CN103971917B - 烧结钕铁硼辐射磁环的成型方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及烧结钕铁硼辐射磁环，具体为烧结钕铁硼辐射磁环的静压成型方法及其设备。解决目前烧结钕铁硼磁环生产过程存在的取向磁场强度与磁环高度不能兼顾的问题和废品率过高的问题。该方法包括如下步骤：1）首先对磁粉进行磁场取向预成型，而得到预成型磁环毛胚；预成型压力既要满足成型的需要而把磁粉的取向固定下来，又给磁环毛胚留有被压缩的密度空间；磁环毛胚的高度满足所需取向辐射磁场强度；2）把步骤1得到的数个磁环毛胚以间隙配合穿在一根金属芯轴上，而得到预成型磁环组合；3）对磁环组合施以等静压，等静压力消除磁环毛胚自身和相互间的密度空间，而把多个磁环毛胚合成一个磁环。本方法也可用于其它稀土永磁烧结辐射磁环。

Description

烧结钕铁硼辐射磁环的成型方法及其设备

技术领域

本发明涉及磁性材料，特别涉及烧结钕铁硼辐射磁环，具体为烧结钕铁硼辐射磁环的成型方法及其设备。

背景技术

烧结釹铁硼辐射取向的磁环不仅可以充磁成辐射磁环也可以充磁成为任何多极磁环,不论从磁性能还是从工作温度上都适合生产各种高性能的永磁电机,同时高性能的钕铁硼或其它稀土烧结辐射磁环在国防领域也起到不可取代的作用。

由于一些工艺技术上的问题始终未得到解决，至今烧结钕铁硼辐射磁环还未得到大规模的应用。为填补这一空缺，人们用粘结工艺生产钕铁硼辐射磁环或多极磁环，其中各向同性粘结釹铁硼磁环，已实现工业化大生产，但它的磁能积能达到10MGo就不错了。近些年又出现了各向异性粘结釹铁硼磁环，它的磁能积能达到18-22MGo，目前正有迅猛发展之势，但它的工作温度偏低，这就限制了它的使用范围。烧结釹铁硼磁环磁能积可达到30-40MGo，工作温度可达到150度甚至200度，这些都是粘结釹铁硼磁体所无法取代的。

烧结钕铁硼辐射磁环生产过程中遇到两个困难：1、烧结磁体成型的第一道工序是磁场取向成型，为了达到较高的取向度，取向磁场必须达到一定的强度，对平行磁场和垂直磁场来说没有太大的困难，但对辐射磁环取向所需的辐射磁场情况就大不一样了，由于通过磁环内孔的磁场受到磁芯磁饱和的限制，其磁通量是有限的，这些磁通分布到磁环的侧面形成辐射的取向磁场，由于磁环的外表面的面积一般远大于磁环内孔面积，导致其磁场强度比磁芯的饱和磁场强度要低得多，为了得到一定强度的取向磁场只好降低磁环的高度减小磁环外表面积，这个高度通常大大低于实际需要的磁环高度。2、烧结磁体成型的第二道工序是烧结，由于取向成型的磁环毛胚往往密度不均匀，在烧结的过程中大多数出现变形或开裂，成品率太低，大幅度提高了烧结钕铁硼磁环的生产成本，甚至使烧结钕铁硼磁环的规模化大生产成为不可行。

发明内容

本发明解决目前烧结钕铁硼磁环生产过程存在的问题，提供一种烧结钕铁硼辐射磁环的成型方法及其设备。

本发明是采用如下技术方案实现的：烧结钕铁硼辐射磁环的成型方法，包括如下步骤：1）首先对磁粉进行磁场取向预成型，得到预成型磁环毛胚；预成型压力的选择既要满足成型的需要把磁粉的取向固定下来，又给磁环毛胚在后续的二次压缩步骤中留有被压缩的密度空间；磁环毛胚的高度以满足所需取向磁场强度为准，并尽可能使其高度的整数倍为实际需要的磁环高度； 2）根据实际需要的磁环高度，把步骤1）得到的数个（如果恰好实际需要的磁环高度很矮也不排斥单个）预成型磁环毛胚以间隙配合穿在一根金属芯轴上，而得到供二次压缩成型的磁环组合；3）对磁环组合施以等静压，等静压力应大到足以消除磁环毛胚自身和相互间的密度空间，而把多个预成型磁环毛胚组合成一个整体磁环，从而得到最终供烧结的成型磁环。

所属技术领域公知或通过有限的试验容易得出，在不小于50Mpa的压力下，磁粉即可满足成型的需要而把磁粉的取向固定下来，在不大于100Mpa的压力下可保留密度空间，因此，步骤1所述的预成型压力是本领域技术人员公知或容易确定的。本发明优选50－100Mpa。预成型磁环毛胚的高度以满足所需取向磁场强度为准（由于磁环内孔的磁芯的磁场受到磁饱和的限制，高度越大取向磁场强度越小，反之，高度越小取向磁场强度越大）。在满足所需取向磁场强度的前提下，磁环预成型毛胚的高度还应尽可能使其整数倍为实际需要的磁环高度 。预成型磁环毛胚与金属芯轴的间隙配合用以防止磁环毛胚的变形或开裂。对磁环组合体施以的等静压力是以消除磁环毛胚自身和相互间的密度空间从而把多个预成型磁环毛胚合成一个磁环为目的，本领域技术人员通过有限的试验容易确定或得出合适的等静压力；本发明优选200－600Mpa，如果技术上允许选择较高的等静压力进一步提高二次成型毛胚的密度对减少烧结收缩变形是有益的。

本发明创造性地将磁环的成型过程分成预成型和二次成型；在预成型阶段只需考虑取向磁场强度的需求和它的整数倍为实际需要的磁环高度，而在最终成型阶段只需考虑按二次成型磁环的高度需求选择预成型毛胚的数量，克服了现有技术存在的取向磁场强度与磁环高度不能兼顾的问题。同时该方法使磁环密度均匀，确保磁环烧结过程中均匀收缩，不开裂、不变形，使成品率大幅提高，使其规模化生产成为可能。本方法也适用于其它稀土永磁烧结辐射磁环。

一种用以实现本发明所述方法的等静压机，包括机架，位于机架下部的高压腔，机架顶部的上压缸；所述高压腔的底部开有进油口，高压腔内设有干袋，高压腔腔口处固定有用于将干袋口边缘压紧的压盖，压盖上开有与上压缸的活塞杆配合的孔，上压缸的活塞杆密封经过压盖上的孔伸入干袋，上压缸的活塞杆外径与干袋的内径相同；高压腔底部的进油口与增压器相连；所述的增压器包括紧固在一起的增压缸和增压腔，所述的增压缸的活塞杆密封伸入增压腔内（增压腔的直径大于增压缸活塞杆直径便于其通过就行了，其尺寸和输出压力无关），增压腔底部开有出油口，该出油口经高压管路与高压腔底部的进油口相连通；其中增压缸和上压缸结构完全相同（即两者活塞及活塞杆的外径相同）；高压腔（干袋外）和增压腔充满压力油。

使用时，将预成型磁环毛胚的外径与干袋内径相同的磁环组合放进干袋，之后上压缸下行待其活塞杆进入干袋贴近磁环即停，然后上压缸和增压缸同时启动活塞下行，等静压开始。上压缸与增压缸除连接方式和行程外几乎一样，他们活塞及活塞杆直径是一样的。在工作状态上压缸的作用是对干袋内的磁环组合体施以向下的轴向力，和干袋共同实现对磁环组合体的等静压，等静压完成后打开干袋供工件进出。干袋的作用是向工件传递静压，把工件与压力油隔离。压盖的作用是夹紧干袋并承担干袋边缘所产生的巨大轴向力。增压缸活塞杆直径为d，活塞直径为D，当其进油压力为p1时，其活塞杆在增压腔内加压，使增压腔的出油口压力为P2，增压器的主要功能是为高压腔提供超高压液体。很容易看出p2/p1等于D/d的平方。设p2/p1=K，设计时不妨选择K=10，选择d等于磁环毛胚的最大直径。增压缸活塞杆在增压腔内产生的压力p2经过高压管路传递到高压腔，从图4可见在干袋的周围及底部压力p2经干袋传递到磁环毛胚的底面及侧面，磁环毛胚的上面由上压缸活塞杆施压，由于上压缸和增压缸是一样的，其压力也为p2（其进油压力也是p1）。随着p1压力的升高，p2成比例升高，p2达到设定的压力之后，上压缸及增压缸关闭进入保压阶段，适当保压后上压缸及增压缸活塞上行直到各自的活塞复位，整个等静压工作循环结束，取出工件即可开始下一轮的工作循环。P1由液压站同时向上压缸和增压缸提供压力，最大工作压力通常可以达到30MPa，若选择的K=10 就有最大静压力p2=300MPa。

本发明所述的等静压机可对磁环组合体实施二次压缩而得到最终成型供烧结的辐射磁环。其结构设计合理、新颖，特别是干袋结构设计，极大地方便了磁环的加工；其增压器的结构设计（包括尺寸选择）可容易地获得高压，并实现对磁环的等静压，并且使用方便。比使用普通等静压机完成这一工艺过程不仅效率高造价低而且能彻底避免压力介质对工件的污染。

附图说明

图1为本发明所述等静压机的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明所述等静压机的高压腔的结构示意图；

图4为本发明所述等静压机的工作原理图；

图5为本发明所述等静压机的增压器的结构示意图；

图中：1－机架，2－高压腔，3－上压缸，4－进油口，5－干袋，6－压盖，7－增压缸，8－增压腔，9－出油口，10－拉杆，11－补偿橡胶垫。

具体实施方式

烧结钕铁硼辐射磁环的成型方法，包括如下步骤：1）首先对磁粉进行磁场取向预成型，得到预成型磁环毛胚；预成型压力的选择既要满足成型的需要把磁粉的取向固定下来，又给磁环毛胚在后续的二次压缩步骤中留有被压缩的密度空间；磁环毛胚的高度以满足所需取向磁场强度为准，并尽可能使其高度的整数倍为实际需要的成型磁环高度； 2）根据实际需要的磁环高度，把步骤1）得到的数个预成型磁环毛胚以间隙配合穿在一根金属芯轴上，而得到供二次压缩成型的磁环组合；3）对磁环组合施以等静压，等静压力应大到足以消除磁环毛胚自身和相互间的密度空间，而把多个预成型磁环毛胚组合成一个整体磁环，从而得到供最终烧结的成型磁环。随后按照常规工艺对成型磁环进行烧结及后续加工等，得到烧结钕铁硼辐射磁环，充磁后即可使用。具体实施时，为方便所述成型方法的实现，在磁环组合体实施等静压前，在磁环组合外包覆既能均匀传递静压力、又能隔离液体不致污染磁环组合的柔软的保护层，为实施等静压做准备。预成型压力选择100Mpa（也可选择50 Mpa、60 Mpa、70 Mpa、80 Mpa、90 Mpa）。等静压力选择250 Mpa（也可选择200 Mpa、210 Mpa、220 Mpa、230 Mpa、240 Mpa、260 Mpa、270 Mpa、280 Mpa、290 Mpa、300 Mpa、350 Mpa、400 Mpa、450 Mpa、500 Mpa、550 Mpa、600 Mpa）。

用以实现本发明所述方法的等静压机，包括机架1，位于机架1下部的高压腔2，机架顶部的上压缸3；所述高压腔2的底部开有进油口4，高压腔2内设有干袋5，高压腔腔口处固定有用于将干袋5口边缘压紧的压盖6，压盖6上开有与上压缸3的活塞杆配合的孔，上压缸3的活塞杆密封经过压盖6上的孔伸入干袋，上压缸3的活塞杆外径与干袋5的内径相同；高压腔2底部的进油口4与增压器相连；所述的增压器包括紧固在一起的增压缸7和增压腔8，所述的增压缸7的活塞杆密封伸入增压腔8内（增压腔8的内径大于增压缸活塞杆直径以方便活塞杆进出，它的大小与输出压力无关），增压腔8底部开有出油口9，该出油口9经高压管路与高压腔2底部的进油口4相连通；其中增压缸8和上压缸3结构完全相同（即其活塞及活塞杆的外径等完全相同）；高压腔2（干袋外）和增压腔8充满压力油。具体实施时，增压缸7和增压腔8是由拉杆10将它们紧固在一起的。实际工作中生产的磁环是多规格的，若磁环毛胚外径大于干袋内径，就得选择更大规格的磁环静压成型机，若磁环毛胚直径小于干袋内径，还需包括一个橡胶筒，该橡胶筒的内径等于磁环毛胚外径，外径等于干袋的内径，高度等于磁环组合的高度，总之填补起磁环组合体与干袋之间的空间和其他多余的空间，防止干袋过度变形就行了。磁环的芯轴是刚性的，它的高度应小于干袋的有效高度（干袋的有效高度是指它能自由变形均匀传递静压力的那部分的高度，通常是指从干袋内腔下底面起到距离压盖6下端面2-3个干袋厚度的那段高度）。在磁环组合中，当芯轴的高度大于各磁环毛胚的高度之和即大于磁环组合高度时，为了在该等静压机上可靠实现磁环组合的等静压，还需要包括一个或数个补偿橡胶垫11，补偿橡胶垫11套在芯轴上并位于磁环组合的顶层或者顶层和底层，通过补偿橡胶垫11的参与使各磁环毛胚的高度加上所有补偿橡胶垫高度之和不小于（即等于或略大于）芯轴的高度即可。若芯轴高度大于各磁环毛胚高度之和即大于磁环组合的高度的两倍以上，可安放两组磁环毛胚，但必须在两组磁环毛胚之间加一个补偿垫，用以隔离，若高度还不够再加补偿垫，直至各磁环毛胚的高度加上所有补偿橡胶垫高度等于或略大于芯轴的高度。这样就提高了工作效率，一次完成两组毛胚的等静压。

Claims (9)

1.烧结钕铁硼辐射磁环的成型方法，其特征在于包括如下步骤：1）首先对磁粉进行磁场取向预成型，得到预成型磁环毛胚；预成型压力的选择既要满足成型的需要把磁粉的取向固定下来，又给磁环毛胚在后续的二次压缩步骤中留有被压缩的密度空间；磁环毛胚的高度以满足所需取向磁场强度为准； 2）根据实际需要的磁环高度，把步骤1）得到的数个预成型磁环毛胚以间隙配合穿在一根金属芯轴上，而得到供二次压缩成型的磁环组合；3）对磁环组合施以等静压，等静压力应大到足以消除磁环毛胚自身和相互间的密度空间，而把多个预成型磁环毛胚组合成一个整体磁环，从而得到最终烧结的成型磁环。

2.根据权利要求1所述的烧结钕铁硼辐射磁环的成型方法，其特征在于预成型压力为50－100Mpa，等静压力为200－600Mpa。

3.根据权利要求2所述的烧结钕铁硼辐射磁环的成型方法，其特征在于预成型压力为100Mpa，等静压力为250Mpa。

4.根据权利要求1或2或3所述的烧结钕铁硼辐射磁环的成型方法，其特征在于，在步骤1）中磁环毛胚的高度的整数倍为实际需要的成型磁环高度。

5.根据权利要求1或2或3所述的烧结钕铁硼辐射磁环的成型方法，其特征在于在磁环组合实施等静压前，在磁环组合体外包覆既能均匀传递静压力、又能隔离液体不致污染磁环组合体的柔软的保护层。

6.实现如权利要求5所述成型方法的等静压机，包括机架（1），位于机架（1）下部的高压腔（2），机架顶部的上压缸（3）；所述高压腔（2）的底部开有进油口（4），其特征在于，高压腔（2）内设有干袋（5），高压腔腔口处固定有用于将干袋（5）口边缘压紧的压盖（6），压盖（6）上开有与上压缸（3）的活塞杆配合的孔，上压缸（3）的活塞杆密封经过压盖（6）上的孔伸入干袋，上压缸（3）的活塞杆外径与干袋（5）的内径相同；高压腔（2）底部的进油口（4）与增压器相连；所述的增压器包括紧固在一起的增压缸（7）和增压腔（8），所述的增压缸（7）的活塞杆密封伸入增压腔（8）内，增压腔（8）底部开有出油口（9），该出油口（9）经高压管路与高压腔（2）底部的进油口（4）相连通；其中增压缸（7）和上压缸（3）结构完全相同；高压腔（2）和增压腔（8）充满压力油。

7.根据权利要求6所述的等静压机，其特征在于增压缸（7）和增压腔（8）是由拉杆（10）将它们紧固在一起的。

8.根据权利要求6所述的等静压机，其特征在于当预成型磁环毛胚外径小于干袋内径时，还包括一个橡胶筒，该橡胶筒的内径等于磁环毛胚外径，该橡胶筒的外径等于干袋的内径，高度等于磁环组合的高度。

9.根据权利要求6或8所述的等静压机，其特征在于在磁环组合中，当芯轴的高度大于各磁环毛胚的高度之和时，还需要包括一个或数个补偿橡胶垫（11），补偿橡胶垫11套在芯轴上并位于磁环组合的顶层或者顶层和底层，通过补偿橡胶垫（11）的参与使各磁环毛胚的高度加上所有补偿橡胶垫高度之和不小于芯轴的高度。