CN112659328A - 一种湿法成型用烧结永磁铁氧体成型模具上模板结构 - Google Patents

Abstract

一种湿法成型用烧结永磁铁氧体成型模具上模板结构，包括基体层和吸水层，所述吸水层为T形结构，所述吸水层嵌固在基体层下部，吸水层的顶部与基体层之间形成排水空间，所述吸水层采用粉末冶金多孔材料制成。本发明湿法成型永磁铁氧体成型模具上模吸水板加工简单、吸水效果更好、同时可以提升产品性能、消除现有生产产品外弧面吸水孔的凸点后可以进一步减少产品的磨削量、提高产品的合格率；同时更换方便，吸水板基体层可反复重复利用，降低生产成本。

Description

一种湿法成型用烧结永磁铁氧体成型模具上模板结构

技术领域

本发明涉及一种成型模具，特别是涉及一种湿法成型用烧结永磁铁氧体成型模具上模板结构。

背景技术

附图3为湿法成型用永磁铁氧体成型过程排水示意图，在现有永磁铁氧体在湿法成型中，含水率在34～38％范围的料浆在成型压制过程中，内部的水分在压力作用经过滤纸、滤布过滤后通过成型模具吸水板中的吸水孔排到顶部，然后顺斜坡导入到两侧的蓄水槽，采用真空抽水的方式排出到外界的负压真空罐中，最终形成料浆含水率在11～13％左右的生坯。此过程中，料浆水分通过吸水孔排出的速度是影响成型效率与品质的关键因素。现有湿法成型永磁铁氧体成型模具上模吸水孔的设计如附图3所示，吸水孔通常设计为直径为1.5～1.8mm的圆孔、孔与孔的圆心点间距通常为5～7mm，吸水孔总面积占吸水板总面积的4～6％之间。现有设计的主要问题有：1)受吸水板强度的影响，吸水孔间距不能过小，否则导致吸水板结构强度降低。成型过程中为保证生坯密度，通常成型压力为50±10MPa，在此压力下吸水板结构强度降低将导致出现向上塌陷、变形以及严重时出现开裂现象，这将影响到成型生坯的尺寸以及开裂问题，吸水板维修频次增加，使用寿命降低。通常每5万模次需要下机维修一次，使用寿命不超过30万模次；2)吸水孔大小无法设计过小或过大。成型过程中，料浆在压力作用下朝吸水孔处流动，其中料浆颗粒被滤纸和滤布拦截，水分透过滤纸滤布通过吸水孔排出，此时在生坯外弧面形成一个凸点。吸水孔凸点处密度与其他部位有明显差异。吸水孔设计越大，对成型过程排水有利，但会导致凸点越大，且密度分布更不均匀，因此对产品品质影响更大，生产确认最大孔径≤2mm。但吸水设计小于1.5mm，滤纸和滤布在压力作用下易穿孔堵塞，导致排水更差。受吸水孔孔径以及孔与孔间隙要求的影响，整个排水孔总面积无法再增加，从而严重制约成型压制时间无法得到改善。另外，虽然采用真空的方式将水分从吸水孔中抽除，但无法完全排空，压制完成后上模回程过程，吸水孔中残留水分从下端滴漏出来，部分透过滤布滤纸滴落到型腔表面以及生坯外弧面，此种情况将导致烧结过程中产品烧结开裂现象。

现有成型模具上模吸水板的吸水孔通常采用电火花或电钻的方式加工穿孔，加工效率极低，是导致成型模具吸水板加工费用增加的主要因素。

由于吸水孔导致成型后的生坯外弧面存在凸点，且凸点处密度与其他部位存在差异，导致烧结过程中收缩差异，在收缩差异界面处将出现显微裂纹，裂纹宽度约为1～5μm左右，为防止在产品上有残留这些微裂纹，在磨削过程需要将凸点以及根部全部磨削掉，否则将导致强度的降低。通常上模吸水板采用吸水孔设计成型的产品，外弧磨削量为1.2～1.5mm，内弧面磨削量通常为0.4～0.6mm。磨削量的增加，将导致材料的浪费，降低原料投入产出比。另外，产品表面部分晶体取向优于内部晶体取向，表面磨削量增加也将导致产品装机性能下降。

为解决湿法成型烧结永磁铁氧体成型过程排水问题，目前还有一种无吸水孔的上模吸水板设计方式。这种上模吸水板设计见附图5：吸水板与成型料浆接触面采用开槽设计，同时在吸水板表面垫200目不锈钢筛网。成型过程中料浆含水率透过不锈钢筛网沿槽流到型腔表面排出。槽设计深度通常为0.5～1mm左右，间距约为5±1mm。此种设计排水区域面积占总体吸水板面积10％左右，相对现有吸水孔的吸水板方式可加快排水速度，提高成型效率。但压制出来的生坯表面受吸水板凹槽的影响，同样也分布有凸槽，这会增加生坯烧结后的毛坯磨削量。另外吸水板的凹槽设计也影响到成型过程中型腔内的磁场分布，导致磁场分布不均匀性增加，因此成型过程中料浆颗粒受磁场分布的影响导致取向无法按照设计要求进行，最终影响到产品在装入电机后的装机性能，例如磁通或中心高斯。另外吸水板凹槽处极易堵塞，不锈钢筛网需要经常更换，导致生产成本的增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种成型时可显著改善料浆水分的排出，提高压制成型效率的湿法成型用烧结永磁铁氧体成型模具上模板结构。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种湿法成型用烧结永磁铁氧体成型模具上模板结构，包括基体层和吸水层，所述吸水层为T形结构，所述吸水层嵌固在基体层下部，吸水层的顶部与基体层之间形成排水空间，所述吸水层采用粉末冶金多孔材料制成。上模吸水板中蓄水槽连接吸水板的吸水嘴，通过真空抽水的方式进行排水。

根据成型模具设计的吸水层T形结构尺寸，对于量大或标准型号尺寸，采用粉末冶金直接成型加工。由于铁基、导磁或无磁不锈钢、无磁合金、硬质合金以及陶瓷材料采用粉末冶金方式生产，其收缩率可精确控制，因此采用这种方式生产可最大利用材料，降低生产成本。对于部分量小的尺寸，可采用机械加工的方式进行加工。

进一步，所述吸水层的顶部中间位置设有支撑台柱。能防止整体变形。

进一步，排水空间与排水管连接。通过真空抽水的方式进行排水。

进一步，所述吸水层的顶部为中间高两侧低的屋顶形结构。

优选的，上模吸水板基体层采用45号导磁钢或70Mn、60Mn、50Mn无磁钢制作。主要根据成型模具磁路设计选取相应的材质。对于内外弧表面磁场要求有差异的永磁铁氧体产品，上模吸水板基体层采用45号导磁钢；对于内外弧度要求无差异的永磁铁氧体产品，上模吸水板基体层采用70Mn、60Mn或50Mn无磁钢或无磁不锈钢制作。为防止成型过程中吸水板基体层在成型过程中发生变形，要求45号钢通过热处理方式保证硬度≥22HRc。

进一步，吸水层与基体层的侧边采用焊接或过盈装配的方式连接。为保证镶嵌的强度，对于成型生坯长度尺寸或宽度尺寸≥30mm以上成型模具，采用焊接的方式镶嵌；成型生坯设计长度尺寸以及宽度尺寸＜30mm以下的成型模具，采用高温过盈装配的方式进行镶嵌。

成型过程中上模吸水板的吸水层底部直接与成型的生坯外弧面接触，所受的压制应力通常≥40MPa，因此要求硬度≥22HRc，防止在成型过程中发生变形现象。粉末冶金多孔材料的材质根据成型模具磁路设计要求的磁导率进行选择。若采用导磁材料，则选择粉末冶金铁基、导磁不锈钢多孔材料；若采用不导磁材料，则选择无磁不锈钢、无磁合金、硬质合金以及陶瓷材料。

上模吸水板吸水层的粉末冶金多孔材料，其特性要求之一为孔隙度。孔隙度根据吸水层的材质进行确定，通常要求30～60％之间。吸水层主要作用在于排水，因此孔隙度的大小将影响到成型过程中型腔内料浆水分的排出速度。孔隙度越小，意味着吸水层中孔隙通道的延长，单位面积上孔隙数量的降低，因此将导致成型过程排水速度的降低，这对成型效率由较大的影响。但孔隙度对材料的硬度有明显的影响，随着孔隙度的增加，材料的硬度将出现明显的下降。通常对于导磁铁基材质、导磁/不导磁不锈钢材质，要求孔隙度40±5％；对于无磁合金材质、硬质合金或陶瓷材质，要求孔隙度50±5％。

优选的，上模吸水板吸水层的粉末冶金多孔材料，其特性要求之二为孔隙孔径：最优的孔隙孔径设计为5～10微米。对于湿法成型的永磁铁氧体料浆，其平均粒度通常为1.0±0.2微米，粒度分布D50通常为1.2±0.1微米。通常成型压力设计为40MPa。因此成型过程中不可避免出现料浆颗粒随排出的料浆水分渗入到吸水层，因此粉末冶金多孔材料的孔隙孔径设计尤为重要。孔隙孔径设计过大，将导致料浆颗粒更易进入到多孔材料的孔隙中，造成堵塞孔隙的现象。但孔隙孔径设计过小，孔隙中的料浆颗粒易卡在孔隙中，在后面的吸水层清洗过程中无法排出，导致吸水层报废的现象。因此要求最优的孔隙孔径设计为5～10微米。

由于吸水层采用粉末冶金多孔材料，材料表面以及内部分布有约30～60％的孔隙度。所有的孔隙均相互联通，因此成型过程中吸水板有效排水面积将可达到与孔隙度同样比例。相对现有设计吸水孔的吸水板排水面积仅4～6％相比，理论上排水速度为5～10倍。考虑到料浆水分在生坯内的排出速度影响，压制过程中压制时间(快压时间+慢压时间)可降低到原有压制时间的一半左右。现有设计吸水孔的吸水板，压制过程中压制时间通常为40±10s，压制辅助时间为35±5s，总压制周期为75±10s，因此采用本发明设计的吸水板后，压制时间可降低到20±5s，在压制辅助时间不变的调降下，总压制周期为55±10S，成型效率可提升25±5％。

本发明湿法成型永磁铁氧体成型模具上模吸水板加工简单、吸水效果更好、同时可以提升产品性能、消除现有生产产品外弧面吸水孔的凸点后可以进一步减少产品的磨削量、提高产品的合格率；同时更换方便，吸水板基体层可反复重复利用，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1所示实施例的俯视图；

图3为湿法成型用永磁铁氧体成型过程排水示意图；

图4为现有湿法成型永磁铁氧体成型模具上模带吸水孔的吸水板的结构示意图；

图5为现有湿法成型永磁铁氧体成型模具上模带吸水槽的吸水板的结构示意图。

图中：1、基体层，2、吸水层，3、排水空间，4、排水管，5、支撑台柱。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1-2所示，本实施例包括基体层1和吸水层2，所述吸水层2为T形结构，所述吸水层2嵌固在基体层1下部，所述吸水层2的顶部为中间高两侧低的屋顶形结构，吸水层2的顶部与基体层1之间形成排水空间3，排水空间3与排水管4连接。

本实施例中，所述吸水层2的顶部中间位置设有支撑台柱5。

本实施例中，吸水层2与基体层1的侧边采用焊接的方式连接，吸水层2底部与型腔对应的腔体直接接触。

该成型模具压制生坯为平面方块形状，要求内弧磁通大于外弧磁通。吸水板基体层设计采用45号钢材料，吸水层设计为粉末冶金非导磁硬质合金多孔材料，硬度HRC38，孔隙度40％，孔隙孔径为6微米。吸水层2底部宽度40mm，凸台底部高度15mm，凸台上部宽度30mm。

对比例：

如图4所示，对比例为现有吸水孔设计的上模吸水板设计，产品以及生坯设计与实施例一致，成型模具上模吸水板磁路设计一致，基体层采用45#钢材料设计，非导磁层采用70Mn材质，硬度HRC32。设计为吸水孔排水方式。

使用本发明实施例与对比例装配而成的成型模具上机成型压制时间对比见表1；使用本发明实施例与对比例装配而成的成型模具所生产的磁瓦半成品与产品的参数见表2，使用本发明实施例与对比例装配而成的成型模具所生产的磁瓦产品的缺陷率与合格率见表3。

表1：本发明实施列与对比例成型模具上机成型压制周期对比

表2：本发明实施例与对比例成型模具生产的生坯与毛坯参数以及磨削量与磁通对比

表3：本发明实施例与对比例成型模具生产的磁瓦产品的缺陷率与合格率

次品

掉块

波纹

倒角不良

内弧裂

倒角裂

粘模

毛坯面

合格率

对比例

2.10％

0.41％

0.22％

0.76％

1.35％

0.31％

0.04％

94.81％

本发明

2.01％

0.38％

0.32％

0.00％

0.23％

0.01％

0.03％

97.02％

使用本发明实施例与对比例成型模具生产的成型压制周期对比，成型周期降低24.2％，其中最主要在于压制时间由33s降低到16s，压制时间降低51.5％。相对对比例，由于成型过程排水效率的增加，在降低压制时间的同时生坯密度明显增加，生坯内部水分含量降低。由于取消外弧吸水孔颗点，毛坯外弧磨削量由1.3mm降低到0.6mm，磨削损失量由28.55％降低到21.71％。由于磨削量的降低以及产品内部取向均匀性增加，产品的磁通得到改善。在磨削过程中，相应在成型过程中导致的内弧裂、倒角裂以及粘模等品质问题得到改善，产品的合格率由94.81％提升到97.02％。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种湿法成型用烧结永磁铁氧体成型模具上模板结构，包括基体层和吸水层，其特征在于：所述吸水层为T形结构，所述吸水层嵌固在基体层下部，吸水层的顶部与基体层之间形成排水空间，所述吸水层采用粉末冶金多孔材料制成。

2.根据权利要求1所述的湿法成型用烧结永磁铁氧体成型模具上模板结构，其特征在于：所述吸水层的顶部中间位置设有支撑台柱。

3.根据权利要求1或2所述的湿法成型用烧结永磁铁氧体成型模具上模板结构，其特征在于：排水空间与排水管连接。

4.根据权利要求1或2所述的湿法成型用烧结永磁铁氧体成型模具上模板结构，其特征在于：所述吸水层的顶部为中间高两侧低的屋顶形结构。

5.根据权利要求1或2所述的湿法成型用烧结永磁铁氧体成型模具上模板结构，其特征在于：吸水层与基体层的侧边采用焊接或过盈装配的方式连接。

6.根据权利要求3所述的湿法成型用烧结永磁铁氧体成型模具上模板结构，其特征在于：吸水层与基体层的侧边采用焊接或过盈装配的方式连接。

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