本申请要求申请日为 2011年 10月 8曰， 申请号为 "201110294947. 4"， 名称为 "粉体颗粒整形的方法和装置" 的在先申请的优先权。 技术领域

本发明涉及物料整形加工， 特别是涉及一种粉碎与整形的装置和方法。 背景技术

物料粉碎和研磨是粉体工程的重要内容，它广 泛应用于国民经济的各个 领域， 而物料改性加工能够优化材料性能或实现特定 功能。物料颗粒的形貌 调控是对颗粒的外形表面进行有预期目的的加 工处理， 以实现颗粒单体或整 体的特殊功能， 是提高某些产品最终性能的中间环节。 相对球形化可提高粉 体的振实密度、 填充密度和流动性等， 如水泥粉颗粒的球形化可提高水泥性 能， 金属油墨颗粒球形化可增加反光度， 提高印刷质量， 球形化的铜粉、 石 墨、 锡粉在其特定的应用领域显示了优越性。 物料粉碎、粉体表面整形或形貌调控有多种途 径， 机械的传统整形方法 通常采用碾压、 辊轧、 球磨、 振磨 （即振动研磨） 的方式。 碾压是将粉体置 入一环形槽内， 由受驱动的圆形压辊围绕中心轴转动对堆积粉 体进行碾压， 辊辗与其相似， 只是物料由高处下落于两辊之间， 并承受双辊压力。 辊轧是 使粉体团块落入相互平行并具有一定间隙的轧 辊间粉碎和整形。球磨是将粉 体与硬度大且耐磨的研磨球按一定比例混合后 放入滚桶中， 滚桶沿轴旋转， 滚桶内的研磨球在桶体旋转过程中被举高然后 落下，从而使粉体受到冲击并 使颗粒之间相互受力和摩擦。振磨方式与球磨 方式相似， 区别在振动桶体是 沿单一方向以一定频率往复运动， 从而使研磨球对物料进行冲击与研磨。近 来也有清华大学专利，描述了一种采用高速击 打、 剪切的方式对粉体进行球 形化或形貌调控的方法和设备。 研磨介质的混合体在有效的被加工阶段存在与 空气接触的部分， 即存在 "开 放"或 "部分开放"的情况， 在物料受作用期间， 压力或冲击力会得到释放 或部分释放。对于相对 "较软"或 "较硬"的物料， 如具有韧性的金属颗粒， 由于加工处理的绝对力度以及可控性有限， 难以达到预期效果和期望的效 率。此外，非循环式球磨与振动研磨都存在研 磨球与被加工粉体的分离问题， 并且随着研磨球的不断消耗， 加工强度将发生变化， 这给加工工艺带来不确 定性， 此外， 也有利用离心力来增加加工力度的研磨， 但这样同样存在付出 的代价和最后所获效果比例高的局限性。 而且， 噪声问题、 带动设备机体与 研磨球运动的能耗浪费问题都是难以克服的。 这些缺陷中， 最主要的是加工 可控性和能耗。 发明内容

本发明的目的在于提供一种粉碎与整形的装置 和方法，其对物料的加工 力度可控性强， 加工强度稳定， 效率高。 为实现上述目的， 本发明采用以下技术方案： 一种粉碎与整形装置，其特征在于，包括可受 外力而变化于多种形态之 间的腔体，所述腔体在形态的变化过程中使其 内部的粉体颗粒受力的作用而 被整形， 所述腔体具有用于在整形过程中供物料进和 /或出的通道。 一种粉碎与整形方法， 其特征在于， 包括以下步骤：

a. 将待加工的粉末颗粒填充到腔体中， 所述腔体具有用于在整形过程 中供物料进和 /或出的通道；

b. 对所述腔体施加外力使其反复变化于多种形态 之间， 以使所述腔体 内部的粉体颗粒受到力的作用而被整形，且所 述腔体在整形过程中允许或是 不允许进和 /或出物料。 在所述步骤 b中， 在整形过程中允许出料， 将已整形好的部分粉体颗粒 经出料通道过滤排出腔体外， 且通过进料通道进料和 /或腔体的形态变化来 保持腔体内足够的压力； 或者， 在整形过程中允许进料和出料， 且部分整形 好的粉体颗粒通过出料通道排出腔体外进行预 定的处理，处理完后通过进料 通道送入腔体进行循环整形。 本发明中，所述力的作用可以是被加工粉体颗 粒之间的或被加工粉体颗 粒和整形辅料之间的或被加工粉体颗粒与所述 腔体之间的冲击、 挤压、 摩擦 或剪切作用 （以上涵盖 "碰撞"、 "滚碾"、 "揉搓"等各种通常概念的力的作 用）， 所述腔体形态的变化为局部的或是整体的， 所述变化过程为带有或不 带有振动的渐变的或突变的过程。 根据本发明装置及方法， 通过腔体的形变， 典型地， 通过控制构成腔体 的组件的组合动作， 使腔体空间及其中的粉体颗粒相对位置发生变 化， 使腔 体内的粉体颗粒相互之间受到挤压等作用。由 于被加工物料颗粒在腔体内可 受到全方位的冲击、 挤压、 摩擦、 滚碾、 揉搓、 剪切等作用， 从而能够去除 颗粒表面的棱角、 毛刺等， 达到对粉体颗粒粉碎、 整形或球形化的目的， 有 效实现对粉体颗粒形貌的调控。 区别于传统的高速冲击、 剪切方式的 "冷加工"， 通过对构成腔体的组 件的形状、 施加的外力的大小、 动作模式 （例如较慢地挤压、 较快地冲击、 和 /或振动） 等加以控制， 本发明能维持被加工物料原有性状， 同时较好地 克服了其它粉体颗粒处理方式例如碾轧、 球磨、 振磨方法的缺点， 提高了处 理的可控性， 如对于挤压、 冲击、 摩擦、 剪切等力度的控制， 这体现在对加 工效果有影响因素的控制，在粉体颗粒加工的 期间， 由于整形腔体的"囊括" 作用， 哪怕有部分物料从通道进出， 对于空气也不存在完全开放的情况， 使 得处理力度可以一直维持在稳定有效的水平。 由于腔体具有可供在加工时进和 /或出料的通道， 在加工过程即腔体的 形态变化过程中可以进和 /或出物料， 从而达到对充满于其中的物料颗粒进 行更有效率的粉碎、 整形加工的目的。 例如， 若加工时允许出物料， 首先能 在加工过程中迅速排除整形所产生的影响效率 的新的物料颗粒，提高加工效 率， 另一方面， 还有利于形成高效的连续流水作业或循环作业 ， 将已加工好 或部分加工好的物料送到腔体外， 可实施其它加工处理， 并视情况可将经腔 体外处理后的部分加工好的物料通过通道返送 回腔体再加工， 形成循环作 业。尽管出料通道的使用使非腔体内的压力有 减小的趋势， 但完全可以通过 控制组件的动作和 /或同时增加进料等方式保持腔内作用力度， 以对此作出 弥补。 本发明相对于传统的方案加工可控性强， 对被加工对象适应性强（对于 颗粒度大小、 硬度等）， 如使组件施加振动变化以加强冲击、 改变组件形状 能使加工处理选择性地侧重于局部剪切或揉搓 等，还可节约空间，提高效率， 降低噪声污染与能耗。此外，本发明可用的设 备材料选择广泛，具有经济性， 在达到既定加工目标的同时， 能够实现自动化规模化生产。 本发明既可作 为粉体颗粒整形或球形化的较优选择，也能够 有效地对粉体进行强制粉碎或 深度研磨。 前述已经较广泛地阐述了本发明的特征和技术 优势， 以便能够更好地理 解本发明的详细描述。本发明的其它特征和优 势将在以下描述。 本领域技术 人员应该理解，披露的概念和具体实施例可以 很容易地被使用作为基础用来 修改或设计其它结构以完成本发明的相同目的 。本领域技术人员也应该认识 到， 这种等同的构造并没有偏移本发明的精神和范 围。 被认为是本发明特点 的新颖性特征， 其结构和运作方法， 以及进一步的目的和优点， 从以下的描 述并结合附图将被更好地理解。 但是， 应该深刻地认识到， 提供的每个特征 都仅是为了描述和说明， 而不是意在限制本发明的定义。 附图说明

图 la至图 lc为本发明粉碎与整形装置一种理想情况的实� ��例的结构及 动作模式示意图； 图 2a至图 2c为本发明粉碎与整形装置另一种实施例的结� ��及动作模式 示意图； 图 3为本发明粉碎与整形装置又一种实施例的结� �示意图； 图 4为本发明粉碎与整形装置另一种实施例的结� �示意图。 具体实施方式

以下通过实施例结合附图对本发明进行进一步 的详细说明。 如图 la-图 lc所示， 该实施例示出了本发明的基本原理。 如图 la所示， 若粉碎与整形装置采用一理想弹性腔体， 将粉体颗粒包 裹于该弹性腔体内。 初始状态， 粉体颗粒仅受到因包裹力而受到挤压。 对该 腔体上下施加相等压力，该弹性腔体将产生横 向水平变形（甚至膨胀）， 由球 形变成如图 lb所示的椭球形。 如图 lc所示， 当外力撤除时， 该弹性腔体恢 复到原来形状。 图示的导致弹性腔体变形的外力为压力， 但这种外力不限于 压力， 例如也可以是对弹性腔体施压拉力使其发生变 形。 在这一循环过程中，腔体内不同部位的粉体颗 粒将受到多方位的挤压； 与此同时， 由于腔体变形 （或体积也有变化）， 将发生位于其中的相邻粉体 颗粒间因相对移动而产生挤压、 摩擦、 剪切， 尽管挤压与磨擦程度因处于腔 体不同位置 （如图 l _a 、 lb、 lc中的 A、 B、 C三点） 的差异而有不同。 粉体 颗粒的处理效果取决于外层弹性包裹力以及受 外力导致的变形幅度、 速度 等， 而这些都可以加以控制。 同时， 在弹性腔体上开设有至少一个通道以用于在加 工的同时进 /出物 料， 使得边加工边可进 /出物料， 这一方面能在加工过程中迅速排除加工时 产生的影响效率的新的物料颗粒， 优化整形效果， 提高加工效率， 另一方面 可形成高效的连续流水作业或循环作业，将已 加工好或部分加工好的物料送 到腔体外， 可实施其它加工处理， 并视情况可将腔体外处理后的物料再通过 通道返送回腔体进行进一步加工。 基于上述揭示， 若满足以下条件， 则可以以不同于上述弹性腔体的实施 例来实施本发明：

1 ) 可模拟弹性腔体的变形； 2 ) 使腔体内作用的力可调节；

3 )相对于被加工物料（粉体颗粒或与其它介质� �混合体）， 组件材料具 有可靠性、 耐用性；

4) 设置有可供在加工时进或 /出料的通道。 一个典型的粉碎与整形的装置，可以包括构成 腔体的若干可独立动作的 组件， 控制若干组件的组合动作， 将改变腔体内被加工物料的空间， 并使充 满腔体内的粉体颗粒（或与辅助介质的混合体 ）承受多方位的力的作用。 例 如， 控制与粉体颗粒接触的组件的动作和状态， 可使腔体内粉体颗粒受到挤 压、 滚碾、 摩擦、 剪切、 揉搓、 振动等作用， 从而去除颗粒表面棱角、 毛刺， 达到对粉体颗粒粉碎、 整形或球形化的目的， 在此过程中， 被处理物料同时 也起到了传递力的介质的作用。 所述腔体具有可供在加工时进出料的通道， 在加工过程即腔体的形态变化过程中可进出物 料， 以达到对充满于其中的物 料颗粒进行更有效率的粉碎、 整形加工的目的。尽管出料通道的使用使非腔 体内的压力有减小的趋势， 但可通过进料（此情形下另设有进料的通道） 和 /或组件的动作使容积缩小以对此作出弥补。 因此， 在加工过程中， 物料可 以有进出， 甚至容许腔体内物料未封闭而溢出， 压力外泄， 只要腔体容纳被 加工物料的那部分容积被有控制地缩小和具有 缩小的趋势，或由于物料本身 变化如析出新材料或本身体积膨胀， 或以上情况同时发生， 就能维持腔体内 加工处理所需的压力， 达到有效加工整形之目的。 在不同的实施例里，可改变与粉体颗粒接触的 组件的数量并且控制它们 的状态， 如通过控制这些组件上的力以及这些组件的移 动方向、 移动速度， 或使组件本身发生转动、 变形和 /或振动， 使腔体内粉体颗粒所占空间的大 小、 形状、 以及粉体颗粒之间相对位置发生变化， 从而发生持续的颗粒间的 相对移动和相互作用。这些组件上的力是可控 制的预设外力， 这种外力使粉 体颗粒所受力得以调节， 从而能控制加工力度， 包括作用的方式、 幅度、 作 用频率、 力的大小和持续时间等等。 在一些实施例中，腔体从一种状态变化到另一 种状态的方式可有多种选 择， 既可以是整体性的变化， 也可以只是局部上的变化， 既可以采用渐进方 式， 也可以采用突变方式， 既可以是导致粉体颗粒发生振动的方式， 也可以 是非振动的方式。在一些实施例中， 除了可以通过选择构成腔体的组件结构 及动作模式外， 还可以通过控制出料通道大小、 在出料口处增加腔体过滤分 离部件等， 改变出料阻尼， 从这些方面来实现加工处理的力度控制。 在一些实施例中， 腔体内附加搅动装置是较佳的， 其可以提高对腔体内 粉体颗粒加工处理的一致性。

在一种典型的实施例中， 腔体具有自外部延伸到其内部的活塞式结构， 该活 塞式结构包括至少一个独立的活塞。 如图 2a至图 2c 所示， 在一个较具体的实施例中， 腔体包括缸体 100、 以活塞方式装配在所述缸体 100上的第一至第二活塞组件 101-103， 所述第 一活塞组件 101运动定位在第一方向上，所述第二活塞组件 102的活塞运动 定位在第二方向上 ， 所述第一方向和所述第二方向大体上平行， 所述腔体 还设有出料口和与之相配合的出料门。优选地 ， 所述出料门为第三活塞组件 103， 更优选地， 所述第三活塞组件 103具有朝所述出料口方向的逐渐变尖 的前端， 以便于能够选择开放或部分开放相应出料口， 或对其实施封闭。 更 优选地，所述腔体还包括安装在所述腔体的搅 拌器 104。各组件接触面光滑， 在整个加工循环过程中均保持刚性， 起活塞作用的第一至第二活塞组件 101-102以及搅拌器 104对腔体是保持密封的。 以下描述采用上述实施例的装置对粉末颗粒进 行有效整形处理：

1、 如图 2a所示， 初始状态下， 将物料颗粒充满于腔体内， 腔体内维持 一定的大于大气压的压力， 优选在腔体内尽可能没有空气。

2、 如图 2b所示， 当第一活塞组件 101组件受到足够大的外部压力 P1 , 而通过被加工物料颗粒传递作用于第二活塞组 件 102上的向上的力大于第二 活塞组件 102上的外部压力 P2时， 第二活塞组件 102被顶起向外移动， 直 到如图 2c所示的状态。 在该过程中， 缸体内物料颗粒在承受着压力的同时，因组件 的相对移动， 容 纳物料颗粒的空间产生变化， 因此物料颗粒被迫进行移动以适应这种变化， 而这种移动会因物料颗粒在腔体内不同位置 （如图中的 A、 B位置） 的差异 而不同。 由于腔体内物料颗粒间是连续接触的， 这样就存在移动方向、 移动 速度的差异， 因此颗粒既受到了挤压又受到了摩擦、 剪切等有效作用。

3、 如图 2c所示， 当组件移动到一定程度时， 改变两活塞组件上的压力 Pl、 P2， 使得通过物料颗粒传递作用于第一活塞组件 101上的向上的力大于 第一活塞组件 101上的外力 P1 ,则第一活塞组件 101被向外顶起。直到返回 到如图 2a所示的起始位置， 完成一个处理周期。 在此过程中， 腔体内的粉 末颗粒同样受到包括挤压力、 剪切力、 摩擦力在内的作用。 优选地， 为使此腔体内颗粒受到均匀一致的处理， 在上述处理过程中可 以同时使用搅拌器 104对物料颗粒进行搅拌。 根据需要， 对上述 2、 3的处理循环执行， 持续多次， 直到达到一定的 颗粒整形要求。 通过控制第一和第二活塞组件 101、 102的往复运动， 相当 于使腔体具有可变的 "弹性"， 在有效作用期间， 容纳被加工物料的这些组 件构成的腔体空间发生实际变化， 腔体内粉末颗粒被强制流动， 从而使被加 工物料受到可控压力下的整形作用。 需要说明， 尽管处理与加工的最终对象 是粉末颗粒单体，但加工实际是直接作用在这 些相互接触的单体粉末颗粒或 与其他介质组成的群体或部分群体上。 "有效作用"或 "有效处理"是指被 加工粉末颗粒受到重力以外的其它力的作用而 导致受挤压、 摩擦、 剪切、 滚 碾等达到整形效果的作用。 在以上过程中，可通过控制第三活塞组件 103插入出料口或从出料口伸 出来调节出料口大小，选择性地使加工好或部 分加工好或不需要的物料及时 排出。 所述腔体还可以开设进料口， 其可用于在加工过程中进料。 尤其是， 在加工过程中出料时， 可以同时从进料口进料， 这样可协同第一和第二活塞 组件 101、 102维持腔体内压力， 保持加工力度。 另一方面， 由于在加工过 程中允许进出料， 可以形成高效率的连续流水作业。 在又一些实施例中， 还 可连接进料口和出料口以与形成腔体外的循环 部分一起形成一个的封闭循 环， 而在腔体外的循环部分可附加其它处理过程， 增强了本装置的实用性。 如图 3所示， 另一个实施例中， 与图 2所示的实施例的区别在于只用一 个活塞组件来达到处理物料颗粒的目的。对粉 碎与整形装置来说， 控制一个 活塞组件在腔体内进行活塞运动也是可行的。 优选地， 可以在驱动此活塞组 件进行活塞运动的外力的基础上叠加振动成份 ， 同时， 利用腔体内搅拌或体 外循环搅拌达到对物料颗粒均匀整形。 如图 4所示， 在另一个实施例中， 所述腔体还开设有进料口， 该进料口 可配以单向阔， 例如在腔体内部设置活塞 105， 形状上类似于图 3在出料口 处配置的活塞。 该进料口可供在加工过程中进料。 同样地， 在图 1和图 2所示的实施例以及其他实施例中， 也可以在组件 传递的冲击、 挤压等作用力基础上叠加振动作用。 在另一些实施例中， 粉碎与整形装置还可以设置有冷却装置， 以使摩擦 热量耗散， 不会改变被加工粉体性状。 在又一些实施例中， 粉碎与整形装置还可以设置有保温装置， 以在保温 状态下工作， 这适用于需在一定温度下加工的粉体。 体现本发明原理的设计不限于上述具体实施例 ，如可以增加组件数量以 及改变各组件的尺寸、 形状以及操作动作， 包括振动、 旋转、 组件本身变形 等以增加腔内粉体颗粒之间相对移动的几率和 有目的地选择对颗粒的整形 方式， 还可在被整形物料中添加辅助剂， 从而提高工作效率和效果， 增强其 适用性， 充分发挥本发明的优势。 例如， 前述活塞组件本身是不具备弹性的， 还可以采用配置有弹性构件 的组件从而使组件本身具备弹性。借助弹性构 件的弹力， 也可以从外部对组 件施加拖拉的力而非压力， 同样可以起到使腔体变化于多种形态之间。 根据本发明， 还提供一种粉末颗粒整形方法， 包括以下步骤： a. 将待加工的粉末颗粒填充到腔体中， 所述腔体具有用于在整形过程 中供物料进和 /或出的通道；

b. 对所述腔体施加外力使其反复变化于多种形态 之间， 以使所述腔体 内部的粉体颗粒受到力的作用而被整形，且所 述腔体在整形过程中允许或是 不允许进和 /或出物料。 优选地， 在所述步骤 b中， 在整形过程中允许出料， 将已整形好的部分 粉体颗粒经出料通道过滤排出腔体外， 且通过进料通道进料和 /或腔体的形 态变化来保持腔体内足够的压力； 或者， 在整形过程中允许进料和出料， 且 部分整形好的粉体颗粒通过出料通道排出腔体 外进行预定的处理，处理完后 通过进料通道送入腔体进行循环整形。 参见图 2a-图 2c ， 在优选的实施例中， 所采用的腔体具有自外部延伸 到其内部的活塞式结构， 所述活塞式结构包括至少两个独立作用的活塞 组 件， 所述步骤 b包括： 在维持所述腔体内部压力的情形下， 对所述至少两个 独立的活塞分别施加不同的压力，使得一部分 活塞向所述腔体内部压入而另 一部分活塞被向外顶起， 然后反之， 持续多次循环， 直至达到粉末颗粒的整 形要求。 本领域技术人员能够理解， 更具体而言， 本发明方法可实施的其它更优 细节已经体现在本发明装置的前述各种实施例 的设计及使用过程中。 本发明的设备和方法适用于多种粉体的整形和 粉碎，也可以用于对分散 团块进行粉碎和进一步的整形处理。 相对弹性较大的粉体颗粒而言， 本发明 对于弹性较小而刚性较大的粉体颗粒有更好处 理效果。 尽管已经详细描述了本发明及其优点， 应该理解， 在不偏移本发明的精 神和范围内， 可以做出各种变化、 替换和更改。 此外， 本发明应用的范围并 不限于在说明书里描述的过程、 机器、 制造、 物质组成、 方式、 方法和步骤 的特定实施例。从本发明的披露， 本领域技术人员将容易利用实质上执行了 与这里说明的相应实施例相同功能或实现了相 同结果的现有的或以后将开 发的过程、 机器、 制造、 物质组成、 方式、 方法或步骤。 因此， 所附权利要 求意在包括这些过程、 机器、 制造、 物质组成、 方式、 方法或步骤。