CN111916283A - 一种圆环状烧结钕铁硼磁体的制备方法及其成型模具 - Google Patents
一种圆环状烧结钕铁硼磁体的制备方法及其成型模具 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种圆环状烧结钕铁硼磁体的制备方法及其成型模具。成型模具包括主体部分、上压头、下压头、模腔,其中主体部分包括相对的两个非导磁侧板、相对的两个导磁侧板,在两个非导磁侧板及两个导磁侧板之间形成的空间内,下压头位于空间的底部,上压头位于空间的顶部,模腔位于上压头与下压头之间,在模腔内放置柔性圆柱型芯,制备时在模腔内置入松装状态的钕铁硼磁粉后,将柔性圆柱型芯放置在模腔内,通过成型模具进行压制得到磁体成品。本发明的优点在于,采用此方法和此型芯结构的装置生产圆环状烧结钕铁硼能够大幅度提高材料利用率和产品合格率。
Description
技术领域
本发明涉及烧结钕铁硼的制造领域,具体的是一种圆环状烧结钕铁硼磁体的制备方法及其成型模具。
背景技术
与传统永磁材料相比,烧结钕铁硼永磁材料由于其高的磁能积,在世界范围内应用广泛,产品涉及风力发电、压缩机、声电部件、新能源汽车等领域。根据使用条件的不同,产品形状包括方片类、瓦片类、圆柱类、圆环状类、异形类等。然而,烧结钕铁硼大范围应用的同时,存在一定问题:产品形状复杂性越高,带来的烧结钕铁硼的磁体制造成本,比如机械加工成本越高。
以圆环状类烧结钕铁硼磁铁为例,目前常规的生产工艺是在垂直或者平行磁场条件下模压方形生坯,然后进行烧结致密以及时效处理,制得毛坯半成品。在随后的机械加工工序,先进行零件的外周线切割下料,形成圆环状产品的外直径,再进行内环线切割、磨加工、或者掏空(钻孔)加工,形成圆环状产品的内直径。综合来看,成品加工过程中,加工外径和内径,不仅增加了机加工工序的繁琐程度,还带来了巨大的材料浪费,产品综合材料利用率甚至不到60%。即使通过改进加工工艺,也很难从根本上提高材料利用率,例如,专利号CN101728041B所公布的环形磁铁的生产方法,采用改进的加工程序加工烧结毛坯至圆环状体,虽然从加工方面节省了材料,但是,内圆弧的材料损失无法避免。
比较容易实现的改进的生产方法,在生坯制造阶段,采用半圆形的上下压头,直接生产圆柱形生坯,经过等静压后的生坯,在烧结前,取出模芯,随后经过烧结时效工序得到的圆柱形毛坯半成品。在随后的机械加工工序中,不需要进行零件的外周线切割,只需要少量的磨加工,即可得到圆环状产品的外直径。随后再进行和前面所述的类似的加工方法,形成圆环状产品的内直径。此种生产工艺由于减少了外周轮廓的材料浪费,明显提高了材料利用率,在同样的产品尺寸条件下,材料利用率能够提高到60~70%,但是由于内圆弧的材料损失,利用率仍然偏低。
进一步改进的生产方法,例如专利号CN203124733U所公布的技术,以及专利号CN102528029A公布的环形磁体的生产方法,在生坯制造阶段,设置能够直接生产圆环状钕铁硼磁体的模具,采用半圆形的上下压头,并配置柱状的模芯,成型之后,形成圆环状生坯,烧结后的磁体毛坯不需要进行大量的内孔切削加工,能够提高生产效率和材料利用率。但是,采用这样的技术,存在模具的模芯脱出不易,破坏圆环状生坯内表面的完整性,耗费工时等问题。并且,由于生坯内孔不易受热,容易导致圆环状烧结收缩不良,磁体开裂。
再进一步的改进的生产方法,例如专利号CN204584268U所公布的技术,其设计了一种适合于圆环状钕铁硼磁体的等静压结构,采用橡胶,尼龙,塑料或者金属材质做模芯,并且,在模芯和生坯内孔之间增加一种膜片结构,使得等静压后的生坯脱掉模芯的过程更加容易,且不会破坏生坯内孔的表面。但是,同前所述,采用这样的技术,因为需要在烧结前脱掉型芯,因此同样存在耗费工时,生坯内孔不易受热,容易导致圆环状烧结收缩不良,磁体开裂的问题。
更进一步的改进的生产方法,例如CN204686013U专利公布的一种改善环形钕铁硼的烧结舟,烧结舟的内部有石英砂或刚玉材料,烧结舟是主体和中间的圆柱状型芯的一体结构,且型芯的直径小于烧结后磁体的内径。该技术改进了圆环状磁体的烧结受热方式,同时降低了生坯烧结收缩时磁体开裂的比例,但是不可避免的是,生坯在放入此烧结舟前,需要预先去掉圆环状生坯的内部型芯。所以,同样存在耗费工时,破坏生坯的可能性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:设计一种材料利用率高,加工容易,烧结不易开裂的圆环状烧结钕铁硼磁体的制备方法和成型模具。
圆环状的烧结钕铁硼磁环市场应用十分广泛,其磁性能和尺寸大小不一。但是,此类产品有一个共同点,它们在从毛坯到成品的制备流程中,都避免不了机加工过程的单独加工内孔的过程。内孔材料加工后只能按照废料回收,这导致了圆环状产品的材料利用率低下。而且,内孔圆环状半径占比越大,材料浪费越严重。
虽然目前公知技术介绍了直接生产圆环状毛坯的工艺,能提高材料利用率,但是圆环状毛坯的生产难度很大,其中的表现就是,毛坯很容易烧结开裂。其原因是,烧结时外部受热迅速,内部受热缓慢,生坯内外部分的烧结收缩率不一致,导致开裂。
鉴于此,本发明的采用如下的技术方案解决上述主要问题。
本发明的技术方案是提供一种圆环状烧结钕铁硼磁体的成型模具,其特殊之处在于,
包括主体部分上压头、下压头、模腔,其中主体部分包括相对的两个非导磁侧板、相对的两个导磁侧板,在两个非导磁侧板及两个导磁侧板之间形成的空间内,下压头位于空间的底部,上压头位于空间的顶部,模腔位于上压头与下压头之间,在模腔内放置柔性圆柱型芯。
优选的,在模腔内置入松装状态的钕铁硼磁粉后,柔性圆柱型芯放置在模腔内,柔性圆柱型芯的轴向方向呈水平方向,且与两个导磁侧板之间的磁场方向平行。
优选的,柔性圆柱型芯的长度W与两个导磁侧板内壁之间的距离一致,柔性圆柱型芯的半径R小于两个非导磁侧板之间二分之一的距离。
优选的,柔性圆柱型芯的半径R的取值为2mm<R<5mm。
优选的,下压头固定或活动连接在两个非导磁侧板及两个导磁侧板之间形成的空间底部,当下压头活动连接时,下压头在空间来回移动,上压头活动连接在两个非导磁侧板及两个导磁侧板之间的空间顶部,上压头在空间来回移动。
本发明的技术方案是提供一种圆环状烧结钕铁硼磁体的制备方法,其制备步骤包括:
a.材料准备:制备柔性圆柱型芯,其半径为R,长度为W;根据钕铁硼毛坯的所需重量,准备同等重量的烧结钕铁硼磁粉;
b.材料放置:将钕铁硼磁粉以松装状态下置入成型模具中,钕铁硼磁粉的松装高度为L;将柔性圆柱型芯放入松装状态的磁粉内部,且处于柔性圆柱型芯松装高度的L/2位置处,柔性圆柱型芯4的轴向方向呈水平方向,且与磁场方向平行;
c.生坯制作:对成型模具内装有柔性圆柱型芯的钕铁硼磁粉施加垂直压力,得到内部嵌有柔性圆柱型芯的圆环状生坯组合体;
d.等静压处理:将圆环状生坯组合体封装隔离后,置入液体等静压中,施加等静压,得到密度更高的圆环状生坯组合体;
e.烧结及时效处理:将圆环状生坯组合体置入烧结炉中进行真空烧结,得到圆环状烧结毛坯,同时,该柔性圆柱型芯在高温作用下离散,脱离圆环状烧结毛坯;将烧结成型后的圆环状烧结毛坯,置入时效炉中进行时效,得到时效后的圆环状毛坯;
f.将圆环状毛坯分别进行外圆弧和内圆弧磨削加工,以及端面平磨加工,和后续的切片加工,得到机加工半成品;将机加工半成品进行表面处理,得到圆环状钕铁硼成品。
柔性圆柱型芯的主要材料是氧化铝或者氧化锆粉末,或者二者之间的混合物,并采用胶状物粘合制作而成。
柔性圆柱型芯的制备过程主要包括,将聚乙二醇粉末与纯净水按照份数比例混合其中,聚乙二醇粉末的份数比例,优选为70~90%,将水与聚乙二醇熬制成聚乙二醇胶水,熬制过程可以采用玻璃杯或者不锈钢杯,下部用电炉或者酒精炉加热,加热过程中不断搅拌;将聚乙二醇胶水与氧化铝或者氧化锆粉末按照比例混合,优选比例为氧化铝或者氧化锆的重量比例在50%~90%之间,制备成半固体状。
将半固体状混合物置于橡胶材料的圆柱型模具内,真空封装后等静压成型;将等静压成型体在80~150℃温度下干燥2~10小时,提高硬度,并脱去水分,得到最终的柔性圆柱型芯。
柔性圆柱型芯的直径R优选的设置为2mm-5mm之间,如果R过小,比如,R小于2mm,型芯制作难度增加,容易断裂,如果R过大,比如,R大于5mm,则在成型时,型芯在压力下,其自身带来的收缩过大,会导致生坯变形严重,合格率低。
与现有技术相比,本发明的有益之处在于:
本申请制备过程使用的成型模具设置柔性圆柱型芯相当于替代了圆环状磁体的内弧部分,不仅节省材料,后续加工时不需要再重新钻孔或者掏空。柔性圆柱型芯的强度和压制后的钕铁硼生坯的强度相比,要低很多,相对柔软,密度也相对较低。柔性圆柱型芯面在降低裂纹发生率方面发挥作用,由于烧结时,热量会经过该型芯传递到钕铁硼生坯内部,使钕铁硼生坯内弧面也同时升温,降低了内弧面和外弧面的温差,进而降低了收缩率之差,不容易导致裂纹出现。同时,由于柔性圆柱型芯是粘接混合结构,并且其强度低于烧结生坯,在其自身受热以及包裹在其外面的生坯收缩的双重作用下,聚乙二醇开始高温分解,随生坯内部的润滑剂等有机物一起脱气排出,同时柔性圆柱型芯开始软化收缩,也无须将柔性圆柱型芯取出。本发明利用柔性圆柱型芯制作的圆环状钕铁硼磁体在烧结品的合格率、钕铁硼磁粉材料的利用率上得到明显改善。
附图说明
图1为本发明的成型装置结构示意图一。
图2为本发明的成型装置结构示意图二。
标记说明:1、上压头,2、非导磁侧板,3、模腔及其内部松装的钕铁硼粉末,4、柔性圆型型芯,5、下压头,6、导磁侧板,L、钕铁硼粉末的松装高度,R、柔性圆型型芯的半径,W、柔性圆型型芯的长度,H、水平磁场方向。
具体实施方式
以下是结合具体的实施方式对本发明进行进一步说明,所述实施例只用于解释本发明,而不对其起任何限定作用。
本发明圆环状烧结钕铁硼磁体的制备方法,磁体的制备流程,包括按照速凝薄带工艺制得钕铁硼薄片合金,将钕铁硼薄片合金经过氢处理、气流磨工序制得烧结钕铁硼粉末,将粉末在压力作用以及平行磁场条件下第一次成型,将成型体在液体等静压条件下,进行第二次成型,在真空烧结炉内进行真空烧结致密化,在时效热处理炉中进行热处理,得到毛坯坯料。
前述制备过程的速凝薄带过程,氢处理过程,气流磨制粉过程,均采用目前公知的或者熟知的技术。该钕铁硼粉末的成分参考市售的通用烧结钕铁硼的牌号,例如,其基本组成可以设定为ReaT(1-a-b-c)BbMC,其中a,b,c分表表示成分配比中的各元素的质量百分比,Re是稀土元素,来自Pr,Nd,Dy,Tb,Ho,Gd中的至少一种,T是Fe或者Co中的至少一种,B是B元素,M是Al,Cu,Ga,Ti,Zr,Nb,MO,V中的至少一种,具体含量为,27%≤a≤33%,0.85%≤b≤1.3%,c≤5%。
本发明圆环状烧结钕铁硼磁体的制备方法,得到毛坯坯料之后,将坯料投入机械加工工序,采用的加工设备包括目前通用的平磨磨床,外圆无心磨床,内圆磨床,内圆切片机等。加工流程包括,a.毛坯端面平磨见光,b.无心磨床加工外圆弧,c.内圆磨床加工内圆弧,d.内圆切片机切片。
本发明圆环状烧结钕铁硼磁体的成型模具,该成型模具的柔性圆柱型芯的粉末材料采购与市售的氧化铝粉末或者氧化锆粉末,其粒度优选为0.5-2mm,粘接剂采用市售的聚乙二醇颗粒,例如PEG-600。
柔性圆柱型芯的制作采用聚乙二醇的原因是,聚乙二醇是一种高粘性,易溶于水的有机体,利用其粘性,能够制备高粘度胶水。和氧化铝粉制备成半固体混合物后,粘接牢固,含水分少,烘干时变形小。
柔性圆柱型芯的制备中,优选比例为氧化铝或者氧化锆的重量比例在50%~90%之间,制备成半固体状;当氧化铝或者氧化锆低于50%时,混合物流动性太高,不易成型,当氧化铝或者氧化锆比例高于90%时,粘接不牢固,容易散开。
成型时柔性圆柱型芯以水平方向放置在钕铁硼粉末内,放入的深度以处于粉末松装高度的二分之一处最佳。由于模腔的成型磁场是水平方向,当柔性圆柱型芯在成型压机的压力作用下,被压埋到生坯内部以后,型芯的位置处于生坯的中心处。当生坯进行烧结收缩时,其径向方向是等比例收缩,所以,生坯的圆弧形状基本上保持不变。
圆柱型芯处于松装高度的二分之一处的方法,可以采用如下步骤进行优化,比如,将给粉过程分成等重量比例的两次,第一次给完粉后,将型芯放入粉末中,然后放入第二次粉末。或者也可以采用辅助的定位板的方式,将型芯和定位板放入模腔,然后将全部粉末放入模腔。然后,当完成粉末松装后,将定位板从模腔内拔出。
制作的柔性圆柱型芯会在降低裂纹发生率方面发挥作用:由于烧结时,该型芯在钕铁硼生坯内部,随烧结生坯一起入炉,在真空升温烧结的低温阶段(例如400℃以下),热量会经过该型芯传递到钕铁硼生坯内部,使钕铁硼生坯内弧面也同时升温,降低了内弧面和外弧面的温差,进而降低了收缩率之差,不容易导致裂纹出现。同时,由于柔性圆柱型芯是一种粘接混合结构,并且其强度低于烧结生坯,在其自身受热以及包裹在其外面的生坯收缩的双重作用下,聚乙二醇开始高温分解,随生坯内部的润滑剂等有机物一起脱气排出,同时柔性圆柱型芯开始软化收缩。
由于低温阶段的钕铁硼烧结主要是液相烧结,而且孔隙率很大,生坯的收缩率比较大,但柔性圆柱型芯的软化收缩过程正好和液相烧结阶段重合,能在一定程度下贴合内环的收缩,能够持续传递热量,使生坯内外受热均匀,降低烧结裂纹产生的比例。
当温度继续升高(例如400℃至800℃之间),柔性圆柱型芯的聚乙二醇已经逐渐完全分解,挥发完全,柔性圆柱型芯完全失去支撑作用,坍塌成原始粉末。而圆环状磁体的大部分收缩过程也已经完成,进入第二阶段的液相烧结,收缩率降低,密度提升率降低,不会再产生烧结裂纹。
本发明圆环状烧结钕铁硼磁体的成型模具配套使用的成型装置,成型装置的压制设备采用目前公知的液压型压机,磁场电源采用直流磁场,磁场大小选择1.5~2.0特斯拉,模具材料可以选用硬质合金,压制方向选择上下压制,磁场方向设置为水平方向。
为便于说明本发明在提升烧结品的合格率方面的有益效果,采用烧结出料后无裂纹圆环状的毛坯数量与入炉的成型生坯的数量比来计算合格率。
为便于说明本发明在提升材料利用率方面的有益效果,采用内圆磨床加工后的产品的重量与成型前的给粉重量比来计算材料利用率。
实施例1:
a)准备重量为20g的氧化铝粉末和40g的聚乙二醇胶体溶液,混合搅拌均匀后,在圆柱形橡胶模具中,200Mpa下等静压加压成型,在120℃条件下,烘干2h,制备柔性圆柱型芯,该柔性圆柱型芯的直径为R1为4mm,长度W1为50mm;
b)在松装状态下,将86g粉末倒入成型模具中,倒入后的粉末的松装高度L1=30mm;
c)将柔性圆柱型芯以水平方式,埋入粉末中,使其高度方向的位置在L1/2处;
d)合上压头,在磁场大小为1.5特斯拉条件下,使粉末与型芯一体成型,脱模后,得到圆环状生坯组合体;
e)将圆环状生坯组合体封装后,在200Mpa水等静压下提高密度;
f)将生坯组合体在真空炉中,烧结致密化,烧结温度1030℃,烧结时间10小时,得到圆环状烧结毛坯;
g)将圆环状烧结生坯在时效炉中时效处理,得到半成品毛坯;
h)将半成品毛坯在平面磨床上,磨削端面,磨削量为0.5mm;
i)将端面见光后的半成品毛坯,在外圆无心磨床上将外圆弧面见光,磨削量为0.5mm;
j)将外圆弧面见光后的半成品毛坯,在内圆磨床上将内圆弧面见光,磨削量为0.5mm;
h)将内圆弧面见光后的半成品毛坯,在内圆切片机上,沿轴向方向切片,得到圆环状机加工品。
实施例2:
a)准备重量为36g的氧化铝粉末和40g的聚乙二醇胶体溶液,混合搅拌均匀后,在圆柱形橡胶模具中,200Mpa下等静压加压成型,在120℃条件下,烘干2h,制备柔性圆柱型芯,该柔性圆柱型芯的直径为R1为5mm,长度W1为50mm;
b)在松装状态下,将86g粉末倒入成型模具中,倒入后的粉末的松装高度L1=31mm;
c)将柔性圆柱型芯以水平方式,埋入粉末中,使其高度方向的位置在L1/2处;
d)合上压头,在磁场大小为1.5特斯拉条件下,使粉末与型芯一体成型,脱模后,得到圆环状生坯组合体;
e)将圆环状生坯组合体封装后,在200Mpa水等静压下提高密度;
f)将生坯组合体在真空炉中,烧结致密化,烧结温度1030℃,烧结时间10小时,得到圆环状烧结毛坯;
g)将圆环状烧结生坯在时效炉中时效处理,得到半成品毛坯;
h)将半成品毛坯在平面磨床上,磨削端面,磨削量为0.5mm;
后续的机加工过程参考实施例1。
对比例1:
a)准备不锈钢材质的圆柱型芯,该圆柱型芯的直径为R1为5mm,长度W1为50mm;
b)在松装状态下,将86g粉末倒入成型模具中,倒入后的粉末的松装高度L1=30mm;
c)将不锈钢圆柱型芯以水平方式,埋入粉末中,使其高度方向的位置在L1/2处;
d)合上压头,在磁场大小为1.5特斯拉条件下,使粉末与不锈钢型芯一体成型,脱模后,得到圆环状生坯组合体;
e)将圆环状生坯组合体封装后,在200Mpa水等静压下提高密度,然后将不锈钢型芯取出;
f)将生坯在真空炉中,烧结致密化,烧结温度1030℃,烧结时间10小时,得到圆环状烧结毛坯;
后续的机加工过程同实施例1相同。
在连续生产多个圆环状烧结毛坯过程中,发现在步骤e取出不锈钢型芯的过程中,很容易导致圆环状生坯的内壁脱落,导致烧结后,大部分圆环状烧结毛坯的内部有缺肉现象。
对比例2:
a)准备重量为45g的氧化铝粉末和60g的聚乙二醇胶体溶液,混合搅拌均匀后,在圆柱形橡胶模具中,200Mpa下等静压加压成型,在120℃条件下,烘干2h,制备柔性圆柱型芯,该柔性圆柱型芯的直径为R1为6mm,长度W1为50mm,该对比例中柔性圆柱型芯的直径大于本申请所采用的柔性圆柱型芯的直径;
b)在松装状态下,将86g粉末倒入成型模具中,倒入后的粉末的松装高度L1=35mm;
c)将柔性圆柱型芯以水平方式,埋入粉末中,使其高度方向的位置在L1/2处;
d)合上压头,在磁场大小为1.5特斯拉条件下,使粉末与型芯一体成型,脱模后,得到圆环状生坯组合体;
e)将圆环状生坯组合体封装后,在200Mpa水等静压下提高密度;
f)将生坯组合体在真空炉中,烧结致密化,烧结温度1030℃,烧结时间10小时,得到圆环状烧结毛坯;
后续的机加工过程同实施例1相同。
对比例3:
a)在松装状态下,将118g粉末倒入成型模具中;
d)合上压头,在磁场大小为1.5特斯拉条件下,使粉末成型,脱模后,得到圆柱型生坯,在对比例3中,成型时模具内部未采用任何型芯;
c)将圆柱型生坯封装后,在200Mpa水等静压下提高密度;
f)将生坯在真空炉中,烧结致密化,烧结温度1030℃,烧结时间10小时,得到圆柱烧结毛坯;
h)将烧结毛坯在平面磨床上,磨削端面,磨削量为0.5mm;
i)将端面见光后的毛坯,在外圆无心磨床上将外圆弧面见光,磨削量为0.5mm;
j)将外圆弧面见光后的毛坯,用钻孔刀加工内部圆孔;
后续的机加工过程同实施例1相同。采用对比例3的生产过程,由于存在步骤j,需要耗费很长时间钻孔,同时,存在很大的材料浪费。
对比例4:
a)在松装状态下,将86g粉末倒入成型模具中,松装高度L1=35mm;
b)将直径5mm的铝材质的圆柱型芯水平放入松装粉末中,使铝型芯处于L1/2处,;
c)合上压头,在磁场大小为1.5特斯拉条件下,使粉末成型,脱模后,得到圆柱型生坯,该生坯内部含有铝型芯;
d)将圆柱型生坯封装后,在200Mpa水等静压下提高密度;
e)将内部含有铝型芯的圆柱型生坯进行烧结,烧结温度1030℃,烧结时间10小时,得到烧结毛坯;
在e)步骤结束以后,观察得知,此时的烧结毛坯内部因为存在铝,在烧结过程中,铝熔化,和烧结毛坯内弧面熔合,磁体外观和结构被严重破坏,无法投入后续生产,因此无法统计材料利用率。
对比例5:
a)在松装状态下,将86g粉末倒入成型模具中,松装高度L1=35mm;
b)将直径5mm的陶瓷材质的圆柱型芯水平放入松装粉末中,使铝型芯处于L1/2处;
c)合上压头,在磁场大小为1.5特斯拉条件下,使粉末成型,脱模后,得到圆柱型生坯,该生坯内部含有陶瓷型芯;
d)将圆柱型生坯封装后,在200Mpa水等静压下提高密度;
e)将内部含有陶瓷型芯的圆柱型生坯进行烧结,烧结温度1030℃,烧结时间10小时,得到烧结毛坯;
在e)步骤结束以后,观察毛坯的外观情况,发现,因为内部存在硬度高,且不能随生坯收缩的陶瓷型芯,导致生坯烧结后,全部开裂,无法投入后续生产,无法统计材料利用率。
以表格1的形式,统计各个实施例和对比例的毛坯合格率以及材料利用率。
类别 | 型芯 | 给粉重量(g) | 内圆磨加工后重量(g) | 材料利用率 | 毛坯烧结合格率 |
实施例1 | 柔性4mm | 86 | 73 | 85% | 98% |
实施例2 | 柔性5mm | 86 | 70 | 81% | 96% |
对比例1 | 不锈钢-取出 | 86 | 66 | 77% | 50% |
对比例2 | 柔性6mm | 86 | 71 | 83% | 70% |
对比例3 | 无型芯 | 118 | 71 | 60% | 99% |
对比例4 | 铝型芯-不取出 | 86 | 未加工 | 未计算 | 0% |
对比例5 | 陶瓷-不取出 | 86 | 未加工 | 未计算 | 0% |
表格1 毛坯合格率和材料利用率统计表
从实施例和对比例的效果对比可以看出,除对比例3在给粉重量相同的情况下,实施例1-2均采用本申请的方法和模具,对比例1采用不锈钢圆柱型芯、对比例2采用柔性圆柱型芯、对比例4采用铝制圆柱型芯、对比例5采用陶瓷圆柱型芯。
经过加工后测试及判断,可以发现采用本发明方法的模具得到的产品材料利用率高并且合格率高,而对比例虽然材料利用率高,是因为该对比例采用的柔性圆柱型芯,而柔性圆柱型芯的尺寸未在本申请方案要求的范围内,因而合格率低。
对比例3因为未采用任何形式的型芯,在给粉时重量明显要多,但是材料利用率不高,虽然合格率高,是因为全部采用磁粉。
因此,使用本发明的工艺方法和装置制作的圆环状钕铁硼磁体,能够显著提高材料利用率和毛坯烧结合格率。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式,并不能理解为本发明保护范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干替代及改进,这些均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种圆环状烧结钕铁硼磁体的成型模具,其特征在于:
包括主体部分、上压头、下压头、模腔,其中主体部分包括相对的两个非导磁侧板、相对的两个导磁侧板,在两个非导磁侧板及两个导磁侧板之间形成的空间内,下压头位于空间的底部,上压头位于空间的顶部,模腔位于上压头与下压头之间,在模腔内放置柔性圆柱型芯,在模腔内置入松装状态的钕铁硼磁粉后,柔性圆柱型芯放置在模腔内,柔性圆柱型芯的轴向方向呈水平方向,且与两个导磁侧板之间的磁场方向平行。
2.如权利要求1所述的一种圆环状烧结钕铁硼磁体的成型模具,其特征在于:柔性圆柱型芯的长度W与两个导磁侧板内壁之间的距离一致,柔性圆柱型芯的半径R小于两个非导磁侧板之间二分之一的距离。
3.如权利要求1所述的一种圆环状烧结钕铁硼磁体的成型模具,其特征在于:柔性圆柱型芯的半径R的取值为2mm<R<5mm。
4.如权利要求1所述的一种圆环状烧结钕铁硼磁体的成型模具,其特征在于:下压头固定或活动连接在两个非导磁侧板及两个导磁侧板之间形成的空间底部,当下压头活动连接时,下压头在空间来回移动,上压头活动连接在两个非导磁侧板及两个导磁侧板之间的空间顶部,上压头在空间来回移动。
5.如权利要求1所述的一种圆环状烧结钕铁硼磁体的成型模具,其特征在于:上压头及下压头面向柔性圆柱型芯的一侧均为凹陷的圆弧面。
6.一种圆环状烧结钕铁硼磁体的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
a材料准备:制备半径为R、长度为W的柔性圆柱型芯;根据钕铁硼毛坯的重量,准备同等重量的烧结钕铁硼磁粉;
b材料放置:将钕铁硼磁粉以松装状态下置入成型模具中,钕铁硼磁粉的松装高度为L;
将柔性圆柱型芯放入松装状态的钕铁硼磁粉内部,且处于L/2位置处,柔性圆柱型芯的轴向方向呈水平方向,且与成型模具内的磁场方向平行;
c生坯制作:对成型模具内装有柔性圆柱型芯的钕铁硼磁粉施加垂直压力,得到内部嵌有柔性圆柱型芯的圆环状生坯组合体;
d等静压处理:将圆环状生坯组合体封装隔离后,置入液体等静压中,施加等静压,得到圆环状生坯组合体;
e烧结及时效处理:将圆环状生坯组合体置入烧结炉中进行真空烧结,得到圆环状烧结毛坯;将烧结成型后的圆环状烧结毛坯,置入时效炉中进行时效,得到时效后的圆环状毛坯;
f成品形成:将圆环状毛坯分别进行外圆弧和内圆弧磨削加工,以及端面平磨加工,和后面的切片加工,得到机加工半成品;将机加工半成品进行表面处理,得到圆环状钕铁硼成品。
7.如权利要求6所述的一种圆环状烧结钕铁硼磁体的制备方法,其特征在于:
柔性圆柱型芯采用氧化铝或者氧化锆中的一种或者多种混合粉末,与聚乙二醇混合、成型、并干燥后的粘接体。
8.如权利要求7所述的一种圆环状烧结钕铁硼磁体的制备方法,其特征在于:柔性圆柱型芯的制备过程,按照以下步骤:
步骤1、将聚乙二醇粉末与纯净水按照份数比例混合,将纯净水与聚乙二醇熬制成聚乙二醇胶水;
步骤2、将聚乙二醇胶水与氧化铝或者氧化锆粉末按照比例混合,制备成半固体状;
步骤3、将半固体状混合物置于圆柱型模具内,真空封装后等静压成型;将等静压成型体在80~150℃温度下干燥2~10小时,提高硬度,并脱去水分,得到最终的柔性圆柱型芯。
9.如权利要求8所述的一种圆环状烧结钕铁硼磁体的制备方法,其特征在于:
在步骤1中聚乙二醇粉末占比70~90%,在步骤2中氧化铝或者氧化锆粉末在柔性圆柱型芯的重量比为50%-90%。
10.如权利要求9所述的一种圆环状烧结钕铁硼磁体的制备方法,其特征在于:
在柔性圆柱型芯中,2mm<R<5mm,W=模腔宽度。
Priority Applications (4)
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