超硬材料网

摘要：人造金刚石生产中的粒度分级；质量检测中粒度检验；以及冲击强度值的最终确定等都离不了筛分与筛机。筛分涉及到筛网、筛机、筛分参数（如投料量、筛时间…）等。要获得精度高、重复性好、效率高的筛分必须全面考虑上述各因素。　

        本文回顾了筛分技术的由来；分析了目前筛分技术存在的问题；介绍了2004年上海一展览会上国外筛机的参展情况。特别是对筛分投料量；筛分工艺安排；标准筛分对筛机的要求等提出了一些看法。

         人造金刚石是在高温高压下合成出来的。它是一些颗粒尺寸在一毫米到几十微米范围中的小晶体。人造金刚石一般是做为磨料，用来进一步制成磨具或切割工具。金刚石磨具或切割工具在非铁的金属工件或石材、混凝土等加工领域应用广泛。由于磨料颗粒尺寸的大小与加工效率、加工精度密切相关，所以人造金刚石生产中很重要　的一道工序就是筛分。通过筛分，将它们分成若干种不同颗粒尺寸范围的级别，以便于满足不同工具的需要。　
　
        筛分涉及到筛网、筛机、筛分参数（如投料量、筛分时间）等。我们在搞清楚它们的来龙去脉后，期望能对筛分、筛机有一个正确的认识，并正确地指导筛分参数及筛机的选择。

１．筛分技术的由来和筛网

　   公元前１５０年在希腊和罗马，人们就开始使用“筛”的方法来处理日常生活中的难题。在ｌ５　世纪，德国人首先开始用线编织筛网。而在１８６７年，德国教授Ｐ．Ｒ．Ｖｕｎ　Ｒｉｔｔｉｎｇｅｒ建议孔眼的边长　以√２的比率增减来形成系列。美国泰勒公司（Ｗ．Ｓ．Ｔｙｌｅｒ，Ｉｎｅ．）在１９１０年首　先用“２”的比率建立了标准的筛网系列。由于粒度相临的两个筛网其筛网孔眼的边长　之比是√２，而编织筛网是正方形的孔眼。所以。粒　度相临的两个筛网其筛网孔的面积比就是“２”。也就是说，相临筛网的较大号的网孔面积是较小　号的网孔面积的２倍。美国泰勒公司采用每平方英寸面积上的网孔数量来作为筛网的编号（也称ｍｅｓｈ或“目”）。如　每平方英寸面积上有２００个网孔，该筛网就称为是２００ｍｅｓｈ（或２００目）筛网。除去筛网丝，２００目筛网的开孔边长为０．００２９英寸（０．０７３６６ｍｍ）。泰勒公司就是用２００目的筛网做为基数。更粗或更细的筛网都是在这个基数上，以√２比率为倍数计算得出来的。筛号越大，则筛孔越小。我国筛网的筛号和网孔基本上尺寸与美国和国际标准ＩＳＯ，保持一致。

       人造金刚石行业常用的筛网是２００的试验筛。试验筛网的标记由筛框规格、筛网孔的基本尺寸和标准编号等构成。如筛框直径为￣２００ｍｍ；筛框高度为５０ｍｍ；筛网孔的基本尺寸０．０２５ｍｍ；采用标准为ＧＢ６００３—８５；筛网号６０样，则标记为＋２００ｘ５０／０．０２５ＧＢ６００３—８５６０样。

２．粒度

　    我国人造金刚石行业采用的粒度标准分为两个阶段。在１９８５年国家标准ＧＢ６００３—８５《实验筛》实施之前，采用的是类似美国泰勒公司的筛网　称谓，如４６样，５４样，６０样等。而１９８５年后，国家　标准ＧＢ６００３—８５就是一个直接采用国际标准化组织的ＩＳＯ标准。这对于我国磨料磨具产品进入国际市场是非常好的一个基础。国标ＧＢ６００３—８５规定，粒度是由相临两个筛网网孔的公称尺寸确定的。而该粒度则由这两个筛网号来命名。如通过１６样筛网而未通过１８样筛网的颗粒，粒度为“１６／１８”。这样准确地定义了该粒度的尺寸范围。

３．筛分的定义

　    把固体颗粒置于具有一定孔径的筛面上，然后使固体颗粒在筛面上滚动；通过筛孔的成为筛下料；被截留在筛面上的成为筛上料。这种分级方法称为“筛分”。简单说就是“用孔径不同的筛子将不同尺寸　
的颗粒分开”。在筛分过程中，物料通过筛孔的必要条件是颗粒尺寸一定要比筛孔小；同时，颗粒还要有通过筛孔的机会。筛分时有些较大的、通不过的颗粒会占据筛孔位置，使得能通过的颗粒得不到其通　过的空间。所以，颗粒与筛面之间要有一定形式的相对运动。另外，由于一次投料量都比较大，还要有一定的筛分时间。这样才能使可以通过的颗粒都筛下去。

４．筛网的平面运行和上、下运动

　    为使被筛分颗粒与筛面之问有一定形式的相对运动，我国筛分规范规定采用的“拍击式振筛机”上筛网的平面运动就是模仿了人类手工筛东西时的平面运动。由于有些颗粒是不规则的，可能漏下去一半，而又不能全部通过；这时它就堵住这个孔眼。如果这类晶形的颗粒过多，它们会占据较多的孔眼。而使本该筛下去的颗粒，不能漏下去。这就需要将这些卡在孔眼里的颗粒取出来。“拍击”也就是起这个作用。通过重锤的敲击，使筛网网面产生上、下振动，而将筛网面上的被筛颗粒都弹起来，那些半卡在孔眼中的颗粒得以弹跳出来。一方面让出孔眼；另一方面也可能转过身，去试别的孔眼，也许就能漏下去。

５．筛分参数

５．１　投料量

　    在对单一粒度的成品做粒度检验时，国家标准做出了严格规定：

　
表２粒度检验时的筛分投料量

  
        而在生产筛分中，一般用４２００的筛网。投料量也都用１００克的量。２００ｍｍ的筛网的筛孔数是多少呢？对于２００ｍｅｓｈ（目）的筛网，每平方英寸面积上有２００个孔。４２００筛网网面积约为４８．６８平方英寸。则夺２ｏｏ筛网有９７３８个孔，约ｌ万个。２００／３００粒度检测时，用料２０—３０克。２００ｍｅｓｈ的人造金刚石每克拉颗粒数约为ｌ４万。则２０３０克人造金刚石的颗粒数为：ｌ４万×５×（２０３０）一１４００万２ｌｏｏ万筛网孔与被筛颗粒的比为：ｌ：１４００—２１００要使１４００—２１００个金刚石颗粒通过同一个筛孔。是要有一定的筛分时间！

　
表３　粒度检验时筛网孔与被筛颗粒数的比

       
       生产筛分的投料量应根据试验所得的粒度分布来设计、确定筛分的投料量。不同工艺合成出的金刚石各粒度所占的百分比是不同的，也就是粒度峰值不同。如果能根据“粒度峰值”；考虑“筛网孔与被筛颗粒数的比值”来设计分组筛分的筛网组合、投料量和筛分时间，定能取得筛分时问短、筛分精度高的效果。例如，峰值在５０／６０，重量比约占５０％。可先将４５静以粗的筛出去，量：赶些，时问短些，再从５０／６０／７０／８０／ｌｏｏ…可多放几个筛网。按粒度检验的投料量投料，这样既能使５０／６０的适度筛分，又可将更细的料筛充分！由ｑ￣２ＯＯｍｍ筛网各号筛网的孔眼数与投料量所含的颗粒数之比来看（见表３），国家标准所规定的投料量是不合理的！如果较细粒度的筛分合适的话，那么较粗粒的筛分就太浪费时间了。所以，还需要我们做细致的工作；进一步提出合理的筛分投料量。

５．２　筛分时间

　   国家标准在“粒度分析”中规定：筛分时间为ｌ５分钟。而生产中一般采用ｌＯ分钟到ｌ５分钟。较细粒度的筛分也有选择更长的时间。由投料量与筛网孔眼数之比可知，每个孔眼平均要通过上千个颗粒。没有一定的筛分时间的保证，不可能使应该通过的颗粒都通过。另外，不管粒度组、细，不顾颗粒数量的多少，采用统一的筛分时间不合理。对较粗粒是浪费时间，对较细粒又是筛分不充分。

５．３筛机的转速和拍击参数

　    《人造金刚石或立方氮化硼粒度组成检验方法》ＧＢ６０４．２—８６中规定，筛机的转速为每分钟２９０转；拍击次数每分钟１５６次；拍击器与软塞之间降落高度为３８±６ｍｍ。应该说，这三个参数关系到被筛颗粒在筛面上的运动，以及实现堵在网孔中的颗粒能否弹出来的问题。但它规定的很不严谨！它只是把所谓的“标准振筛机”的几个表面化的参数列了出来，而有些本质的问题并没有限定。

　    振筛机上的筛网其实是在做椭圆运动。这个椭圆轨迹的两个焦点（也就是两个回转轴）之间的距离的大小，对筛分很重要。如果距离为零，那就成了圆周运动，被筛颗粒只受到离心力，根本就不可能实现筛分。拍击参数也还有一个拍击器重量的问题没有限定。在同样拍击高度下拍击，重量不同的拍击器所产生的力量可大不相同。

５．４拍击式振筛机存在的问题

　    “拍击”的目的是要使筛网的颗粒被振起来．避免堵塞筛网。为什么能振起来！也就是在拍击的强力振击下，筛网像鼓面一样产生了上下振动．从而把筛网上的颗粒弹起来。筛网的上下振动，就意味着四周已固定的编织筛网的钢丝产生了弹性变形；意味着筛孔的变形。筛孔在振动时，时大时小；虽然变形量可能并不大，但对于粒度较细的筛网来说，也是不可忽视的。在实践中，当筛分结束后，取下筛网，再用手侧面拍击筛网框时，常能筛下来一些。而且只要你用力拍，总能拍下来。这就是因为侧面拍击筛网框，使筛框发生变形，筛网孔也跟着变形而来的后果。应该说，这相对于筛分原理是不规范的，怎么能容忍筛网孔时大时小呢！

       综上所述，我们的筛分国家标准存在着许多问题。需要我们正视它，并努力去修正它。

６．筛机的发展

６．１拍击式振筛机

美国Ro-Tap筛机

                            
柳州探矿厂的拍击式振筛机

        拍击式振筛机是我国人造金刚石行业的主要筛分设备。几十年来，绝大多数厂家都采用这种“标准”设备。但它结构上的缺点，如油箱漏油；机械转动部分的磨损；特别是噪音大和筛分机理的缺陷，已使许多人产生要革它的命的念头。

６．２拍击式振筛机的改型

       原理与拍击式振筛机完全一样。只是用皮带传动、减速等方式取代了原来的蜗轮、蜗杆和油箱。噪音还是很大；机械磨损较严重维护工作量较大。　

６．３顶击式振筛机

                                
美国rryler顶击式振筛机

        它的结构特点基本上与拍击式振筛机一样，只是砍掉了拍击机构，而改为将卡紧在筛机上的整套筛网都顶起来，再突然放下去。由此，使在筛网上的被筛物产生上下运动。相对与拍击机构，它在原理上是较为合理。虽然生产厂家不少，但采用者不太多。噪音还是比较大。

６.４平面转动与电磁振动复合型筛机振筛机采用机械式平面筛分转动；再用一个电磁铁吸引筛网托盘做上下运动。它的体积较大，使用效果也不太理想。未能被市场广泛接受。

６.５旋风式风力筛分机

       这是德国生产的一种筛机。它的筛网做成简状；压缩空气吹动被筛物料进入筛机。在一个螺旋叶片搅拌器的作用下，压向筛网；透过筛网的为筛下物，未透过的轴向吹出。这种筛机的生产效率很高，但一次、或一台机只能筛一个粒度。只有个别厂家采用。

６.６超声振动筛机

       在筛网的筛框上装上一个超声波换能器。利用超声波的能量使筛网振动起来，并传给被筛颗粒物。这种筛机在筛分较细的粒度时（如２００以细）生产效率较高，少数厂家已采用。

６.７电磁振筛机

　    深圳市瑞程公司生产的ＥＳ一０３型电磁振筛机采用了特殊的弹性系统，利用电磁驱动方式产生振动。它使得被筛分的物料不仅获得了垂直运动，而且可以在整个筛网表面上进行旋转运动。由于电磁振动频率高（每分钟３０００次），它使得被筛分物料颗粒能在最短的时间中，呈现在绝大多数的筛网孔上，所以可获得较快，而且更有效的筛分。特殊设置的间歇振动模式，使得在筛机突然振动时，产生了加速度较高的向上的运动，可将堵在网孔里的颗粒振出来，使筛孔免去被堵塞的可能。

       除了振动频率大，筛分效率高，并能使筛孔保持清洁等特点外，还具有无机械磨损问题；筛网使用寿命长；噪音很低；重量轻；无需打地脚螺钉，放在台子上就可以工作等许多优点。正在被越来越多的用户采用。

７　国外实验室筛机的状况

　    2004年９月上旬，上海新国际博览中心举办了Analytiea China 2004分析生化展。主要展出分析、生化技术，实验室技术设备等、在展会上竟有六家公司展出了他们的筛机。一疗面，这显示了国际实验室筛机的主流趋势；另一方面也表现出他们对中国的良好市场期望。

８．结束语

       “筛分”是超硬材料生产中关注度不高的一项技术；但它又是一项必不可少，且存在一些问题基本技术。通过分析我们认识到，目前的筛分投料量不合理；拍击式振筛机的拍击噪音；以及拍击式强行过筛都是应该、也可以改进的。从国际上筛分技术的进展看，电磁振筛机是一种不错的替代设备。采用电磁振筛机，并充分考虑投料量，将会大大减少筛分作业时的噪音水平，改善工作环境；并可得到筛分精度好，效率高，筛网使用寿命长等效果。