一種用於高頻感應等離子體粉末球化過程中的送粉裝置的製作方法

2023-07-14 17:06:26 2

本發明涉及一種送粉器裝置，特別涉及一種用於高頻感應等離子體粉末球化過程中連續、均勻送粉的送粉裝置，屬於機械設計領域。

背景技術：

以航空航天材料為代表的金屬與合金件的3d列印快速成形技術，是近淨成形技術的主要發展方向之一。與此同時，3d列印快速成形技術的發展對基礎材料粉末的粒度和形貌也提出了更高的要求，粒度微細、可控的高純球形金屬或合金粉末的製備技術與專用裝備成為新材料與裝備的主要發展方向。高頻等離子體制球型粉末，整個過程處於連續、非接觸式的狀態，而且高頻等離子體沒有電極，因而可以避免產品引入雜質，可以得到高純的產品，是製備組分均勻、球形度高、流動性好的球形粉末的良好途徑。

高頻感應等離子體球化粉末製備過程中，需要通過送粉器將目標粉末送進反應器內，在等離子體流中被加速和熔化，然後迅速離開反應區域進入冷卻倉冷卻，在這個過程中熔融顆粒在表面張力的作用下形成球形顆粒。

在高頻感應等離子體球化粉末工藝中，粉末單位時間輸送率和粉末的輸送速度是由送粉器的輸送特性決定的，送粉器是球化粉末技術中的核心元件之一，它按照加工工藝向等離子體反應器輸送設定好的粉末。送粉器性能的好壞直接影響球化粉末的質量和產率等，所以開發高性能的送粉器對球化粉末的製備顯得尤為重要。

目前所應用的送粉器型式主要有螺旋式和毛細管式等多種形式的送粉裝置，大多數送粉器在輸送較小顆粒粉末時，送粉的連續性和均勻性差，而且容易造成堵塞，尤其是對於高頻感應球化粉末製備過程中對待球化處理粉末末末粒徑要求在20μm以下的超細粉末，普通送粉器很難滿足均勻連續送粉的要求。在保證輸送過程的連續性、均勻性的同時，又使得粉末輸送量連續可調，需要開發一種連續、均勻、可控地輸送超細待球化處理粉末末的新型送粉器。

技術實現要素：

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種用於高頻感應等離子體粉末球化過程中的送粉裝置，用以解決現有技術中送粉不均和超細粉末易結塊發生堵塞等問題。

本發明的技術解決方案是：種用於高頻感應等離子體粉末球化過程中的送粉裝置，該裝置包括送粉器組件、用於存儲待球化處理粉末的粉倉料鬥組件以及用於支撐送粉器組件及控制送粉的控制櫃，送粉器組件包括送粉器工作盤體、送粉轉盤、連接軸、送粉蓋以及第一粉末刮板和第二粉末刮板；所述送粉器工作盤體固定於控制柜上方，送粉轉盤平放於送粉器工作盤體內部，送粉器工作盤體、送粉轉盤以及送粉蓋組成送粉腔；送粉蓋上設有落粉接口、載氣入口和出粉接口，落粉口與粉倉料鬥組件相連通，載氣入口與外部氣源連通，所需送粉載氣由載氣入口進入送粉腔內；出粉接口與高頻感應等離子球化粉末反應器相連通；連接軸一端垂直固定於送粉轉盤的盤面中心點處，另一端沿送粉器工作盤體的中心軸線穿過送粉器工作盤體與控制櫃內的電機傳動軸相連；送粉轉盤上設有環形落粉槽，第一粉末刮板和第二粉末刮板嵌入在送粉轉盤的落粉槽內，分別與出粉接口和落粉接口連通，可以相對於落粉槽滑動；控制櫃內的電機通過連接軸帶動送粉轉盤一起轉動，待球化處理粉末待球化處理粉末從第二粉末刮板處落入送粉轉盤內的環形落粉槽內，隨轉盤轉動轉送至出第一粉末刮板處，在第一粉末刮板阻擋下，粉末不再隨著轉盤轉動，隨著送粉腔內的送粉載氣，從出粉接口均勻送至高頻感應等離子球化粉末反應器內。

所述粉倉料鬥組件包括粉倉罐、密封蓋以及安裝在密封蓋上的攪拌電機，所述攪拌電機通過傳動杆與位於粉倉罐出口處的攪拌環相連，並帶動其對粉倉罐內的待球化處理粉末待球化處理粉末進行攪拌。

所述攪拌環為上下布置的兩個三角環形結構。

所述攪拌環的材料為不鏽鋼材料。

所述粉倉料鬥組件還設有一路平衡氣通路，平衡氣通路一端位於粉倉罐內部靠近粉倉罐頂端部位，另一端穿過送粉蓋上落粉接口進入送粉腔內，用於連通粉倉罐和送粉腔。

所述落粉槽內的第一粉末刮板和第二粉末刮板的底部與落粉槽內底面一端無縫貼合、一端敞開，其中，第二粉末刮板的開口方向與粉轉盤的運動方向相同，第一粉末刮板的開口方向與粉轉盤的運動方向相反。

所述送粉轉盤的轉速為每分鐘0～25轉，且轉速可調節。

所述送粉轉盤的落粉槽內還安裝有重力傳感器，用於檢測落粉槽內的待球化處理粉末質量。

所述載氣入口的載氣流量和壓力可調節。

所述送粉蓋由透明材料製成。

本發明與現有技術相比的有益效果是：

(1)、本發明落粉槽內的第一粉末刮板和第二粉末刮板，其底部採取與落粉槽內底面一端無縫貼合、一端敞開的結構設計，在送粉轉盤轉動的過程中，第一粉末刮板、第二粉末刮板相當於兩塊擋板，將粉末從落粉處刮到出粉處，同時在載氣流的帶動下從出粉接頭出送出，在粉末刮板、送粉轉盤和載氣的共同作用下，能將超細粉末順利送出；

(2)、本發明攪拌電機通過傳動杆與位於粉倉料鬥出口處的攪拌環相連，並帶動其進行攪拌，攪拌環為上下兩個三角形閉環結構，相對於刮板式結構，能夠很好的解決粉倉落粉口出金屬超細粉形成的聚集和搭橋現象，同時又可以減少攪拌阻力、降低電耗；

(3)、本發明可以有效地調節工作轉盤轉速和載氣的流量與壓力，同時通過轉盤上設置的重力傳感器的反饋數據實現粉末精準順暢送粉；

(4)、本發明粉倉罐內部設置有一路平衡氣，用於連接送粉器組件內的送粉腔和粉倉罐，可以很好地保持落粉口上下的壓力平衡，以防止送粉器組件內部由於氣壓過大，導致粉倉罐內部粉末無法順暢落入送粉器組件內送粉轉盤上；

(5)、本發明送粉蓋由透明材料製成，方便觀察送粉腔內部工作情況；

(6)、本發明可以通過就地與遠程切換，實現遠程操控，避免現場操作；

(7)、本發明所述送粉裝置的各部件安裝拆裝方便，便於內部清理。

附圖說明

圖1為本發明所述送粉裝置的結構示意圖；

圖2(a)為本發明所述粉倉料鬥組件的外部結構示意圖；

圖2(b)為本發明所述粉倉料鬥組件的內部結構剖面圖；

圖3為本發明送粉器組件的零部件組成示意圖；

圖4(a)為本發明所述送粉蓋的結構示意圖；

圖4(b)為本發明所述送粉蓋結構示意圖的a-a剖面圖；

圖4(c)為本發明所述送粉蓋結構示意圖的b-b剖面圖；

圖5(a)為本發明所述送粉轉盤的結構示意圖；

圖5(b)為本發明所述送粉轉盤結構示意圖的a-a剖面圖；

圖6(a)為本發明所述工作盤鎖緊件的結構示意圖；

圖6(b)為本發明所述工作盤鎖緊件結構示意圖的a-a剖面圖；

圖7(a)為本發明所述送粉器工作盤體的結構示意圖；

圖7(b)為本發明所述送粉器工作盤體結構示意圖的a-a剖面圖；

圖8(a)為本發明所述送粉器安裝底盤的結構示意圖；

圖8(b)為本發明所述送粉器安裝底盤結構示意圖的a-a剖面圖；

圖9(a)為本發明所述連接軸的結構示意圖；

圖9(b)為本發明所述連接軸結構示意圖的a-a剖面圖；

圖10(a)為本發明所述第一粉末刮板的結構示意圖；

圖10(b)為本發明所述第二粉末刮板的結構示意圖；

圖10(c)為本發明所述第一粉末刮板的a-a剖面圖；

圖10(d)為本發明所述第二粉末刮板的a-a剖面圖；

圖11(a)為本發明所述出粉接頭的結構示意圖；

圖11(b)為本發明所述出粉接頭結構示意圖的a-a剖面圖；

圖12(a)為本發明所述入氣接頭的結構示意圖；

圖12(b)為本發明所述入氣接頭結構示意圖的a-a剖面圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

如圖1所示，本發明提供了一種用於高頻感應等離子體粉末球化過程中的送粉裝置，該裝置包括粉倉料鬥組件1、送粉器組件2和控制櫃3。粉倉料鬥組件1位於送粉器組件2上方，送粉器組件2位於控制櫃3的上方。

粉倉料鬥組件1用於存儲高頻感應等離子體粉末球化製備過程中的待球化處理粉末，其底部設有落粉口。如圖2(a)所示，所述粉倉料鬥組件1包括粉倉罐1-1、密封蓋1-2以及安裝在密封蓋上的攪拌電機1-3，所述攪拌電機通過傳動杆與位於粉倉罐1-1出口處的攪拌環相連，並帶動其對粉倉罐1-1內的待球化處理粉末進行攪拌。如圖2(b)所示，所述攪拌環為上下布置的兩個三角環形結構。具體實施時可以上下布置在一個平面上也可以不在同一個平面上。兩個三角環最好是錯開布置，三角形環覆蓋粉倉罐下端出口處0-50mm處，三角形環離粉倉罐內壁的最小距離為1-2mm，這樣可以保證粉倉罐下部落粉口處內部大部分粉末都可以被攪拌到，而不會出現堵塞出粉口。攪拌環的材料為不鏽鋼材料。這種非刮板式結構，能夠很好的解決粉倉落粉口出金屬超細粉形成的聚集和搭橋現象，同時又可以減少攪拌阻力、降低電耗。

如圖3所示，送粉器組件2包括送粉器安裝底盤2-1、送粉器工作盤體2-2、送粉轉盤2-3、連接軸2-4、送粉蓋2-5、工作盤鎖緊件2-6以及第一粉末刮板和第二粉末刮板。送粉器安裝底盤2-1通過內六角圓柱頭螺釘固定安裝在控制櫃3上方，所述送粉器工作盤體2-2通過螺釘固定安裝在送粉器安裝底盤2-1上，並且兩者的中心軸在同一條直線上。送粉蓋2-5位於送粉器工作盤體2-2上，通過工作盤鎖緊件2-6與送粉器工作盤體2-2緊固在一起，所述送粉轉盤2-3平放於送粉器工作盤體內部，送粉器工作盤體2-2、送粉轉盤2-3以及送粉蓋2-5組成送粉腔；粉倉料鬥組件1與送粉蓋通過螺釘固定在一起，如圖4(a)、圖4(b)、圖4(c)所示，送粉蓋2-5上設有落粉接口2-51、載氣入口2-52和出粉接口2-53，落粉口與粉倉料鬥組件1相連通，載氣入口2-52與外部氣源連通，所需送粉載氣由載氣入口2-52進入送粉腔內；出粉接口2-53與高頻感應等離子球化粉末反應器相連通。粉倉料鬥組件1內還設有一路平衡氣通路1-5，平衡氣通路1-5一端位於粉倉罐1-1內部靠近粉倉罐1-1頂端的部位，另一端穿過送粉蓋2-5上落粉接口2-51進入送粉腔內，用於連通粉倉罐1-1和送粉腔，可以很好地保持落粉口上下的壓力平衡，以防止送粉器組件內部由於氣壓過大，導致粉倉罐內部粉末無法順暢落入送粉器組件內送粉轉盤上，送粉蓋2-5由透明材料製成，方便觀察送粉腔內部工作情況。連接軸2-4一端垂直固定於送粉轉盤2-3的盤面中心點處，另一端沿送粉器工作盤體2-2的中心軸線依次穿過送粉器工作盤體2-2和送粉器安裝底盤2-1與位於送粉器組件2下方的控制櫃內的電機傳動軸相連，控制櫃內的電機能夠通過連接軸的轉動帶動送粉轉盤一起轉動，所述轉盤的轉速可以通過控制櫃控制面板上面的電機轉速調節旋鈕來精準控制，轉盤的轉速每分鐘調節範圍為0-25轉。如圖5(a)和圖5(b)所示，送粉轉盤2-3上設有環形落粉槽，第一粉末刮板和第二粉末刮板安裝於送粉轉盤2-3的落粉槽內，可以與落粉槽保持相對滑動，所述第一粉末刮板和第二粉末刮板分別通過導管與出粉接口2-53和落粉接口2-51相連接，粉末通過導管和第二粉末刮板從粉倉料鬥組件1落入送粉轉盤2-3內的環形落粉槽內，之後，隨轉盤轉動從第二粉末刮板轉至出第一粉末刮板處，並且在第一粉末刮板的阻擋下，粉末不再隨著轉盤轉動，而是隨著送粉器載氣入口2-52內通入的送粉載氣，從第一粉末刮板處通過導管和出粉接口2-53送至高頻感應等離子球化粉末反應器內。送粉器載氣入口2-52的載氣流量可以通過控制面板上的流量調節旋鈕進行調節。為了更加精確地掌握送粉腔內的粉末多少，所述送粉轉盤2-3的落粉槽內還安裝有檢測粉末變化的重力傳感器，用於檢測送粉質量變化情況，並將數據輸出到控制櫃3的面板上。

如圖6(a)和圖6(b)所示，所述工作盤鎖緊件為環形金屬結構並附有一圈環形立邊、在環狀金屬結構上設有4根螺釘安裝孔，工作盤鎖緊件用於將送粉蓋壓緊並通過螺釘固定鎖緊在工作盤體上。

如圖7(a)、圖7(b)所示，送粉器工作盤體2-2工作盤體內部包含臺階環狀結構，用來放置送粉轉盤2-3，且送粉器工作盤體2-2底部中心處有一圓形孔，連接軸2-4從中穿過與下端位於控制櫃3內的電機相連。並且送粉器工作盤體2-2裡面一層環形臺階上設置有環形型密封圈放置槽，用於將送粉蓋2-5蓋在送粉器工作盤體2-2上時保持所形成的內腔完全密封。

如圖8(a)、圖8(b)所示，送粉器安裝底盤2-1上面為環形板狀結構，中間為中空筒狀結構，中心環形筒狀結構用於將工作盤體和連接軸等插入與下端位於控制櫃內的電機相連。安裝底盤上面的環形板狀結構上外圈有4個螺紋孔用來將工作盤體通過螺釘固定於安裝底盤上，中間一圈4個螺紋孔用來將安裝底盤固定於控制柜上面的面板。

如圖9(a)、圖9(b)所示，連接軸2-4一端為圓形盤面，上面有3個螺釘孔，用於將連接軸與送粉轉盤通過螺釘固定在一起，連接軸另一端為圓柱形杆件結構，內部有一圓柱形空筒，長約2-3cm，用於與下面的電機轉動杆件相連，同時圓柱形空筒的一側有一矩形槽，用於轉動時與電機的轉動杆件鎖住固定。

如圖10(a)～10(d)所示，所述落粉槽內的第一粉末刮板和第二粉末刮板，其底部採取與落粉槽內底面一端無縫貼合、一端敞開的結構設計，其中，第二粉末刮板的開口方向與粉轉盤2-3的運動方向相同，第一粉末刮板的開口方向與粉轉盤2-3的運動方向相反。在送粉轉盤轉動的過程中，粉末刮板相當於兩塊擋板，將粉末從落粉處刮到出粉處，同時在載氣流的帶動下從出粉接頭出送出，在粉末刮板、送粉轉盤和載氣的共同作用下，能將超細粉末順利送出。

如圖11所示，出粉接口2-53下端為一環形凸臺，斷面為倒梯形結構，梯形兩底角均為60度，環形凸臺結構伸入第一粉末刮板的圓形凹槽內與第一粉末刮板相連。

如圖12所示，入氣接口2-52用於將送粉載氣通入送粉組件2內部，剖面為「t」型。

控制櫃3還設置有用於調節所述載氣入口的載氣流量和壓力的氣體流量顯示與調節裝置，用於調節送粉轉盤轉速電機轉速調節旋鈕和轉盤轉速顯示裝置，還設有遠程操控與就地控制切換裝置，可以通過就地與遠程切換，實現遠程操控，避免現場操作。本發明的工作原理為：在粉倉料鬥內裝入粉末，用密封蓋將粉倉料鬥密封好，粉末在自身重力和攪拌環的攪拌作用下，從粉倉落入送粉器中放置於送粉轉盤內的第二粉末刮板內，在轉盤轉動和刮板第二粉末刮板的刮動下，粉末從落粉處轉至出粉口處第一粉末刮板內，並且在第一粉末刮板另一側的阻擋下，粉末不再隨著轉盤轉動，而是隨著送粉器內通入的送粉載氣，在載氣的作用下，將粉末從第一粉末刮板處出口處帶出，送至高頻感應等離子球化粉末反應器內。

與現有技術相比，本發明能夠通過安裝於送粉器上面料倉的電機控制粉倉料鬥內的攪拌機構，確保粉末在料倉罐出口處不出現粉末聚集、搭橋等現象，確保順暢地將粉倉裡的粉末送至轉盤內，同時可以有效地通過變頻電機調節工作轉盤轉速和載氣的流量與壓力，實現粉末精準順暢送粉，同時可以通過就地與遠程切換，實現遠程操控。並且，在本發明的送粉器中，當粉倉罐內粉末較少時，由於粉倉罐內與送粉器組件內部有一路平衡氣聯通，上下無壓差，粉末不會被送粉器組件內部氣流堵住落粉口導致粉末回流。

本發明能滿足高頻感應等離子體球化粉末製備過程中對送粉器的要求，同時，在噴塗等其他領域也具有廣泛的用途。

本發明未公開技術屬本領域技術人員公知常識。