CN103909261B - 一种可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的设备和方法，该设备包括上冲、下冲、阴模以及电磁铁，上冲和下冲相对设置于阴模的上下两端，电磁铁设于阴模的旁侧，还包括用于向阴模填料的喂料靴、与阴模配合的预压上冲和驱动所述预压上冲运作的预压上冲驱动器。该方法利用上述设备对钕铁硼粉末进行预压压制和成型压制，使得毛坯体的各部位均历经压缩比相对较大和压缩比相对较小的前后两次压制，这样压制成型得到的压坯各处密度均匀，烧结后可均匀收缩，不会变形，同时在进行磁场取向时具有较好的磁性能。

Description

一种可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的设备和方法

技术领域

本发明涉及烧结铝铁硼粉末压制成型工艺设备技术领域，尤其是涉及一种可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的设备和方法。

背景技术

成型是制作烧结钕铁硼毛坯的一道重要工序。在制造烧结钕铁硼的过程中，需要将钕铁硼粉末放入压机中进行压制成型，得到压坯，然后进行烧结，得到最终的烧结毛坯。

粉末成型理论中，定义粉末的压缩比为粉末压缩前的高度（H）与压缩后的高度（h）的比值，用K表示，即K=H/h。当不考虑粉末的横向流动时，K=H/h=d/r0，d为压坯密度，r0为粉末松装密度。

目前烧结钕铁硼粉末的制作流程为：铸片（得到钕铁硼合金片）-氢碎（得到粗颗粒）-气流磨（得到细颗粒）-搅拌（使粒度均匀）。由上述工艺得到的钕铁硼粉末流动性比较差。当粉末的流动性好时，即使压坯各处的压缩比K不同，由于粉末可以从密度高的部位横向流动到密度低的部位，所以最终得到的压坯密度基本一致。而当粉末的流动性差时，若各部位的松装密度相同，则压缩比K大的部位，其密度也会大。

用于制作烧结钕铁硼的粉末的粉末流动性不佳，所以在制作用于轴向取向的瓦形磁钢时（例如用于制作音圈马达电机用磁钢的毛坯），常常会遇到烧结后的毛坯产生变形的情况，分析其原因，有很大一部分是由于粉末流动性不佳导致成型后得到的毛坯其各部位的密度不均匀导致的，其具体分析如下：

压坯如图1、图2所示，压坯为轴向取向的瓦形压坯，这类压坯烧结后得到的烧结毛坯可用于制作音圈马达用的磁钢。如图3所示，压制瓦形磁钢时，先装填粉末，粉末上表面为平面，磁钢的凹面对应下冲头，凸面对应上冲头。

粉料填充好后，上冲与下冲相对移动，对粉末进行压缩，得到压坯。若忽略粉末的横向移动，即粉末只会在竖直方向上压缩，则明显可以看出，压坯两侧的部位，即部位A和部位C处的压缩比会大于部位B处的压缩比，对于某些流动性较好的粉末（如粘接钕铁硼粉末），其横向移动可减少各部位的密度差，使得部位A、C与部位B处的密度基本相同。对于流动性较差的烧结钕铁硼粉末，其粉体的横向移动较少，也会导致部位A、C处的密度大于部位B处的密度，足以影响到毛坯的变形。

由于烧结钕铁硼的烧结可归为液相烧结，液相烧结的一个特点是：在烧结收缩后，瓦片各部位的密度一致，瓦片部位A、C处密度较高，所以其收缩较少，部位B处密度较低，所以收缩较多，这样会导致：

1.磁钢两端面会产生一个凹陷，这是由于收缩不一致造成的，可参见图4。

2.磁钢整体产生翘曲，这是由于收缩不一致产生的弯矩造成的，可参见图5。

若将瓦形磁钢的凸面对于下冲头，凹面对于上冲头，则具体分析类似。

目前烧结钕铁硼成型压机已有相当部分采用了配有自动喂料系统的全自动压机，粉末在喂料靴中可均匀的填满模具型腔，但由于使用自动喂料系统的结构导致了粉末上表面必然为平面，所以使用配有自动喂料系统的全自动压机生产瓦形产品时，常常会由于上述问题导致磁钢烧结后的变形。钕铁硼烧结后变形问题也是钕铁硼磁性材料加工行业亟待突破的重要研究课题。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的设备和方法，以解决因钕铁硼压坯密度差异导致的钕铁硼烧结变形问题，进而提高钕铁硼磁性能。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的设备，包括上冲、下冲、阴模以及电磁铁，上冲和下冲相对设置于阴模的上下两端，电磁铁设于阴模的旁侧，还包括用于向阴模填料的喂料靴、与阴模配合的预压上冲和驱动所述预压上冲运作的预压上冲驱动器。

其中，所述预压上冲驱动器和所述预压上冲设于所述喂料靴的前端，预压上冲驱动器设于预压上冲的上方。还包括一与阴模上端面齐平的输送平台，所述喂料靴通过滚珠丝杆活动设置于该输送平台上。

优选地，所述上冲为瓦形凹面模，所述下冲为瓦形凸面模；所述预压上冲为凹面模，预压上冲的凹面由三段凹面圆弧构成，分别为中段凹面圆弧、左段凹面圆弧和右段凹面圆弧，左段凹面圆弧和右段凹面圆弧对称地设置于中段凹面圆弧的左右两侧，左段凹面圆弧和右段凹面圆弧的弧长和半径相等，且左段凹面圆弧和右段凹面圆弧的半径大于中段凹面圆弧的半径。

一种可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的方法，上述的设备进行成型压制，包括如下步骤：S1，预压上冲和上冲复位至最高位置，下冲复位至最低位置，喂料靴退回至钕铁硼粉末加料位置进行加料；S2，喂料靴前进至与阴模对准的位置，将喂料靴内的钕铁硼粉末松散均匀地填装至阴模的模腔内，并将钕铁硼粉末的上表面刮平；S3，在钕铁硼粉末的上表面补充填装钕铁硼粉末堆；S4，喂料靴后退使得预压上冲位于阴模的上方，预压上冲驱动器驱动预压上冲下压至预压高度，同时阴模旁侧的电磁铁产生取向磁场，对阴模内的钕铁硼粉末进行第一次磁场取向，得到预压坯；S5，电磁铁停止产生取向磁场，预压上冲退出阴模；S6，上冲位于阴模的上方，上冲下压至成型高度，同时阴模旁侧的电磁铁产生取向磁场，对阴模内的预压坯进行第二次磁场取向，得到压坯；S7，电磁铁产生反向磁场对压坯进行退磁，上冲回退，下冲上升将压坯顶出。

优选地，S3中钕铁硼粉末堆的填装位置位于钕铁硼粉末上表面的中部；S4中预压坯中部的压缩比相对较小，预压坯两边的压缩比相对较大；S6中压坯中部的压缩比相对较大，压坯两边的压缩比相对较小。

采用上述技术方案后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：

本发明设立预压上冲及预压上冲驱动器，先使用预压上冲和下冲对阴模模腔内的钕铁硼粉末进行预压压制，得到预压坯，然后使用上冲头和下冲头对预压坯进行成型压制，得到最终的压坯。使用预压上冲和下冲压制得到的预压坯，其各部位的密度会存在差异。预压上冲的成型面形状则与预压毛坯的上表面相吻合，通过设计预压上冲的外形，使得成型压制时预压坯各部位的压缩比与其密度成反比，即预压坯密度低的部位压缩比大，密度高的部位压缩比小，这样当成型压制完成后，可以得到密度均匀的压坯。由于本发明增加预压工序，使得成型得到的压坯各处密度均匀，烧结后可均匀收缩，不会变形，同时在进行磁场取向时具有较好的磁性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为本发明背景技术所述的毛坯截面示意图。

图2为本发明背景技术所述的毛坯立体形状示意图。

图3为本发明背景技术所述的成型压制设备结构示意图。

图4为本发明背景技术所述的毛坯凹陷变形示意图。

图5为本发明背景技术所述的毛坯翘曲变形示意图。

图6为本发明预压压制前钕铁硼粉末的填装示意图。

图7为本发明预压压制制得预压坯的示意图。

图8为本发明成型压制制得压坯的示意图。

图9为本发明所述的成型压制设备的结构示意图。

图中，1：上冲；2：下冲；3：阴模；4：电磁铁；5：喂料靴；6：预压上冲；7：预压上冲驱动器。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。

实施例，见图6至图9所示：

一种可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的设备，包括上冲1、下冲2、阴模3以及电磁铁4，上冲1和下冲2相对设置于阴模3的上下两端，电磁铁4设于阴模3的旁侧。与常规的钕铁硼成型系统相同，配有与成型毛坯形状相符的上冲1、下冲2以及阴模3，阴模3两侧水平放置有一对电磁铁4，用于产生取向磁场和退磁磁场，均安装在压机机架上。

还包括用于向阴模3填料的喂料靴5、与阴模3配合的预压上冲6和驱动所述预压上冲6运作的预压上冲驱动器7。其中，所述预压上冲驱动器7和所述预压上冲6设于所述喂料靴5的前端，预压上冲驱动器7设于预压上冲6的上方，预压上冲驱动器7采用气缸控制。将预压上冲6以及预压上冲驱动器7安装在喂料靴5的前部，喂料靴5不但用于自动向阴模3内加入钕铁硼粉料，而且用于前后移动预压上冲6。

还包括一与阴模3上端面齐平的输送平台，所述喂料靴5通过滚珠丝杆活动设置于该输送平台上，电机驱动滚珠丝杆转动，使得喂料靴5在输送平台上前进、后退以及精确定位。

本实施例与现有技术相比，主要是增加了预压上冲6和预压上冲驱动器7部件，并对喂料靴5的结构进行了改进，在向阴模3填装钕铁硼粉料的同时，便于进行预压压制。基于两次压制成型的原理来设计预压上冲6的成型面形状，压制瓦形压坯的上冲1、预压上冲6和下冲2的形状为：上冲1为瓦形凹面模，下冲2为瓦形凸面模，需要说明的是，瓦形压坯是钕铁硼成型压坯中较为常见的形状，上冲1和下冲2的形状也是现有技术中常见的形状，区别在于增加预压上冲6，预压上冲6为凹面模，预压上冲6的凹面由三段凹面圆弧构成，分别为中段凹面圆弧、左段凹面圆弧和右段凹面圆弧，左段凹面圆弧和右段凹面圆弧对称地设置于中段凹面圆弧的左右两侧，左段凹面圆弧和右段凹面圆弧的弧长和半径相等，且左段凹面圆弧和右段凹面圆弧的半径大于中段凹面圆弧的半径。本发明设立预压上冲6及预压上冲驱动器7，先使用预压上冲6和下冲2对阴模3模腔内的钕铁硼粉末进行预压压制，得到预压坯，然后使用上冲1头和下冲2头对预压坯进行成型压制，得到最终的压坯。使用预压上冲6和下冲2压制得到的预压坯，其各部位的密度会存在差异。预压上冲6的成型面形状则与预压毛坯的上表面相吻合，通过设计预压上冲6的外形，使得成型压制时预压坯各部位的压缩比与其密度成反比，即预压坯密度低的部位压缩比大，密度高的部位压缩比小，这样当成型压制完成后，可以得到密度均匀的压坯。

一种可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的方法，上述的设备进行成型压制，包括如下步骤：S1，预压上冲6和上冲1复位至最高位置，下冲2复位至最低位置，喂料靴5退回至钕铁硼粉末加料位置进行加料；S2，喂料靴5前进至与阴模3对准的位置，将喂料靴5内的钕铁硼粉末松散均匀地填装至阴模3的模腔内，并将钕铁硼粉末的上表面刮平；S3，在钕铁硼粉末的上表面补充填装钕铁硼粉末堆；S4，喂料靴5后退使得预压上冲6位于阴模3的上方，预压上冲驱动器7驱动预压上冲6下压至预压高度，同时阴模3旁侧的电磁铁4产生取向磁场，对阴模3内的钕铁硼粉末进行第一次磁场取向，得到预压坯；S5，电磁铁4停止产生取向磁场，预压上冲6退出阴模3；S6，上冲1位于阴模3的上方，上冲1下压至成型高度，同时阴模3旁侧的电磁铁4产生取向磁场，对阴模3内的预压坯进行第二次磁场取向，得到压坯；S7，电磁铁4产生反向磁场对压坯进行退磁，上冲1回退，下冲2上升将压坯顶出。

优选地，S3中钕铁硼粉末堆的填装位置位于钕铁硼粉末上表面的中部；S4中预压坯中部的压缩比相对较小，预压坯两边的压缩比相对较大；S6中压坯中部的压缩比相对较大，压坯两边的压缩比相对较小。

以瓦形压坯为例进行说明，毛坯的凸面由上冲1成型，毛坯的凹面由下冲2成型。粉料的松装密度为2g/cm^3，预压坯的平均密度为3.2g/cm^3，压制后的毛坯密度为4g/cm^3。

将预压上冲6与气缸的活塞杆连接，并且将气缸固定在喂料靴5前端，上冲1与下冲2，阴模3置于压机中间，阴模3的左右侧分别放置用于产生取向磁场的电磁铁4。上冲1和下冲2的成型面形状与压坯形状吻合。预压上冲6的成型面形状与上冲1基本一致，只是在中间部位有一弧形凹槽，使得预压坯在相应位置有一弧形凸起，可增大将预压坯压制成压坯时中间部位的压缩比。

运行时的动作顺序如下：

S1，运行时的初始状态为预压上冲6与上冲1均处于最高位置，下冲2处于最低位置，喂料靴5均回退到后端的加粉位置。

S2，喂料靴5连同预压上冲6通过导轨到达阴模3上方，滚珠丝杆驱动喂料靴5前后移动，将喂料靴5中的粉末喂入到阴模3中，由于喂料靴5在向阴模3内加入粉料的过程中前后移动，所以可以均匀的把粉料加入到阴模3模腔中，并且可将粉末的上表面刮平。

S3，在钕铁硼粉末的上表面补充填装钕铁硼粉末堆，钕铁硼粉末堆的填装位置位于钕铁硼粉末上表面的中部。

S4，丝杆驱动喂料靴5后退，使得预压上冲6位于阴模3上方，气缸驱动预压上冲6下压至预压高度，同时阴模3两侧的电磁铁4产生取向磁场，对阴模3内的磁粉取向，得到预压坯。预压坯的平均密度为3.2g/cm^3，两边由于压缩比比较大，所以密度也大，中部部位压缩比相对较小，所以密度也更小一些。

S5，电磁铁4停止产生取向磁场，同时预压上冲6退出阴模3，丝杆驱动喂料靴5回到最后端的加粉位置。

S6，上冲1下压至成型位置，下冲2上压，同时电磁铁4产生取向磁场对阴模3内的预压坯进行取向，得到压坯，其成型后密度为4g/cm^3。在将预压坯压制成压坯的过程中，预压坯中间部位的压缩比大于两边部位的压缩比，这样便弥补了预压坯中间部位的密度小于两边部位密度的问题，使得最后得到的压坯其密度均匀。

S7，电磁铁4产生一个小的反向磁场对压坯进行退磁，然后上冲1回退，下冲2上升将压坯顶出，完成瓦形压坯的成型压制。

本实施例与现有技术相比，主要区别在于增加了S3-S5预压成型的工艺步骤，利用预压压制和成型压制使得毛坯体的各部位均历经压缩比相对较大和压缩比相对较小的前后两次压制，使得成型得到的压坯各处密度均匀，烧结后可均匀收缩，不会变形，同时在进行磁场取向时具有较好的磁性能。本实施例中以瓦形磁钢凸面向下放置的方式成型，当然也适用凸面向上放置成型。此外，本发明也广泛适用于烧结钕铁硼粉末在粉末成型时，由于压缩比不同而造成压坯各部位密度存在差异的问题。需要说明的是，关于背景技术所涉及的相关内容，是本发明人为本提出本发明创造而作出的研究分析，除表明为现有技术的外，不应当将其余内容视为现有技术。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (6)

1.一种可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的设备，包括上冲（1）、下冲（2）、阴模（3）以及电磁铁（4），上冲（1）和下冲（2）相对设置于阴模（3）的上下两端，电磁铁（4）设于阴模（3）的旁侧，其特征在于：还包括用于向阴模（3）填料的喂料靴（5）、与阴模（3）配合的预压上冲（6）和驱动所述预压上冲（6）运作的预压上冲驱动器（7）。

2.根据权利要求1所述的可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的设备，其特征在于：所述预压上冲驱动器（7）和所述预压上冲（6）设于所述喂料靴（5）的前端，预压上冲驱动器（7）设于预压上冲（6）的上方。

3.根据权利要求1或2所述的可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的设备，其特征在于：还包括一与阴模（3）上端面齐平的输送平台，所述喂料靴（5）通过滚珠丝杆活动设置于该输送平台上。

4.根据权利要求1所述的可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的设备，其特征在于：所述上冲（1）为瓦形凹面模，所述下冲（2）为瓦形凸面模；所述预压上冲（6）为凹面模，预压上冲（6）的凹面由三段凹面圆弧构成，分别为中段凹面圆弧、左段凹面圆弧和右段凹面圆弧，左段凹面圆弧和右段凹面圆弧对称地设置于中段凹面圆弧的左右两侧，左段凹面圆弧和右段凹面圆弧的弧长和半径相等，且左段凹面圆弧和右段凹面圆弧的半径大于中段凹面圆弧的半径。

5.一种可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的方法，采用如权利要求1-4任意一项所述的设备进行成型压制，其特征在于，包括如下步骤：

S1，预压上冲（6）和上冲（1）复位至最高位置，下冲（2）复位至最低位置，喂料靴（5）退回至钕铁硼粉末加料位置进行加料；

S2，喂料靴（5）前进至与阴模（3）对准的位置，将喂料靴（5）内的钕铁硼粉末松散均匀地填装至阴模（3）的模腔内，并将钕铁硼粉末的上表面刮平；

S3，在钕铁硼粉末的上表面补充填装钕铁硼粉末堆；

S4，喂料靴（5）后退使得预压上冲（6）位于阴模（3）的上方，预压上冲驱动器（7）驱动预压上冲（6）下压至预压高度，同时阴模（3）旁侧的电磁铁（4）产生取向磁场，对阴模（3）内的钕铁硼粉末进行第一次磁场取向，得到预压坯；

S5，电磁铁（4）停止产生取向磁场，预压上冲（6）退出阴模（3）；

S6，上冲（1）位于阴模（3）的上方，上冲（1）下压至成型高度，同时阴模（3）旁侧的电磁铁（4）产生取向磁场，对阴模（3）内的预压坯进行第二次磁场取向，得到压坯；

S7，电磁铁（4）产生反向磁场对压坯进行退磁，上冲（1）回退，下冲（2）上升将压坯顶出。

6.根据权利要求5所述的可提高烧结钕铁硼成型压坯密度一致性的方法，其特征在于：

S3中钕铁硼粉末堆的填装位置位于钕铁硼粉末上表面的中部；

S4中预压坯中部的压缩比相对较小，预压坯两边的压缩比相对较大；

S6中压坯中部的压缩比相对较大，压坯两边的压缩比相对较小。