CN111957957B - 一种低磁偏角圆片磁钢的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低磁偏角圆片磁钢的制备方法，其特征在于：采用压制方向与磁场取向方向平行的成型压机压制，毛坯料规格取向方向按一出一设计，一次近终成型。本发明的制备方法由于坯料磁化取向方向短，磁场均匀性高，可以降低成型磁场和加工工艺对磁钢磁偏角的影响，磁偏角合格率高；同时由于粉料填充高度小，粉料填充均匀性好，生坯压制应力小，可以省却等静压二次压制过程直接进炉烧结；烧结后毛坯料变形小，外径尺寸控制精度高，无须套孔、外圆磨和切片工序，加工损耗少，加工效率高，材料利用率可达到90％，2°磁偏角合格率达到99.99％以上，可实现磁偏角免检，对缩短产品生产周期，降低综合生产成本有重要作用。

Description

一种低磁偏角圆片磁钢的制备方法

技术领域

本发明涉及稀土永磁材料技术领域，特别涉及一种低磁偏角圆片磁钢的制备方法。

背景技术

近年来汽车行业蓬勃发展，烧结钕铁硼磁钢以其优异的性能被广泛应用于汽车电机制造领域。随着电机精度要求越来越高，对所使用钕铁硼磁钢的要求不仅仅局限在剩磁、矫顽力、最大磁能积等普通性能上，同时也将磁偏角作为一个重要指标，并提出了更高的要求，由原来的磁偏角＜5°提升至＜3°，甚至是＜2°要求。为达到磁偏角的要求，目前行业内普遍采用增加坯料余量的方式，挑出磁力线均匀、磁偏角小的部分进行加工。如对于圆片磁钢，传统生产工艺通常采用垂直压制方式先成型方块或圆柱坯料，再经过多道机加工工序(包含磨削、线切割套孔、无心磨、切片、线切割、倒角等)才能制备得到，但其磁偏角合格率难以保证，需通过加工分档、磁偏角全检的方式才能满足发货需求，加工工序多，生产周期较长，材料利用率低(50％-60％)；对于不充磁发货产品更是需要额外增加黑片退磁工序，生产成本大幅提高。

为解决烧结钕铁硼磁钢磁偏角不良的问题，专利号为CN201710676791.3的中国专利中公开了一种改善稀土烧结钕铁硼磁偏角的方法，包括配料-熔炼-制粉-成型-烧结，该方法将速凝甩带工艺制得的速凝薄带搅拌后磨成合金粉末，然后将合金粉末进行取向压制成型、等静压、烧结后制得烧结钕铁硼毛坯料。其中成型模具为整体结构的无磁模具，可以保证合金粉末在取向压型时更加均匀以改善磁偏角。专利号为CN201410807225.8的中国专利公开了一种降低烧结钕铁硼磁偏角的制备方法和装置，在不改变烧结钕铁硼原有配方的前提下，通过在制粉过程中添加提高粉料流动性的添加剂，在成型过程中提高磁场强度、调节模具支架上成型模具使其处在线圈磁极的中心位，同时配合坯料规格设计，以保证模腔中的粉料在成型取向压制过程中处在磁场中心最好场区内，从而达到减小磁偏角、提高成型材料利用率的目的。专利号为CN201510712527.1的中国专利公开了一种钕铁硼磁体的取向压制方法，将钕铁硼微粉与润滑剂混合进行取向压制得到钕铁硼磁体压坯，然后直接经过烧结得到方块毛坯。该方法虽然能够不经过等静压工序制备钕铁硼磁体，但其最大磁偏角在2°以上，且制得的钕铁硼磁体仍为方块毛坯，需要多道后加工工序方可得磁钢成品，材料损耗率较高。上述方法均采用取向方向和压制方向垂直的压制方法制备方块钕铁硼坯料，虽然能在一定程度上改善烧结钕铁硼磁钢的磁偏角，但需经多道机加工才能制成所要求的成品规格，材料利用率只有60％左右；同时，也存在磁化方向头尾料取向不一致问题，难以满足更高要求的磁偏角产品(磁偏角＜2°)的生产需求。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种低磁偏角圆片磁钢的制备方法，提高材料利用率和磁偏角合格率，减少加工工序，降低低磁偏角圆片磁钢的综合生产成本。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案。

一种低磁偏角圆片磁钢的制备方法，采用压制方向与磁场取向方向平行的成型压机压制，毛坯料规格取向方向按一出一设计，一次近终成型。由此规避垂直压减少取向尺寸后存在的深孔填粉问题；同时，磁化取向方向短，磁场均匀性高，可以降低成型磁场和后续加工对磁偏角的影响。

本发明的有益效果为：本发明的制备方法通过磁场取向方向与压制方向平行压制的方式，由于毛坯料取向方向一出一设计，磁化取向方向短，磁场强度高且均匀性好，不存在料头料尾取向不一致问题，可以降低成型磁场和加工工艺对磁钢磁偏角的影响，磁偏角合格率高；同时由于取向方向尺寸小，粉料填充一致性好，生坯压制应力小，可以省却等静压二次压制过程直接进炉烧结，一次近终成型；烧结后毛坯料变形小，外径尺寸和垂直度控制精度高；只需要进行上下端面磨，外圆不磨，加工工序少，加工效率高，材料利用率达到90％。本发明所述方法制备的圆片磁钢，材料利用率高，2°磁偏角合格率达到99.99％以上，可实现磁偏角免检，对于不充磁发货产品极为有利；对于缩短产品生产周期，降低产品综合成本有重要作用。本方法亦可用于有磁偏角要求的瓦型、方片磁钢制备，能够在高质量烧结钕铁硼磁钢生产中得到推广使用。

作为本发明的一种改进，所述成型压机包括喂料装置、模具、上缸、上线圈、下缸、下线圈，其中模具包括上模、下模和阴模；上模与上线圈固定于上缸上并随上缸同步升降移动；下模固定在下缸；阴模与下线圈固定于下缸上并随下缸同步升降移动；阴模与下模之间形成有用于放置钕铁硼粉料的模腔，上线圈、下线圈通电时在模腔内形成的磁场方向与上缸、下缸移动方向平行。通过上线圈、下线圈的双线圈设置，在模腔内形成与上缸下缸移动方向平行的匀强磁场区，磁场强度高且均匀性好。

作为本发明的一种改进，一次近终成型是指所述毛坯料和所述磁钢成品均为圆柱体，且毛坯料与磁钢成品的外径尺寸相同，取向高度比值为(1.05-1.2)：1。

作为本发明的一种改进，制备过程包括以下步骤：

a.喂料装置将钕铁硼粉料填充进成型压机的模具的模腔内；

b.成型压机的上压头向下移动至充磁取向位置h，对模腔内钕铁硼粉料进行预压，使得钕铁硼粉料的密度ρ达到预压密度设定值；

c.成型压机位于上缸、下缸两侧的上线圈和下线圈对模腔内的钕铁硼粉料进行充磁取向，同时成型压机对模腔内钕铁硼粉料进行压制，使得钕铁硼粉料的密度ρ达到生坯密度设定值；

d.成型压机上缸保持现有压力，上线圈和下线圈对模腔内生坯进行反向退磁，然后阴模下降，上压头随上缸一起上升，使压制出的钕铁硼生坯从模腔内脱出；

e.脱模后的钕铁硼生坯再进行后续加工。

其中，所述圆柱形阴模型腔内钕铁硼粉料的标准单重为m，所述圆柱形阴模型腔的横截面积为S，成型压机的上压头与下压头接触时，上压头的位置为H，钕铁硼粉料的预压密度设定值为ρ，所述充磁取向位置为h，由于

可知充磁取向位置h＝H-m/(S×ρ)，因此要得到预压密度预设值，需要将上压头移动至圆柱形模腔内预设的充磁取向位置。

作为本发明的一种改进，所述钕铁硼粉料预压后密度预定值的范围为1.8g/cm³-2.0g/cm³。通过上述改进，使得预压密度合适，如果预压密度过高，在取向时粉末间相互接触摩擦力加大，影响磁粉易磁化轴的转动，即粉料成型时的取向度，会导致磁偏角偏大；如果预压密度过低，整个充磁取向到压制成型的过程中上压头行程过长，会导致粉料在取向后排列成的束状结构受到的破坏性较大，从而造成磁偏角偏大。

作为本发明的一种改进，在步骤a中，先将钕铁硼粉料储存至喂料装置内，喂料装置中设有能够往复运动的刮杆，通过刮杆的往复运动和钕铁硼粉料自身重力的共同作用将钕铁硼粉料填充进模具内。平行压制方式喂料面积大，填粉高度小，粉料填充均匀，生坯压制应力小，可以省却等静压二次压制过程直接进炉烧结，烧结后毛坯料变形小，外径尺寸控制精度高。

作为本发明的一种改进，所述钕铁硼生坯密度为3.8g/cm³-4.3g/cm³。通过上述改进，使得圆片形钕铁硼生坯密度位于合适的范围。生坯密度低，毛坯料强度不足，在装盆和烧结转运过程中容易导致生坯缺角；生坯密度高，烧结时毛坯料收缩比越小，外径尺寸控制精度越高；但生坯密度提高也会使生坯脱模后存在较高的残余应力，导致生坯开裂缺角，降低合格率。因此，通过优化生坯密度，能够直接控制圆片磁钢毛坯料外圆尺寸，实现不加工外圆，只磨削高度尺寸即可。作为优选，所述圆片形钕铁硼生坯密度为4.1g/cm³-4.3g/cm³。

作为本发明的一种改进，在步骤e中，后续加工包括以下步骤：

e1：脱模后的钕铁硼生坯直接进行真空烧结形成钕铁硼毛坯料；

e2：对所述钕铁硼毛坯料进行振磨倒角；去除毛刺和局部氧化层，防止毛坯料在后续磨削过程中抖动跳起，与砂轮碰撞产生缺边掉角，同时，底面毛刺的去除也有利于提高双面磨的平顺性，提高端面平行度和垂直度；

e3：将振磨倒角后的钕铁硼毛坯料上下端面进行双面磨加工，得到符合厚度要求的圆片形磁钢半成品；

e4：对圆片形磁钢半成品再次进行机械倒角处理；使圆片形磁钢表面平整、光滑，防止电镀过程中磕碰缺角，且利于镀层快速、均匀、连续地沉积；

e5：最后对机械倒角处理后的圆片形磁钢半成品进行表面电镀处理，得到外径和厚度符合要求的圆片磁钢成品。通过上述改进，相比传统方块毛坯料需经过六面平面磨-线切割套孔-无心磨-切片-振磨倒角-机械倒角-电镀等多道加工工艺加工成圆片磁钢，本方法一次成型圆片毛坯料磁化(成型)尺寸短，外圆尺寸精度高，可省去套孔、外圆无心磨和切片等工序，机加工工序少；降低加工损耗，材料利用率高。

附图说明

图1是本发明的成型压机结构示意图。

图2是本发明实施例1与实施例2至4的磁偏角对比箱线图。

图3是本发明实施例1与实施例5和实施例6的外径尺寸对比箱线图。

图中：B10、喂料装置；B11、上缸；B12、下缸；B21、上线圈；B22、下线圈；S11、上压头垫板；S12、上压头；S13、上压头导磁块；S21、下压头垫板；S22、下压头；S23、下压头导磁块；S31、阴模压环；S32、阴模垫块；S33、阴模模体。

具体实施方式

结合附图对本发明进一步阐释。

实施例1：以成品规格为

(取向方向)，牌号为35UH圆片产品(磁偏角要求≤2°)为例，

本实施例所述一种低磁偏角圆片磁钢的制备方法，该方法采用磁场取向与压制方向平行的压制方式，所使用的成型压机如图1所示，包括喂料装置B10、模具、上缸B11、上线圈B21、下缸B12、下线圈B22，其中模具包括上模、下模和阴模；上模由上压头垫板S11、上压头S12、上压头导磁块S13组成，上模与上线圈B21固定于上缸B11上并随上缸B11同步升降移动；下模由下压头垫板S21、下压头S22、下压头导磁块S23组成，下模固定在下缸B12且不可移动；阴模由阴模压环S31、阴模垫块S32及阴模模体S33组成，阴模与下线圈B22固定于下缸B12上并随下缸B12同步升降移动；阴模模体S33与下压头S22之间形成有用于放置钕铁硼粉料的模腔。通过上线圈B21和下线圈B22的双线圈设置，在模腔内形成与上缸B11下缸B12移动方向平行的匀强磁场区，磁场强度高且均匀性好。

具体包括以下步骤：

a.通过储存有钕铁硼粉料的喂料装置，将钕铁硼粉料填充进成型压机的圆柱形模腔内，粉料在模腔内高度为14.5mm；

b.成型压机的上缸带动上线圈和上压头同步下降，使上压头移动至圆柱形阴模内充磁取向位置对模具内钕铁硼粉料进行预压，并使得钕铁硼粉料的密度ρ达到预压密度设定值1.8g/cm³；

c.上、下线圈共同对模腔内的钕铁硼粉料进行取向充磁；当充磁磁场达到要求磁场强度(≥1.5T)后，上压头继续下压；同时阴模向下浮动，使模腔内的钕铁硼粉料压实直至生坯密度达到生坯密度设定值4.3g/cm³；

d.成型压机保持现有压力，上线圈、下线圈施加反向退磁电流，对模腔内压块进行退磁；然后阴模下降，上压头随上缸一起上升，使压制出的钕铁硼生坯从模腔内脱出；

e.脱模后的圆片形钕铁硼生坯再进行后续加工:

e1：脱模后的钕铁硼生坯进行真空烧结形成钕铁硼毛坯料；

e2：对所述钕铁硼毛坯料进行振磨倒角；

e3：将振磨倒角后的钕铁硼毛坯料上下端面进行双面磨加工，得到符合厚度要求的圆片形磁钢半成品；

e4：对圆片形磁钢半成品再次进行机械倒角处理；

e5：最后对机械倒角处理后的圆片形磁钢半成品进行表面处理精加工，得到外径和厚度符合要求的圆片形磁钢成品。

其中，所述圆柱形阴模型腔内钕铁硼粉料的标准单重m为5.9g，所述圆柱形阴模型腔的直径为16.8mm，横截面积S为2.2cm²，成型压机的上压头与下压头接触时，上压头的位置H为243.4mm，钕铁硼粉料的预压密度设定值ρ为1.8g/cm³，所述充磁取向位置为h，由于

可知充磁取向位置h＝H-m/(S×ρ)，此时通过公式计算得出充磁取向位置h为228.5mm，因此将上压头移动至圆柱形阴模内充磁取向位置228.5mm处，使得使得钕铁硼粉料的预压密度能达到1.8g/cm³。毛坯料取向方向按一出一设计，毛坯料取向尺寸为4.4mm，通过步骤e3磨加工至4.0mm。

对比例1：采用传统垂直压制方式制备出方块毛坯料，再加工成所要求的圆片磁钢。设计毛坯料规格为49.4×33.4×28.6，其中28.6为磁化方向尺寸。该规格投粉量359g，压制时，模腔中粉料填充高度为83.5mm。方块毛坯料经过六面平面磨-线切割套孔-无心磨-切片-振磨倒角-机械倒角-电镀加工多道加工工艺加工成圆片磁钢。采用传统切片方式加工，一出36，材料利用率53.84％，2度磁偏角合格率可以达到90.01％左右

对实施例1和对比例1所得到的产品进行材料利用率以及磁偏角检测，得到表格1。

表1实施例1与对比例1材料利用率和2°磁偏角合格率对比

由表1可知，实施例1毛坯料取向方向高度4.4mm，模腔内粉料填充高度仅为14.5mm，与传统垂直压制方法相比，填充高度明显降低，磁化取向方向短，磁场强度高且均匀性好，2°磁偏角合格率达到100％，可实现磁偏角免检；同时，由于填充高度小，粉料填充一致性好，生坯压制应力小，可以省却等静压二次压制过程直接进炉烧结，一次近终成型，烧结后毛坯料变形小，加工工序少，同时材料利用率由53.84％提高至91.01％，材料利用率明显提高。

实施例2：以成品规格为

(取向方向)，牌号为35UH圆片产品(磁偏角要求≤2°)为例，本实施例中，成型压机和制备步骤与实施例1相同，本实施例中，与实施例1区别在步骤b中，钕铁硼粉料的预压密度设定值ρ为1.6g/cm³。

本实施例中所述圆柱形阴模型腔内钕铁硼粉料的标准单重m为5.9g，成型压机的上压头与下压头接触时，上压头的位置H为243.4mm，圆柱形阴模型腔的的横截面积S为2.2cm²，此时通过公式h＝H-m/(S×ρ)得出充磁取向位置h为226.6mm，因此将上压头移动至226.6mm处，使得钕铁硼粉料的预压密度能达到1.6g/cm³。

实施例3：以成品规格为

(取向方向)，牌号为35UH圆片产品(磁偏角要求≤2°)为例，本实施例中，成型压机和制备步骤与实施例1相同，本实施例中，与实施例1区别在步骤b中，钕铁硼粉料的预压密度设定值ρ为2.0g/cm³。

本实施例中所述圆柱形阴模型腔内钕铁硼粉料的标准单重m为5.9g，成型压机的上压头与下压头接触时，上压头的位置H为243.4mm，圆柱形阴模型腔的的横截面积S为2.2cm²，此时通过公式h＝H-m/(S×ρ)得出充磁取向位置h为230.0mm，因此将上压头移动至230.0mm处，使得钕铁硼粉料的预压密度能达到2.0g/cm³。

实施例4：以成品规格为

(取向方向)，牌号为35UH圆片产品(磁偏角要求≤2°)为例，本实施例中，成型压机和制备步骤与实施例1相同，本实施例中，与实施例1区别在步骤b中，钕铁硼粉料的预压密度设定值ρ为2.2g/cm³。

本实施例中所述圆柱形阴模型腔内钕铁硼粉料的标准单重m为5.9g，成型压机的上压头与下压头接触时，上压头的位置H为243.4mm，圆柱形阴模型腔的的横截面积S为2.2cm²，此时通过公式h＝H-m/(S×ρ)得出充磁取向位置h为231.2mm，因此将上压头移动至231.2mm处，使得钕铁硼粉料的预压密度能达到2.2g/cm³。

对实施例1、和实施例2-4所得到的产品进行磁偏角检测，得到结果如表2。

表2实施例2-4与实施例1的磁偏角对比

由表2和图2结果对比可以看出，通过对成型过程中预压密度的优化，使得预压密度在1.8g/cm³-2.0g/cm³，减小对粉料成型时的取向度破坏，从而达到降低磁偏角的目的。预压密度过低，整个充磁取向到压制成型的过程中上压头行程过长，会导致粉料在取向后排列成的束状结构受到的破坏性较大，从而造成磁偏角偏大。预压密度过高时，在取向时粉末间相互接触摩擦力加大，影响磁粉易磁化轴的转动，即粉料成型时的取向度，会导致磁偏角偏大。

实施例5：以成品规格为

(取向方向)，牌号为35UH圆片产品(磁偏角要求≤2°)为例，本实施例中，成型压机和制备步骤与实施例1相同，区别在步骤c中，钕铁硼生坯密度设定值ρ为3.8g/cm³。

实施例6：以成品规格为

(取向方向)，牌号为35UH圆片产品(磁偏角要求≤2°)为例，本实施例中，成型压机和制备步骤与实施例1相同。区别在步骤c中，钕铁硼生坯密度设定值ρ为4.1g/cm³。

对实施例1和实施例5和6所得到的产品进行外径尺寸检测，得到表格3。

表3实施例1与实施例5和6的外径尺寸对比

由表3和图3对比结果可以看出，通过对成型过程中生坯密度的优化，使得生坯密度在4.1g/cm³-4.3g/cm³，能够满足毛坯料外径尺寸及精度要求；生坯密度低，强度不足，在装盆和烧结转运过程中容易导致生坯缺角；生坯密度越高，烧结时毛坯料收缩比越小，外径尺寸越大，且波动范围越小；但生坯密度提高也会使生坯脱模后存在较高的残余应力，导致生坯开裂缺角，降低合格率。因此，通过优化生坯密度，能够直接控制圆片磁钢毛坯料外径尺寸，实现外圆不加工，只磨削高度尺寸即可。

实施例7：以成品规格为

(取向方向)，牌号为35UH圆片产品(磁偏角要求≤2°)为例，本实施例中，成型压机和制备步骤a-d与实施例1相同,与实施例1的区别在于脱模后的圆片形钕铁硼生坯再进行的加工步骤。

脱模后的圆片形钕铁硼生坯再进行后续加工，包括以下加工步骤：

e1：脱模后的钕铁硼生坯进行真空烧结形成钕铁硼毛坯料；

e2：将圆片钕铁硼毛坯料直接进行双面磨-机械倒角-表面处理，得到圆片形磁钢成品。

对实施例1和实施例7所得到的产品进行缺角率和合格率进行检测，得到表格4。

表4实施例1与实施例7加工合格率对比

编号	加工缺角率	合格率
			实施例7	3.12％	95.85％
实施例1	0.68％	99.02％

由表3对比结果可以得知，与实施例7加工工序相比，采用本发明实施例1的后续加工方法，圆片形磁钢成品加工缺角率由3.12％降低至0.68％，合格率由95.85％升高至99.02％，降低了产品综合成本；而且，与对比例1相比，本方法省去套孔、外圆无心磨和切片等工序，机加工工序少；降低粉料损耗，材料利用率高，能够在高质量烧结钕铁硼磁钢生产中得到推广使用。

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 (4)

1.一种低磁偏角圆片磁钢的制备方法，其特征在于：采用压制方向与磁场取向方向平行的成型压机压制，毛坯料规格取向方向按一出一设计，一次近终成型；

所述成型压机包括喂料装置、模具、上缸、上线圈、下缸、下线圈，其中模具包括上模、下模和阴模；上模与上线圈固定于上缸上并随上缸同步升降移动；下模固定在下缸；阴模与下线圈固定于下缸上并随下缸同步升降移动；阴模与下模之间形成有用于放置钕铁硼粉料的模腔，上线圈、下线圈通电时在模腔内形成的磁场方向与上缸、下缸移动方向平行；

制备过程包括以下步骤：

a. 喂料装置将钕铁硼粉料填充进成型压机的模具的模腔内；

b.成型压机的上压头向下移动至充磁取向位置，对模腔内钕铁硼粉料进行预压，使得钕铁硼粉料的密度ρ达到预压密度设定值；所述钕铁硼粉料预压后密度预定值的范围为1.8g/cm³-2.0g/cm³；

c.成型压机位于上缸、下缸两侧的上线圈和下线圈对模腔内的钕铁硼粉料进行充磁取向，同时成型压机对模腔内钕铁硼粉料进行压制，使得钕铁硼粉料的密度ρ达到生坯密度设定值；所述钕铁硼生坯密度为3.8g/cm³-4.3g/cm³；

d. 成型压机上缸保持现有压力，上线圈和下线圈对模腔内生坯进行反向退磁，然后阴模下降，上压头随上缸一起上升，使压制出的钕铁硼生坯从模腔内脱出；

e. 脱模后的钕铁硼生坯再进行后续加工。

2.根据权利要求1所述的一种低磁偏角圆片磁钢的制备方法，其特征在于：一次近终成型是指毛坯料和磁钢成品均为圆柱体，且毛坯料与磁钢成品的外径尺寸相同，取向高度比值为（1.05-1.2）：1。

3.根据权利要求1所述的一种低磁偏角圆片磁钢的制备方法，其特征在于：在步骤a中，先将钕铁硼粉料储存至喂料装置内，喂料装置中设有能够往复运动的刮杆，通过刮杆的往复运动和钕铁硼粉料自身重力的共同作用将钕铁硼粉料填充进模具内。

4.根据权利要求1所述的一种低磁偏角圆片磁钢的制备方法，其特征在于：在步骤e中，后续加工包括以下步骤：

e1：脱模后的钕铁硼生坯直接进行真空烧结形成钕铁硼毛坯料；

e2：对所述钕铁硼毛坯料进行振磨倒角；

e3：将振磨倒角后的钕铁硼毛坯料上下端面进行双面磨加工，得到符合厚度要求的圆片形磁钢半成品；

e4：对圆片形磁钢半成品再次进行机械倒角处理；

e5：最后对机械倒角处理后的圆片形磁钢半成品进行表面电镀处理，得到外径和厚度符合要求的圆片磁钢成品。

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