CN112475291A - 一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具 - Google Patents

Abstract

本发明为了克服现有技术中大体积永磁体压制成型后，经切割而成的单片磁石一致性差，且切割过程造成许多浪费，材料利用率较低，生产成本较高的技术问题，提供一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具，包括上模组件，下模组件、凹模和线圈，上模组件包括上模板、上滑块固定板和上冲，下模组件包括模具模板、调节件和下冲，一端延伸至凹模内的下冲与凹模配合为成型腔，待压制的粉料位于上冲与下冲之间，上冲在压机带动下滑入成型腔对所述粉料进行压制，凹模远离上冲的一端设有浮动板，浮动板靠近上模板的一端设有下滑块，上滑块固定板上设有与下滑块配合的上滑块，下滑块靠近凹模的侧面上设有侧压凸模。

Description

一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具

技术领域

本发明涉及钕铁硼磁体技术领域，特别是涉及一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具。

背景技术

铷铁硼稀土永磁材料分为粘结钕铁硼和烧结钕铁硼，应用于能源、交通、机械、医疗、家电等领域，一般有瓦形与方块形。目前常见的烧结钕铁硼稀土永磁的制造方法是，通过上下方向压制动作的凸模，对模具型腔内的稀土原材料粉末进行压制，粉末在左右水平方向的磁场下取向磁畴，先压制成具有水平方向平行磁畴的长方体永磁体，烧结后，再切割加工成横截面为扇形的“磁瓦”或者方块，然后充磁使用。如申请号为CN200620021585.6的中国专利提供了一种各向异性烧结稀土永磁体取向成型装置，申请号为CN201320599956.9的中国专利提供了一种钕铁硼生产模具；其中介绍了上述磁场左右取向设置方法。

由于电机领域的烧结钕铁硼的高Br与Hcb，所以可以实现电机设计小型化、高功率。现在设计的电机用烧结钕铁硼磁化取向方向厚度一般在1.6mm~4m，产品高度20~45mm,采用大块成型烧结体切割成单体烧结钕铁硼磁瓦或者方块。

针对上述成型方式，授权公告号为CN106252054B的中国专利提供了一种各向异性钕铁硼磁体模压取向成型装置，该装置包括：模具组件，其与加热装置相连接，该模具组件由模具主体与模具主体上座、模具主体下座及内套连接而成，模具组件中心设有上下贯通的模具腔，所述模具主体包括设有取向器件的导磁体及无磁体，该模具主体可拆卸连接于第一模板上，第一模板则固定在冲压机上部；上冲压件，其可拆卸连接于冲压机头下部，该上冲压件可随冲压机头上下运动；下冲压件，其为管状体，该下冲压件下端可拆卸连接于第二模板上，其上端伸入所述模具主体的模具腔内；芯杆，其活动穿置于所述下冲压件内，并可上下移动，芯杆的下端与冲压机座活动连接，且将欲成型的各向异性钕铁硼磁体预压件置于处于加热状态的所述模具主体的模具腔与芯杆之间，并落入下冲压件顶部，启动上冲压件向下运动，上冲压件进入模具主体时，所述取向器件导通并进行磁极取向，同时上冲压件继续下行，将钕铁硼磁体预压件压制成型。

上述专利的不足之处在于，当压制取向坯块尺寸过大时，取向磁场分布梯度差异，进而导致切割后单片磁石性能一致性差；而且稀土价格上涨，在切割过程中也会造成很多浪费，其材料利用率较低。进一步的，如果采用将小规格单体单腔压制成型的设计方法，仍旧按照上下压制凸模，左右成型磁场设置，就会存在以下难题：细小的腔口容易使得粉料在腔口部产生 “搭桥效应”，粉料难以加入模具细小的型腔；成型高度高会引起上下层密度差，脱模时发生开裂或者难以脱模。

基于上述陈述，如何进一步优化取向压制成型方法，以使其适用于较薄厚度尺寸的烧结异性稀土永磁体生坯，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为了克服现有技术中大体积永磁体压制成型后，经切割而成的单片磁石一致性差，且切割过程造成许多浪费，材料利用率较低，生产成本较高的技术问题，提供一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具，采用单体单腔压制成型的加工方法，成型后的磁石性能的一致性优异，无需切割加工故而材料的利用率较高，且脱模效率较高。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具，包括上模组件，下模组件、凹模和线圈，上模组件包括上模板、上滑块固定板和上冲，下模组件包括模具模板、调节件和下冲，一端延伸至凹模内的下冲与凹模配合为成型腔，待压制的粉料位于上冲与下冲之间，上冲在压机带动下滑入成型腔对所述粉料进行压制，凹模远离上冲的一端设有浮动板，浮动板靠近上模板的一端设有下滑块，上滑块固定板上设有与下滑块配合的上滑块，下滑块靠近凹模的侧面上设有侧压凸模，侧压凸模在下滑块带动下滑入成型腔对所述粉料进行压制，线圈的磁场取向与凹模的轴向一致。

烧结钕铁硼常有瓦形和方块形，为便于说明，在图1、图2所示的烧结异性稀土钕铁硼永磁体上分别定义x方向、y方向和z方向。在压制成型烧结异性稀土钕铁硼永磁体生坯过程中，粉料难以加入模具细小的型腔，因为细小的腔口容易使得粉料在腔口部产生 “搭桥效应（一个大分子通过吸附,把许多胶粒联结起来,变成较大的聚集体而聚沉）”，而且成型高度高（即沿z向的尺寸较大）会引起上下层密度差，随着压制深度的增加，模具型腔与粉末之间的摩擦力呈指数递增，使得产品脱模开裂或者无法成型。基于上述问题，一般电机领域用烧结钕铁硼磁瓦与薄形方块的制作工艺是：先模具成型压制成具有水平方向平行磁畴的长方体永磁体，烧结后，再切割加工成横截面为扇形的“磁瓦”或者方块，然后充磁使用；即沿z向将产品的厚度加大，一般做模具到15mm~120mm厚度，使得产品可以压制。问题在于，压制取向坯块尺寸过大时，取向磁场分布梯度差异，进而导致切割后单片磁石性能一致性差；而且稀土价格上涨，在切割过程中也会造成很多浪费，其材料利用率较低。

本申请提供一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具，可以成型单件小尺寸钕铁硼生坯，压机结构简单，设置磁场沿凹模的轴向取向的线圈，压机上缸下行产生压力，上滑块同步下行时推动下滑块靠近凹模移动，下滑块靠近凹模的侧面上设有侧压凸模，侧压凸模在下滑块带动下靠近凹模移动，为避免成型产品产生宽度方向偏差，侧压凸模沿水平方向对称布设两个，随着压机上缸下压，在水平左右两个方向同时压制成型模具腔内粉末，侧压凸模的压制方向沿前叙定义的z方向进行，粉料的加注操作沿y方向进行，由于y方向的尺寸小于z方向，故而可有效解决因“搭桥效应”引发的加料难问题；此外，本申请所述模具对粉料的压制操作，既包括沿凹模轴向的上冲压制动作，亦包括沿凹模宽度方向的侧压凸模压制动作，产品的塑形性能优良，可有效避免脱模开裂或者无法成型的技术问题。

作为优选，下滑块包括被动侧面，上滑块包括驱动斜面，被动侧面和驱动斜面的倾斜角度一致且相互贴合，被动斜面位于下滑块远离凹模一侧，驱动斜面位于上滑块靠近凹模一侧。上述技术方案对上滑块与下滑块的配合方式进行限定，压机下移时，上滑块上的驱动斜面同步下移，上滑块下方所能容纳下滑块的空间减小，下滑块在上滑块的挤压作用下被推动向凹模移动，下滑块靠近凹模的端面上设有侧压凸模，下滑块移动时带动侧压凸模同步靠近凹模移动，侧压凸模伸入凹模内对粉料进行沿凹模宽度方向的压制动作。

作为优选，浮动板靠近上模板的端面上设有限位块，限位块位于下滑块远离凹模的一侧，限位包括限位段、安装段和承载段，沿浮动板法向布置的限位段与上滑块远离凹模的一侧抵接，承载段水平布置在浮动板上，下滑块靠近限位块的端面上设有与承载段相配合的滑槽。下滑块在上滑块驱动下需要靠近凹模移动，故而需要在下滑块远离凹模一侧布设限位块，避免下滑块自浮动板上滑落，进一步的，为实现对下滑块的良好的导向，保证下滑块沿凹模的宽度方向移动，本申请中的限位块包括承载段，承载段位于下滑块下方且与下滑块上的滑槽相匹配，承载段沿凹模的宽度方向布置，下滑动靠近凹模移动时承载段对其位移动作导向，避免下滑块移动时发生偏移。

作为优选，凹模的内壁面上设有合金层，凹模的周面上设有允许侧压凸模穿过的压槽，压槽沿合金层的厚度方向贯通，侧压凸模上设有复位弹簧。与粉料接触的壁面需要选用高强度材料，以避免其在压强作用下发生结构形变致使产品变形，但是整块凹模均选用高强度材料制备时成本较高，为降低生产成本，本申请中在凹模的内壁面上布置合金层，凹模的其余部位可选用相对较低的材料制备；复位弹簧的作用是对下滑块复位，从而保证在下一次压制动作前下滑块回位至初始位置，保证压制动作的正常进行。

作为优选，上模板靠近浮动板的端面上连接有氮气弹簧的一端，氮气弹簧的另一端连接有上模固定板，上冲固定在上模固定板远离上模板的端面。氮气弹簧用以给上冲头产生封模压力。

作为优选，上模板与上模固定板之间设有导向件，导向件的数目为若干个且间隔布置，导向件包括滑动配合的导向套和导向杆。

作为优选，所述合金层由硬度大于HRA86的无磁性硬质合金材料制成，合金层嵌设在凹模的内壁。

综上所述，本发明具有如下有益效果：（1）采用单体单腔压制成型的加工方法，成型后的磁石性能的一致性优异，无需切割加工故而材料的利用率较高，且脱模效率较高；（2）本申请中粉料的加注操作沿y方向进行，由于y方向的尺寸小于z方向，故而可有效解决因“搭桥效应”引发的加料难问题；（3）产品的塑形性能优良，可有效避免脱模开裂或者无法成型的技术问题；（4）本申请中制备烧结异性钕铁硼生坯的成型模具预留加工余量较小，可以明显减少材料浪费，显著提高材料的利用率和烧结后的磁体的磁性能。

附图说明

图1是本发明的制备烧结异性稀土钕铁硼永磁体瓦形示意图。

图2是本发明的制备烧结异性稀土钕铁硼永磁体方块形示意图。

图3是本发明的制备烧结异性稀土钕铁硼永磁体生坯的成型模具的正视图。

图4是本发明的制备烧结异性稀土钕铁硼永磁体生坯模具实施俯视图。

图5是本发明的制备烧结异性稀土钕铁硼永磁体生坯成型模具实施案例图。

图6是图3中A位置的局部放大图。

图中：

凹模1，线圈2，上模板3，上滑块固定板4，上冲5，模具模板6，调节件7，成型腔8，粉料9，浮动板10，下滑块11，被动侧面11a，滑槽11b，上滑块12，驱动斜面12a，侧压凸模13，限位块14，限位段14a，安装段14b，承载段14c，合金层15，压槽16，复位弹簧17，氮气弹簧18，上模固定板19，导向件20，导向套20a，导向杆20b。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

如图1至图所示，一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具，包括上模组件，下模组件、凹模1和线圈2，上模组件包括上模板3、上滑块固定板4和上冲5，下模组件包括模具模板6、调节件7和下冲，一端延伸至凹模内的下冲与凹模配合为成型腔8，待压制的粉料9位于上冲与下冲之间，上冲在压机带动下滑入成型腔对所述粉料进行压制，凹模远离上冲的一端设有浮动板10，浮动板靠近上模板的一端设有下滑块11，上滑块固定板上设有与下滑块配合的上滑块12，下滑块靠近凹模的侧面上设有侧压凸模13，侧压凸模在下滑块带动下滑入成型腔对所述粉料进行压制，线圈的磁场取向与凹模的轴向一致；下滑块包括被动侧面11a，上滑块包括驱动斜面12a，被动侧面和驱动斜面的倾斜角度一致且相互贴合，被动斜面位于下滑块远离凹模一侧，驱动斜面位于上滑块靠近凹模一侧；浮动板靠近上模板的端面上设有限位块14，限位块位于下滑块远离凹模的一侧，限位包括限位段14a、安装段14b和承载段14c，沿浮动板法向布置的限位段与上滑块远离凹模的一侧抵接，承载段水平布置在浮动板上，下滑块靠近限位块的端面上设有与承载段相配合的滑槽11b；凹模的内壁面上设有合金层15，凹模的周面上设有允许侧压凸模穿过的压槽16，压槽沿合金层的厚度方向贯通，侧压凸模上设有复位弹簧17；上模板靠近浮动板的端面上连接有氮气弹簧18的一端，氮气弹簧的另一端连接有上模固定板19，上冲固定在上模固定板远离上模板的端面；上模板与上模固定板之间设有导向件20，导向件的数目为若干个且间隔布置，导向件包括滑动配合的导向套20a和导向杆20b；所述合金层由硬度大于HRA86的无磁性硬质合金材料制成，合金层嵌设在凹模的内壁。

本实施例中氢破碎处理采用HD氢破碎工艺；在进行磁场取向时采用的是强磁场取向成型技术；在真空烧结炉中进行烧结时采用的是全密封高真空气淬烧结工艺。

如图3所示，顶部为上模板，上模板下方设有上滑块固定板，上模板的下端面上连接有上滑块，以位于凹模右侧的上滑块为例进行结构说明，上滑块包括位于左侧的驱动斜面，驱动斜面自左上朝右下倾斜，上滑块下方设有下滑块，下滑块的右侧设有被动侧面，被动侧面自左上朝右下倾斜，驱动斜面和被动侧面接触配合，下滑块的右侧设有限位块，下滑块的下方设有浮动板，限位块包括竖直布置的限位段和安装段，限位段位于安装段上方，安装段与浮动板的侧面相连，限位段与上滑块的右侧面抵接，限位块还包括承载段，承载段水平布置在浮动板上，下滑块的下端面上设有与承载段相匹配的滑槽，上滑块下移时挤压下滑块同步左移，凹模的左侧同样布设有上滑块和下滑块，凹模左侧的上滑块、下滑块与上述结构对称。凹模布置在浮动板的中心位置，凹模的内壁面上设有合金层，合金层由硬度大于HRA86的无磁性硬质合金材料制成，凹模的周面上设有压槽，压槽沿凹模的壁厚方向贯通至粉料位置，侧压凸模可沿压槽伸入并对粉料进行压制，当压机上行带动上滑块同步上移时，下滑块在复位弹簧带动下朝远离凹模的方向移动，为下一次的压制动作做准备。

如图4所示，本实施例中凹模上设有两个成型腔，成型腔呈长条状，成型腔的长度方向沿侧压凸模的移动方向布置，凹模的内壁镶嵌采用硬度大于HRA86的无磁性硬质合金材料制成的合金层。如图5所示，为了使得压机下行引导上滑块，本申请设计氮气弹簧，氮气弹簧给上冲头产生封模压力，下滑块与上滑块相互锲合联动，封模后上冲受凹模阻力停止下行并压缩氮气弹簧，上滑块继续下行，引导配合下滑块水平方向运动压制侧压凸模，填装在凹模中的粉料在侧压凸模压力下压制成型。凹模等固定在浮动板上，限位块限制上滑块固定板在可控的范围内下降。上述成型环境需要在充满氮气等隔绝氧气的情况下操作，这在极易氧化的高性能钕铁硼稀土永磁体生产中尤为重要。待上缸移动到设定的行程，侧压凸模保压完成后，撤除取向磁场，并施加反向磁场进行退磁；控制上缸快速复位；下滑块拉出侧压凸模，侧压凸模退回原始位置后，浮动板在压机下缸作用力下下拉，凹模同时下拉，下冲固定不动，从而将钕铁硼生坯顶出。

Claims (7)

1.一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具，包括上模组件，下模组件、凹模和线圈，其特征在于，上模组件包括上模板、上滑块固定板和上冲，下模组件包括模具模板、调节件和下冲，一端延伸至凹模内的下冲与凹模配合为成型腔，待压制的粉料位于上冲与下冲之间，上冲在压机带动下滑入成型腔对所述粉料进行压制，凹模远离上冲的一端设有浮动板，浮动板靠近上模板的一端设有下滑块，上滑块固定板上设有与下滑块配合的上滑块，下滑块靠近凹模的侧面上设有侧压凸模，侧压凸模在下滑块带动下滑入成型腔对所述粉料进行压制，线圈的磁场取向与凹模的轴向一致。

2.根据权利要求1所述一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具，其特征在于，下滑块包括被动侧面，上滑块包括驱动斜面，被动侧面和驱动斜面的倾斜角度一致且相互贴合，被动斜面位于下滑块远离凹模一侧，驱动斜面位于上滑块靠近凹模一侧。

3.根据权利要求1所述一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具，其特征在于，浮动板靠近上模板的端面上设有限位块，限位块位于下滑块远离凹模的一侧，限位包括限位段、安装段和承载段，沿浮动板法向布置的限位段与上滑块远离凹模的一侧抵接，承载段水平布置在浮动板上，下滑块靠近限位块的端面上设有与承载段相配合的滑槽。

4.根据权利要求3所述一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具，其特征在于，凹模的内壁面上设有合金层，凹模的周面上设有允许侧压凸模穿过的压槽，压槽沿合金层的厚度方向贯通，侧压凸模上设有复位弹簧。

5.根据权利要求1或2或3所述一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具，其特征在于，上模板靠近浮动板的端面上连接有氮气弹簧的一端，氮气弹簧的另一端连接有上模固定板，上冲固定在上模固定板远离上模板的端面。

6.根据权利要求5所述一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具，其特征在于，上模板与上模固定板之间设有导向件，导向件的数目为若干个且间隔布置，导向件包括滑动配合的导向套和导向杆。

7.根据权利要求4所述一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具，其特征在于，所述合金层由硬度大于HRA86的无磁性硬质合金材料制成，合金层嵌设在凹模的内壁。

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