CN103894607A - 各向异性环形磁体的成型方法及其模具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种各向异性环形磁体的模具，包括上模和下模；上模包括环形上冲头、设于环形上冲头内的带模芯上冲头，两者顶部设有垫板，垫板上方设有上底座；下模包括阴模支撑圈、设于阴模支撑圈内的环形下冲头，两者均设于下底座上，阴模支撑圈上方设有环形阴模；环形上冲头外壁与环形阴模内壁配合，带模芯上冲头的模芯外壁与环形下冲头内壁配合。本发明还提供一种各向异性环形磁体的成型方法：将磁性粉末填充到本发明的模具的带模芯上冲头、环形上冲头以及环形阴模形成的空腔中，然后在真空或惰性气体环境中进行热压工艺以及热变形工艺，将各向异性环形磁体加工成型。本发明使热压工艺和热变形工艺连续进行，生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及各向异性环形磁体的制造技术领域，特别是涉及各向异性环形磁体的成型方法及其模具。
背景技术
稀土铁系永磁材料自问世以来经历了巨大发展，现已经发展成了以钕铁硼为代表的第三代永磁材料，其具有磁性能高、应用广、发展快等一系列优点。钕铁硼永磁体主要包括烧结钕铁硼磁体、粘结钕铁硼磁体和热压钕铁硼磁体。其中粘结钕铁硼磁体稀土含量较低，其突出优点是尺寸精度高、不变形，无需二次加工，便于大批量生产；其缺点是稀土含量低导致磁性能偏低，使用温度不高。烧结钕铁硼磁体因其含有一定量的重稀土元素而产生优越的磁性能，是目前为止产量最高、应用最广的永磁体；然而近年来随着稀土价格的不断上涨，特别是重稀土元素镝(Dy)、铽(Tb)的价格每公斤价格达到上万元，这直接导致了烧结磁体成本的增加。热压钕铁硼磁体在不含镝(Dy)、铽(Tb)的情况下仍能保持较高的磁性能，相比于烧结钕铁硼磁体具有更低的价格；此外，热压钕铁硼磁体具有纳米晶结构，晶粒的细化有助于成型压力的降低和矫顽力的提高，可实现近净成形，减少浪费。
各向异性环形磁体因其特殊的磁场分布被广泛应用于伺服电机、马达等能源转换装置上，当前生产磁性能较高的各向异性环形磁体主要通过烧结法和热压热变形法。在工业生产方面，热压钕铁硼磁体产量远远落后于烧结钕铁硼磁体，目前只有美国通用、日本大同和欧洲达美三家公司大规模生产，总产量远远少于烧结钕铁硼磁体。当前我国的成都银河磁体也已完成热压磁体生产线的建设，拟定初期年产量300吨。因此，热压热变形工艺已成为制造稀土铁系各向异性永磁体的重要工艺手段之一。
目前工业生产中，通过热压热变形工艺生产各向异性环形磁体的主要工艺是：在真空状态下或在惰性气体保护下，且在较高温度下，先将纳米晶钕铁硼粉末热压成壁厚较厚的各向同性的环形磁体，然后更换尺寸较大的冲头对磁体进行热变形即完成反向挤出压制，最终获得磁体易磁化方向与压力方向相垂直的各向异性环形磁体。因为更换冲头必须在模具冷却下来后先采用机械方法脱模再更换尺寸较大的冲头，冲头更换好后再升高热压炉腔内的温度到合适的温度下进行热变形。该过程的先降温后再升温极易导致纳米级尺寸的晶粒长大，这会导致热变形的抗力增大。此外，更换冲头必然导致热压炉腔体内的不再是真空环境或稀有气体保护环境，要进行后续的热变形工艺必然需要再次抽真空和升高温度。以上的更换冲头和二次抽真空以及二次升高温度都需要较长时间，这极大浪费了资源和延长了各向异性环形磁体的生产周期，严重地影响了各向异性环形磁体的生产效率。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种使各向异性环形磁体的生产周期短、生产效率高的各向异性环形磁体的成型方法及其模具，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种各向异性环形磁体的模具，包括上模和下模；
所述上模包括上底座、带模芯上冲头、环形上冲头，所述带模芯上冲头设于所述环形上冲头内部，所述带模芯上冲头的外壁与所述环形上冲头的内壁配合；所述带模芯上冲头和环形上冲头的顶部设有一垫板，所述上底座设于所述垫板的上方；
所述下模包括下底座、环形下冲头、环形阴模和阴模支撑圈，所述环形下冲头和阴模支撑圈设于所述下底座上，所述环形下冲头设于所述阴模支撑圈的内部，所述环形阴模设于所述阴模支撑圈的上方；所述环形下冲头的外壁与所述环形阴模的内壁配合；
所述环形上冲头的外壁与所述环形阴模的内壁配合，所述带模芯上冲头下端的模芯外壁与所述环形下冲头的内壁配合。
优选地，所述下底座的上端面设有一环形凹槽，所述环形下冲头的下端设于所述环形凹槽内。
优选地，所述带模芯上冲头包括上冲头本体和上冲头本体下端的模芯，所述上冲头本体为上段直径小、下段直径大的二级台阶轴；所述上底座的下端设有推杆，所述推杆的长度大于所述上冲头本体的下段的长度；
所述环形下冲头的上端面到所述下底座的上端面的距离不小于所述带模芯上冲头的模芯的长度；所述环形下冲头的上端面到所述下底座的上端面的距离还不小于所述环形阴模的高度。
优选地，所述环形阴模的外壁上设有测温孔，所述测温孔内设有测温元件。
优选地，所述阴模支撑圈为分体式、可拆卸结构。
本发明还提供一种各向异性环形磁体的成型方法，包括以下步骤：
A、将一定量的磁性粉末填充到所述的各向异性环形磁体的模具的带模芯上冲头的模芯、环形上冲头的下端面、环形下冲头的上端面以及环形阴模的内壁形成的空腔中；
B、将填充了磁性粉末的所述模具放入热压装置中，对所述热压装置进行抽真空处理或填充惰性气体处理，使所述模具处于真空环境中或惰性气体环境中；然后在不低于660℃的温度下，使所述模具的上底座以不小于120MPa的压力下压所述垫板，所述垫板再下压所述带模芯上冲头和环形上冲头，使所述空腔内的磁性粉末实现热压烧结，形成壁厚较厚的各向同性环形磁体；
当所述模具处于真空环境中时，所述真空环境的真空度不低于10-2Pa数量级；
C、使所述模具的上底座向上回缩，移除所述垫板；
D、使所述模具处于真空环境中或惰性气体环境中，再在不低于680℃的温度下，使所述模具的上底座以不小于120MPa的压力下压所述带模芯上冲头，实现所述各向同性环形磁体的反向挤出成型，获得所述各向异性环形磁体；
当所述模具处于真空环境中时，所述真空环境的真空度不低于10-2Pa数量级；
E、将所述模具的阴模支撑圈拆除，使所述环形阴模下落到所述模具的下底座的上端面；使所述模具的上底座向上回缩，实现所述各向异性环形磁体的脱模。
优选地，在步骤A之前，在所述模具的环形阴模的内壁设一层石墨纸，在所述模具的环形上冲头的外壁和内壁、在所述模具的带模芯上冲头的模芯外壁均涂上一层石墨乳。
优选地，步骤C中，在移除所述垫板之后，在所述环形上冲头上增置加重物。
优选地，步骤A中的所述磁性粉末通过快淬法、HDDR法、高能球磨法以及雾化法中的一种或多种制得。
优选地，步骤B中的所述热压烧结在720℃-750℃的温度下、150MPa–200MPa的压力下进行；步骤D中所述各向同性环形磁体的反向挤出成型在720℃-750℃的温度下、150MPa–200MPa的压力下进行；所述模具处于真空环境时的真空度为不低于10-3Pa数量级。
如上所述，本发明的一种各向异性环形磁体的成型方法及其模具，具有以下有益效果：
1、实现了各向异性环形磁体的热压工艺和热变形工艺的连续进行，避免了传统生产中热压完成后要更换冲头才能再进行热变形工艺，极大地提高了各向异性环形磁体的生产效率，节约了各向异性环形磁体的生产成本和生产周期。
2、与传统生产相比，由本发明生产出来的各向异性环形磁体致密度高，大大减少了裂纹的产生，从而使各向异性环形磁体的质量好，废品率低。
附图说明
图1显示为本发明的各向异性环形磁体的模具的结构示意图。
图2显示为本发明的各向异性环形磁体的成型方法的步骤A中模具的状态示意图。
图3显示为本发明的各向异性环形磁体的成型方法的步骤B中模具的状态示意图。
图4显示为本发明的各向异性环形磁体的成型方法的步骤D中模具的状态示意图。
图5显示为本发明的各向异性环形磁体的成型方法的步骤E中模具的状态示意图。
元件标号说明
1 磁性粉末 2 各向同性环形磁体
3 各向异性环形磁体 100 上底座
110 推杆 200 带模芯上冲头
210 模芯 211 带模芯上冲头的模芯外壁
220 上冲头本体 221 带模芯上冲头的外壁
300 环形上冲头 310 环形上冲头的内壁
320 环形上冲头的外壁 400 垫板
500 下底座 510 环形凹槽
600 环形下冲头 610 环形下冲头的外壁
620 环形下冲头的内壁 700 环形阴模
701 测温孔 710 环形阴模的内壁
720 环形阴模的外壁 800 阴模支撑圈
900 测温元件 L1 推杆的长度
L2 上冲头本体下段的长度 L3 带模芯上冲头的模芯长度
L4 环形阴模的高度
L5 环形下冲头上端面到下底座上端面的距离
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
鉴于现有技术的各向异性环形磁体的成型方法往往是在真空状态下或在惰性气体保护下，且在较高温度下，先将纳米晶钕铁硼粉末热压成壁厚较厚的各向同性的环形磁体，然后更换尺寸较大的冲头对磁体进行热变形即完成反向挤出压制，最终获得磁体易磁化方向与压力方向相垂直的各向异性环形磁体；因为更换冲头必须在模具冷却下来后，采用机械方法脱模，再更换尺寸较大的冲头，冲头更换好后再升高热压炉腔内的温度到合适的温度下进行热变形；该过程的先降温后再升温极易导致纳米级尺寸的晶粒长大，这会导致热变形的抗力增大；此外，更换冲头必然导致热压炉腔体内不再是真空环境或惰性气体保护环境，要进行后续的热变形工艺必然需要再次抽真空和升高温度；以上的更换冲头和二次抽真空以及二次升高温度都需要较长时间，这极大浪费了资源和延长了各向异性环形磁体的生产周期，严重地影响了各向异性环形磁体的生产效率。本发明的发明人提供一种各向异性环形磁体的成型方法及其模具，通过将模具上模和下模均设计成多个零件组成的分体式结构，使各向异性环形磁体的成型中，热压工艺和热变形工艺能够连续进行，极大地提高各向异性环形磁体的生产效率，节约生产成本和生产周期。
以下将通过具体实施例来对本发明的各向异性环形磁体的成型方法及其模具进行详细说明。
如图1所示，一种各向异性环形磁体的模具，包括上模和下模。
所述上模包括上底座100、带模芯上冲头200、环形上冲头300，所述带模芯上冲头200设于所述环形上冲头300内部，所述带模芯上冲头的外壁221与所述环形上冲头的内壁310配合；所述带模芯上冲头200和环形上冲头300的顶部设有一垫板400，所述上底座100设于所述垫板400的上方。
所述下模包括下底座500、环形下冲头600、环形阴模700和阴模支撑圈800，所述环形下冲头600和阴模支撑圈800设于所述下底座500上，所述环形下冲头600设于所述阴模支撑圈800的内部，所述环形阴模700设于所述阴模支撑圈800的上方；所述环形下冲头的外壁610与所述环形阴模的内壁710配合。
所述环形上冲头的外壁320与所述环形阴模的内壁710配合，所述带模芯上冲头下端的模芯外壁211与所述环形下冲头的内壁620配合。
为了保证所述环形阴模700相对于所述环形下冲头600能够自由地上下滑动，所述环形下冲头的外壁610与所述环形阴模的内壁710之间采用间隙配合。为了保证所述环形上冲头300相对于所述环形阴模700、所述带模芯上冲头200能够自由地上下滑动，所述环形上冲头的外壁320与所述环形阴模的内壁710之间采用间隙配合，所述环形上冲头的内壁310与所述带模芯上冲头的外壁221之间也采用间隙配合。为了保证所述带模芯上冲头下端的模芯210相对于所述环形下冲头600能够自由地上下滑动，所述带模芯上冲头下端的模芯外壁211与所述环形下冲头的内壁620之间采用间隙配合。
为了使所述环形下冲头600在所述下底座500上能够可靠地定位，以便于模具的装配和使用，优选地，所述下底座500的上端面设有一环形凹槽510，所述环形下冲头600的下端设于所述环形凹槽510内。
从装配的便利性考虑，优选地，所述带模芯上冲头200包括上冲头本体220和上冲头本体下端的模芯210，所述上冲头本体220为上段直径小、下段直径大的二级台阶轴。所述上底座100的下端设有推杆110。
为了使本发明的各向异性环形磁体的模具在工作过程中各零部件不发生碰撞，优选地，所述推杆110的长度L1大于所述上冲头本体220的下段的长度L2，以保证在热变形工艺时所述环形上冲头300不会碰到所述上底座100，当然，从这个角度考虑，只要推杆110的长度L1不小于各向异性环形磁体在成型时的热变形工艺中环形上冲头300的上升距离即可。
为了避免造成各向异性环形磁体的原材料(即磁性粉末)的浪费，使所述带模芯上冲头200的上冲头本体220的下端面能够与所述环形下冲头600的上端面贴合，从而使所述带模芯上冲头200可靠地落在所述环形下冲头600上，避免所述带模芯上冲头200的模芯210碰到所述下底座500，所述环形下冲头600的上端面到所述下底座500的上端面的距离L5不小于所述带模芯上冲头的模芯210的长度L3。
为了便于所述各向异性环形磁体在成型后脱模，优选地，所述环形下冲头600的上端面到所述下底座500的上端面的距离L5还不小于所述环形阴模700的高度L4。
为了及时、准确地控制在热压工艺中各向异性环形磁体的原材料以及热变形工艺中所述各向异性环形磁体的半成品的实时温度，优选地，所述环形阴模的外壁720上设有测温孔701，所述测温孔701内设有测温元件900。该测温元件900可以是热电偶、热电阻以及其它测温传感器。
为了便于所述各向异性环形磁体在成型后脱模，节约脱模时间，优选地，所述阴模支撑圈800为分体式、可拆卸结构。比如，所述阴模支撑圈800可设计成两个等尺寸、半圆形的支撑圈，也可以设计成沿所述环形下冲头600的外围呈圆周均布的多个支撑台，只要能够保证所述环形阴模700能够与所述环形上冲头300、所述带模芯上冲头200以及所述环形下冲头600形成容纳所述各向异性环形磁体的原材料的空腔，并在所述各向异性环形磁体成型后脱模时，能够快速拆除即可。
本发明的各向异性环形磁体的模具的各个零部件可以采用硬质合金、镍基高温合金、模具钢中的一种或几种制造。
本发明还提供一种各向异性环形磁体的成型方法，包括以下步骤：
A、如图2所示，将一定量的磁性粉末1填充到所述各向异性环形磁体的模具的带模芯上冲头的模芯210、环形上冲头300的下端面、环形下冲头600的上端面以及环形阴模的内壁710形成的空腔中；
该磁性粉末1为稀土铁系磁性粉末，可由R-TM-B构成，其中，R为稀土元素中的至少一种，TM为过渡金属的至少一种，B即硼合金。该磁性粉末1可通过快淬法、HDDR法(即hydrogenation–disproportionation–desorption–recombination的简称，包括吸氢－歧化－脱氢－再复合四个阶段)、高能球磨法以及雾化法中的一种或多种制得。
B、热压工艺：将填充了磁性粉末1的所述各向异性环形磁体的模具放入热压装置中，所述下底座500为所述各向异性环形磁体的模具的支撑件；对所述热压装置进行抽真空处理或填充惰性气体处理，使所述各向异性环形磁体的模具处于真空环境中或惰性气体环境中；
然后在不低于660℃的温度下，由所述热压装置带动所述模具的上底座100，使所述上底座100以不小于120MPa的压力下压所述垫板400，所述垫板400再下压所述带模芯上冲头200和环形上冲头300，使所述空腔内的磁性粉末1实现热压烧结，如图3所示，形成壁厚较厚的各向同性环形磁体2，所述各向同性环形磁体2的晶粒以数十纳米直径的等轴晶体为主；
为了保证所述各向异性环形磁体的质量可靠，优选地，所述磁性粉末1的热压烧结在720℃-750℃的温度下、150MPa-200MPa的压力下进行，当然，也可以在660℃、220MPa下进行，只要保持在不低于660℃、不小于120MPa即可实现所述各向同性环形磁体2的成型；当所述各向异性环形磁体的模具处于真空环境时，优选地，真空度为不低于10-3Pa数量级，当然只要真空度不低于10-2Pa数量级，就可实现所述各向同性环形磁体2的成型；
所述热压装置可以采用放电等离子烧结炉、中频感应加热炉、高频感应加热炉或电阻加热炉来实现加热。所述热压装置可以是带有真空手套箱的热压装置，也可以是不带真空手套箱的热压装置。
C、由所述热压装置带动所述模具的上底座100向上回缩，移除所述垫板400。
本步骤中，所述垫板400的移除可通过真空手套箱内的钳夹进行，则热压装置内的所述各向异性环形磁体的模具所处的真空环境或惰性气体环境可保持不变，也可以往真空环境注入惰性气体，或对惰性气体环境进行抽真空处理。
若所述热压装置不带有真空手套箱，则可以在步骤B的热压工艺完成后，待模具和压制成的所述各向同性环形磁体2冷却后，打开热压装置，使所述模具处于开放环境中，借助工具人工将所述垫板400移除；这种情况下，若步骤B的热压工艺是在真空环境下进行，则在打开所述热压装置前，可以往真空环境中注满惰性气体，使模具和压制成的所述各向同性环形磁体2在惰性气体环境下冷却，也可以直接在真空环境下冷却。垫板400移除后，应关闭所述热压装置。
D、热变形工艺：使所述模具处于真空环境中或惰性气体环境中(可以对所述热压装置再次进行抽真空处理或填充惰性气体处理)，再在不低于680℃的温度下，由所述热压装置带动所述模具的上底座100以不小于120MPa的压力下压所述带模芯上冲头200，实现所述壁厚较厚的各向同性环形磁体2的反向挤出成型，如图4所示，获得所述各向异性环形磁体3；所述各向异性环形磁体3的晶粒以长条状晶粒为主；
为了保证所述各向异性环形磁体的质量可靠，优选地，所述各向同性环形磁体2的反向挤出成型在720℃-750℃的温度下、150MPa-200MPa的压力下进行，当然也可以在680℃、120MPa下进行，只要保证温度不低于680℃、压力不小于120MPa即可使所述各向异性环形磁体3成型；当所述各向异性环形磁体的模具处于真空环境时，优选地，真空度为不低于10-3Pa数量级，当然只要真空度不低于10-2Pa数量级，就可实现所述各向异性环形磁体3的成型；
在反向挤出成型过程中，即热变形过程中，被挤出磁体和环形阴模700之间的摩擦力、被挤出磁体和带模芯上冲头200之间的摩擦力，以及环形上冲头300、环形阴模700、带模芯上冲头200和变形后的磁体因为热膨胀导致的各个相互接触部位在发生相对运动时接触面之间产生的摩擦力，还有环形上冲头300自身的重力，以上这些力或某些分力会作用于环形磁体中优先被挤出部分(即环形磁体中与环形上冲头300接触的部分，该部分磁体推动所述环形上冲头300向上运动)，从而有助于环形磁体裂纹的减少和致密度的提高；
倘若在热变形过程中，存在磁体致密度不够或优先被挤出部分有裂纹现象，则在热变形前，还可以为所述环形上冲头300增置加重物，以增加热变形的阻力；所述加重物可以设于所述环形上冲头300的上方，也可以设于所述环形上冲头300上端的外侧面，只要使所述环形磁体的上端面受力均匀、生产出来的所述各向异性环形磁体3的致密度均匀即可；当然，所述加重物必须是在热变形温度下不分解，且密度和钢铁密度相当或更大的金属或非金属，加载的压强可保持在0.2MPa–2MPa，即可获得无裂纹、致密度足够的各向异性环形磁体3。
E、如图5所示，将所述模具的阴模支撑圈800拆除，使所述环形阴模700下落到所述模具的下底座500的上端面；使所述模具的上底座100向上回缩，上拔所述带模芯上冲头200，实现所述各向异性环形磁体3的脱模。
为了避免在热压工艺及热变形工艺中，模具内的磁体与模具粘结在一起，造成成型困难以及损坏模具，优选地，在步骤A之前，在所述模具的环形阴模的内壁710设一层石墨纸，在所述模具的环形上冲头300的外壁和内壁、在所述模具的带模芯上冲头的模芯外壁211均涂上一层石墨乳。
实施例一
现需要制造外径为40mm、厚度为4mm、高度为40mm的各向异性环形磁体。
首先，根据该各向异性环形磁体的尺寸要求设计好本发明的各向异性环形磁体的模具，所述各向异性环形磁体的模具的各零部件均采用牌号为YS2T的硬质合金制造。
然后，该各向异性环形磁体的成型方法具体如下：
步骤A、在所述各向异性环形磁体的模具的环形阴模的内壁710设一层厚度为0.38mm石墨纸，在所述模具的环形上冲头300的外壁和内壁、在所述模具的带模芯上冲头的模芯外壁211均涂上一层石墨乳；
如图2所示，称取137.5g的稀土铁系磁性粉末1(采用麦格昆磁有限公司生产的牌号为MQU-F的各向同性磁粉，通过Nd2Fe14B的理论密度7.6g/cm3计算出磁性粉末的质量为137.5)，将它们填充到所述各向异性环形磁体的模具的带模芯上冲头的模芯210、环形下冲头600的上端面以及环形阴模的内壁710形成的空腔中；然后，安装好环形上冲头300、垫板400以及上底座100，使所述各向异性环形磁体的模具组装完成；
步骤B、热压工艺：对热压装置内部进行加热和抽真空处理，待温度达到720℃、真空度达到1.0×10-3Pa后，通过真空手套箱将填充了磁性粉末1的所述各向异性环形磁体的模具放入热压装置内，使热压装置的压头连接所述模具的上底座100，使所述各向异性环形磁体的模具在热压装置内保温5min–10min，当所述各向异性环形磁体的模具的测温元件900的温度显示为720℃时，由所述热压装置带动所述模具的上底座100，使所述上底座100下压所述垫板400，所述垫板400再下压所述带模芯上冲头200和环形上冲头300，使所述空腔内的磁性粉末1在150MPa的压力作用下被压实，然后在720℃、150MPa的条件下保持15min，以实现磁性粉末1的热压烧结，如图3所示，形成外径40mm、内径20mm的各向同性环形磁体2；
步骤C、由所述热压装置的压头带动所述模具的上底座100向上回缩，通过真空手套箱内的钳夹移除所述垫板400；使所述上底座100与所述带模芯上冲头200连接；
步骤D、热变形工艺：继续对所述热压装置内部进行加热，观察所述测温元件900的温度显示，保证在750℃的温度下，设定所述热压装置的压头以5×10-2mm/s的速度向下运动，带动所述模具的上底座100下压所述带模芯上冲头200，实现所述壁厚较厚的各向同性环形磁体2的反向挤出成型，如图4所示，获得所述各向异性环形磁体3；
如果获得所述各向异性环形磁体3存在磁体致密度不够或优先被挤出部分有裂纹现象，则在步骤D之前，为所述环形上冲头300增置加重物，来增加热变形的阻力，即可获得无裂纹、致密度足够的各向异性环形磁体3。
E、如图5所示，将所述模具的阴模支撑圈800拆除，使所述环形阴模700下落到所述模具的下底座500的上端面；使所述模具的上底座100向上回缩，上拔所述带模芯上冲头200，实现所述各向异性环形磁体3的脱模。
获得致密度高、无裂纹的各向异性环形磁体3后，可采用线切割法在该各向异性环形磁体3的中部切取尺寸为2mm×2mm×2mm的正方体，采用振动样品磁强计分别测量在8T磁场强度下沿径向方向和轴向方向的磁体的磁滞回线，得到径向方向磁体内禀矫顽力Hcj＝1.32T，Br＝1.35T，轴向方向磁体的内禀矫顽力Hcj＝1.36T，Br＝0.4T。这与传统的先热压烧结、再换压头、再热变形的工艺相比，磁体性能有明显提高。且本发明不需改变传统的热压设备，只需采用本发明的各向异性环形磁体的模具，就可实现各向异性环形磁体生产过程中的热压工艺和热变形工艺的连续进行，而无需再热压完成后更换冲头，从而本发明简单易行，可节约能耗和生产周期，对于各向异性环形磁体的生产效率的提高具有重要意义。
另外，与传统的各向异性环形磁体的生产工艺相比，本发明的各向异性环形磁体的成型方法及其模具，使生产出来的各向异性环形磁体优先被挤出部分的裂纹极大减少，从而废品率大大降低，使各向异性环形磁体的生产质量得到保障，成型后的各向异性环形磁体在切下最后挤出部分的残余量后即可直接使用，不但使各向异性环形磁体的生产效率高，且对原材料的利用率高。
综上所述，与现有技术的各向异性环形磁体的成型方法及其模具相比，本发明可以实现热压工艺和热变形工艺的连续进行，而无需在热压完成后待模具冷却下来进行脱模和更换冲头再进行热变形，从而节约了各向异性环形磁体的生产成本和生产周期，提高了各向异性环形磁体的生产效率，且使生产出来的各向异性环形磁体的质量更高，性能更好。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种各向异性环形磁体的模具，包括上模和下模；其特征在于，
所述上模包括上底座(100)、带模芯上冲头(200)、环形上冲头(300)，所述带模芯上冲头(200)设于所述环形上冲头(300)内部，所述带模芯上冲头的外壁(221)与所述环形上冲头的内壁(310)配合；所述带模芯上冲头(200)和环形上冲头(300)的顶部设有一垫板(400)，所述上底座(100)设于所述垫板(400)的上方；
所述下模包括下底座(500)、环形下冲头(600)、环形阴模(700)和阴模支撑圈(800)，所述环形下冲头(600)和阴模支撑圈(800)设于所述下底座(500)上，所述环形下冲头(600)设于所述阴模支撑圈(800)的内部，所述环形阴模(700)设于所述阴模支撑圈(800)的上方；所述环形下冲头的外壁(610)与所述环形阴模的内壁(710)配合；
所述环形上冲头的外壁(320)与所述环形阴模的内壁(710)配合，所述带模芯上冲头下端的模芯外壁(211)与所述环形下冲头的内壁(620)配合。
2.根据权利要求1所述的各向异性环形磁体的模具，其特征在于：所述下底座(500)的上端面设有一环形凹槽(510)，所述环形下冲头(600)的下端设于所述环形凹槽(510)内。
3.根据权利要求1或2所述的各向异性环形磁体的模具，其特征在于：所述带模芯上冲头(200)包括上冲头本体(220)和上冲头本体下端的模芯(210)，所述上冲头本体(220)为上段直径小、下段直径大的二级台阶轴；所述上底座(100)的下端设有推杆(110)，所述推杆(110)的长度(L1)大于所述上冲头本体(220)的下段的长度(L2)；
所述环形下冲头(600)的上端面到所述下底座(500)的上端面的距离(L5)不小于所述带模芯上冲头的模芯(210)的长度(L3)；所述环形下冲头(600)的上端面到所述下底座(500)的上端面的距离(L5)还不小于所述环形阴模(700)的高度(L4)。
4.根据权利要求3所述的各向异性环形磁体的模具，其特征在于：所述环形阴模的外壁(720)上设有测温孔(701)，所述测温孔(701)内设有测温元件(900)。
5.根据权利要求3所述的各向异性环形磁体的模具，其特征在于：所述阴模支撑圈(800)为分体式、可拆卸结构。
6.一种各向异性环形磁体的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将一定量的磁性粉末(1)填充到由权利要求1至5任一所述的各向异性环形磁体的模具的带模芯上冲头的模芯(210)、环形上冲头(300)的下端面、环形下冲头(600)的上端面以及环形阴模的内壁(710)形成的空腔中；
B、将填充了磁性粉末(1)的所述模具放入热压装置中，对所述热压装置进行抽真空处理或填充惰性气体处理，使所述模具处于真空环境中或惰性气体环境中；然后在不低于660℃的温度下，使所述模具的上底座(100)以不小于120MPa的压力下压所述垫板(400)，所述垫板(400)再下压所述带模芯上冲头(200)和环形上冲头(300)，使所述空腔内的磁性粉末实现热压烧结，形成壁厚较厚的各向同性环形磁体(2)；
当所述模具处于真空环境中时，所述真空环境的真空度不低于10-2Pa数量级；
C、使所述模具的上底座(100)向上回缩，移除所述垫板(400)；
D、使所述模具处于真空环境中或惰性气体环境中，再在不低于680℃的温度下，使所述模具的上底座(100)以不小于120MPa的压力下压所述带模芯上冲头(200)，实现所述各向同性环形磁体(2)的反向挤出成型，获得所述各向异性环形磁体(3)；
当所述模具处于真空环境中时，所述真空环境的真空度不低于10-2Pa数量级；
E、将所述模具的阴模支撑圈(800)拆除，使所述环形阴模(700)下落到所述模具的下底座(500)的上端面；使所述模具的上底座(100)向上回缩，实现所述各向异性环形磁体(3)的脱模。
7.根据权利要求6所述的各向异性环形磁体的成型方法，其特征在于：在步骤A之前，在所述模具的环形阴模的内壁(710)设一层石墨纸，在所述模具的环形上冲头(300)的外壁和内壁、在所述模具的带模芯上冲头的模芯外壁(211)均涂上一层石墨乳。
8.根据权利要求6或7所述的各向异性环形磁体的成型方法，其特征在于：步骤C中，在移除所述垫板(400)之后，在所述环形上冲头(300)上增置加重物。
9.根据权利要求6或7所述的各向异性环形磁体的成型方法，其特征在于：步骤A中的所述磁性粉末(1)通过快淬法、HDDR法、高能球磨法以及雾化法中的一种或多种制得。
10.根据权利要求6或7所述的各向异性环形磁体的成型方法，其特征在于：步骤B中的所述热压烧结在720℃-750℃的温度下、150MPa–200MPa的压力下进行；步骤D中所述壁厚较厚的各向同性环形磁体的反向挤出成型在720℃-750℃的温度下、150MPa–200MPa的压力下进行；所述模具处于真空环境时的真空度为不低于10-3Pa数量级。
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Granted publication date: 20151230 Termination date: 20180423 |