CN102328091B - 气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器及送混粉控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器及送混粉控制方法。送混粉器包括送粉装置和混粉装置。送混粉控制方法如下：所述的步骤一、二的组合实现：(1)调节控料阀到最大开度；(2)调节平衡阀开度的同时观察平衡气压表的显示压力，调节平衡气压表压力到0.05～0.5MPa；步骤一、二、三的组合实现喷吹压力调；步骤一、六组合，可以实现混流管射流控制调试压力的调节；步骤一、二、三、六、七组合，可以实现硬质磨料的流量调节；步骤六、七、八组合，可以实现混流管射流控制压力的调节。在送混粉器的作用下，在混流管路中硬质磨料与高压气体充分混合，形成气固两相流。本发明为实现一种新的磁性磨料制备方法提供了重要条件。

Description

气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器及送混粉控制方法

技术领域

本发明提供一种气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器及送混粉控制方法，属于磁粒研磨制备技术领域。

背景技术

磁粒研磨光整加工技术是将磁场应用于传统研磨技术而开发的一种新的光整加工工艺；是一种很优异的光整加工方法；是改善产品表面质量很有效的技术手段。该方法在技术上存在诸多优点：柔性、自适应性、自锐性、可控性、温升小和无须进行工具磨损补偿、无须修形等特点；同时还避免了对磨具头部结构的复杂要求，能够实现三维复杂曲面的研磨光整加工和解决自动化问题；并能降低零件的制造成本，因而在国内外引起了广泛的研究。现有技术中磁性磨料的制备方法有很多种，它们大体上可以分为三类：机械混合法、复合材料法、反应铸造法。

机械混合法是将铁磁性粉末、磨料粉末和研磨液等按一定比例在常温下均匀混合，直接进行研磨加工的方法。常用一定粒度的铁磁性粉末与磨料粉末如Al₂O₃、SiC、Cr₂O₃、TiC等混合均匀后，再加入粘合剂如油酸、聚乙烯甘醇、硅胶等制成。该种方法可以制成多种磁性磨料，制备工艺简单，成本低，但是在研磨期间，磨料颗粒与磁性粉末比较容易分离飞散，研磨效率低，限制了应用范围。

从材料学的角度看，磁性磨料是一种复合材料粉末，即铁基颗粒增强型复合材料粉末。它是由两种或两种以上的材料通过一定的复合工艺制成的多相材料，其性能在特定方面明显优于原材料。随着复合材料学的发展，磁性磨料的制备技术也得到了相应发展,其制备工艺有许多种，主要有烧结法、粘结法、复合镀层法等。

烧结法是目前磁性磨料制备最常用的方法。在日本，该方法已经成功地应用于工业化生产中。根据具体烧结条件的不同，它又分为常压烧结、热压烧结、激光烧结、微波烧结等。由于磁性磨料的加工性能和使用寿命,很大程度上决取于磨粒相与铁磁相的结合强度。烧结法制备的磁性磨料，在机械粉碎、筛分过程中有相当部分的磨料相与铁磁相分离,导致铁磁相与磨粒相结合强度降低，耐用度下降。

粘结法根据所选用粘结剂的不同分为无机粘结和有机粘结，是将一定比例、混合均匀的铁磁性粉末和磨料粉末用粘结剂粘结在一起，然后固化，再机械粉碎、筛选，制成不同粒度的磁性磨料粉末。粘结法制备的磁性磨料，由于不需要预先压制成块，不需要含有惰性气体的电炉、激光机等设备，因此该方法工艺简单，容易实现，成本较低。但组织疏松，结合差，密度低，热稳定性差，磨粒相容易脱落，寿命较短。且当温度较高时,粘结的磁性磨料使加工的表面成暗黑色,原有加工表面容易被污染损毁。

复合镀层法用复合电镀或复合化学镀的方法，将某种磨料颗粒均匀地夹杂到金属镀层中，而形成的特殊镀层即为复合镀层。将复合镀层工艺应用到磁性磨料的制备技术中，经过多年的发展，复合镀层法己成功地应用在不少科技领域中，但生产成本较高、批量生产难以实现、镀液处理不当还会造成环境污染。

反应铸造法其原理是在一定条件下，通过元素与元素或元素与化合物之间的化学反应，在肌体内原位合成一种或几种高强度的陶瓷增强相，在得到含有陶瓷增强相的合金后，再加热熔化并在高压下吹制成粉末。反应铸造法目前存在的问题是磁性磨料中陶瓷硬质磨料的含量低且其中的硬质磨料粒度也难于控制。

等离子喷涂法，是将铁基粉末和硬质磨料颗粒按一定比例预先混合均匀后，放置在等离子喷涂设备的原料粉末供料室中。在等离子喷射装置的真空室中，对两电极之间施加高频放电电压，由等离子发生器产生等离子体喷射火焰。将混合好的原料粉末同时不断地喷入到等离子火焰中，等离子火焰温度可达到5000～10000°C的高温，将原料粉末不断地熔化成微液滴，然后冷却、凝固成球形磁性磨料颗粒。该种方法虽然解决了铁基相与磨料相相容性差的问题，但该方法制备的磁性磨料由于受等离子火焰的高温作用，磨粒相的锋利切削刃被钝化，致使其研磨效率显著降低，其研磨能力甚至比不上其他简单方法制备的磁性磨料。

雾化快凝磁性磨料制备法（为本发明人所提出），是采用雾化快凝设备，在惰性气体的保护下，用含有硬质磨料的高压气流吹射下流过程中的熔融金属液流，金属液流被雾化后，形成含有硬质磨料颗粒的微小液滴，经快速冷却凝固，将原本相容性和润湿性极差的硬质磨料相和金属相强制性地结合在一起，从而制备出高性能的磁性磨料。该方法突破了铁磁性金属与硬质磨料之间相容性差的限制，将铁磁性金属与硬质陶瓷磨料强制性的结合在一起，制备出具有导磁率高、研磨能力强、粒度可控、结构强度高、结构形态呈球状、寿命长的高性能磁性磨料。目前该方法有希望成为低成本、大批量生产高性能磁性磨料的最有前途的方法。

本发明所提供气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器，就是实现本发明人所研制的雾化快凝磁性磨料制备设备的关键装置。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器及送混粉控制方法。采用本发明的装置和方法，可以使气雾化快凝制备磁性磨料的设想得以实现，赋予气雾化快凝装置赋予制备磁性磨料的新功能。

为实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：

一种气雾化快凝磁性磨料制备用送混粉器，其特征在于：包括送粉装置和混粉装置；

所述送粉装置包括：储料罐(14)，圆管罩(16)，圆管罩底端喷孔(17)，加料口(18)，射

流输出接口(20)，喷吹阀(21)，控料阀(22)，平衡阀(23)，喷吹气压表(25)，平衡气压表(26)，喷吹管(28)，储料罐旋盖(29)，混流管(30)，密封铜垫(31)和射流控压气管(33)；

所述混粉装置包括：高压进气管(19)、出料管（32）、射流控压阀（24）、射流气压表（27）、混流管（30）；

所述混粉装置的高压进气管(19)与高压气源相接，混流管（30）出口与气雾化室的高速射流喷嘴(13)相接；

所述高压进气管（19）通过三通管接头与控料阀（22）连接，控料阀（22）通过三通管接头与喷吹阀（21）、射流控压阀（24）相接，喷吹阀（21）与喷吹管(28)连接，喷吹管(28)与储料罐(14)连接并延伸至储料罐(14)的上腔部位，在储料罐(14)下部与喷吹阀(21)之间的喷吹管(28)连接喷吹气压表(25)；圆管罩（16）将储料罐（14）内部的喷吹管（28）罩住，圆管罩（16）下端焊接在储料罐（14）内腔的底部，圆管罩（16）底端具有多个喷孔(17)；储料罐（14）的上部是加料口（18），通过旋盖（29）和密封铜垫（31）将储料罐（14）堵住，喷吹管（28）中的气流到达圆管罩（16）的内部上端后折返，通过圆管罩（16）与喷吹管（28）之间的间隙到达圆管罩底端喷孔（17），从圆管罩底端喷孔（17）喷出，将硬质磨料送入出料管（32）；平衡阀（23）的出口管道安装平衡气压表（26），然后连接储料罐（14）的上腔，通过平衡阀（23）的气流进入储料罐（14）的上腔部位，推动硬质磨料下移，避免出现硬质磨料的搭棚现象；

所述射流控压气管(33)安装有射流气压表（27），射流控压气管（33）与射流控压阀（24）相接的同时，与出料管（32）、混流管（30）相接；高压气流通过高压进气管（19）、射流控压阀（24）、射流控压气管（33），通过三通接头进入混流管（30），在混流管（30）中与出料管（32）送来的硬质磨料混合，形成气固两相射流。

所述的气雾化快凝磁性磨料制备用送混粉器，其特征在于：所述储料罐作为一种压力容器，其设计承载压力不低于10MPa。

所述的气雾化快凝磁性磨料制备用送混粉器，其送混粉功能是通过高压气源提供的单一气体并控制气流的压力来实现的，不需要任何其它的动力源。

所述气雾化快凝磁性磨料制备用送混粉器的送混粉控制方法，其步骤如下：

步骤一、将射流控压阀（24）、平衡阀(23)、喷吹阀(21)、控料阀(22)置于关闭状态；

步骤二、平衡压力调节：

（1）调节控料阀(22)到最大开度；

（2）调节平衡阀(23)开度的同时观察平衡气压表(26)的显示压力，调节平衡气压表(26)压力到0.05～0.5MPa；

步骤三、喷吹压力调节：调节喷吹阀(21)开度的同时观察喷吹气压表(25)的显示压力，调节喷吹气压表的压力到1～3MPa；

步骤四、关闭控料阀(22)；

步骤五、硬质磨料灌装：按照储料罐(14)的设计容量，按体积计量出规定体积的硬质磨料；将储料罐上部的旋盖(29)打开，将计量好的硬质磨料采用漏斗灌入，然后旋紧旋盖；

步骤六、调节混流管（30）射流控制调试压力：在观察射流气压表（27）压力的同时，调节射流控压阀（24）的开度，调节压力到气雾化快凝磁性磨料制备工艺规定的射流控制调试压力；

步骤七、调节硬质磨料的流量：调节控料阀(22)的开度到工艺规定值；

步骤八、调节混流管（30）射流控制压力：在观察射流气压表（27）压力的同时，调节射流控压阀（24）的开度，调节压力到工艺规定的射流控制压力。

所述的气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器送混粉控制方法，其特征在于：所述的步骤一、步骤二的组合实现：（1）调节控料阀到最大开度；（2）调节平衡阀开度的同时观察平衡气压表的显示压力，调节平衡气压表压力到0.05～0.5MPa；

本发明气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器及送混粉控制方法，由于设计了送粉装置、混粉装置，在送粉装置中设计了喷吹管—圆管罩—喷孔构成的折流式喷吹机构，实现了送、混粉的双重功能和对硬质磨料流量、射流喷射压力的方便控制。装置的送混粉功能，是通过提供的单一高压气源做动力来实现的，不需增加任何其它的动力源。将该装置连接到气雾化快凝制粉设备的气路中，就可以使气雾化快凝制粉设备变成一种独特的磁性磨料制备设备，在送混粉器的作用下，在混流管路中硬质磨料与高压气体充分混合，形成气固两相流，经气雾化快凝设备的射流喷嘴喷出，硬质磨料颗粒就像子弹一样被射入到即将雾化的熔融金属液流中，金属液流经雾化形成含有硬质磨料的微小液滴，经快速冷却凝固，便可获得高性能的磁性磨料。本发明气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器及送混粉控制方法，为实现一种新的磁性磨料制备方法提供了重要条件。

附图说明

图1是气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器送粉和混粉装置划分示意图；

图2是气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器结构示意图；

图3是图2的A部结构局部放大示意图；

图4是本发明气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器在气雾化快凝设备中的安装位置示意图。

具体实施方式

图1中标号：C送粉装置；D混粉装置。

图2中标号：14储料罐；15硬质磨料；16圆管罩；17圆管罩底端喷孔；18加料口；19高压进气管；20射流输出接口；21喷吹阀；22控料阀；23平衡阀；24射流控压阀；25喷吹气压表；26平衡气压表；27射流气压表；28喷吹管；29储料罐旋盖；30混流管；31密封铜垫；32出料管；33射流控压气管。

图3中标号：14储料罐；15硬质磨料；16圆管罩；17圆管罩底端喷孔；28喷吹管。

图4中标号：1电炉；2熔融金属；3保温坩埚；4漏嘴；5雾化室；6抽气除尘装置；7除尘器；8收粉容器；9高压氮气；10冷却水；11磁性磨料；12送混粉器；13射流喷嘴。

参见图1。图1为气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器第一实施例的气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器送粉和混粉装置划分示意图。本实施例气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器包括送粉装置C和混粉装置D。

参见图2，配合参见图1。图2为本发明气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器结构示意图。在图1中所示的送粉装置C，在图2中包括：储料罐14，硬质磨料15，圆管罩16，圆管罩底端喷孔17，加料口18，高压进气管19，射流输出接口20，喷吹阀21，控料阀22，平衡阀23，射流控压阀24，喷吹气压表25，平衡气压表26，射流气压表27，喷吹管28，储料罐旋盖29，混流管30，密封铜垫31和射流控压气管33。

高压进气管19，通过三通管接头与控料阀22连接，控料阀22通过三通管接头与喷吹阀28、射流控压阀24相接，喷吹阀21与喷吹进气管28连接。喷吹进气管28与储料罐14连接并延伸至储料罐14的上腔部位，在储料罐14下部与喷吹阀21之间的喷吹进气管28，连接喷吹气压表25。圆管罩16将储料罐14内部的喷吹进气管28罩住，圆管罩16下端焊接在储料罐14内腔的底部。圆管罩16底端部位有多个喷孔。储料罐14的上部是加料口18，通过旋盖29和密封铜垫31将储料罐14堵住。喷吹进气管28中的气流，到达圆管罩16的内部上端后折返，通过圆管罩16与喷吹进气管28之间的间隙到达圆管罩底端喷孔17，从圆管罩底端喷孔17喷出，将硬质磨料送入出料管32。平衡阀23的出口管道，安装平衡气压表26，然后连接储料罐14的上腔。通过平衡阀23的气流进入储料罐14的上腔部位，推动硬质磨料15下移，避免出现硬质磨料的搭棚现象。

参见图2，配合参见图1。在图1中的混粉装置D，在图2中包括：高压进气管19、出料管32、射流控压阀24、射流气压表27、混流管30。

高压进气管19与图3的送粉装置C的控料阀9相接,同时通过三通接头与射流控压阀24相接。射流控压气管33安装有射流气压表27，射流控压气管33与射流控压阀24相接的同时，与出料管32、混流管30相接。高压气流通过高压进气管19、射流控压阀24、射流控压气管33，通过三通接头进入混流管30，在混流管30中与出料管32送来的硬质磨料混合，形成气固两相射流。

参见图3，配合参见图2。图3为送粉装置C中的折流式喷吹机构，该装置由喷吹进气管28、圆管罩16、喷孔17构成，圆管罩16罩在喷吹进气管28的外部，并与喷吹进气管28同轴线，圆管罩16下端焊接在储料罐14的底部。圆管罩16下端部位有多个喷孔。该装置既可以使得储料罐14中的硬质磨料不会进入喷吹阀21，又能保证气流从储料罐14内腔的底部位置喷出。

参见图4，配合参见图2。图4是本发明气雾化快凝磁性磨料制备送混粉器在气雾化快凝设备中的安装位置示意图。图4显示了送混粉器12在气雾化快凝磁性磨料制备装置中的安装位置。在图4中，高压气源的高压气流从送混粉器12的入口进入，从送混粉器12的出口流出的混粉气流，经混流管30进入雾化室5中的高速射流喷嘴13。混流管30中的高压混粉射流，进入高速射流喷嘴13后高速喷射而出，硬质磨料颗粒随高速气流，像子弹一样被射入到即将被雾化的熔融金属液流中，金属液流经雾化形成含有硬质磨料的微小液滴，经快速冷却凝固，从而形成高性能的磁性磨料。高压气源中的气体通常为压力在50～100MPa的氮气或氦气。

Claims (4)

1.一种气雾化快凝磁性磨料制备用送混粉器，其特征在于：包括送粉装置和混粉装置；

所述送粉装置包括：储料罐(14)，圆管罩(16)，圆管罩底端喷孔(17)，加料口(18)，射流输出接口(20)，喷吹阀(21)，控料阀(22)，平衡阀(23)，喷吹气压表(25)，平衡气压表(26)，喷吹管(28)，储料罐旋盖(29)，混流管(30)，密封铜垫(31)和射流控压气管(33)；

所述混粉装置包括：高压进气管(19)、出料管（32）、射流控压阀（24）、射流气压表（27）、混流管（30）；

所述混粉装置的高压进气管(19)与高压气源相接，混流管（30）出口与气雾化室的高速射流喷嘴(13)相接；

所述高压进气管（19）通过三通管接头与控料阀（22）连接，控料阀（22）通过三通管接头与喷吹阀（21）、射流控压阀（24）相接，喷吹阀（21）与喷吹管(28)连接，喷吹管(28)与储料罐(14)连接并延伸至储料罐(14)的上腔部位，在储料罐(14)下部与喷吹阀(21)之间的喷吹管(28)连接喷吹气压表(25)；圆管罩（16）将储料罐（14）内部的喷吹管（28）罩住，圆管罩（16）下端焊接在储料罐（14）内腔的底部，圆管罩（16）底端具有多个喷孔(17)；储料罐（14）的上部是加料口（18），通过旋盖（29）和密封铜垫（31）将储料罐（14）堵住，喷吹管（28）中的气流到达圆管罩（16）的内部上端后折返，通过圆管罩（16）与喷吹管（28）之间的间隙到达圆管罩底端喷孔（17），从圆管罩底端喷孔（17）喷出，将硬质磨料送入出料管（32）；平衡阀（23）的出口管道安装平衡气压表（26），然后连接储料罐（14）的上腔，通过平衡阀（23）的气流进入储料罐（14）的上腔部位，推动硬质磨料下移，避免出现硬质磨料的搭棚现象；

所述射流控压气管(33)安装有射流气压表（27），射流控压气管（33）与射流控压阀（24）相接的同时，与出料管（32）、混流管（30）相接；高压气流通过高压进气管（19）、射流控压阀（24）、射流控压气管（33），通过三通接头进入混流管（30），在混流管（30）中与出料管（32）送来的硬质磨料混合，形成气固两相射流。

2.根据权利要求1所述的气雾化快凝磁性磨料制备用送混粉器，其特征在于：所述储料罐作为一种压力容器，其设计承载压力不低于10MPa。

3.根据权利要求1所述的气雾化快凝磁性磨料制备用送混粉器，其送混粉功能是通过高压气源提供的单一气体并控制气流的压力来实现的，不需要任何其它的动力源。

4.一种根据权利要求1所述气雾化快凝磁性磨料制备用送混粉器的送混粉控制方法，其步骤如下：

步骤一、将射流控压阀（24）、平衡阀(23)、喷吹阀(21)、控料阀(22)置于关闭状态；

步骤二、平衡压力调节：

（1）调节控料阀(22)到最大开度；

（2）调节平衡阀(23)开度的同时观察平衡气压表(26)的显示压力，调节平衡气压表(26)压力到0.05～0.5MPa；

步骤三、喷吹压力调节：调节喷吹阀(21)开度的同时观察喷吹气压表(25)的显示压力，调节喷吹气压表的压力到1～3MPa；

步骤四、关闭控料阀(22)；

步骤五、硬质磨料灌装：按照储料罐(14)的设计容量，按体积计量出规定体积的硬质磨料；将储料罐上部的旋盖(29)打开，将计量好的硬质磨料采用漏斗灌入，然后旋紧旋盖；

步骤六、调节混流管（30）射流控制调试压力：在观察射流气压表（27）压力的同时，调节射流控压阀（24）的开度，调节压力到气雾化快凝磁性磨料制备工艺规定的射流控制调试压力；

步骤七、调节硬质磨料的流量：调节控料阀(22)的开度到工艺规定值；

步骤八、调节混流管（30）射流控制压力：在观察射流气压表（27）压力的同时，调节射流控压阀（24）的开度，调节压力到工艺规定的射流控制压力。

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