一种陶瓷微球胚体批量成型设备及制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷轴承微球制备技术领域，具体涉及一种陶瓷微球胚体批量成型设备及制备方法。

背景技术

陶瓷微球轴承是一种精密环境下使用的轴承，基于陶瓷的特性，在温度变化的工作环境下，任然能够保持精密的尺寸和精确的配合，从而保证在微小移动量的作业环境中具有良好的运行使用体验。其中，陶瓷微球轴承在牙钻工具中极为通用。

陶瓷微球轴承中，陶瓷微球是重要的部件之一，陶瓷微球是采用陶瓷粉料制备的，在现有技术中，先将陶瓷粉料与辅助制剂混合为料液，然后将料液进行造粒，造粒后通过模具压制成素胚，在将素胚进行烧结成型。

在上述技术手段中，由于需要模具压制素胚，每次压制成型的数量不多且时间较长，从而导致陶瓷微球无法批量量产，并且当制备不同直径尺寸的素胚时，模具需要重新制备更换，大大提高了制备成本。

发明内容

本发明要解决上述技术问题并提供一种陶瓷微球胚体批量成型设备及制备方法，制备难度低，大大提高了制备产量，并且效率高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种陶瓷微球胚体批量成型设备，包括造粒箱和旋风分离器，所述造粒箱内设置有悬浮床，所述悬浮床表面开设有风孔，所述悬浮床下方为热风室，所述悬浮床上方为成型室，所述热风室与热风发生器连接，所述成型室顶部设置有离心造粒器，所述离心造粒器与料斗连接，所述成型室还通过管道与旋风分离器的进气口连接，所述旋风分离器的下料口与收料箱连接，所述旋风分离器的出气口与引风机连接；

所述料斗内设置有陶瓷浆料，所述离心造粒器将陶瓷浆料在成型室内雾化为颗粒物。

进一步的，所述陶瓷浆料包括酒精、陶瓷粉和胶体，所述酒精、陶瓷粉和胶体均匀混合制得陶瓷浆料。

进一步的，所述旋风分离器的下料口上设置有转接盘，所述转接盘上设置有取料器，所述取料器上设置有CCD相机和光源，所述取料器用于对下料口排出的陶瓷微球胚体进行捕获及释放，所述CCD相机和光源配合对取料器内陶瓷微球胚体进行图像拍摄。

进一步的，通过对CCD相机拍摄的图像进行识别，并对图像中识别出的陶瓷微球胚体进行直径测量。

进一步的，所述取料器包括取料管，所述取料管一端与CCD相机连接，另一端设置有执行管，所述执行管的内径小于取料管的内径，所述执行管端部设置有端板，所述端板上设置有导向套，所述导向套套设在导向柱上，所述导向柱一端设置设在执行管外侧并与第一限位板连接，所述第一限位板上固定设置有第一弹簧，所述第一弹簧套设在导向柱上，所述导向柱另一端设置在执行管内并与第二限位板连接，所述第二限位板上固定设置有第二弹簧，所述第二弹簧套设在导向柱上，所述第二限位板周边还设置有密封橡胶圈，所述密封橡胶圈与执行管内壁配合密封，所述执行管端部上还设置有物料过孔，所述取料管上还设置有气管接头，所述气管接头通过气管与第一电磁阀和第二电磁阀连接，所述第一电磁阀与真空管路连接，所述第二电磁阀与高压管路连接。

进一步的，所述导向套位于第一限位板的端部上设置有第三限位板，所述第三限位板能够与第一弹簧抵接，所述取料管与执行管之间设置有变径部。

进一步的，所述离心造粒器周边设置有挡圈，所述挡圈与成型室顶部固定连接。

进一步的，悬浮床倾斜设置，所述悬浮床表面的风孔沿螺旋方向设置。

一种制备方法，采用上述所述的成型设备，将陶瓷浆料放入料斗内，启动热风发生器和引风机，热风发生器对造粒箱加热并提供悬浮力，待造粒箱温度稳定后，离心造粒器启动，将料斗内的陶瓷浆料雾化成颗粒物，颗粒物通过自重下落至悬浮床上方进行干燥，干燥结束后颗粒物重量下降而导致悬浮高度上升并被引入旋风分离器，旋风分离器将颗粒物与气体分离并从下料口排出，得到陶瓷微球胚体。

进一步的，通过观察下落后颗粒物与悬浮床的间距以调节热风发生器的风速；通过检测陶瓷微球胚体的直径以调节离心造粒器的速度和流量以及调节热风发生器的风速。

本发明的有益效果：

1、陶瓷浆料通过离心造粒器被甩散成液滴，液滴下落过程中，在表面张力的作用下，逐渐收缩成为球坯颗粒，再者通过悬浮床配合热风发生器，能够将收缩的球坯颗粒悬浮在悬浮床上方干燥，在保证具有球形外形的同时，无需模具压制成型，可以连续不间断制备，大大提高制备速度。

2、旋风分离器能够将连续不断生产的颗粒物有效收集，效率高，制备效果好。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明图1的截面结构示意图；

图3是本发明收料部分结构放大示意图；

图4是本发明取料管结构示意图；

图5是本发明取料管未工作时的截面结构示意图；

图6是本发明取料管进行捕获胚体时的截面结构示意图；

图7是本发明取料管进行释放胚体时的截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1和图2所示，本发明的陶瓷微球胚体批量成型设备的一实施例，包括造粒箱1和旋风分离器2，造粒箱内设置有悬浮床3，悬浮床表面开设有风孔4，悬浮床下方为热风室5，悬浮床上方为成型室6，热风室与热风发生器7 连接，热风室与热风发生器之间设置有第二阀门，用于控制热风流量，热风发生器可以设置为切向进入热风室，成型室顶部设置有离心造粒器8，离心造粒器与料斗9连接，料斗内设置有陶瓷浆料，离心造粒器与料斗之间设置第四阀门，用于控制陶瓷浆料流量，离心造粒器用于将陶瓷浆料在成型室内雾化为颗粒物，成型室还通过管道10与旋风分离器的进气口连接，管道上设置有第三阀门，用于造粒箱和旋风分离器之间的通断，旋风分离器的下料口与收料箱11 连接，下料口上设置有第一阀门，旋风分离器的出气口与引风机12连接。

具体的，采用上述成型设备制造尺寸范围0.5-3mm的球坯颗粒，在使用时，先关闭第一阀门和第四阀门，设定第二阀门和第三阀门的开度，可以为30％，然后启动引风机和热风发生器，热风发生器包括热风风机和热量产生模块，热风发生器的温度再70-90℃之间可调，便于工艺调整时，设备配合的灵活度。

待系统中热风气流稳定后，料斗中倒入事先配制好的陶瓷浆料，陶瓷浆料由酒精、陶瓷粉和胶体均匀混合制得，其中酒精与陶瓷粉的重量份数比为 0.5-1:1，胶体含量为陶瓷粉总重量的1-3％，其具有较大的粘度，能够形成较大的颗粒；当然还可以在上述陶瓷浆料中加入表面活性剂，以提高陶瓷浆料的流动性能；然后启动离心造粒器，离心造粒器包括造粒电机和成球盘，雾化电机转速范围在60-300转每分钟，打开并调节第一阀门，使陶瓷料浆流入成球盘内，通过离心力的作用，成球盘将陶瓷料浆甩散成液滴，液滴下落过程中，在表面张力的作用下，逐渐收缩成为球坯颗粒，并在下落的过程中，球坯颗粒受到下方的热空气吹浮而失掉大约60％的酒精溶剂，待落到悬浮床附近时，球坯颗粒所受下方热空气的吹浮力加大，加之球坯颗粒损失掉的酒精溶剂后体积变轻，从而使球坯颗粒能够悬浮于悬浮床之上，继续干燥，球坯颗粒将失掉剩余的40％酒精溶剂。

在此过程中，可以通过造粒箱上的观察窗观察球坯颗粒的悬浮状态，如果悬浮力不够，则调大第二阀门和第三阀门的开度，增大进气压力，反之则减小第二阀门和第三阀门的开度，即通过观察下落后颗粒物与悬浮床的间距以调节热风发生器的风速，在调节风速时，成型室与旋风分离器之间的管道的流量调节能够起到辅助悬浮作用。

待悬浮于干燥床上的球坯颗粒完全干燥后，由于重量的减轻，将随气流进入旋风收集器中，在旋风收集器中完成气固分离，打开第四阀门，球坯颗粒落入收料箱中，得到陶瓷微球胚体。即通过检测陶瓷微球胚体的直径以调节离心造粒器的速度和流量以及调节热风发生器的风速，在调节风速时，成型室与旋风分离器之间的管道的流量调节能够起到辅助悬浮作用。

在生产过程中需要随时观察收料箱中的粒度状况，如果球坯颗粒小于要求，则通过调大第一阀门的进料量，降低离心造粒器转速，同时调大第二阀门和第三阀门的开度，增大热风供给量，保证系统稳定运行，反之亦然。

由于需要随时观察收料箱中的粒度状况，参照图3所示，在旋风分离器的下料口上设计有转接盘13，转接盘上设置有取料器14，取料器上设置有CCD 相机15和光源，取料器用于对下料口排出的陶瓷微球胚体进行捕获及释放，CCD 相机和光源配合对取料器内陶瓷微球胚体进行图像拍摄，光源可以为外置结构，也可以为与CCD相机一体的结构，满足拍摄时的曝光需求即可。通过取料器对下料口排出的陶瓷微球胚体进行捕获，CCD相机和光源配合进行成像并保存图像，对图像进行识别，并对图像中识别出的陶瓷微球胚体进行直径测量，可以起到快速、随时观察收料箱中的粒度状况，并且拍摄的图像可以进行存储，图像与时间关联，根据多次间隔的识别，分析陶瓷微球胚体在连续制备过程中的粒度变化，以供工艺参数进一步的调整，并且可以根据趋势变化，在陶瓷微球胚体合格但趋向不良前做出提醒和警示，尽快调节参数，以提高良率，降低不良品的产生。识别结束后，取料器将捕获到的陶瓷微球胚体进行释放，以保证下一次捕获时，取料器内部不残留，保证数据的准确性。

具体的，参照图4至图7所示，取料器包括取料管16，取料管一端与CCD 相机连接，另一端设置有执行管17，执行管的内径小于取料管的内径，执行管端部设置有端板18，端板上设置有导向套19，导向套套设在导向柱20上，导向柱一端设置设在执行管外侧并与第一限位板21连接，第一限位板上固定设置有第一弹簧22，第一弹簧套设在导向柱上，导向柱另一端设置在执行管内并与第二限位板23连接，第二限位板上固定设置有第二弹簧24，第二弹簧套设在导向柱上，第二限位板周边还设置有密封橡胶圈25，密封橡胶圈与执行管内壁配合密封，执行管端部上还设置有物料过孔26，取料管上还设置有气管接头27，气管接头通过气管与第一电磁阀和第二电磁阀连接，第一电磁阀与真空管路连接，第二电磁阀与高压管路连接。

取料器可以倾斜设置，将物料过孔设置在下料口下方或者接近下料口，便于捕获，参照图5所示，为取料器未进行捕获时的状态示意图，其中，第二限位板位于执行管内，执行管内壁与密封橡胶圈贴合，起到阻隔作用，陶瓷微球胚体无法进入取料管内。

当需要检测粒度情况时，参照图6所示，第一电磁阀打开，对取料管内进行抽真空，取料管内形成负压，由于执行管内壁与密封橡胶圈贴合密封，因此第二限位板会被压差推动朝向取料管方向移动，同时通过导向柱带动第一限位板移动，在移动过程中，第一限位板对第一弹簧限位并被压缩蓄力，当第二限位板移动至取料管内后，密封橡胶圈与取料管内壁之间无法形成密封效果，因此真空负压被打破，在打破的瞬间陶瓷微球胚体，从物料过孔被吸入，并通过密封橡胶圈与取料管之间的间隙进入取料管内，第一电磁阀关闭，同时第一弹簧复位，释放形变力，复位的同时带着第二限位板回到执行管内，此时执行管内壁与密封橡胶圈贴合密封，外部的陶瓷微球胚体无法进入取料管内，而捕获的陶瓷微球胚体则用于检测。

检测结束后，需要将取料管内的陶瓷微球胚体排出，参照图7所示，第二电磁阀打开，对取料管内增压，由于执行管内壁与密封橡胶圈贴合密封，因此第二限位板会被压差推动朝向远离取料管的方向移动，在移动过程中，第二弹簧被压缩蓄力，第二限位板移动至物料过孔出后，捕获的陶瓷微球胚体会被压出取料管，并通过物料过孔排出，随后关闭第二电磁阀，第二弹簧复位，释放形变力，复位的同时挤压第二限位板回到执行管内，即复位至取料器未进行捕获时的状态。

上述的第一弹簧和第二弹簧的作用行程均能够保证第二限位板移动至执行管内。为了减少第一弹簧的长度，在导向套位于第一限位板的端部上设置有第三限位板28，第三限位板能够与第一弹簧抵接，避免过长导致作用力方向不明确，影响移动效果，取料管与执行管之间设置有变径部29，起到引导作用，便于陶瓷微球胚体进入取料管内，避免因捕获速度过快而导致陶瓷微球胚体发生撞击问题，减少撞击次数以及降低撞击力度，保证陶瓷微球胚体的完整性。

在一实施例中，离心造粒器周边设置有挡圈30，挡圈与成型室顶部固定连接，挡圈能够保证离心造粒器工作时，滴液能够快速下落，不受旋风分离器的气流影响。

在一实施例中，悬浮床倾斜设置，倾斜角度在5-10度之间，倾斜设置后，能够将干燥的胚体引导向旋风分离器，悬浮床表面的风孔沿螺旋方向设置，在热风吹入成型室内后，可以形成旋转的气流，在干燥的同时，引导陶瓷微球胚体沿同一方向移动，避免在未干燥固化时发生碰撞而导致形变或者黏连等。

本发明能够适用于成型0.1～1.5mm的陶瓷轴承微球，根据所需产品粒径要求，可以系统性调节料浆粘度，离心造粒器转速，热风温度及给入量，及引风机风量，实现相应规格产品连续稳定生产，在替换规格生产时，也无需更换组件，只需要对参数进行调节即可，制备成本大大降低，并且能够批量生产。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围。