阅读说明：本技术 一种模腔定量加粉设备 (Die cavity quantitative powder adding equipment ) 是由 张�杰 刘兵 卢振明 周湘文 唐亚平 唐春和 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种模腔定量加粉设备,包括预压模具、机架；料仓安装于所述机架上,所述料仓的进料口与粉料输送管道相连通；加粉组件包括导料管组件和筛网组件,所述料仓的出料口通过所述导料管组件与所述预压模具的进料口相连通,以便所述料仓中的粉料经所述导料管组件传输至所述预压模具的模腔内；所述筛网组件可旋转地设置于所述导料管组件的管道内；振动机构的敲击件安装于所述敲击所述预压模具外,并敲击所述预压模具。筛网组件的转动能够保证给料尽量均匀,实现定量给料,且给料均匀松散；加料过程中,在加粉的同时敲击振动机构以一定的频率对模具进行振动敲击,使粉体均匀填充模腔各处,至粉体充满整个模具的模腔,提高了加粉均匀性。(The invention discloses a die cavity quantitative powder adding device, which comprises a prepressing die and a frame; the storage bin is arranged on the rack, and a feed inlet of the storage bin is communicated with the powder conveying pipeline; the powder adding assembly comprises a material guide pipe assembly and a screen assembly, and a discharge hole of the storage bin is communicated with a feed hole of the pre-pressing die through the material guide pipe assembly so that powder in the storage bin can be conveniently transmitted into a die cavity of the pre-pressing die through the material guide pipe assembly; the screen assembly is rotatably arranged in the pipeline of the material guide pipe assembly; and a knocking piece of the vibration mechanism is arranged outside the prepressing die and is used for knocking the prepressing die. The rotation of the screen assembly can ensure that the feeding is as uniform as possible, quantitative feeding is realized, and the feeding is uniform and loose; in the feeding process, the vibration mechanism is knocked to vibrate the die at a certain frequency while powder is added, so that the powder is uniformly filled in all parts of the die cavity, the die cavity of the whole die is filled with the powder, and the powder adding uniformity is improved.)

一种模腔定量加粉设备

技术领域

本发明涉及核技术装置技术领域，尤其涉及一种用于球形燃料元件/基体石墨球成型过程向模具的模腔定量加粉的设备。

背景技术

球形燃料元件在多种反应堆型中都有广泛应用，如球床式高温气冷堆、熔盐堆等，其中球床高温气冷堆所采用的燃料为直径约60mm的球形燃料元件，球体中心含有燃料的区域称为燃料区，燃料区***区域称为无燃料区。无燃料区的厚度要求控制在4-6mm。燃料区与无燃料区应基本为同心分布，如果燃料区偏心严重，无燃料区厚度过小则元件为不合格品。

在模具的下半模具加入定量的基体石墨粉，然后放入芯球，放置上半模具后，再定量加入基体石墨粉直至粉末充满整个模腔，通过压制、热处理和车削形成燃料元件的燃料区和无燃料区。燃料区偏心主要是由于无燃料区下半模加粉量、加粉时的均匀性和加粉造窝的高度、预成型的燃料区(芯球)的尺寸稳定性和上模加粉的控制精度等多种因素控制，加粉加颗粒工艺、下模加粉工艺都存在一定的加料误差，为保证最终产品尺寸的稳定性，提高成品率，由加粉加颗粒工艺和下模加粉工艺造成的累计误差都需要通过预压模具的最终加粉加以补充，加粉误差控制3％以内即符合工艺要求。因此，下模及模腔加粉量相对精确的控制对改善燃料区的偏心有着显著效果。

现有技术中，预压模具加粉采用控制要求较高的单工位、敞开始式的侧方位螺旋给料方式，该加粉方式控制偏心时对物位、且排布上难实现多工位同时运行，生产效率不能满足球形燃料元件规模化生产的需要，模腔加粉量和加粉均匀性均较低，且存在开放操作区域，存在粉尘污染的可能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种模腔定量加粉设备，以提高加粉作业的生产效率，实现模腔加粉量的精确控制，提高加粉均匀性。

为解决以上技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种模腔定量加粉设备，包括预压模具，所述模腔定量加粉设备还包括：

机架；

料仓，所述料仓安装于所述机架上，所述料仓的进料口与粉料输送管道相连通；

加粉组件，所述加粉组件包括导料管组件和筛网组件，所述料仓的出料口通过所述导料管组件与所述预压模具的进料口相连通，以便所述料仓中的粉料经所述导料管组件传输至所述预压模具的模腔内；所述筛网组件可旋转地设置于所述导料管组件的管道内；

振动机构，所述振动机构的敲击件安装于所述敲击所述预压模具外，并敲击所述预压模具。

进一步地，所述导料管组件包括：

第一导料管，所述第一导料管的进料口与所述料仓的出料口相连通；

第二导料管，所述第二导料管的出料口与所述模腔相连通；

连通管，所述连通管的一端与所述第一导料管的出料口相连通，其另一端与所述第二导料管的进料口相连通。

进一步地，所述筛网组件包括：

第一筛网组件，所述第一筛网组件可转动地安装于所述第一导料管与所述连通管之间；

第二筛网组件，所述第二筛网组件可转动地安装于所述第二导料管与所述连通管之间。

进一步地，所述第一筛网组件包括：

第一筛网，所述第一筛网可转动地安装于所述第一导料管与所述连通管的连接处；

第一筛网框架，所述第一筛网的外边缘固定安装于所述第一筛网框架上，

第一筛网齿轮，所述第一筛网齿轮的齿轮轴固定在机架上，所述第一筛网框架固定设置在第一筛网齿轮的中心位置；

第一筛网电机，所述第一筛网电机与所述第一筛网齿轮传动连接，并驱动所述第一筛网齿轮水平旋转。

进一步地，所述第二筛网组件包括：

第二筛网，所述第二筛网可转动地安装于所述连通管与所述第二导料管的连接处；

第二筛网框架，所述第二筛网的外边缘安装于所述第二筛网框架上；

第二筛网齿轮，所述第二筛网齿轮的齿轮轴固定在所述机架上，所述第二筛网框架固定安装于所述第二筛网齿轮的中心位置；

第二筛网电机，所述第二筛网电机与所述第二筛网齿轮传动连接，并驱动所述第二筛网齿轮水平旋转。

进一步地，所述加粉组件为多组，各所述加粉组件沿生产线安装以形成多个工位。

进一步地，还包括物料探针，所述物料探针的探测头伸入所述模腔，并获取所述模腔内的粉料料位。

进一步地，所述料仓的内部还设置破拱螺旋搅拌结构。

进一步地，振动机构包括：

敲击锤，所述敲击锤形成所述敲击件；

敲击电机，所述敲击电机的输出轴上安装凸轮，所述敲击锤的杆端安装于所述凸轮的外轮廓上；

所述敲击锤在所述预压模具上的敲击位置为所述预压模具的上端面，且距所述预压模具的上端面中心的距离为46.5～51.5mm。

进一步地，所述机架上还设有机械爪，所述机械爪的形状与预压模具的下模形状相匹配，所述机械爪在加粉工位和造窝工位之间水平往复运动。

本发明的有益效果如下：

本发明由于采用了以上技术方案，加粉组件中设置了可转动的筛网组件，在下料过程中，筛网组件的转动能够保证给料尽量均匀，实现定量给料，且给料均匀松散；加料过程中，在加粉的同时敲击振动机构以一定的频率对模具进行振动敲击，使粉体均匀填充模腔各处，至粉体充满整个模具的模腔，振动敲击的作用是提高粉体的流动性，使粉体均匀分布在燃料区周围并充满模具的整个模腔；同时，模具旋转机构主要是在加粉时使预压模具以一定的速度旋转，提高粉体的流动性和使粉体均匀流动到模腔各处，与敲击振动机构配合使用，显著提高了粉料在模腔内的分布均匀性，保证了粉料的均匀分布。并且，加粉组件可多工位设置，使得多个工位同时完成多个成型下模的加粉，显著提高了生产效率。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明所提供的模腔定量加粉设备一种

具体实施方式

的结构示意图；

图2为图1所示模腔定量加粉设备在另一方向的视图。

附图标记说明：

1、料仓 2、第一导料管 3、第一筛网组件 4、连通管

5、第二筛网组件 6、第一筛网电机 7、第二筛网电机

8、第二导料管 9、物料探针 10、振动机构 11、机械爪

12、预压模具 13、旋转电机 14、机架 15、固定板

16双螺旋混合电机

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在一种具体实施方式中，如图1和图2所示，本发明所提供的模腔定量加粉设备包括预压模具12、机架、料仓1、加粉组件和振动机构10。

其中，料仓1安装于所述机架上，所述料仓1的进料口与粉料输送管道相连通，料仓1用于缓存通过输送管道输送过来的物料，并将料仓1中的粉体分散以防止粉体在料仓1中搭桥。并且，所述料仓1的内部还设置破拱螺旋搅拌结构，采用双螺旋混合电机带动破拱螺旋搅拌结构，能够将料仓1中的基体粉摊铺分布并起到破拱作用，料仓1、双螺旋混合电机16等均通过硬连接的方式固定在机架上。

所述加粉组件包括导料管组件和筛网组件，所述料仓1的出料口通过所述导料管组件与所述预压模具12的进料口相连通，以便所述料仓1中的粉料经所述导料管组件传输至所述预压模具12的模腔内；所述筛网组件可旋转地设置于所述导料管组件的管道内。所述振动机构10的敲击件安装于所述敲击所述预压模具12外，并敲击所述预压模具12。

上述导料管组件的作用是输送物料，为了保证物料输送效率，导料管组件包括第一导料管2、第二导料管8和连通管4；其中，所述第一导料管2的进料口与所述料仓1的出料口相连通，所述第二导料管8的出料口与所述模腔相连通，所述连通管4的一端与所述第一导料管2的出料口相连通，其另一端与所述第二导料管8的进料口相连通。

其中，导料管组件中的第一导料管2设置于上部，为上导料管，第二导料管8设置于下部，为下导料管，连通管4为直料管，设置在上导料管和下导料管之间，所述上导料管的顶部与料仓1的底部的出料口紧密连接，上导料管与直料管之间设有第一筛网组件3，所述直料管与下导料管之间设有第二筛网组件5。上导料管、直料管以及下导料管通过管夹的底座固定在机架的横板上。具体地，上导料管、直料管和下导料管的直径均为10mm-20mm，各管中心位置距管口中心为5～10mm，优选为6～8mm；上导料管与直料管之间、直料管与下导料管之间是通过紧密配合的方式连接，并内外加密封件进行密封。

在该实施例中，筛网组件设置有两组，该设备还包括物料探针9，所述物料探针9的探测头伸入所述模腔，并获取所述模腔内的粉料料位。在下料过程中，粉料通过筛网的转动并结合物料探针9，对物料进行定量和输送。

具体地，所述筛网组件包括第一筛网组件3和第二筛网组件5，两筛网组件在上下方向上间隔布置，且所述第一筛网组件3可转动地安装于所述第一导料管2与所述连通管4之间，所述第二筛网组件5可转动地安装于所述第二导料管8与所述连通管4之间。

在实际设备中，各筛网组件中的筛网转动是通过电机驱动来实现的，每个加粉组件中可包括两个筛网，各个筛网转动分别由各自电机独立控制，且各筛网的转动均是通过齿轮传动来实现的。

也就是说，所述第一筛网组件3包括第一筛网、第一筛网框架、第一筛网齿轮和第一筛网电机6；其中，所述第一筛网可转动地安装于所述第一导料管2与所述连通管4的连接处，所述第一筛网的外边缘固定安装于所述第一筛网框架上，所述第一筛网齿轮的齿轮轴固定在机架上，所述第一筛网框架固定设置在第一筛网齿轮的中心位置，所述第一筛网电机6与所述第一筛网齿轮传动连接，并驱动所述第一筛网齿轮水平旋转。其中，第一筛网的孔径位5～12目，优选为6～10目。

所述第二筛网组件5包括第二筛网、第二筛网框架、第二筛网齿轮和第二筛网电机7；其中，所述第二筛网可转动地安装于所述连通管4与所述第二导料管8的连接处，所述第二筛网的外边缘安装于所述第二筛网框架上，所述第二筛网齿轮的齿轮轴固定在所述机架上，所述第二筛网框架固定安装于所述第二筛网齿轮的中心位置，所述第二筛网电机7与所述第二筛网齿轮传动连接，并驱动所述第二筛网齿轮水平旋转。其中，第二筛网孔径为8～16目，优选为10～14目。

在工作过程中，料仓1用于储存一定量的基体石墨粉，通过料仓1内设置的破拱螺旋搅拌结构，使料仓1内的基体石墨粉连续分散均匀的经出料口落入第一导料管2内。而后通过第一筛网的旋转，使第一导料管2内的基体石墨粉以相同的松散度落入连通管4中。在连通管4中，通过第二筛网的旋转筛动，把连通管4中的基体石墨粉以相同的松散度落入第二导料管8中，并形成一定的松散度落入无燃料区预压模具12的模腔内。在使用过称重，通过筛网电机驱动相应的筛网齿轮，从而带动相应的筛网旋转，以实现基体石墨粉的输送，通过调整筛网电机的转速改变相应筛网的转动速度，或改变筛网电机的运行时间，达到控制定量给料的目的。

为了提高生产效率，使得多个工位同步加粉，所述加粉组件为多组，各所述加粉组件沿生产线安装以形成多个工位。

上述振动机构10包括敲击锤和敲击电机，所述敲击锤形成所述敲击件，所述敲击电机的输出轴上安装凸轮，所述敲击锤的杆端安装于所述凸轮的外轮廓上；所述敲击锤在所述预压模具12上的敲击位置为所述预压模具12的上端面，且距所述预压模具12的上端面中心的距离为46.5～51.5mm。通过振动锤的振动敲击提高粉体的流动性，使粉体均匀分布在燃料区周围并充满模具的整个模腔。

进一步地，所述机架上还设有机械爪11，机械爪11通过固定板15安装在机架上，所述机械爪11的形状与预压模具12的下模形状相匹配，所述机械爪11在加粉工位和造窝工位之间水平往复运动；通过机械爪11将预压模具12定位放置到加粉工位和将加满粉的预压模具12从加粉工位移出并输送到输送带上。

在上述预压模具12上还设置有模具旋转机构，预压模具12的作用是粉体的预成型和预压时形成一定形状的预压体；模具旋转机构主要是在加粉时使预压模具12以一定的速度旋转，提高粉体的流动性和使粉体均匀流动到模腔各处，模具旋转机构通过旋转电机13驱动。

下面基于上述具体实施方式，简述本发明所提供的模腔定量加粉设备的工作原理和工作过程：

本发明所提供的模腔定量加粉设备的工作原理如下：

石墨基体粉料仓1内部安装有双螺旋搅拌器，料仓1下部连接第一导料管2，第一导料管2与连通管4之间设置第一筛网组件3，通过第一筛网组件3的旋转筛动，使第一导料管2内的基体粉以相同的松散度落入连通管4中；

第二筛网组件5安装在连通管4和第二导料管8之间，通过第二筛网的旋转筛动，把连通管4中的基体粉形成一定的松散度通过第二导料管8将基体石墨粉输送到预成型模具中，加粉过程伴随对预成型模具的敲击振动与旋转。芯球顶部设有物料传感器，当石墨基体粉加到物料传感器设定位置时，预成型模具中的芯球四周即加满了基体粉石墨。通过改变物料传感器的位置和灵敏度，来调整石墨基体粉的添加量和加粉精度；通过调整筛网的旋转转速来调整加粉的均匀性、加粉误差和加粉时间。

基体粉石墨通过旋转筛网下料组件加入球型燃料元件无燃料区预成型模具的模腔内，并充满整个预成型模具的模腔后，筛网组件停止转动，模具旋转机构停止旋转并下降，敲击振动装置上升，随后机械手抓取机构夹住加满粉的模具向后移至输送线上，同时将未加粉的模具从预备位输送至加粉工位，进入下一个工作循环。

旋转筛网组件与下料管通过紧密连接，接口处设置有密封圈，加料管下端设置模具加料盖，加料时模具盖接近并套住上模具，模具盖与模具上表面之间加排气管，有效地防止了粉尘的溢出。

本发明所提供的模腔定量加粉设备的工作过程如下：

(1)基体粉石墨来粉送入料仓1；

(2)机械手把预成型模具从预备位送到加粉工位；

(3)模具旋转机构上升到加料位置；

(4)敲击振动装置下降到位，开始振动敲击；

(5)启动基体粉料仓1中的螺旋分料器，将石墨基体粉分摊至六个上导料管；

(6)启动上筛网转动组件电机，上筛网组件旋转运动，基体粉通过上筛网转动组件筛动，从上导料管进入直料管；

(7)启动下筛网转动组件电机，下筛网组件旋转运动，直料管中的基体粉通过下筛网转动组件筛动，进入下导料管将基体粉输送到预成型模具的模腔内；

(8)加粉完成后，筛网停止转动，同时敲击振动装置上升，模具旋转机构下降；

(9)机械手抓取机构运动，将加满石墨基体粉的预成型模具输出，并将预备位上的未加粉的预成型模具移动到加粉工位。

实验例1：

上筛网8目，下筛网10目；模具转速350r/min；筛网转速120r/min，加料时间19s。

通过物料探针9控制筛网电机运行时间控制加粉量，表1为4次实验六个工位间的误差分析。

表1六个工位间在4次不同实验的误差分析

	1	2	3	4
					上偏差/％	1.92	1.37	1.13	1.72
偏差/％	1.83	1.28	1.11	1.28

因此，本发明由于采用了以上技术方案，加粉组件中设置了可转动的筛网组件，在下料过程中，筛网组件的转动能够保证给料尽量均匀，实现定量给料，且给料均匀松散；加料过程中，在加粉的同时敲击振动机构10以一定的频率对模具进行振动敲击，使粉体均匀填充模腔各处，至粉体充满整个模具的模腔，振动敲击的作用是提高粉体的流动性，使粉体均匀分布在燃料区周围并充满模具的整个模腔；同时，模具旋转机构主要是在加粉时使预压模具12以一定的速度旋转，提高粉体的流动性和使粉体均匀流动到模腔各处，与敲击振动机构10配合使用，显著提高了粉料在模腔内的分布均匀性，保证了粉料的均匀分布。并且，加粉组件可多工位设置，使得多个工位同时完成多个成型下模的加粉，显著提高了生产效率。

该设备在加粉的同时以一定的频率对模具进行振动敲击，使粉体均匀填充模腔各处，至粉体充满整个模具的模腔。采用多级筛网及筛网的转动速度、模具顶部加料口处的物料传感器对物料的加入量和加料精度进行控制，可将模具内物料的总重量控制在2％以内(相对误差)，生产效率显著提高，加料效率不低于480份/小时；通过旋转筛网加料的封闭性和加料管向模具加料的半封闭性，可有效的减少粉尘的外溢，较好的改善了车间的生产环境。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。