УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАГРУЗКИ ДОЗИРОВАННЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к оборудованию для дозированной порционной загрузки широкого спектра порошковых материалов и их смесей, в том числе, нанопорошковых, в тару, для подачи их в качестве компонента в растворы широкого спектра назначения, а также для подачи на технологическое оборудование, например, штампы для последующего формообразования, в виде таблеток, используемых в качестве водимых в расплавы литейных присадок.
Известен дозатор, содержащий бункер для сыпучего гранулированного материала, корпус, в полости которого, соединенной с бункером, установлен дозирующий элемент в виде тела вращения, имеющий мерные углубления, привод дозирующего элемента, канал отвода отдозированного материала, причем поверхности полости корпуса выполнены эквидистантными поверхностям дозирующего элемента, в конструкцию дозатора дополнительно введена смесительная камера, соединенная с полостью, в которой установлен дозирующий элемент, разделенной продольной перегородкой на две полости, при этом одна из полостей связана с дополнительно введенным источником избыточного давления воздуха, а другая - с каналом отдозированного материала, при этом мерные углубления расположены на боковой поверхности дозирующего элемента с равномерным шагом.
(см. патент РФ №2304761, кл. G01F 3/00, 2007 г.).
Недостатком отмеченного выше дозатора является невозможность регулирования объема дозируемого материала, что ограничивает его технические возможности.
Известно загрузочное устройство, содержащее корпус, в котором выполнены входной и выходной каналы, а также смонтированный в корпусе с возможностью поворота ротор, в котором выполнена мерная полость, в которой с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен плунжерный элемент регулирования объема мерной полости, выполненный в виде соединенных друг с другом винтовым соединением двух поршней, на образующих поршней установлены втулки, обращенные друг к другу торцы которых имеют возможность контактирования с упором, установленным в средней части мерной полости. Мерная полость имеет возможность совмещения с входным и выходным каналами корпуса. Поршни имеют возможность относительного осевого перемещения друг относительно друга посредством винтового соединения при настройке устройства на заданное количество дозируемого материала.
При работе устройства ротор первоначально располагают таким образом, чтобы углубление (одно из углублений) мерного объема располагалось под выходным каналом бункера, через который из бункера осуществляется загрузка дозируемого материала, после чего ротор поворачивают в положение, при котором углубление с дозируемым материалом располагается напротив выходного канала корпуса, в результате чего отдозированная порция материала под действием собственного веса и хода плунжера вниз удаляется из углубления.
(см. авторское свидетельство СССР №609057, кл. G01F 11/00, 1978 г.) - наиболее близкий аналог Анализ конструктивного исполнения приведенного выше устройства позволяет сделать вывод, что оно не обеспечивает точного объемного дозирования порошкового материала, вследствие проявления эффекта налипания частиц порошка на стенки мерного углубления и низкой текучести дозируемых материалов, особенно, нанопорошковых. Основными факторами, влияющими на текучесть порошков, являются трение и механическое зацепление частиц друг о друга, затрудняющие их перемещение. При этом, текучесть
порошков резко понижается при уменьшении размеров частиц, особенно при переходе исчисления дисперсности от микрометрической к нанометрической, приводящей к значительным увеличениям удельной поверхности частиц, шероховатости и усложнении формы, значительно понижается текучесть влажного порошка. Кроме того, порошковые смеси для прессования содержат поверхностно-активные добавки (ПАВ), которые необходимы для лучшего сцепления порошка на конечной стадии его уплотнения. Известно, что в качестве пластифицирующих добавок выступают различные жидкости, аэрозоли и твердые наполнители, обладающие поверхностной активностью, уменьшающие текучесть порошкового материал за счет межмолекулярного взаимодействия, ионной или металлической связью. Так же пластифицирующие добавки капиллярно взаимодействуют со стенками камеры дозатора и не позволяют порошку в полном объеме пересыпаться из мерного углубления в полость матрицы для прессования. Все это приводит к неполному удалению порошка из мерного углубления ротора, а кроме того, к изменению его состава при загрузке смесей материалов, особенно, нанопорошковых.
Таким образом, известное техническое решение не может быть эффективно использовано для дозирования порошков и их смесей, так как не контролирует объем порошковой шихты, проходящий через полость дозатора, что существенно снижает его технологические возможности.
Техническим результатом заявленной полезной модели является расширение технологических возможностей устройства, за счет расширения номенклатуры дозируемых с высокой точностью материалов и обеспечения гарантированного их удаления из мерного объема устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для загрузки дозированных порошковых материалов, содержащем корпус с входным и выходным каналами, в корпусе с возможностью поворота установлен ротор, в котором выполнена мерная полость, имеющая возможность
совмещения с входным каналом при загрузке дозируемого материала и с выходным - при его выгрузке, а также размещенный в мерной полости элемент регулирования ее рабочего объема, выполненный в виде плунжера, размещенного с возможностью перемещения в мерной полости ротора, причем плунжер имеет возможность регулирования его размера по высоте, новым является то, что устройство оснащено смонтированным на корпусе бункером для дозируемого материала, выход бункера состыкован с входным каналом корпуса, а проходное сечение мерной полости больше проходного сечения входного и выходного каналов.
Сущность заявленной полезной модели иллюстрируется графическими материалами, на которых:
- на фиг. 1 - устройство для загрузки дозированных порошковых материалов, ротор устройства в исходном положении, осевой разрез
- на фиг. 2 - разрез А - А по фиг. 1;
- на фиг. 3 - вид В по фиг. 1;
- на фиг. 4 - устройство, ротор в положении поворота на позицию выгрузки отдозированного материала;
- на фиг. 5 - устройство, ротор в позиции выгрузки отдозированного материала (конечном положении);
- на фиг. 6 - схема пресс-формы, на которой используется заявленное устройство;
- таблица 1 - масса таблеток в зависимости от пористости;
- таблица 2 - весовая доля наномодификаторов в одной таблетке;
- таблица 3 - количество таблеток, содержащих 1 г наномодификатора.
Устройство для загрузки дозированных порошковых материалов содержит корпус 1 с верхним входным 2 и нижним выходным 3 каналами. Сверху на корпусе установлен бункер 4, выход которого состыкован с каналом 2. В корпусе 1 имеется полость, в которой с возможностью поворота смонтирован
ротор 5, имеющий мерную полость 6 для загрузки в нее из бункера 4 дозируемого материала 7. В полости 6 с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения размещен плунжер, имеющий поперечное сечение, идентичное поперечному сечению полости. Плунжер выполнен из составным из двух частей 8 и 9, имеющих возможность перемещения друг относительно друга для регулирования высоты плунжера. Механизм относительного перемещения частей 8 и 9 может быть выполнен различным известным образом, например, в виде винта, установленного с возможностью вращения в одной части и ввинченного в резьбовое отверстие другой или резьбовой шпильки 10, ввинченной в резьбовые отверстия частей 8 и 9. Между частями 8 и 9 могут быть размещены проставки 11, выполненные в виде упругих элементов (пружин) или в виде шайб. Плунжер имеет форму поперечного сечения, идентичную форме поперечного сечения мерной полости 6 и установлен в ней с минимальным зазором. Это необходимо для исключения попадания дозируемого материала между стенками плунжера и мерной полости.
Ротор 5 оснащен механизмом его поворота, состоящим из рукоятки 12, соединенной с ротором 5, а также противовеса 13, винтами 14 и штифтом 15 скрепленного с ротором. Угол поворота ротора α (фиг. 4) ограничивается фиксатором 16 (фиг. 3), закрепленным на корпусе и контактирующим с выступами (позицией не обозначены) ротора, определяющими его начальное и конечное положение.
dp
b
k
Проходное сечение мерной полости 6 (D) ротора 5 всегда больше проходного сечения каналов 2, 3(соответственно D, D) корпуса 1. Это необходимо для того, чтобы плунжер 8, сечение которого больше проходного сечения каналов 2 и 3, но меньше проходного сечения мерной полости 6, всегда находился в полости 6 и не мог их нее выпасть.
Работу устройства рассмотрим на примере дозирования сыпучего материала и загрузки его в матрицы 17 пресс-формы 18 с последующим его прессованием в таблетки (брикеты). Пресс-форма 18 работает по принципу
прессования до упора с тем, чтобы формовать брикеты одинаковой высоты с заданной пористостью, регулируемой массой дозируемого порошка.
В нижней части каждой матрицы 17 имеет возможность установки нижний пуансон 19, который образует рабочий объем матричной полости с целью формирования из дозированного материала конечного продукта -брикета.
m
k
Матрица 17 имеет полость 20 проходного сечения (D) которая больше проходного сечения выходного канала 3 (D) корпуса 1. Ход перемещения верхней плиты пресс-формы фиксируется ограничителями 21, установленными на направляющих колонках 22 пресс-формы. Матрицы устанавливаются на платформу 23, оснащенную направляющей 24. Платформа имеет возможность шагового возвратно-поступательного перемещения в основании пресс-формы посредством привода (не показан). Пресс-форма 18 также оснащена верхним пуансоном 25 и выталкивателем 26. В основании пресс-формы выполнен сквозной канал 27, предназначенный для удаления брикета 28 и нижнего пуансона 19 из матрицы 18 (фиг. 6).
Бункер 4 устройства заполняют дозируемым материал в соответствии с графическими материалами.
Перед работой устройства осуществляют настройку объема дозирования мерной полости 6. Настройка объема дозирования осуществляется с помощью регулирования высоты плунжера относительным перемещением его частей 8, 9, для чего одна из частей плунжера (например, 8) свинчивается с резьбовой шпильки 10, после чего на резьбовую шпильку надевается необходимое количество проставок 11 и часть 8 снова навинчивается на шпильку до контакта торцом с верхней проставкой. Выполнение проставок в виде упругих элементов обеспечивает надежную фиксацию элементов 8 и 9 на резьбовой шпильке. Высота плунжера рассчитывается таким образом, чтобы его верхняя плоскость при нахождении плунжера в нижнем положении в полости 6 (положение загрузки), формировала заданный объем дозируемого материала. Такой расчет не представляет сложностей для специалистов.
Устройство для загрузки дозированных порошковых материалов, устанавливают на верхней плите пресс-формы 18.
На пресс-форме, при каждом ходе верхней плиты пресса вниз, производятся следующие операции:
- установка в матрицу нижнего пуансона 19;
- загрузка матрицы дозируемым материалом;
- прессование брикета;
- извлечение брикета из матрицы и пресс-формы.
Устройство в комплекте с пресс-формой работает следующим образом.
На первой позиции (позиция №1 на фиг. 6) производится установка в матрицу 17 нижнего пуансона 19, после чего матрица 17 и нижний пуансон 19, установленные на платформе 23, перемещаются на вторую позицию.
На второй позиции (позиция №2 на фиг. 6) производят дозирование материала из полости бункера 4, в полость 6 ротора-дозатора 5 и выгрузку его через канал 3 в полость 20 матрицы 17. Для этого поворотом рукоятки 12 поворачивают ротор на 180°, в положение, при котором рабочий объем полости 6 совпадает с каналом 2 корпуса 1. В результате дозируемый материал 7 из бункера 4 через канал 2 заполняет рабочий объем полости ротора 5. Плунжер 8 при этом находится в нижнем положении в полости ротора и опирается на корпус 1. Далее поворачивают ротор 5 в положение, при котором рабочий объем полости 6 с дозируемым материалом находится напротив выходного канала 3 корпуса 1. В результате дозируемый материал из рабочей полости ротора 5 через канал 3 корпуса устройства дозатора 1 поступает в полость 20 матрицы 17. Этому способствует перемещение под действием сил тяготения, плунжера, который толкает перед собой всю массу дозируемого материала. Этим исключается залипание материала на стенке полости 6 ротора 5. Использование фиксатора 16 облегчает фиксацию угла поворота ротора 5 на 180°.
На третьей позиции (позиция №3 на фиг. 6) производится прессование дозируемого материала в брикет. Ходом пресса верхняя плита пресс-формы
18 опускается вниз, при этом верхний пуансон 25 производит уплотнение находящегося в полости 20 матрицы дозируемого материала в брикет 28 заданной плотности.
На четвертой позиции (позиция №4 на фиг. 6) производят извлечение брикета 28 путем проталкивания его выталкивателем 26 из матрицы 17 пресс-формы 18 вместе с нижним пуансоном 19.
Цикл прессовки брикета 28 заканчивается после расположения матрицы в зоне №4.
Брикет 28 по сквозному каналу 27 скатывается в лоток, где штабелируется в стопки для хранения и передачи для дальнейшей обработки.
После выпрессовки брикета 28 из матрицы 17, платформа 23 возвращается в исходное положение, после чего производственный цикл прессования новых брикетов воспроизводится заново.
Пример.
x
y
2
x
y
z
При проверке работоспособности устройства изготавливали брикеты (таблетки) размерами ⌀10×5 мм из ультрадисперсного никеля с различными наноразмерными модификаторами: карбидом титана (WC); оксидом циркония (ZrO) и карбонитридом титана (TiCN), именуемые в дальнейшем наномодификаторами (НП), пористостью 15, 20, 25 и 30%.
Технологические свойства порошка определяли по насыпной плотности, текучести, прессуемости и формуемости. Насыпная плотность определяли с помощью волюмометра.
C2H5OH
Г
3
Для улучшения прессуемости использовали пластификатор - технический спирт ректификат (ρ=0,83/см) из расчета 12% от весового состава шихтовой массы. Массовую долю технического спирта определяли опытным путем с учетом выпаривания спиртового состава из шихтовой смеси при смешивании, транспортировки, хранении, и временем технологического
цикла получения брикетов: сборки пресс-формы, дозированием шихты и прессованием брикетов.
Количественно прессуемость определяли плотностью спрессованного брикета. Формуемость оценивали качественно, по внешнему виду спрессованного брикета, или количественно - величиной давления, при котором получают неосыпающийся, прочный брикет. Прессование проводили по объему.
Работоспособность устройства была полностью подтверждена. Результаты экспериментов представлены в таблицах 1, 2, 3.