CN116190084A - 一种瓦状钕铁硼永磁体的正向挤压成形装置及方法 - Google Patents

一种瓦状钕铁硼永磁体的正向挤压成形装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种瓦状钕铁硼永磁体的正向挤压热变形装置及方法，正向挤压装置包括垫块、支撑筒、模套、套筒和压柱；支撑筒和套筒均为顶底两端开口的内腔中空圆柱；压柱位于套筒的内腔中，用于正向挤压坯料；支撑筒的底端设置在垫块上；支撑筒的顶端开口处和套筒的底端开口处均设有圆台形凹槽；模套布置在支撑筒与套筒之间；模套的顶端设有与套筒底端的凹槽相吻合的圆形凸台，模套的底端的设有与支撑筒顶端的凹槽相吻合的圆形凸台；模套具有上下贯通的变形内腔，变形内腔自上而下依次包括连接区、过渡区和变形区；连接区的横截面与套筒的内腔的横截面相同，并相互吻合；过渡区呈漏斗状；变形区呈具有一定厚度的瓦状。

Description

一种瓦状钕铁硼永磁体的正向挤压成形装置及方法
技术领域
本发明属于稀土永磁材料的热成形技术领域，具体涉及一种瓦状钕铁硼永磁体的正向挤压成形装置及方法。
背景技术
在风力发电、新能源汽车、变频家用电器和节能电梯等新兴绿色能源领域，高性能永磁体的需求日益增长。热变形是获得纳米结构永磁体磁各向异性的最有效方法之一。钕铁硼磁体的热变形包括两个过程：热压和热变形。热压过程获得高密度纳米晶前驱体，而热变形过程获得高c轴织构。然而，该技术的工业化受到其生产效率的限制，而生产效率由热压和热变形之间的脱模过程控制。因此，迫切需要对热变形工艺进行创新，以发展该技术。
目前，热变形方法主要包括传统的镦粗法和反挤压法。对于薄壁辐射定向磁环的制备，反挤压热变形方法比烧结和粘合方法等常见方法具有明显优势。由于径向取向、均匀的磁性和平滑的扭矩输出，反挤压磁环已广泛应用于汽车电动助力转向系统、EPS电机、伺服电机、电动工具电机以及需要精确操作的机器人的各种直流电机。
与磁瓦贴皮而组成的假磁环相比、真磁环拥有一些很难克服的劣势：①磁环一般只能充磁为“轴向多极充磁”和“表面多极充磁”；其它的都是花腔。②充磁工艺很难在成块的磁铁中做到界线分明并严格按照图纸规定：这样、放到电机里之后会增加位置传感器的成本；③辐射环中的右边那种即所谓的辐射多极者拥有前面叙述的同样麻烦。④内外径辐射环中间是没有磁场的；若限定汽车电机隐含为轮毂电机的话则只能将线圈放在该环的中空。⑤充磁物件也会慢慢地失掉磁性。辐射环失磁速率比最稳固的首尾环(磁力线在环中转圈)要快大约两个数量级。⑥磁瓦重量小，加工工艺简单；充磁均匀。
并且，反向挤压法实现其他形状的成型局限性较大，成形高度受限，制备出的永磁体内壁易产生微裂纹。大部分工作都致力于通过模具镦粗或反挤压制备纳米结构永磁体，利用热正向挤压技术制备纳米结构永磁体的工作很少。因此，生产高质量高性能磁瓦并且设计和探索新的变形方法对热变形钕铁硼磁体的产业化具有重要意义。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种瓦状钕铁硼永磁体的正向挤压成形装置及方法。
本发明的机理：热压/热变形稀土钕铁硼永磁体不需要磁场取向就可以获得优异的晶体取向，各向异性磁体由于c轴织构的形成而具有高剩磁(Br)和最大磁能积(BH)，通过热变形技术获得变形是制备高磁性各向异性大块磁体的有效方法，热变形后纳米晶粒垂直于挤压方向伸长，晶粒的c轴转向平行于挤压方向；由于c轴织构的发展，Br和(BH)大幅增加；目前热压/热变形钕铁硼永磁体多采用反向挤压成形的方法，但成形高度受限，制备出的永磁体内壁易产生微裂纹，并且成型形状受限，制备过程模具容易粘连。本发明对相对空白的钕铁硼正向挤压成型方法进行了研究，并对以往的模具进行了改进，使模具更加简单便于制造，避免模具之间的粘合，变形区过渡平滑，可以制备出织构良好的高性能钕铁硼磁瓦。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种瓦状钕铁硼磁体的正向挤压成形装置，包括垫块1、支撑筒2、模套3、套筒4和压柱6。
所述支撑筒2和套筒4均为顶底两端开口的内腔中空圆柱；所述压柱6位于套筒4的内腔中，用于正向挤压坯料5；所述支撑筒2的底端设置在垫块1上；所述支撑筒2的顶端开口处和套筒4的底端开口处均设有圆台形凹槽；所述模套3布置在支撑筒2与套筒4之间；所述模套3的顶端设有与套筒4底端的凹槽相吻合的圆形凸台，模套3的底端的设有与支撑筒2顶端的凹槽相吻合的圆形凸台。
所述模套3具有上下贯通的变形内腔，所述变形内腔自上而下依次包括连接区、过渡区和变形区。
所述连接区的横截面与套筒4的内腔的横截面相同，并相互吻合；所述过渡区呈漏斗状；所述变形区呈具有一定厚度的瓦状。
所述坯料5为热压成型的各向同性钕铁硼磁体，该磁体的横截面为等边圆角矩形，其下端一部分置于所述模套3的连接区中，其余部分位于所述套筒4的内腔中。
所述垫块1的直径与支撑筒2和套筒4的外径相同。
模套3的外径小于支撑筒2和套筒4的外径。
所述套筒4底端的凹槽的内径与模套3顶端的凸台的外径相同；所述支撑筒2顶端的凹槽的内径与模套3底端的凸台的外径相同。
所述套筒4的内腔的横截面、压柱6的横截面和模套3的连接区的横截面均为等边圆角矩形。
所述正向挤压成形装置的材质为硬质合金。
所述过渡区与变形区的连接处具有弧形过渡。
得到的瓦状钕铁硼永磁体具有辐向取向，尺寸为曲率半径20～100mm，厚度5～20mm，弧长20～100mm，高度30～60mm。
一种利用所述的正向挤压成形装置的瓦状钕铁硼永磁体的正向挤压成形方法，包括如下步骤：
S1、将压柱6的侧表面和底端面、模套3的变形内腔、套筒4的内腔、坯料5的整个表面涂覆脱模剂；将垫块1放在支撑筒2的底端；将模套3底端的凸台放在支撑筒2顶端的凹槽内；将热压好的坯料5放置于模套3的连接区内；将套筒4底端的凹槽放置在模套3顶端的凸台之上，并将坯料5套进套筒4的内腔之中；将压柱6同轴配合放入凹模4的内腔，完成正向挤压成形装置装配；所述坯料5为各向同性钕铁硼磁体；
S2、将装配好的正向挤压成形装置放入热压机线圈内部，热压机腔体进行抽真空，在氩气保护环境下升温至850℃～950℃，保温10s～5min；
S3、压柱6向下挤压坯料5发生热流变，热流变过程中，坯料5沿着压力方向正向流动，逐渐填充进模套2内的正挤压成形空间，坯料5逐渐由正方体热流变得到完成辐向取向的瓦状钕铁硼磁体；
S4、热流变完成后脱模，降至室温，得到辐向取向的瓦状钕铁硼磁体。
所述坯料5的化学成分按质量百分比为：Nd或Ce+Pr 29％-32.5％、B 1.0-1.2％、Dy或Tb 0～8％、Ga 0.3-0.5％、Nb 0～0.5％、Al 0～0.5％、Cu 0.05～0.15％，余量为Fe。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明将坯料一部分置于模套中，一部分置于套筒中，避免起始变形区域在两模具零件接触面，极大避免了漏料和粘模的发生，并且坯料模套和套筒三者配合定位，不需要在模具上进行另外的定位设计，降低了制造难度。
本发明挤压模套的内腔设有正挤压成形平滑过渡区域，使得在上压柱向下运动时，坯料缓慢变形，逐渐填充挤压成形空间，从而实现坯体不同部位的材料应变均匀。本发明根据工件尺寸对模套变形过渡区以及成型完成区进行圆角处理，避免变形过程中应力过大造成内壁出现裂纹明显的现象。
本发明模套在整套模具中间位置，其外径略小于上端的套筒和下端的支撑筒，形成台阶状，以便模具零件之间因高温或漏料发生粘黏时分离。
本发明为钕铁硼正向挤压成型这一相对缺乏的领域进行了有意义研究，为解决钕铁硼反挤和墩粗成型形状局限较大做出了探索。
本发明结构简单，加工比较容易，而且坯料在压应力状态下轴对称成形，变形均匀，成形质量高。
附图说明
图1为本发明的瓦状钕铁硼永磁体的正向挤压成形装置的结构示意图(挤压开始时)；
图2为本发明的瓦状钕铁硼永磁体的正向挤压成形装置的结构示意图(挤压完成时)；
图3为本发明的瓦状钕铁硼永磁体的正向挤压成形装置的模套3的俯视结构示意图。
其中的附图标记为：
1垫块
2支撑筒
3模套
4套筒
5坯料
6压柱
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图1～图3所示，一种瓦状钕铁硼永磁体的正向挤压成形装置，包括垫块1、支撑筒2、模套3、套筒4和压柱6。
所述支撑筒2和套筒4均为顶底两端开口的内腔中空圆柱；所述压柱6位于套筒4的内腔中，用于正向挤压坯料5；所述支撑筒2的底端设置在垫块1上。所述支撑筒2的顶端开口处和套筒4的底端开口处均设有圆台形凹槽。所述模套3布置在支撑筒2与套筒4之间；所述模套3的顶端设有与套筒4底端的凹槽相吻合的圆形凸台，模套3的底端的设有与支撑筒2顶端的凹槽相吻合的圆形凸台；
所述模套3具有上下贯通的变形内腔，所述变形内腔自上而下依次包括连接区、过渡区和变形区；
如图3所示，所述连接区的横截面与套筒4的内腔的横截面相同，并相互吻合；所述过渡区呈漏斗状；所述变形区呈具有一定厚度的瓦状；所述瓦状为一弧度为5～20mm的圆弧形。所述过渡区与变形区的连接处具有弧形过渡。
所述套筒4底端的凹槽的内径与模套3顶端的凸台的外径相同；所述支撑筒2顶端的凹槽的内径与模套3底端的凸台的外径相同；所述套筒4内腔的内径与压柱6的外径相同并同轴配合；所述垫块1的直径与支撑筒2和套筒4的外径相同；所述模套3的外径小于支撑筒2和套筒4的外径。
所述套筒4的内腔的横截面、压柱6的横截面和模套3的连接区的横截面均为等边圆角矩形，避免端部应力过大造成坯料5出现明显裂纹。
如图1所示，所述坯料5的下端一部分置于所述模套3的连接区中，其余部分位于所述套筒4的内腔中。所述坯料5为各向同性钕铁硼磁体。
所述正向挤压成形装置采用硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀的硬质合金材质。
得到的瓦状钕铁硼永磁体的尺寸为：曲率半径20～100mm，厚度5～20mm，弧长20～100mm，高度30～60mm。
一种瓦状钕铁硼永磁体的正向挤压成形方法，包括如下步骤：
S1、将压柱6的侧表面和底端面、模套3的变形内腔、套筒4的内腔、坯料5的整个表面涂覆脱模剂；将垫块1放在支撑筒2的底端；将模套3底端的凸台放在支撑筒2顶端的凹槽内；将热压好的坯料5放置于模套3的连接区内；将套筒4底端的凹槽放置在模套3顶端的凸台之上，并将坯料5套进套筒4的内腔之中；将压柱6同轴配合放入凹模4的内腔，完成正向挤压成形装置装配；所述坯料5为各向同性钕铁硼磁体；
S2、将装配好的正向挤压成形装置放入热压机线圈内部，热压机腔体进行抽真空，在氩气保护环境下升温至850℃～950℃，保温10s～5min；
S3、压柱6向下挤压坯料5发生热流变，热流变过程中，坯料5正向流动，逐渐填充进模套2内的正挤压成形空间，坯料5逐渐由正方体热流变得到完成辐向取向的瓦状钕铁硼磁体；
S4、热流变完成后脱模，降至室温，得到辐向取向的瓦状钕铁硼磁体。
所述坯料5的化学成分按质量百分比表示为：Nd 29％-32.5％、B 1.1-1.2％、Dy0.6～8％、Nb 0.3～0.5％、Al 0.3～0.5％、Cu 0.05～0.15％，余量为Fe。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明的技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种瓦状钕铁硼磁体的正向挤压成形装置，其特征在于，所述正向挤压装置包括垫块(1)、支撑筒(2)、模套(3)、套筒(4)和压柱(6)；
所述支撑筒(2)和套筒(4)均为顶底两端开口的内腔中空圆柱；所述压柱(6)位于套筒(4)的内腔中，用于正向挤压坯料(5)；所述支撑筒(2)的底端设置在垫块(1)上；所述支撑筒(2)的顶端开口处和套筒(4)的底端开口处均设有圆台形凹槽；所述模套(3)布置在支撑筒(2)与套筒(4)之间；所述模套(3)的顶端设有与套筒(4)底端的凹槽相吻合的圆形凸台，模套(3)的底端的设有与支撑筒(2)顶端的凹槽相吻合的圆形凸台；
所述模套(3)具有上下贯通的变形内腔，所述变形内腔自上而下依次包括连接区、过渡区和变形区；
所述连接区的横截面与套筒(4)的内腔的横截面相同，并相互吻合；所述过渡区呈漏斗状；所述变形区呈具有一定厚度的瓦状。
2.根据权利要求1所述的正向挤压成形装置，其特征在于，所述坯料(5)为热压成型的各向同性钕铁硼磁体，该磁体的横截面为等边圆角矩形，其下端一部分置于所述模套(3)的连接区中，其余部分位于所述套筒(4)的内腔中。
3.根据权利要求1所述的正向挤压成形装置，其特征在于，所述垫块(1)的直径与支撑筒(2)和套筒(4)的外径相同。
4.根据权利要求1所述的正向挤压成形装置，其特征在于，模套(3)的外径小于支撑筒(2)和套筒(4)的外径。
5.根据权利要求1所述的正向挤压成形装置，其特征在于，所述套筒4底端的凹槽的内径与模套3顶端的凸台的外径相同；所述支撑筒2顶端的凹槽的内径与模套3底端的凸台的外径相同。
6.根据权利要求1所述的正向挤压成形装置，其特征在于，所述套筒(4)的内腔的横截面、压柱(6)的横截面和模套(3)的连接区的横截面均为等边圆角矩形。
7.根据权利要求1所述的正向挤压成形装置，其特征在于，所述正向挤压成形装置的材质为硬质合金。
8.根据权利要求1所述的正向挤压成形装置，其特征在于，所述过渡区与变形区的连接处具有弧形过渡。
9.根据权利要求1所述的正向挤压成形装置，其特征在于，得到的瓦状钕铁硼永磁体具有辐向取向，尺寸为曲率半径20～100mm，厚度5～20mm，弧长20～100mm，高度30～60mm。
10.一种利用权利要求1所述的正向挤压成形装置的瓦状钕铁硼永磁体的正向挤压成形方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、将压柱(6)的侧表面和底端面、模套(3)的变形内腔、套筒(4)的内腔、坯料(5)的整个表面涂覆脱模剂；将垫块(1)放在支撑筒(2)的底端；将模套(3)底端的凸台放在支撑筒(2)顶端的凹槽内；将热压好的坯料(5)放置于模套(3)的连接区内；将套筒(4)底端的凹槽放置在模套(3)顶端的凸台之上，并将坯料(5)套进套筒(4)的内腔之中；将压柱(6)同轴配合放入凹模(4)的内腔，完成正向挤压成形装置装配；所述坯料(5)为各向同性钕铁硼磁体；
S2、将装配好的正向挤压成形装置放入热压机线圈内部，热压机腔体进行抽真空，在氩气保护环境下升温至850℃～950℃，保温10s～5min；
S3、压柱(6)向下挤压坯料(5)发生热流变，热流变过程中，坯料(5)沿着压力方向正向流动，逐渐填充进模套(2)内的正挤压成形空间，坯料(5)逐渐由正方体热流变得到完成辐向取向的瓦状钕铁硼磁体；
S4、热流变完成后脱模，降至室温，得到辐向取向的瓦状钕铁硼磁体。
11.根据权利要求10所述的正向挤压成形方法，其特征在于，所述坯料(5)的化学成分按质量百分比为：Nd或Ce+Pr 29％-32.5％、B1.0-1.2％、Dy或Tb 0～8％、Ga 0.3-0.5％、Nb0～0.5％、Al 0～0.5％、Cu 0.05～0.15％，余量为Fe。
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