CN110899694A - 用于制备花边磁钢的模具、取向成型压机及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于制备花边磁钢的模具、取向成型压机及其方法。该模具包括前侧板、后侧板、左侧板和右侧板；所述前侧板、所述后侧板、所述左侧板和所述右侧板围成一上下开口的型腔；其中，所述左侧板和所述右侧板的材料均为非导磁材料；其中，所述前侧板与所述后侧板靠近型腔一侧的中心区域均为导磁区域，同时除中心区域以外的区域均为不导磁区域；所述导磁区域的宽度与所述型腔的宽度相等，形状与所述花边磁钢相应。本发明制备的花边磁钢，在保证其具有高剩磁(剩磁≥13.5kGs)、质量高(裂纹率低)、磁学性能优异(Hcj≥24kOe、Hcb≥12.5kOe、最大磁能积≥43.5MGOe)的同时，能够简化工序、增加收率，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及用于制备花边磁钢的模具、取向成型压机及其方法。
背景技术
在电机的实际使用过程中，发现方片形磁钢的四个角部承受的退磁电流较大，容易退磁。若能取消方片形磁钢的四个角部，并采用较高剩磁的磁铁，可以起到提升抗退磁能力并减少磁钢原材料用量的效果。因此需要生产得到缺少四个角部的异形片状磁钢产品。
现有技术中，在生产异形产品时，可采用平行取向压制技术，但因为平行压制时会破坏磁钢取向度，无法生产高剩磁产品。因此，需要生产高剩磁的异形产品时，需要采用垂直取向压制技术。但若采用垂直取向工艺制备高剩磁花边磁钢产品，由于大部分使用的垂直取向压制粉体模腔上端均为平面，无法直接生产异形产品。此时，在生产异形产品时，需要先压制方块毛坯，再电火花切割圆弧，再进行砂轮磨削，导致收率低、成本高、效率低。
现有技术尝试解决了上述问题。例如，专利CN202861397U通过将上下冲头设置为弧形，能够直接生产异形产品，节省工序。再例如专利CN208391003U公开了一套模具系统，也可进行异形产品的生产。但是，专利CN202861397U及CN208391003U均仅适用于弧度较小(压坯的异形面高度方向最高点与最低点的距离小于8mm)的瓦形产品(图1)的生产，而在生产如图2～4所示类型的花边异形产品时，若使用专利CN202861397U的方法，会因为粉体变形量大，上冲头加压压制后容易产生密度不均，并且粉体流动过大破坏取向，而导致裂纹(裂纹率在1％-5％)及剩磁偏低(磁钢局部剩磁＜12kGs，磁钢磁场不均匀)问题。
因此，需要开发一种花边磁钢的制备工艺，用于生产取向方向形状复杂的产品，在保证产品具有高剩磁、高质量的同时，简化操作、增加收率，降低成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，现有技术中使用异形模具生产异形产品时，容易产生裂纹，剩磁偏低的缺点，而提供了用于制备花边磁钢的模具、取向成型压机及其方法。本发明在保证制备得到的花边磁钢具有高剩磁(剩磁≥13.5kGs)、质量高的同时，能够简化工序、增加收率，降低成本。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
本发明提供了用于制备花边磁钢的模具，其特征在于，其包括前侧板、后侧板、左侧板和右侧板；
所述前侧板、所述后侧板、所述左侧板和所述右侧板围成一上下开口的型腔；
其中，所述左侧板和所述右侧板的材料均为非导磁材料；
其中，所述前侧板与所述后侧板靠近型腔一侧的中心区域均为导磁区域，同时除中心区域以外的区域均为不导磁区域；
所述导磁区域的宽度与所述型腔的宽度相等，形状与所述花边磁钢相应。
本发明中，所述花边磁钢可为本领域常规的具有铁磁性的各向异性的磁钢。较佳地，所述花边磁钢为钕铁硼磁钢、钐钴磁钢或铁氧体磁钢。
本发明中，所述前侧板、所述后侧板、所述左侧板和所述右侧板的连接方式可为本领域常规连接方式。较佳地，所述前侧板、所述后侧板、所述左侧板和所述右侧板之间的连接方式为螺栓连接。更佳地，所述前侧板与所述后侧板之间通过3-4枚贯穿所述左侧板的M12-M16螺栓连接；所述前侧板与所述后侧板之间通过3-4枚贯穿所述右侧板之间的M12-M16螺栓连接。
本发明中，在使用所述模具时，本领域技术人员知晓，在制备所述花边磁钢时，可在所述导磁区域的两边设置线圈，用于在向模具加入磁粉完成布粉后，通电产生磁场，使得磁粉进行重新排列和取向，形成与导磁区域形状一致的粉体分布。
较佳地，所述导磁区域的上边缘形状与所述花边磁钢的上边缘形状相同，所述导磁区域的下边缘形状与所述花边磁钢的下边缘形状相同，所述导磁区域的左边缘与右边缘均为直线形。
较佳地，所述导磁区域的高度为压坯高度的2-2.2倍。本领域技术人员知晓，所述压坯高度是指压制成型后坯体的高度。本发明中，发明人发现，在制备所述花边磁钢时，布粉后的松装粉体的高度若与导磁区域的高度相等，则能使得压制后获得的压坯具有合适的密度。
本领域技术人员知晓，所述导磁区域与所述不导磁区域位于同一平面，形成表面光滑的上下开口的型腔。
本发明中，为了更好地固定导磁区域和不导磁区域，所述前侧板与所述后侧板，较佳地为包含一设有导磁部的导磁板，与一设有镂空部的不导磁板；所述导磁部嵌套于所述镂空部，使得所述导磁板固定于所述不导磁板。
更佳地，所述导磁板通过6-8枚M6-M8螺栓连接固定于所述不导磁板上。
更佳地，所述左侧板、右侧板和不导磁板设有若干个与型腔平行的圆形通道，用于将所述模具安装于与之配合使用的取向成型压机的内部。
本发明中，本领域技术人员在看到本发明的技术方案后可知晓，在将所述导磁板利用螺栓连接固定于所述不导磁板上时，即能够使得所述导磁部以嵌套的方式固定于所述不导磁板上。因此，所述导磁板和所述镂空部的作用在于：一方面可用于将所述导磁部固定嵌套于所述不导磁板；另一方面可起到定位作用，保证所述导磁部靠近型腔的一侧与所述不导磁板靠近型腔的一侧位于同一平面；除此之外，导磁板的设计还可起到加强磁场、束磁的作用。
本发明中，本领域技术人员在看到本发明的技术方案后可知晓，所述导磁部的宽度、高度和形状和所述导磁区域相同。
本发明中，本领域技术人员在看到本发明的技术方案后可知晓，所述不导磁区域、所述不导磁板、所述左侧板、所述右侧板和连接结构均由非导磁材料制成。较佳地，所述非导磁材料为不导磁钨钢、G60或70Mn。
本发明中，本领域技术人员在看到本发明的技术方案后可知晓，所述导磁板或所述导磁区域由导磁材料制成。较佳地，所述导磁材料为45#、Cr12、纯铁或铁钴。
本发明中，本领域技术人员在看到本发明的技术方案后可知晓，在使用所述模具制备花边磁钢时，需要与取向成型压机配合使用，并且为了得到目标结构的花边磁钢，需要所述取向成型压机的上冲头和下冲头进行与花边磁钢形状相对应的设计。较佳地，所述上冲头表面的形状与所述花边磁钢的上边缘形状相应，所述下冲头表面的形状与所述花边磁钢的下边缘形状相应。
本发明还提供了一种用于制备花边磁钢的取向成型压机，其特征在于，其包括如前所述的模具。
较佳地，所述取向成型压机还包括所述上冲头和所述下冲头。
较佳地，所述上冲头和所述下冲头由非导磁材料制成。
更佳地，所述非导磁材料为不导磁钨钢、G60或70Mn。
本发明还提供了一种用于制备花边磁钢的方法，其使用如前所述的取向成型压机，包括如下步骤：
S1.向所述模具加入磁粉，完成布粉；
S2.在所述模具两边的线圈通电的条件下，所述上冲头下行，使得所述磁粉呈所述导磁区域形状堆积后进行压制，得到压坯；
S3.将所述压坯反向退磁后烧结，即可。
较佳地，在进行步骤S1前，检测所述取向成型压机的磁场，空腔磁场强度＞16500Gs，多点检测偏差＜500Gs。
步骤S1中，本领域技术人员在看到本发明的技术方案后可知晓，在布粉前需将所述模具下降，至所述导磁区域的下边缘与所述下冲头表面平齐，且磁粉的加入量需要与所述花边磁钢相互配合。
步骤S1中，较佳地，向所述模具加入磁粉至粉体的高度与所述导磁区域的高度相同。
步骤S2中，本领域技术人员在看到本发明的技术方案后可知晓，所述上冲头需下行至合模位置，所述合模位置需要与目标结构的花边磁钢相互配合。
步骤S2中，模具两边的线圈通电产生磁场。此时四周的磁感应线会向导磁区域聚拢(导磁材料的束磁作用)，导磁区域内的磁感应线垂直射入，区域外的磁感应线以一定角度射入。故通过导磁区域的磁感应线数量远远大于其他部位，磁感应线数量聚集出现明显聚拢现象，从而使得导磁区域部位磁场强度也较其他部位高。当磁感应线从导磁区域进入型腔后，所述前侧板与所述后侧板的导磁区域之间的部位磁场强度最强，令磁粉进行重新排列和取向，磁粉向磁场强度高的区域运动，最终形成与导磁区域外形一致的粉体分布。因而即使上冲头下行速度快，也能够保证由于磁粉在压制过程中密度不均而导致压坯产生裂纹，能够得到裂纹率低且取向一致的压坯，从而使其在退磁烧结后得到高剩磁、质量高的产品。
较佳地，步骤S2中，上冲头下行的速度为100-300mm/s，例如为200mm/s。
较佳地，步骤S2中，所述线圈通电后持续产生16000Gs磁场。
较佳地，步骤S2中，所述压制包括：所述上冲头下行至合模位置后，再进行所述上冲头与所述模具的浮动压制。
较佳地，所述上冲头下行至合模位置的粉体密度约为2.23-2.25g/cm3，例如为2.24g/cm3。
更佳地，所述浮动压制中，所述上冲头与所述模具的速度比为1.1～1.3:1，例如为1.2:1，压制吨位为15-20T，例如为18T。
步骤S2中，本领域技术人员知晓，所述压制为压制到设定的尺寸后即完成，压制完成后可进行保压。较佳地，所述压制完成后保压2-5秒。
较佳地，步骤S2中，所述保压完成后停止对所述模具两边的线圈通电。
较佳地，步骤S3中，所述反向退磁后进行泄压，得到压坯。
较佳地，步骤S3中，所述烧结的温度为1000-1100℃。
本领域技术人员知晓，烧结后即可得到所述花边磁钢。较佳地，将所述花边磁钢垂直于截面方向切片，得到若干片状花边磁钢。
更佳地，所述片状花边磁钢的厚度为1.7-2.1mm。
本发明还提供了一种花边磁钢，其特征在于，其由如前所述的制备方法制备得到。
较佳地，所述花边磁钢的剩磁为≥13.5kGs。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
本发明中将模具的前、后侧板靠近型腔一侧的中心区域均为导磁区域，同时除中心区域以外的区域均为不导磁区域；在制备花边磁钢时，通过对所述模具两边的线圈通电，令磁粉进行重新排列和取向，大大减小压制过程中产生的磁粉密度不均匀而产生的裂纹率；同时使用与模具配套的具有弧形或平面(但不限于圆弧或平面)的上下冲头，制备的花边磁钢，在保证其具有高剩磁(剩磁≥13.5kGs)、质量高(裂纹率低)、磁学性能优异(Hcj≥24kOe、Hcb≥12.5kOe、最大磁能积≥43.5MGOe)的同时，能够简化工序、增加收率，降低成本。
附图说明
图1为弧度较小(压坯的异形面高度方向最高点与最低点的距离小于8mm)的瓦形产品示意图。
图2为实施例1的花边磁钢示意图。
图3为实施例2的花边磁钢示意图。
图4为实施例3的花边磁钢示意图。
图5为实施例1制备过程中，模具两边的线圈通电后的磁感线示意图。
图6为实施例1制备过程中，模具两边的线圈通电前后磁粉堆积变化示意图。
图7为实施例1的花边磁钢示意图。
图8为实施例2的花边磁钢示意图。
图9为实施例3的花边磁钢示意图。
图10为实施例1的组装后的模具、上冲头和下冲头位置关系示意图。图11为实施例1的组装后的模具示意图。
图12为实施例1的后侧板示意图。
图13为实施例1的导磁板示意图。
图14为实施例1的不导磁板示意图。
图15为实施例1的左侧板示意图。
图16为实施例1的上冲头示意图。
图17为实施例1的下冲头示意图。
附图标记说明
模具1
前侧板2
后侧板3
左侧板4
右侧板5
型腔6
导磁区域7
不导磁区域8
M13螺栓连接9
导磁部71
导磁板72
镂空部81
不导磁板82
M7螺栓连接10
圆形通道11
上冲头12
下冲头13
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
实施例1目标为制备如图7所示的花边磁钢，其尺寸满足以下条件：a＝40mm，b＝30mm，半径R＝11mm。
本实施例为了制备目标花边磁钢，需用如下所述的模具1.
该模具1包括前侧板2(图15)、后侧板3、左侧板4和右侧板5。其中，前侧板2、后侧板3、左侧板4和右侧板5围成一上下开口的型腔6(图11)。
前侧板2与后侧板3靠近型腔6一侧的中心区域均为导磁区域7，同时除中心区域以外的区域均为不导磁区域8(图12)；左侧板4和右侧板5的材料均为非导磁材料。
导磁区域7的宽度与型腔6的宽度相等，形状与花边磁钢相应。
花边磁钢为钕铁硼磁钢。
前侧板2与后侧板3之间通过4枚贯穿左侧板4的M13螺栓连接9；前侧板2与后侧板3之间通过4枚贯穿右侧板5之间的M13螺栓连接9。
不导磁区域8、左侧板4、右侧板5和连接结构均由非导磁材料制成。非导磁材料为不导磁钨钢。
在使用模具1时，在制备花边磁钢时，可在导磁区域7的两边设置线圈，用于在向模具1加入磁粉完成布粉后，通电产生磁场，使得磁粉进行重新排列和取向，形成与导磁区域7形状一致的粉体分布。
导磁区域7的上边缘形状与花边磁钢的上边缘形状相同，导磁区域7的下边缘形状与花边磁钢的下边缘形状相同，导磁区域7的左边缘与右边缘均为直线形。
导磁区域7的高度为压坯高度的2倍，压坯高度是指压制成型后坯体的高度。在制备花边磁钢时，布粉后的松装粉体的高度若与导磁区域7的高度相等，则能使得压制后获得的压坯具有合适的密度。
导磁区域7与不导磁区域8位于同一平面，形成表面光滑的上下开口的型腔6。
为了更好地固定导磁区域7和不导磁区域8，前侧板2与后侧板3，为包含一设有导磁部71的导磁板72(图13)，与一设有镂空部81的不导磁板82(图14)；导磁部71嵌套于镂空部81，使得导磁板72固定于不导磁板82。
导磁板72通过6枚M7螺栓连接10固定于不导磁板82上。
左侧板4、右侧板5和不导磁板82设有若干个(共6个)与型腔6平行的圆形通道11，用于将模具1安装于与之配合使用的取向成型压机的内部。
在将导磁板72利用M7螺栓连接10固定于不导磁板82上时，即能够使得导磁部71以嵌套的方式固定于不导磁板82上。因此，导磁板72和镂空部81的作用在于：一方面可用于将导磁部71固定嵌套于不导磁板82；另一方面可起到定位作用，保证导磁部71靠近型腔6的一侧与不导磁板82靠近型腔6的一侧位于同一平面；除此之外，导磁板72的设计还可起到加强磁场、束磁的作用。
导磁部71的宽度、高度和形状和导磁区域7相同。
导磁板72由导磁材料制成。导磁材料为45#。
在使用模具1制备花边磁钢时，需要与取向成型压机配合使用，并且为了得到目标结构的花边磁钢，需要取向成型压机的上冲头12和下冲头13(图10、16和17)进行与花边磁钢形状相对应的设计。
该取向成型压机，其包括如前所述的模具1，还包括上冲头12和下冲头13。上冲头12表面的形状与花边磁钢的上边缘形状相应，下冲头13表面的形状与花边磁钢的下边缘形状相应。
上冲头12和下冲头13由非导磁材料制成。
花边磁钢的制备方法如下：
(1)开机前检测压机磁场，空腔磁场强度＞16500Gs，多点检测偏差＜500Gs。
(2)将如前所述的模具1下降，至导磁区域7的下边缘与下冲头13表面平齐，加料器推出至模具1中心上方进行往复加料，向模具1加入磁粉至粉体的高度与导磁区域7的高度相同，完成布粉。
(3)加料完成后加料器退回原点位置，上冲头12以200mm/s的速度高速下行。
(4)从上冲头12下行开始，对模具1两边的线圈通电，产生磁场。此时四周的磁感应线会向导磁区域7聚拢，故通过导磁区域7的磁感应线数量远远大于其他部位，磁感应线数量聚集出现明显聚拢现象，令磁粉进行重新排列和取向，磁粉向磁场强度高的区域运动，最终形成与导磁区域7外形一致的粉体分布(图5-6)。
(5)上冲头12高速下行至合模位置并压缩一部分粉体，压缩后的粉体密度约为2.24g/cm3，此时线圈仍保持通电持续产生16000Gs磁场。
(6)上冲头12与模具1开始进行浮动压制，上冲头12与模具1的速度比1.2:1，压制吨位为18T。
(7)压制到设定的尺寸后，保压4秒，保压完成后停止对模具1两边的线圈通电，进行反向退磁。
(8)退磁完成后进行泄压。
(9)泄压完成后模具1下行，压坯脱出型腔6。
(10)压坯在1000-1100℃之间的烧结温度进行烧结。
(11)将花边磁钢垂直于截面方向切片，得到若干片状花边磁钢；所得片状花边磁钢尺寸如图7所示，其厚度为1.8mm，a＝40mm，b＝30mm，半径R＝11mm。
制备得到的产品性能如表1所示。
表1制备得到的产品性能
采用本发明产品裂纹率≤0.2％，与方块产品裂纹率相当；传统方法压制裂纹率在1％-5％。
实施例2
实施例2目标为制备如图8所示的花边磁钢，其尺寸满足以下条件：a＝40mm，b＝30mm，c＝12mm。
其制备方法与实施例1相同。本领域技术人员知晓，模具和上、下冲头根据所需得到产品做适应性修改。
所得磁钢的尺寸如图8所示，a＝40mm，b＝30mm，c＝12mm。
制备得到的产品性能如表2所示。
表2制备得到的产品性能
采用本发明产品裂纹率≤0.2％，与方块产品裂纹率相当；传统方法压制裂纹率在1％-5％。
实施例3
实施例2目标为制备如图9所示的花边磁钢，其尺寸满足以下条件：a＝40mm，b＝30mm，c＝12mm。
其制备方法与实施例1相同。本领域技术人员知晓，模具和上、下冲头根据所需得到产品做适应性修改。
所得磁钢的尺寸如图99所示，a＝40mm，b＝30mm，c＝12mm。
Claims (10)
1.用于制备花边磁钢的模具，其特征在于，其包括前侧板、后侧板、左侧板和右侧板；
所述前侧板、所述后侧板、所述左侧板和所述右侧板围成一上下开口的型腔；
其中，所述左侧板和所述右侧板的材料均为非导磁材料；
其中，所述前侧板与所述后侧板靠近型腔一侧的中心区域均为导磁区域，同时除中心区域以外的区域均为不导磁区域；
所述导磁区域的宽度与所述型腔的宽度相等，形状与所述花边磁钢相应。
2.如权利要求1所述的模具，其特征在于，所述导磁区域的上边缘形状与所述花边磁钢的上边缘形状相同，所述导磁区域的下边缘形状与所述花边磁钢的下边缘形状相同，所述导磁区域的左边缘与右边缘均为直线形；
和/或，所述导磁区域的高度为压坯高度的2-2.2倍。
3.如权利要求1所述的模具，其特征在于，所述前侧板与所述后侧板，为包含一设有导磁部的导磁板，与一设有镂空部的不导磁板；所述导磁部嵌套于所述镂空部，使得所述导磁板固定于所述不导磁板；
较佳地，所述导磁板通过6-8枚M6-M8螺栓连接固定于所述不导磁板上。
4.如权利要求1-3任一项所述的模具，其特征在于，所述花边磁钢为钕铁硼磁钢、钐钴磁钢或铁氧体磁钢；
所述前侧板、所述后侧板、所述左侧板和所述右侧板之间的连接方式为螺栓连接；
较佳地，所述前侧板与所述后侧板之间通过3-4枚贯穿所述左侧板的M12-M16螺栓连接；所述前侧板与所述后侧板之间通过3-4枚贯穿所述右侧板之间的M12-M16螺栓连接；
所述不导磁区域、所述不导磁板、所述左侧板、所述右侧板或连接结构均由非导磁材料制成；
较佳地，所述非导磁材料为不导磁钨钢、G60或70Mn；
所述导磁区域由导磁材料制成；
较佳地，所述导磁材料为45#、Cr12、纯铁或铁钴；
较佳地，所述左侧板、右侧板和不导磁板设有若干个与型腔平行的圆形通道，用于将所述模具安装于与之配合使用的取向成型压机的内部。
5.一种用于制备花边磁钢的取向成型压机，其特征在于，其包括如权利要求1-3任一项所述的模具。
6.如权利要求5所述的取向成型压机，其特征在于，所述取向成型压机还包括一上冲头和一下冲头；
较佳地，所述上冲头表面的形状与所述花边磁钢的上边缘形状相应，所述下冲头表面的形状与所述花边磁钢的下边缘形状相应；
较佳地，所述上冲头和所述下冲头由非导磁材料制成；
更佳地，所述非导磁材料为不导磁钨钢、G60或70Mn。
7.一种用于制备花边磁钢的方法，其特征在于，其使用如权利要求6所述的取向成型压机，包括如下步骤：
S1.向所述模具加入磁粉，完成布粉；
S2.在所述模具两边的线圈通电的条件下，所述上冲头下行，使得所述磁粉呈所述导磁区域形状堆积后进行压制，得到压坯；
S3.将所述压坯反向退磁后烧结，即可。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在进行步骤S1前，检测所述取向成型压机的磁场，空腔磁场强度＞16500Gs，多点检测偏差＜500Gs；
和/或，步骤S1中，向所述模具加入磁粉至粉体的高度与所述导磁区域的高度相同；
和/或，步骤S2中，上冲头下行的速度为100-300mm/s，例如为200mm/s；
和/或，步骤S2中，所述线圈通电后持续产生16000Gs磁场；
和/或，步骤S2中，所述压制包括：所述上冲头下行至合模位置后，再进行所述上冲头与所述模具的浮动压制；
较佳地，所述上冲头下行至合模位置的粉体密度约为2.23-2.25g/cm3，例如为2.24g/cm3；
更佳地，所述浮动压制中，所述上冲头与所述模具的速度比为1.1～1.3:1，例如为1.2:1，压制吨位为15-20T，例如为18T；
和/或，步骤S2中，所述压制完成后保压2-5秒；
和/或，步骤S2中，所述保压完成后停止对所述模具两边的线圈通电；
和/或，步骤S3中，所述反向退磁后进行泄压，得到压坯；
和/或，步骤S3中，所述烧结的温度为1000-1100℃；
和/或，将所述花边磁钢垂直于截面方向切片，得到若干片状花边磁钢；
较佳地，所述片状花边磁钢的厚度为1.7-2.1mm。
9.一种花边磁钢，其特征在于，其由如权利要求7-8任一项所述的制备方法制备得到。
10.如权利要求9所述的花边磁钢，其特征在于，所述花边磁钢的剩磁为≥13.5kGs。
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