前处理，其中对于粉体制备新材料中性能影响至关重要的一项指标是粉体的团聚状态及粒径，不同粒径的粉体往往导致性能差异明显，是值得深入研究的方面。

目前对于粉体细化及分离的装置和方法，较为落后单一。在实验室环境下，主要依靠人工使用筛盘进行筛粉，工作量大、效率低、损耗量大，同时筛分过程中容易引入杂质且溢出的粉体对于人体有较大危害。对于工业方面，筛分机器较为巨大笨重，使用过程中需经常对筛网堵塞状况进行维修维护，成本较大，且只能完成一种粒径粉体的筛选，功能较为单一，不适用于同批次不同粒径的区分。为此对于粉体的小批量、多种类、不同粒径的细化及筛分方式有待提高及改进，急需一种高效、成本低、自动化程度高的粉体细化分离装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有高效率、高稳定性、成本低、适用材料种类多以及同时实现多级粒径分离的往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置，包括曲柄滑块机构、超声波辅助系统、t形导向装置、三级筛粉系统、框架支撑系统；所述曲柄滑块机构包括电机、电机调速开关、曲柄、若干圆柱销、连杆、驱动筛盘紧固件，电机调速开关通过导线和电机相连，曲柄固定在电机的转动轴上，连杆通过连接圆柱销和曲柄形成铰接，驱动筛盘紧固件设置有耳状凸起，通过圆柱销和曲柄实现铰接；所述超声波辅助系统包括超声波发生器、超声波调频器、三个超声波换能器，超声波调频器通过导线和超声波发生器相连用以调节作用频率，超声波换能器通过导线和超声波发生器相连，将输入的电功率转化为机械功率(即超声波)；t形导向装置包括八个深沟球轴承、八个轴承连杆、下导轨横梁、上导轨横梁，轴承的内圈固定在轴承连杆上，轴承嵌入导轨横梁的t形凹槽内，轴承的外圈和导轨横梁的t形凹槽上、下两面相接触实现轴承的滚动；所述三级筛粉系统包括筛盘紧固件(左)、筛盘紧固件(右)、筛盘、料盘、筛盘紧固件螺栓和螺母，筛盘紧固件(左)和筛盘紧固件(右)两个拼接空心圆环，筛盘和料盘的均放入筛盘紧固件组成的空心圆环中，并通过筛盘紧固件螺栓和螺母实现左、右紧固件的联接对筛盘和料盘的夹紧固定，通过选用不同目数的筛盘，逐层叠加筛粉机构实现不同粒径粉体的自动筛选；所述框架支撑系统包括底座支撑柱、导轨支撑柱、筛盘支撑柱、筛盘连杆、三向联接紧固件、四向联接紧固件，多级筛粉机构间使用筛盘支撑柱进行支撑，在筛盘连杆和筛盘支撑柱间使用三向联接紧固件和四向联接紧固件进行固定，底座支撑柱支撑起下导轨横梁，导轨支撑柱通过焊接联接上、下导轨横梁，同时将电机、超声波发生器固定在导轨支撑柱上。

一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置使用方法，包括以下步骤：

步骤1：可根据材料的种类、初始状态和粒径以及筛粉要求，选择外径为200mm，高度为40mm的筛盘，不同目数的筛盘安装时，以从上至下目数逐渐增加的顺序装入，且相邻两层筛盘目数相差为两倍。对于要求粉体粒径为150-250μm时，选用100目的筛盘，对要求于粉体粒径为75-120μm时，选用200目的筛盘；对于要求粉体粒径为38-60μm时，选用400目的筛盘；对于要求粉体粒径为18-25μm时，选用800目的筛盘；对于要求粉体粒径为13-18μm时，选用1000目的筛盘。

步骤2：安装实验筛盘，将三个外形尺寸相同但目数不同的筛盘装入筛盘紧固件(左)、筛盘紧固件(右)组成的环状圈内，相同方法依次装入其余两个筛盘，最后在筛粉机构最下部装入料盘，拧紧筛盘紧固件螺栓和螺母，使筛盘和料盘固定在其中，不发生晃动。

步骤3：安装筛粉机构透明防护罩，在最上部筛盘上盖上塑料透明防护盖，同时在每层筛盘及最后料盘上，安装透明空心圆柱防护罩。

步骤4：将原料倒入最上层筛盘中，原料的水平高度不得超多20mm；

步骤5：开始粉体细化及分离，先打开超声波调频器，选择超声波频率，再打开电机调速开关，选择转速；对于要求粉体粒径为150-250μm时，选用转速为100r/min，频率为30khz；对要求粉体粒径为75-120μm时，选用转速为150r/min，频率为40khz；对于要求粉体粒径为38-60μm时，选用转速为200r/min，频率为50khz；对于要求粉体粒径为18-25μm时，选用转速为250r/min，频率为60khz；对于要求粉体粒径为13-18μm时，选用转速为300r/min，频率为70khz。

步骤6：收集粉体，从透明防护罩内观测到粉体筛选结束后，停止超声波调频器和电机调速开关，拧松筛盘紧固件螺栓和螺母，从上至下依次取出筛盘及最后料盘，将筛盘内粉体装入样品袋。

本发明的原理是：对心曲柄滑块机构可以实现固定行程的往复运动，设曲柄长度长度为a，连杆长度为b，当曲柄连杆共线，铰接位于两杆件中心时，滑块到达最远极限位置，此时滑块距离曲柄中心长度为a+b，当曲柄连杆再次共线，铰接位于两杆件一端时，滑块到达最近极限位置，此时滑块距离曲柄中心长度为b-a，所以滑块的固定行程长度为2a，可以实现往复运动，在筛盘往复运动的过程中，带动粉体运动，由于粉体存在惯性，使得粉体滚动，颗粒间产生破碎，当颗粒小于筛盘网孔直径时，将掉落到下一级网孔更加细小的筛盘，实现粗细颗粒的分离，以此进行将实现多级粉体分离。超声波系统的作用原理是，超声波发生器产生高频交流电信号驱动超声换能器，粉体及筛盘在超声波的作用下实现高频振动，促进粉体的破裂，细化颗粒，同时筛盘的振动可以防止，较细的颗粒阻塞网孔，加速筛粉进程，提高效率。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1)采用曲柄滑块机构，可以保证固定行程的往复运动，运动平稳，准确可靠，可以避免筛粉过程中粉体剧烈运动导致逸出和损耗；2)采用t形导向装置，将轴承安装在导轨滑槽内，减小运动过程中支撑构件的振动和噪声，同时使用轴承可以减小往复运动的摩擦力，减小对导轨的磨损提高使用寿命，轴承为标准件便于更换，维修成本低；3)采用超声波辅助系统，超声波换能器直接作用于筛盘紧固件，使得超声波传播迅速有效，加快粉体的破碎细化，同时筛盘的振动，可以防止较细的颗粒阻塞网孔，加速筛粉进程，提高效率；4)该筛粉机构采用三级连续筛粉，可以一步完成对同种粉体的四种粒径的区分，操作简单易行，同时可以根据需要更换不同目数的筛盘满足粒径区分的需求，采用螺栓螺母紧固半圆形筛盘紧固件，使得筛盘紧固更加稳定简单，方便安装拆卸；5)整体框架采用铝合金制造，结构紧凑轻便，便于维修更换，制造成本低。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置总体结构图。

图2是本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的俯视图。

图3是本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的左视图。

图4是本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的往复运动极限位置一的主视图。

图5是本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的往复运动极限位置二的主视图。

图6是本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的曲柄滑块机构的结构图。

图7是本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的筛盘紧固件的结构图。

图8是本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的导轨横梁的结构图。

图9是本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的轴承导轨系统(配防护罩)的结构图。

图10是本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的三级筛粉系统的结构图。

具体实施方式

本发明提供了一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置，用于将原料粉体通过细化以及三级筛粉，实现粉体不同粒径的快速自动化分离。以下结合附图所示对本发明做进一步说明。

结合图1、图2和图3，本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置，其特征在于，包括曲柄滑块机构、超声波辅助系统、t形导向装置、三级筛粉系统、框架支撑系统；所述曲柄滑块机构包括电机、电机调速开关、曲柄、若干圆柱销、连杆、驱动筛盘紧固件，电机调速开关通过导线和电机相连，曲柄固定在电机的转动轴上，连杆通过连接圆柱销和曲柄形成铰接，驱动筛盘紧固件设置有耳状凸起，通过圆柱销和曲柄实现铰接；所述超声波辅助系统包括超声波发生器、超声波调频器、三个超声波换能器，超声波调频器通过导线和超声波发生器相连用以调节作用频率，超声波换能器通过导线和超声波发生器相连，将输入的电功率转化为机械功率(即超声波)；所述t形导向装置包括八个深沟球轴承、八个轴承连杆、下导轨横梁、上导轨横梁，轴承的内圈固定在轴承连杆上，轴承嵌入导轨横梁的t形凹槽内，轴承的外圈和导轨横梁的t形凹槽上、下两面相接触实现轴承的滚动；所述三级筛粉系统包括筛盘紧固件(左)、筛盘紧固件(右)、筛盘、料盘、筛盘紧固件螺栓和螺母，筛盘紧固件(左)和筛盘紧固件(右)两个拼接空心圆环，筛盘和料盘的均放入筛盘紧固件组成的空心圆环中，并通过筛盘紧固件螺栓和螺母实现左、右紧固件的联接对筛盘和料盘的夹紧固定，通过选用不同目数的筛盘，逐层叠加筛粉机构实现不同粒径粉体的自动筛选；所述框架支撑系统包括底座支撑柱、导轨支撑柱、筛盘支撑柱、筛盘连杆、三向联接紧固件、四向联接紧固件，多级筛粉机构间使用筛盘支撑柱进行支撑，在筛盘连杆和筛盘支撑柱间使用三向联接紧固件和四向联接紧固件进行固定，底座支撑柱支撑起下导轨横梁，导轨支撑柱通过焊接联接上、下导轨横梁，同时将电机、超声波发生器固定在导轨支撑柱上。

具体而言，如图6所示为本发明中所包含的曲柄滑块机构，当电机调速开关接通后，电机转动从而带动曲柄做周期旋转，曲柄通过圆柱销铰接带动连杆，与连杆连接的筛盘紧固件及筛盘即为曲柄滑块机构中的“滑块”，连杆带动“滑块”实现往复运动。如图4所示为本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的往复运动极限位置一的主视图，此时，曲柄和连杆共线，且二者的铰接中心位于两杆件之间，筛盘机构到达最远端位置。如图5所示为本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的往复运动极限位置二的主视图，此时，曲柄和连杆共线，且二者的铰接中心位于曲柄的一端(左端)，筛盘机构到达最近端位置。随着曲柄的转动，筛分系统就在图4和图5间实现往复运动。

如图7所示为本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的筛盘紧固件的结构图，轴承连杆17通过内六角螺钉75分别固定在筛盘紧固件左18、筛盘紧固件右19上，轴承16的内圈通过过盈配合安装在轴承连杆17上，筛盘紧固件左18、筛盘紧固件右19通过螺栓、螺母22相固定，从而夹紧放入其中的筛盘，同时超声波换能器20工作，通过超声波振动筛盘紧固件右19,继而传递给所夹紧的筛盘使得粉体在筛盘中高频振动，破碎粉体，防治粉体堵塞筛孔。如图8所示本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的t形导轨横梁的结构图，图7中的轴承16安装在导轨横梁的t形导轨槽内，从而实现平移运动，装配后如图9所示，图9中在相邻两层筛盘间安装透明塑料防护罩91,透明塑料防护罩91的下边缘和下层筛盘的外缘相配合进行固定，在最上层筛盘上安装锥形透明塑料防护盖92进行遮盖，防治粉料逸出。

如图10所示是本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置的三级筛粉系统的结构图。筛粉机构共分为4层，前三层为筛盘且由上至下筛盘目数逐渐增加，最后一层为料盘储存最终产物。筛粉系统是由图7中筛盘紧固件结构紧固筛盘及料盘后叠加而组成，其中相邻两层之间使用筛盘支撑柱、三向联接紧固件、四向联接紧固件进行固定。

本发明的一种往复振动及超声分散结合的三级粉体细化分离装置使用方法具体步骤如下：

步骤1：可根据材料的种类、初始状态和粒径以及筛粉要求，选择外径为200mm，高度为40mm的筛盘，不同目数的筛盘安装时，以从上至下目数逐渐增加的顺序装入，且相邻两层筛盘目数相差为两倍。对于要求粉体粒径为150-250μm时，选用100目的筛盘，对要求于粉体粒径为75-120μm时，选用200目的筛盘；对于要求粉体粒径为38-60μm时，选用400目的筛盘；对于要求粉体粒径为18-25μm时，选用800目的筛盘；对于要求粉体粒径为13-18μm时，选用1000目的筛盘。

步骤2：安装实验筛盘，将三个外形尺寸相同但目数不同的筛盘装入筛盘紧固件(左)、筛盘紧固件(右)组成的环状圈内，相同方法依次装入其余两个筛盘，最后在筛粉机构最下部装入料盘，拧紧筛盘紧固件螺栓和螺母，使筛盘和料盘固定在其中，不发生晃动。

步骤3：安装筛粉机构透明防护罩，在最上部筛盘上盖上塑料透明防护盖，同时在每层筛盘及最后料盘上，安装透明空心圆柱防护罩。

步骤4：将原料倒入最上层筛盘中，原料的水平高度不得超多20mm；

步骤5：开始粉体细化及分离，先打开超声波调频器，选择超声波频率，再打开电机调速开关，选择转速；对于要求粉体粒径为150-250μm时，选用转速为100r/min，频率为30khz；对要求粉体粒径为75-120μm时，选用转速为150r/min，频率为40khz；对于要求粉体粒径为38-60μm时，选用转速为200r/min，频率为50khz；对于要求粉体粒径为18-25μm时，选用转速为250r/min，频率为60khz；对于要求粉体粒径为13-18μm时，选用转速为300r/min，频率为70khz。

步骤6：收集粉体，从透明防护罩内观测到粉体筛选结束后，停止超声波调频器和电机调速开关，拧松筛盘紧固件螺栓和螺母，从上至下依次取出筛盘及最后料盘，将筛盘内粉体装入样品袋。