CN112017841A - 一种多极磁环及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多极磁环及其制造方法，属于磁环加工领域。所述多极磁环为圆台体，其端面中部贯穿开设有锥形孔；制造方法步骤为：首先制备若干种收缩率的粉料，然后将若干种收缩率的粉料均匀分层填充至直圆筒模具中压制成型，再经过烧结收缩后得到类金字塔形的烧坯，最后经过磨加工、充磁、检测得到多极磁环。本发明通过均匀分层加入各种收缩率的粉料压制直筒磁环，达到烧结、磨加工后形成圆台体状(喇叭型)的烧结磁体，不仅在达到尺寸要求，并且磁环表面磁场强度均匀，可以达到优异的表磁性能。

Description

一种多极磁环及其制造方法
技术领域
本发明属于磁环加工领域，更具体地说，涉及一种多极磁环及其制造方法。
背景技术
一些特殊应用领域(如军工、化工、非标精密控制)对电机有特殊要求，需要用到喇叭型(中空的圆台体)多极磁环转子。比如无滑移制动、流量滴定、微位移驱动方面及磁传动器、阀门锁紧器、药水分配器等。相对于直筒型转子电机而言，该种电机在断电制动时无位移过转，精确控制停止位置，也不存在直筒转子电机轴向微串动现象。
目前市场上只有圆筒型的多极磁环，如果用圆筒型的磨成喇叭型转子，在尺寸上可以达到喇叭型(中空的圆台体)的要求，但是，磨削多的一端性能衰减很大，达不到要求。
发明人也想到通过制作圆台体的模具来制作中空的圆台体的磁环转子，但是实施过程中产生了一些问题。目前的工艺生产的磁粉颗粒，并非理想圆球状，填料后料都堆积在底部，上口粉料分布少且松散，上下均匀性差，加上在压制过程中需要同步磁场取向，导致磁粉不能在圆台体模具内沿台面圆周受压制力时自由移动均匀分布，所以不能有效成型。
经检索，中国专利申请号为201811349097.1，申请公开日为2019年3月8日的专利申请文件公开了一种磁环加工方法。该专利将原料混合；将混合后的原料运送至假烧；将假烧后的混合原料压制成磁环生坯；对磁环生坯进行打磨；以及将打磨过的生坯烧结成型。控制假烧炉的温度可以有效改善磁环原料的假烧效果。实现了对磁环的加工烧结工艺，提高了磁环的成品率。
再如，中国专利申请号为201710454272.2，申请公开日为2017年11月3日的专利申请文件公开了磁环组件和制造磁环组件的方法。该专利磁环组件包括：多个扇形块，所述多个扇形块组装成磁环。该制造磁环组件的方法包括：提供多个扇形块；以及将所述多个扇形块组装成磁环。根据本发明的实施例，例如可以提高磁环组件的磁场强度。
以上文献均没有涉及到中空的圆台体多极磁环的制备，发明人尝试采用组合的方式制备中空的圆台体磁环，但是多个对充(N、S及交替充磁后的)磁块拼接，必然有拼接缝，磁漏导致性能降底。另外，一般的粘结材料为胶水或树脂，在高速运转时存在甩离的情况。
因此，目前亟需开发一种多极磁环及其制造方法，以满足市场需求。
发明内容
1.要解决的问题
针对上述问题，本发明提供一种多极磁环，可以满足其表磁性能的要求。
同时，本发明还提供一种多极磁环的制造方法，在不更换市场上现有直圆筒模具的情况下，通过调控粉料工艺配方，得到的中空的圆台体磁环表面磁场强度均匀，可以达到优异的表磁性能。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种多极磁环，所述多极磁环为圆台体，其端面中部贯穿开设有锥形孔。
进一步地，所述的多极磁环为八极磁环，其表磁性能自上而下要求为1800Gs±100Gs。
进一步地，优选8极圆台体(类似喇叭形状)磁环，其上端面外圆直径为51mm，上端面内圆直径为31mm；下端面外圆直径为49mm，下端面内圆直径为29mm，高度为20mm，圆环壁厚为10mm。
一种上述多极磁环的制造方法，其步骤为：首先制备若干种收缩率的粉料，然后将若干种收缩率的粉料均匀分层填充至直圆筒模具中压制成型，再经过烧结收缩后得到类金字塔形的烧坯，最后经过磨加工、充磁、检测得到多极磁环。
进一步地，所述若干种收缩率的粉料的收缩率为1.22～1.29；其中，
收缩率为1.22的粉料包括一次配方和二次配方，收缩率为1.22的一次配方粉料各组分及质量份数为：氧化铁82～96份；碳酸钙0.3～2.8份；二氧化硅0.1～1.0份；硼酸0.1～0.8份；碳酸锶0.1～0.9份，聚氯乙烯0～1.2份；收缩率为1.22的二次配方粉料各组分及质量份数为：硬脂酸钙0.2～2.0份；硬脂酸锌0.1～1.0份；樟脑0.5～2.2份；聚乙烯醇0～2.0份；
收缩率为1.29的粉料包括一次配方和二次配方，收缩率为1.29的一次配方粉料各组分及质量份数为：氧化铁80～90份；碳酸钙1～5份；二氧化硅0.1～1.0份；硼酸0～0.8份；碳酸锶0.1～2.0份，聚氯乙烯0～1.0份，氧化钴1～5份，氧化镧3～12份；收缩率为1.29的二次配方粉料各组分及质量份数为：硬脂酸钙0.2～2.0份；硬脂酸锌0.1～1.0份；樟脑0.5～2.2份；聚乙烯醇0～2.0份；
1.22～1.29之间的任何收缩率的粉料满足以下关系：k＝1.22×m+1.29×n，其中，1.22＜k＜1.29，m为混合料中收缩率为1.22粉料的重量占比，n为混合料中收缩率为1.29粉料的重量占比。
进一步地，收缩率为1.24的粉料由65％的收缩率为1.22的粉料加上35％的收缩率为1.29的粉料混合均匀得到的；
收缩率为1.26的粉料由65％的收缩率为1.29的粉料加上35％的收缩率为1.22的粉料混合均匀得到的。
进一步地，所述一次配方粉料和二次配方粉料的混合方法为：将一次配方粉料加入球磨罐，磨制9～15小时，经磁场成型压机压制成块，再用回转窑经过100～350℃进行烘干，后经破损机进行破碎至平均粒度控制在0.1～0.8mm，最后加入二次配方粉料混合均匀；依据工艺情况，必要时进行按比例混配。按照经验公式，可以得到收缩率介于1.22～1.29之间的任何收缩率混合料，公式为收缩率＝1.22×x/(x+y)+1.29×y/(x+y)，其中x为混合料中1.22收缩率料的重量，y为混合料中1.29收缩率料的重量。
进一步地，所述烧结的工艺步骤为：将压制成型后的坯料，放入辊道窑中烧结，其中，烧结设定3～5℃/min的升温速度，在1180～12500℃保温2～2.5小时后自由冷却，得到类金字塔形的烧坯；整个过程根据窑况10～18个小时。升温速度过慢，能耗成本过高，升温速度过快，会导致添加剂升华太快，料坯受内部升华膨胀力过大而开裂；保温温度太低导致反应不充分，晶粒未生成，性能达不到要求，过高则过烧，晶粒过大，性能亦达不到要求。保温时间对性能影响同保温温度。
进一步地，所述磨加工的工艺步骤为：在转速为3000rpm且砂子目数为100～300目的砂轮下，将烧结收缩后得到的烧坯磨削成圆台体状，并且将其端部中部贯穿的通孔磨削成锥形孔。砂轮由南京享利达模具有限公司制作提供，磨削该类磁环共有三种型号可选，分别为TY503A、TY503B、TY503C，不同产品选择不同型号砂轮按设定的磨削程序进行磨削。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过均匀分层加入各种收缩率的粉料压制直筒磁环，达到烧结、磨加工后形成圆台体状(喇叭型)的烧结磁体；例如假设磁环轴高H，填充1.22/1.24/1.26/1.29四种收缩率的粉料，各层都按照1/4H进行粉料添加，各相邻层次之间都有同样粉料，所以在压制成型之后，界限并不会特别清晰，烧结收缩后内外圆面都是平滑过渡；
(2)本发明通过制作多种收缩率不一样的粉料(通过工艺配方及造粒处理等系列工艺)，径向收缩率分别为1.22/1.24/1.26/1.29，取1.22/1.24/1.29三种粉料(磁环轴高20mm)，依次往模具内装填：一层为1.22的，二层为1.24的，三层为1.29的；层与层交界处因压制互相渗透及烧结互相融合形成过渡收缩率；
(3)本发明磨加工后磁环尺寸达到设计要求，充磁后沿轴向方向自上而下性能性能达到要求；以实施例1得到的8极圆台体(类似喇叭形状)多极磁环转子为例：要求为1800±100Gs，实际充磁后自上而下性能为1900Gs～1850Gs～1780Gs；
(4)由于直圆筒压坯在烧结完成后，烧坯自上而下的外径尺寸有梯度差，即在确保性能的前提下，本发明通过工艺控制，使得自上而下的各段压坯的宏观收缩率有梯度差；以实施例1磁环为例，控制磁环自上而下各段的压坯径向收缩率从1.29增加到1.22即可(下口粉料收缩率小更有利于烧结过程控制；径向收缩率计算方法：压坯外径尺寸/烧坯外径尺寸的最小点，数据越大表示收缩得越厉害)。
附图说明
图1为实施例1烧结过程的示意图；
图2为实施例1磨加工过程的示意图；
图3为对比例1制造工艺示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
下表为实施例中使用到原材料信息：
表1原料厂家信息
Figure BDA0002655015260000041
表2实施例1～3中原料质量份数
Figure BDA0002655015260000051
实施例1
本实施例为制造一款8极圆台体(类似喇叭形状)多极磁环转子，其端面中部贯穿开设有锥形孔，上口尺寸：D51mm*d31mm；下口尺寸为D49mm*d29mm；高度：H20 mm，圆环壁厚为10mm，表磁性能要求为1800Gs±100Gs；其中，D为端面外圆直径，d为端面内圆直径。
如图1和图2所示为本实施例的8极磁环制作流程，具体为：
(1)制粉：分别制备径向收缩率1.22/1.24/1.29三种粉料，粉料配方及制备方法如下：
a.制备径向收缩率1.22的粉料：
径向收缩率1.22的一次配方粉料为：氧化铁82份；碳酸钙2.8份；二氧化硅1.0份；硼酸0.8份；碳酸锶0.9份，聚氯乙烯1.2份；
径向收缩率1.22的二次配方粉料为：硬脂酸钙2.0份；硬脂酸锌1.0份；樟脑2.2份；聚乙烯醇2.0份；
将径向收缩率1.22的一次配方粉料加入球磨罐，磨制15小时，经磁场成型压机压制成块，再用回转窑经过350℃进行烘干，后经破损机进行破碎至平均粒度控制在0.8mm，最后加入径向收缩率1.22的二次配方粉料混合均匀(记作粉料A1)；
b.制备径向收缩率1.29的粉料：
径向收缩率1.29的一次配方粉料为：氧化铁90份；碳酸钙1.0份；二氧化硅0.2份；硼酸0.1份；碳酸锶0.5份，聚氯乙烯0.2份，氧化钴3.2份，氧化镧4.8份；
径向收缩率1.29的二次配方粉料为：硬脂酸钙0.5份；硬脂酸锌0.5份；樟脑1.5份；聚乙烯醇0.3份；
将径向收缩率1.29的一次配方粉料加入球磨罐，磨制12小时，经磁场成型压机压制成块，再用回转窑经过250℃进行烘干，后经破损机进行破碎至平均粒度控制在0.3mm，最后加入径向收缩率1.29的二次配方粉料混合均匀(记作粉料B1)；
c.制备径向收缩率1.24的粉料：将65％的收缩率为1.22的粉料与35％的收缩率为1.29的粉料混合均匀，得到的径向收缩率1.24的粉料(记作粉料C1)。
(2)成型：取直圆筒模具(陕西宝鸡德奥公司，型号DA5032)，依次往模具内填充26.4/3mm(考虑轴向收缩率1.20及烧坯轴高磨削量为2.0mm)的径向收缩率为1.22/1.24/1.29三种粉料，压制成型后，层与层交界处因压制互相渗透及烧结互相融合形成过渡收缩率。
(3)烧结：如图1所示，将压制成型后的坯料，放入辊道窑中烧结，其中，烧结设定4℃/min的升温速度，在1200℃保温2.2小时后自由冷却，得到得到类金字塔形的烧坯；整个过程根据窑况14个小时。
(4)磨加工：如图2所示，将烧结收缩后得到的烧坯磨削成圆台体状，并且将其端部中部贯穿的通孔磨削成锥形孔；其中砂轮的转速为3000rpm，并且砂子目数为200目，砂轮的型号为TY503B。
(5)充磁：将待充磁磁环大口朝上放入充磁夹具内，充磁夹具亦为圆台型，盖上盖板(防止充磁瞬间磁环突然受力蹦出)，将脉冲电源放电充磁(上海先达电子，型号M25120)。
(6)检测：将充好磁的磁环取出，用高斯计(上海亨通公司，型号HT701)测量其表面磁场。
本实施例实际充磁后自上而下性能为1900Gs～1850Gs～1780Gs，满足表磁性能要求(1800Gs±100Gs)。
实施例2
本实施例为制造一款8极圆台体(类似喇叭形状)多极磁环转子，其端面中部贯穿开设有锥形孔，上口尺寸：D51mm*d31mm；下口尺寸为D49mm*d29mm；高度：H10mm，圆环壁厚为10mm，表磁性能要求为1800Gs±100Gs；其中，D为端面外圆直径，d为端面内圆直径。
如图1和图2所示为本实施例的8极磁环制作流程，具体为：
(1)制粉：分别制备径向收缩率1.22/1.29两种粉料，粉料配方及制备方法如下：
a.制备径向收缩率1.22的粉料：
径向收缩率1.22的一次配方粉料为：氧化铁89份；碳酸钙0.3份；二氧化硅0.5份；硼酸0.1份；碳酸锶0.5份；
径向收缩率1.22的二次配方粉料为：硬脂酸钙1.0份；硬脂酸锌0.1份；樟脑0.5份；聚乙烯醇1.0份；
将径向收缩率1.22的一次配方粉料加入球磨罐，磨制9小时，经磁场成型压机压制成块，再用回转窑经过100℃进行烘干，后经破损机进行破碎至平均粒度控制在0.5mm，最后加入径向收缩率1.22的二次配方粉料混合均匀(记作粉料A2)；
b.制备径向收缩率1.29的粉料：
径向收缩率1.29的一次配方粉料为：氧化铁80份；碳酸钙2.5份；二氧化硅0.1份；硼酸0.8份；碳酸锶2.0份，氧化钴5份，氧化镧3份；
径向收缩率1.29的二次配方粉料为：硬脂酸钙2.0份；硬脂酸锌0.1份；樟脑2.2份；
将径向收缩率1.29的一次配方粉料加入球磨罐，磨制12小时，经磁场成型压机压制成块，再用回转窑经过250℃进行烘干，后经破损机进行破碎至平均粒度控制在0.3mm，最后加入径向收缩率1.29的二次配方粉料混合均匀(记作粉料B2)。
(2)成型：取直圆筒模具(陕西宝鸡德奥公司，型号DA5032)，依次往模具内填充7.2mm厚度(考虑轴向收缩率1.20及烧坯轴高磨削量为2.0mm)且径向收缩率为1.22/1.29两种粉料，压制成型后，层与层交界处因压制互相渗透及烧结互相融合形成过渡收缩率。
(3)烧结：如图1所示，将压制成型后的坯料，放入辊道窑中烧结，其中，烧结设定3℃/min的升温速度，在1200℃保温2小时后自由冷却，得到得到类金字塔形的烧坯；整个过程根据窑况13个小时。
(4)磨加工：如图2所示，将烧结收缩后得到的烧坯磨削成圆台体状，并且将其端部中部贯穿的通孔磨削成锥形孔；其中砂轮的转速为3000rpm，并且砂子目数为200目，砂轮的型号为TY503A。
(5)充磁：将待充磁磁环大口朝上放入充磁夹具内，充磁夹具亦为圆台型，盖上盖板(防止充磁瞬间磁环突然受力蹦出)，将脉冲电源放电充磁(上海先达电子，型号M25120)。
(6)检测：将充好磁的磁环取出，用高斯计(上海亨通公司，型号HT701)测量其表面磁场。
本实施例实际充磁后自上而下性能为1870Gs～1840Gs～1800Gs，满足表磁性能要求(1800Gs±100Gs)。
实施例3
本实施例为制造一款8极圆台体(类似喇叭形状)多极磁环转子，其端面中部贯穿开设有锥形孔，上口尺寸：D51mm*d31mm；下口尺寸为D49mm*d29mm；高度：H28mm，圆环壁厚为10mm，表磁性能要求为1800±100Gs；
本实施例的8极磁环制作流程具体为：
(1)制粉：分别制备径向收缩率1.22/1.24/1.26/1.29四种粉料，粉料配方及制备方法如下：
a.制备径向收缩率1.22的粉料：
径向收缩率1.22的一次配方粉料为：氧化铁96份；碳酸钙1.9份；二氧化硅0.1份；硼酸0.4份；碳酸锶0.1份，聚氯乙烯0.6份；
径向收缩率1.22的二次配方粉料为：硬脂酸钙0.2份；硬脂酸锌0.5份；樟脑0.12份；
将径向收缩率1.22的一次配方粉料加入球磨罐，磨制15小时，经磁场成型压机压制成块，再用回转窑经过350℃进行烘干，后经破损机进行破碎至平均粒度控制在0.8mm，最后加入径向收缩率1.22的二次配方粉料混合均匀(记作粉料A3)；
b.制备径向收缩率1.29的粉料：
径向收缩率1.29的一次配方粉料为：氧化铁85份；碳酸钙5份；二氧化硅1.0份；碳酸锶0.1份，聚氯乙烯1.0份，氧化钴1份，氧化镧12份；
径向收缩率1.29的二次配方粉料为：硬脂酸钙0.2份；硬脂酸锌1.0份；樟脑0.5份；聚乙烯醇2.0份；
将径向收缩率1.29的一次配方粉料加入球磨罐，磨制12小时，经磁场成型压机压制成块，再用回转窑经过250℃进行烘干，后经破损机进行破碎至平均粒度控制在0.3mm，最后加入径向收缩率1.29的二次配方粉料混合均匀(记作粉料B3)；
c.制备径向收缩率1.24的粉料：将65％的收缩率为1.22的粉料与35％的收缩率为1.29的粉料混合均匀，得到的径向收缩率1.24的粉料(记作粉料C2)；
d.制备径向收缩率1.26的粉料：由65％的收缩率为1.29的粉料与35％的收缩率为1.22的粉料混合均匀，得到的径向收缩率1.26的粉料(记作粉料D1)。
(2)成型：取直圆筒模具(陕西宝鸡德奥公司，型号DA5032)，依次往模具内填充9mm(考虑轴向收缩率1.20及烧坯轴高磨削量为2.0mm)径向收缩率为1.22/1.24/1.26/1.29四种粉料，压制成型后，层与层交界处因压制互相渗透及烧结互相融合形成过渡收缩率。
(3)烧结：将压制成型后的坯料，放入辊道窑中烧结，其中，烧结设定5℃/min的升温速度，在1200℃保温2.5小时后自由冷却，得到得到类金字塔形的烧坯；整个过程根据窑况15个小时。
(4)磨加工：将烧结收缩后得到的烧坯磨削成圆台体状，并且将其端部中部贯穿的通孔磨削成锥形孔；其中砂轮的转速为3000rpm，并且砂子目数为200目，砂轮的型号为TY503C。
(5)充磁：将待充磁磁环大口朝上放入充磁夹具内，充磁夹具亦为圆台型，盖上盖板(防止充磁瞬间磁环突然受力蹦出)，将脉冲电源放电充磁(上海先达电子，型号M25120)。
(6)检测：将充好磁的磁环取出，用高斯计(上海亨通公司，型号HT701)测量其表面磁场。
本实施例实际充磁后自上而下性能为1900Gs～1820Gs～1730Gs，满足表磁性能要求(1800Gs±100Gs)。
对比例1
本对比例与实施例1相同均是为制造一款8极圆台体(类似喇叭形状)多极磁环转子，其端面中部贯穿开设有锥形孔，上口尺寸：D51mm*d31mm；下口尺寸为D49mm*d29mm；高度：H20mm，圆环壁厚为10mm，其中，D为端面外圆直径，d为端面内圆直径。但是本对比例采用如图3所示砂轮直接将成品直圆筒形磁环磨削成实施例1尺寸的8极圆台体(类似喇叭形状)多极磁环转子，具体操作为：用尺寸为D051mm*d029mm*H20mm成品直圆筒形磁环去磨削(D0为端面外圆直径，d0为端面内圆直径)，将一端的外圆磨到49mm，另一端的内圆磨到31mm，磨加工过程使用圆锥的磨头(型号为TY503B，生产厂家为南京享利达模具有限公司)，尺寸上可以达到要求，但是在磨外圆那端(磨削了2mm)性能上只能达到1450Gs，且各极的一致性差。

Claims (8)

1.一种多极磁环，其特征在于：所述多极磁环为圆台体，其端面中部贯穿开设有锥形孔。
2.根据权利要求1所述的一种多极磁环，其特征在于：所述的多极磁环为八极磁环，其表磁性能自上而下要求为1800Gs±100Gs。
3.一种权利要求1或2所述多极磁环的制造方法，其特征在于：其步骤为：首先制备若干种收缩率的粉料，然后将若干种收缩率的粉料均匀分层填充至直圆筒模具中压制成型，再经过烧结收缩后得到类金字塔形的烧坯，最后经过磨加工、充磁、检测得到多极磁环。
4.根据权利要求3所述的一种多极磁环的制造方法，其特征在于：所述若干种收缩率的粉料的收缩率为1.22～1.29，其中，
收缩率为1.22的粉料包括一次配方和二次配方，收缩率为1.22的一次配方粉料各组分及质量份数为：氧化铁82～96份；碳酸钙0.3～2.8份；二氧化硅0.1～1.0份；硼酸0.1～0.8份；碳酸锶0.1～0.9份，聚氯乙烯0～1.2份；收缩率为1.22的二次配方粉料各组分及质量份数为：硬脂酸钙0.2～2.0份；硬脂酸锌0.1～1.0份；樟脑0.5～2.2份；聚乙烯醇0～2.0份；
收缩率为1.29的粉料包括一次配方和二次配方，收缩率为1.29的一次配方粉料各组分及质量份数为：氧化铁80～90份；碳酸钙1～5份；二氧化硅0.1～1.0份；硼酸0～0.8份；碳酸锶0.1～2.0份，聚氯乙烯0～1.0份，氧化钴1～5份，氧化镧3～12份；收缩率为1.29的二次配方粉料各组分及质量份数为：硬脂酸钙0.2～2.0份；硬脂酸锌0.1～1.0份；樟脑0.5～2.2份；聚乙烯醇0～2.0份；
其它收缩率的粉料满足以下关系：k＝1.22×m+1.29×n，其中，1.22＜k＜1.29，m为混合料中收缩率为1.22粉料的重量占比，n为混合料中收缩率为1.29粉料的重量占比。
5.根据权利要求4所述的一种多极磁环的制造方法，其特征在于：收缩率为1.24的粉料由65％的收缩率为1.22的粉料加上35％的收缩率为1.29的粉料混合均匀得到的；
收缩率为1.26的粉料由65％的收缩率为1.29的粉料加上35％的收缩率为1.22的粉料混合均匀得到的。
6.根据权利要求4所述的一种多极磁环的制造方法，其特征在于：所述一次配方粉料和二次配方粉料的混合方法为：将一次配方粉料加入球磨罐，磨制9～15小时，经磁场成型压机压制成块，再用回转窑经过100～350℃进行烘干，后经破碎机进行破碎至平均粒度控制在0.1～0.8mm，最后加入二次配方粉料混合均匀。
7.根据权利要求3所述的一种多极磁环的制造方法，其特征在于：所述烧结的工艺步骤为：将压制成型后的坯料，放入辊道窑中烧结，其中，烧结设定3～5℃/min的升温速度，在1180～1250℃保温2～2.5小时后自由冷却，得到得到类金字塔形的烧坯。
8.根据权利要求3所述的一种多极磁环的制造方法，其特征在于：所述磨加工的工艺步骤为：在转速为3000rpm且砂子目数为100～300目的砂轮下，将烧结收缩后得到的烧坯磨削成圆台体状，并且将其端部中部贯穿的通孔磨削成锥形孔。
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