一种磁场辅助机械球磨方法及装置

1.本发明涉及材料研磨与表面机械处理技术领域，具体为一种磁场辅助机械球磨方法及装置。


背景技术：

2.球磨机是一种通过对样品产生强力冲击从而将样品破碎研磨到纳米或微米级的机械设备，在化工、建材以及矿业领域应用广泛。为了解决目前球磨机主要通过罐体或主盘旋转时罐内磨球产生的冲击力来对样品进行研磨，但是这样的方式要求控制罐体或主盘的转速，转速过低，达不到研磨的效果；转速太高时，会产生较大的离心力，对设备刚度和装配精度要求高，另一方面也会造成较大的噪音，影响环境并缩短设备使用寿命。传统的表面机械研磨装置必须控制合适的旋转速度才能达到机械研磨的效果，高能球磨多为行星式，具有设备昂贵、噪音大等缺点。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种磁场辅助机械球磨方法及装置，以解决上述背景技术中提出的传统的表面机械研磨装置必须控制合适的旋转速度才能达到机械研磨的效果，高能球磨多为行星式，具有设备昂贵、噪音大等缺点。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种磁场辅助机械球磨装置，包括动力机构、传动机构、球磨罐装夹机构、球磨罐和磁场辅助模块，所述动力机构通过传动机构带动球磨罐作圆周运动，且球磨罐由球磨罐装夹机构设置在传动机构一端，所述磁场辅助模块包围在球磨罐的外侧，用以增大磁性磨球在球磨罐内对样品的撞击力。
5.优选的，所述磁场辅助模块包磁体、磁体固定组件和磁体升降机构；所述磁体的内侧设有弧形结构，所述磁体围绕在球磨罐的外侧，所述磁体通过磁体固定组件悬空固定，磁体与球磨罐在非接触状态；所述磁体升降机构的升降模块与磁体固定组件连接，通过磁体升降机构调节磁体的间距，根据调整两者之间的距离来控制磁场强度，从而调整所对应的最佳转速。
6.优选的，所述动力机构包括减速电机、减速电机固定座、支撑底板和主动齿轮；所述减速电机通过减速电机固定座螺栓固定在支撑底板上，所述减速电机的输出轴上设有主动齿轮。
7.优选的，所述传动机构包括轴承、传动轴和从动齿轮；所述传动轴靠近端口处与轴承转动连接，且轴承通过轴承座安装在机体内；所述从动齿轮设置在传动轴的一端，所述从动齿轮与主动齿轮齿轮传动。
8.优选的，所述球磨罐装夹机构包括连接法兰和连接螺栓；所述连接法兰的背侧中部设置在传动轴端头处，所述连接法兰的正面通过连接螺栓与球磨罐后端盖连接。
9.优选的，所述球磨罐包括挡坝、磁性磨球、球磨罐后端盖和球磨罐前端盖；
所述挡坝和磁性磨球均设在球磨罐的内部，且挡坝与磁性磨球的球壁连接，其工作原理就是当罐体旋转时，会通过内壁上的挡坝将样品和磁性磨球带起，让两者在罐体体内做抛物线运动下落；所述球磨罐后端盖和球磨罐前端盖分别设置在球磨罐前后端头处，用于将球磨罐安装固定，且连接法兰与球磨罐后端盖通过连接螺栓固定连接，所述球磨罐后端盖不可拆卸，所述球磨罐前端盖上设有两个球阀。
10.优选的，还包括支撑框架，所述支撑框架的外侧设有机体外壳，且机体外壳的顶部设有机体上盖，机体外壳的斜上方设有观察口。
11.优选的，还包括控制面板，所述控制面板设在机体外壳的上部，所述控制面板上设有启动/停止开关、调速按钮、正反转研磨时间设定按钮、研磨总时间设定按钮及工艺参数显示屏，所述控制面板下部两侧分别设检修门。
12.一种磁场辅助机械球磨方法，包括以下步骤：1）将样品、磁性磨球与其他介质的混合物放入球磨罐内；2）将球磨罐通过螺栓固定在连接法兰上，通过磁体升降机构将磁体调整到合适的间距，调整后固定磁体位置；3）通过控制面板设置减速电机转速、正反转研磨时间及总球磨时间，然后按启动按钮开始球磨；减速电机带动传动轴转动进而带动球磨罐转动，球磨罐下端的磁场增加了磁性磨球自身的重力，使得样品与磁性磨球之间的冲击力增大；4）在加工时，可根据样品的大小和形状特点，调整磁体与球磨罐之间的距离，达到理想的研磨效果；加工时间结束后，减速电机自动停止转动；待球磨罐完全停稳后，取下球磨罐，取出样品。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明由减速电机通过减速齿轮带动装夹在传动轴上的球磨罐转动，于是样品与磁性磨球跟着转动，此外在球磨罐下方设置了可调磁场，磁场使得磁性摩球固定在球磨罐下端，增加样品旋转过程中的撞击力；样品在磁场作用下可能发生磁化，也可能吸收磁场能量，在球磨过程中通过机械与磁场的耦合作用，从而对样品运动造成阻力，使得样品在罐体内做抛物线运动，两者不断冲击，达到研磨的效果，既提高了研磨效果也提高研磨效率。
附图说明
14.图1为本发明的磁场辅助机械球磨装置的结构示意图；图2为本发明的磁场辅助机械球磨装置的俯视图；图3为本发明的磁场辅助机械球磨装置的侧视图；图4为本发明的球磨罐组件的结构示意图。
15.图5为实施例1中316不锈钢磁力研磨前后的截面硬度梯度曲线。
16.图6为实施例1中316不锈钢磁力研磨前后的摩擦系数。
17.图中：1、减速电机；2、减速电机固定座；3、支撑底板；4、主动齿轮；5、从动齿轮；6、轴承；7、轴承座；8、传动轴；9、连接法兰；10、连接螺栓；11、球磨罐后端盖；12、球磨罐前端盖；13、球磨罐；14、球阀；15、磁体；16、磁体固定组件；17、磁体升降机构；18、支撑框架；19、机体上盖；20、观察口；21、挡坝；22、样品；23、磁性磨球。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚；完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
19.请参阅图1-4，本发明提供的一种实施例：一种磁场辅助机械球磨装置，包括动力机构、传动机构、球磨罐装夹机构、球磨罐13和磁场辅助模块，动力机构通过传动机构带动球磨罐13作圆周运动，且球磨罐13由球磨罐装夹机构设置在传动机构一端，磁场辅助模块包围在球磨罐13的外侧，用以增大磁性磨球在球磨罐13内对样品22的撞击力。
20.通过动力机构驱动传动机构，使传动机构带动球磨罐13转动，通过球磨罐装夹机构方便将球磨罐13与传动机构的连接，通过磁场辅助模块在磁场的作用下增大磁性磨球在球磨罐13内对样品22的撞击力。
21.进一步，磁场辅助模块包括磁体15、磁体固定组件16和磁体升降机构17；磁体15的内侧设有弧形结构，磁体15围绕在球磨罐13的外侧，磁体15通过磁体固定组件16悬空固定，磁体15与球磨罐13在非接触状态；磁体升降机构17的升降模块与磁体固定组件16连接，通过磁体升降机构17调节磁体15的间距，根据调整两者之间的距离来控制磁场强度，从而调整所对应的最佳转速，通过磁体升降机构17对磁体15间距进行调节，通过磁体固定组件16用以磁体15的安装固定。
22.进一步，动力机构包括减速电机1、减速电机固定座2、支撑底板3和主动齿轮4；减速电机1通过减速电机固定座2螺栓固定在支撑底板3上，减速电机1的输出轴上设有主动齿轮4，通过减速电机1带动主动齿轮4转动，使主动齿轮4与从动齿轮5齿轮传动，使其控制传动轴8转动。
23.进一步，传动机构包括轴承6、传动轴8和从动齿轮5；传动轴8靠近端口处与轴承6转动连接，且轴承6通过轴承座7安装在机体内；从动齿轮5设置在传动轴8的一端，从动齿轮5与主动齿轮4齿轮传动。
24.进一步，球磨罐装夹机构包括连接法兰9和连接螺栓10；连接法兰9的背侧中部设置在传动轴8端头处，连接法兰9的正面通过连接螺栓10与球磨罐后端盖11连接，通过连接法兰9可以由连接螺栓10与球磨罐后端盖11的连接固定。
25.进一步，球磨罐13包括挡坝21、磁性磨球23、球磨罐后端盖11和球磨罐前端盖12；挡坝21和磁性磨球23均设在球磨罐13的内部，且挡坝21与磁性磨球23的球壁连接，其工作原理就是当罐体旋转时，会通过内壁上的挡坝21将样品24和磁性磨球25带起，让两者在罐体体内做抛物线运动下落；球磨罐后端盖11和球磨罐前端盖12分别设置在球磨罐13前后端头处，用于将球磨罐13安装固定，且连接法兰9与球磨罐后端盖11通过连接螺栓10固定连接，球磨罐后端盖11不可拆卸，球磨罐前端盖12上设有两个球阀14。
26.进一步，还包括支撑框架18，支撑框架18的外侧设有机体外壳，且机体外壳的顶部设有机体上盖19，机体外壳的斜上方设有观察口20，通过观察口20方便对球磨内部进行观察。
27.进一步，还包括控制面板，控制面板设在机体外壳的上部，控制面板上设有启动/停止开关、调速按钮、正反转研磨时间设定按钮、研磨总时间设定按钮及工艺参数显示屏，控制面板下部两侧分别设检修门。
28.一种磁场辅助机械球磨方法，包括以下步骤：1）将样品22、磁性磨球23与其他介质的混合物放入球磨罐13内；2）将球磨罐13通过螺栓固定在连接法兰9上，通过磁体升降机构17将磁体15调整到合适的间距，调整后固定磁体15位置；3）通过控制面板设置减速电机1转速、正反转研磨时间及总球磨时间，然后按启动按钮开始球磨；减速电机1带动传动轴8转动进而带动球磨罐13转动，球磨罐13下端的磁场增加了磁性磨球23自身的重力，使得样品22与磁性磨球23之间的冲击力增大；4）在加工时，可根据样品22的大小和形状特点，调整磁体15与球磨罐13之间的距离，达到理想的研磨效果；加工时间结束后，减速电机1自动停止转动；待球磨罐13完全停稳后，取下球磨罐13，取出样品22。
29.工作原理：该设备在使用时，将样品22、磁性磨球23与其他介质的混合物放入球磨罐13内；将球磨罐13通过螺栓固定在连接法兰9上，通过磁体升降机构17将磁体15调整到合适的间距，调整后固定磁体15位置；通过控制面板设置减速电机1转速、正反转研磨时间及总球磨时间，然后按启动按钮开始球磨；减速电机1带动传动轴8转动进而带动球磨罐13转动，球磨罐13下端的磁场增加了磁性磨球23自身的重力，使得样品22与磁性磨球23之间的冲击力增大；在加工时，可根据样品22的大小和形状特点，调整磁体15与球磨罐13之间的距离，达到理想的研磨效果；加工时间结束后，减速电机1自动停止转动；待球磨罐13完全停稳后，取下球磨罐13，取出样品22。
30.实施例1：将规格为φ16*8 mm的柱状316不锈钢工件打磨抛光并清洗干净后放入500ml的不锈钢罐中，并以1:1:2的比例加入φ10mm、φ8mm、φ5mm的磁性钢球；球料比为16:1，最后将不锈钢罐固定在磁场辅助机械球磨装置上，一组施加磁场，另一组不加磁场作为对比。球磨设置参数为：转速250 r/min、时间2 h，研磨结束后取出316不锈钢工件测量其截面硬度梯度及其在5n载荷下的摩擦系数及对应的磨损量。
31.图5为实施例1制得316不锈钢磁力研磨前后的截面硬度梯度曲线，由图5可知，316不锈钢经磁力研磨处理后表面硬度相对于未加磁场提升更多，这可能是磁场的存在增加了试样与磨球间的冲击力所致，且截面硬度也得到整体提高。图6、为实施例1中316不锈钢磁力研磨前后在5n载荷下的摩擦系数，可以发现，磁力研磨出来的不锈钢试样由于表面硬度更高的缘故，低摩擦系数区相对于未加磁场持续的时间更久，500s后摩擦系数与未加磁场的摩擦系数持平，整体而言，磁力研磨的316不锈钢试样摩擦系数更低。表明磁场的施加能有效提高磨球与试样间的冲击力，使得相同时间相同转速下样品的硬度及耐磨性提升更多。
32.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。