CN116487172A - 一种适用于钕铁硼永磁片的复合式挤压成形装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于钕铁硼永磁片的反挤压和复合式挤压成形组合装置及方法。组合式挤压成形装置包括垫块、垫片、下凸模、模套、上凸模和上、下定位片；做反挤压装置时垫片置于模套内腔的下部；坯料置于垫片之上，上凸模通过两个定位片设置在模套的内腔上部，坯料之上；在热流变中随着上凸模的向下移动，坯料被反向挤压；做复合挤压时将垫片换成下凸模，左右为下定位片，设置在模套的内腔下部，其他不变；坯料置于下凸模与上凸模之间，在热流变中随着上凸模的向下移动，被同时正向、反向挤压。本发明结构简单，并且进行简单的组件更换即可在反挤压和复合挤压片的制备上进行切换，大大节省了模具制造成本，便于对两种方法所制备的钕铁硼磁片进行对比与分析，获得两者之中变形更均匀，取向更好的高性能磁片。
Description
技术领域
本发明属于稀土永磁材料的热成形技术领域，具体涉及一种适用于钕铁硼永磁片的组合式挤压成形装置及方法。
背景技术
稀土永磁材料作为一种高性能永磁材料，已成为高新技术领域不可或缺的必需品，其将会有力促进现代科学技术与信息工业的发展。由于钕铁硼拥有极高的磁能积和矫顽力，并且具有超高能力密度以及更优的性能价格比和更良好的机械特性，目前应用于新能源电机、矿山机械、航空航天等领域。
热压/热变形制备方法具有温度低、时间短、制备工艺简单等特点，是制备全密度各向异性磁体的重要方法，是极具发展前景的近终成形短流程制备技术。
热压/热变形技术制备出的反挤压Nd-Fe-B磁体具有优异的磁性能、耐高温、耐腐蚀性，最重要的是反挤压制备出的Nd-Fe-B磁体不需要外磁场进行取向，具有近终成型的特点，只需要进行机加工处理就可以获得若干个Nd-Fe-B磁片。
通过反挤压法制备钕铁硼磁片时模具与坯料的接触面小且简单，脱模容易，模具组件组装与安放方便，生产流程短。但是反挤压法制备Nd-Fe-B磁片磁性能不均匀性大，可以应用的部分有限，并且由于受到摩擦力的影响，磁片的高度会受到很大的限制，磁片的底部会存有较多的余料，造成材料的浪费。并且模具的制作成本巨大，制作周期较长，使用周期有限。
因此当对产品性能要求不是特别高，且更注重生成效率，即可采用反挤压法制备磁片，当对产品性能要求很高，节省材料即可采用复合挤压法制备磁片，极大地减少了模具成本。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种适用于钕铁硼永磁片组合式挤压成形装置及方法。
本发明的机理： 热压/热变形磁体的制备主要分为热压和热变形两个阶段，首先利用热压对磁粉进行固化得到高密度各向同性磁体，随后在热变形的过程中等轴晶转变为具有c 轴织构的片状晶，c 轴织构与压力方向平行，形成全密度的各向异性磁体，磁性能得到极大的提升。变形过程中片状晶粒的形成及其排列过程可被认为是热变形Nd-Fe-B磁体的织构形成机制。
反挤压法和复合挤压法各有优势，对于不同的产品要求可选用不同的成型工艺进行制备，当对产品性能要求不是特别高，且更注重生成效率，即可采用反挤压法制备磁片，当对产品性能要求很高，节省材料即可采用复合挤压法制备磁片。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种适用于钕铁硼永磁片的组合式挤压成形装置，其特征在于，进行简单的组件更换即可完成复合挤压和反挤压模具的切换;
所述组合式挤压成形装置包括下定位片（1）、下凸模（2）、模套（3）、上定位片（4）、上凸模（5）、垫块（7）和垫片（8）；
当作为复合挤压模具时：
所述模套（3）为两端开口的内腔中空的四角倒圆角的方柱；模套（3）的底端设置在垫块（1）上；
所述下凸模（2）和上凸模（5）均为形状相同他的四方倒圆角的长方柱体结构，上凸模（2）长于下凸模（2）；
所述下凸模（2）设置在模套（3）的内腔下部垫块（7）上方；上凸模（5）设置在坯料（6）上方；
所述下凸模（2）上凸模（5）两侧均由形状相同的一侧倒圆角的长方体定位片，上定位片长于下定位片；
所述下凸模（2）的柱体侧表面与模套（3）的内腔侧壁之间间隔一定距离，构成正挤压成形空间；
所述坯料（6）置于下凸模（2）与上凸模（5）之间，在热流变中随着上凸模（5）的向下移动，被同时正向、反向挤压。
当作为反挤压模具时，仅需将下定位片（1）和下凸模（2）替换为垫片（8），所述坯料（6）置于下垫片（8）之上热流变中随着上凸模（5）的向下移动，被反向挤压。
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，复挤压时其下端位于下凸模之上，上端均位于上凸模之下。
所述垫块（7）的直径与模套（3）的外径相同。
所述上凸模（5）和下凸模（2）形状一致，上定位片（4）和下定位片（1）形状一致，且上凸模（5）和上定位片（4）高度均大于下凸模（2）和下定位片（1）。
所述上凸模（5）的下端面边缘和下凸模（2）的上端面边缘根据坯料和模具尺寸做相应的圆角处理。
所述复合式挤压成形装置的材质为硬质合金。
所述的组合式挤压成形装置的适用于钕铁硼永磁片的复合式和反挤压成形方法，包括如下步骤：
S1、复挤压时将下凸模（2）的柱体侧表面和上端面、模套（3）的内腔侧壁、上凸模（5）的柱体侧表面和下端面、上定位片（4）的下端面和下定位片（1）上端面的涂覆脱模剂；将垫块（1）放在模套（3）的底端；将下凸模（2）放入模套（3）的内腔下部，并通过左右两个下定位片（1）定位；再将热压好的坯料（6）放置于模套（3）的内腔的下凸模（2）的上端面上；将上定位片（4）置于上凸模（5）两侧一同放置在模套（3）的内腔上部坯料（6）上方，完成复合式挤压成形装置装配；所述坯料（6）为各向同性钕铁硼磁体；
做反挤压时只需将下凸模和下定位片换成垫片并在上端面涂覆脱模剂，坯料置于垫片之上其它与复合挤压相同。
S2、将装配好的组合式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、复挤压时上凸模（5）向下挤压坯料（6）发生热流变，热流变过程中，坯料（6）同时正向和反向流动，逐渐填充下凸模（2）与模套（3）构成的正挤压成形空间，坯料（6）的热流变完成得到取向方向垂直于磁片的磁片；
反挤压时上凸模（5）向下挤压坯料（6）发生热流变，热流变过程中，坯料（6）反向流动，坯料（6）的热流变得到完成取向方向垂直于磁片的磁片。
S4、热流变完成后脱模，降至室温，得到取向方向垂直于磁片的磁片。
所述坯料（6）的化学成分按质量百分比表示为：Nd 1-x(Pr,Ce,Tb,Dy)x 30%-38%、B 1.1-1.2%、Nb 0.3~0.5%、Al 0.3~0.5%、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：
本发明才用了简单的组件更换即可实现反挤压法和复合挤压法的更换，更好的利用反挤压法和复合挤压法的优缺点，并且节省了制作另一套模具的成本，使得生产成本大大降低。
本发明挤压模套的内腔底部设有正挤压成形空间，使得在上凸模向下运动时，坯料同时正向和反向流动，逐渐填充挤压成形空间，增加刚性平移区材料的应变量，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上凸模和下凸模与坯料接触的端面边缘进行圆角处理以及上下定位片与模套接触的一边的两棱也做了倒圆角处理，避免端部应力过大造成内壁出现裂纹明显的现象。
本发明上下凸模，上下定位片形状一致，仅仅高度不同，且形状简单，使得模具制造加工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为本发明的适用于钕铁硼永磁片复合式挤压成形装置的结构示意图（挤压开始时）；
图2为本发明的适用于钕铁硼永磁片反挤压成形装置的结构示意图（挤压开始时）；
图3为本发明的适用于钕铁硼永磁片复合式挤压成形装置的结构示意图（挤压完成时）；
图4为本发明的适用于钕铁硼永磁片反挤压成形装置的结构示意图（挤压完成时）；
其中的附图标记为：
1-下定位片；
2-下凸模；
3-模套；
4-上定位片；
5-上凸模；
6-坯料；
7-垫块；
8-垫片；
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4所示，一种适用于钕铁硼永磁片的组合式挤压成形装置，包括下定位片（1）、下凸模（2）、模套（3）、上定位片（4）、上凸模（5）、垫块（7）和垫片(8)；所述模套（3）为两端开口的内腔中空的四角倒圆角的方柱；模套（3）的底端设置在垫块（1）上；所述垫块1的直径与凹模3的外径相同。
所述下凸模（2）和上凸模（5）均为形状相同他的四方倒圆角的长方柱体结构，上凸模（2）长于下凸模（2）；
所述下凸模（2）设置在模套（3）的内腔下部垫块（7）上方；上凸模（5）设置在坯料（6）上方；
所述下凸模（2）上凸模（5）两侧均由形状相同的一侧倒圆角的长方体定位片，上定位片长于下定位片。
如图3所示所述下凸模（2）的柱体侧表面与模套（3）的内腔侧壁之间间隔一定距离，构成正挤压成形空间；所述坯料（6）置于下凸模（2）与上凸模（5）之间，在热流变中随着上凸模（5）的向下移动，被同时正向、反向挤压。
如图4所示当作为反挤压模具时，仅需将下定位片（1）和下凸模（2）替换为垫片（8），所述坯料（6）置于下垫片（8）之上热流变中随着上凸模（5）的向下移动，被反向挤压。
所述的组合式挤压成形装置，其特征在于，所述上凸模（5）的下端面边缘和下凸模（2）的上端根据坯料和模具尺寸做相应的圆角处理，避免端部应力过大造成坯料（6）的内壁出现裂纹明显的现象。
所述组合式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。
一种适用于钕铁硼永磁片的组合式挤压成形方法，包括如下步骤：
S1、复挤压时将下凸模（2）的柱体侧表面和上端面、模套（3）的内腔侧壁、上凸模（5）的柱体侧表面和下端面、上定位片（4）的下端面和下定位片（1）上端面的涂覆脱模剂；将垫块（1）放在模套（3）的底端；将下凸模（2）放入模套（3）的内腔下部，并通过左右两个下定位片（1）定位；再将热压好的坯料（6）放置于模套（3）的内腔的下凸模（2）的上端面上；将上定位片（4）置于上凸模（5）两侧一同放置在模套（3）的内腔上部坯料（6）上方，完成复合式挤压成形装置装配；所述坯料（6）为各向同性钕铁硼磁体；
做反挤压时只需将下凸模和下定位片换成垫片并在上端面涂覆脱模剂，坯料置于垫片之上其它与复合挤压相同。
S2、将装配好的组合式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、复挤压时上凸模（5）向下挤压坯料（6）发生热流变，热流变过程中，坯料（6）同时正向和反向流动，逐渐填充下凸模（2）与模套（3）构成的正挤压成形空间，坯料（6）的热流变完成得到取向方向垂直于磁片的磁片；反挤压时上凸模（5）向下挤压坯料（6）发生热流变，热流变过程中，坯料（6）反向流动，坯料（6）的热流变得到完成取向方向垂直于磁片的磁片。
S4、热流变完成后脱模，降至室温，得到取向方向垂直于磁片的磁片。
根据权利要求6所述的组合式挤压成形方法，其特征在于，所述坯料（6）的化学成分按质量百分比表示为：Nd1-x(Pr,Ce,Tb,Dy)x 30%-38%、B 1.1-1.2%、Nb 0.3~0.5%、Al0.3~0.5%、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 (8)
1.一种适用于钕铁硼永磁片的组合式挤压成形装置，其特征在于，进行简单的组件更换即可完成复合挤压和反挤压磁片的切换;
所述组合式挤压成形装置包括下定位片（1）、下凸模（2）、模套（3）、上定位片（4）、上凸模（5）、垫块（7）和垫片（8）；
当作为复合挤压模具时：
所述模套（3）为两端开口的内腔中空的四角倒圆角的方柱；模套（3）的底端设置在垫块（1）上；
所述下凸模（2）和上凸模（5）均为形状相同的四方倒圆角的长方柱体结构，上凸模（2）长于下凸模（2）；
所述下凸模（2）设置在模套（3）的内腔下部垫块（7）上方；上凸模（5）设置在坯料（6）上方；
所述下凸模（2）上凸模（5）两侧均由形状相同的一侧倒圆角的长方体定位片，上定位片长于下定位片；
所述下凸模（2）的柱体侧表面与模套（3）的内腔侧壁之间间隔一定距离，构成正挤压成形空间；
所述坯料（6）置于下凸模（2）与上凸模（5）之间，在热流变中随着上凸模（5）的向下移动，被同时正向、反向挤压；
当作为反挤压模具时，仅需将下定位片（1）和下凸模（2）替换为垫片（8），所述坯料（6）置于下垫片（8）之上，热流变中随着上凸模（5）的向下移动，被反向挤压。
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，复合挤压时其下端位于下凸模之上，上端均位于上凸模之下。
3.根据权利要求1所述的组合式挤压成形装置，其特征在于，所述垫块（7）的直径与模套（3）的外径相同。
4.根据权利要求1所述的复合式挤压成形装置，其特征在于，上凸模（5）和下凸模（2）形状一致，上定位片（4）和下定位片（1）形状一致，且上凸模（5）和上定位片（4）高度均大于下凸模（2）和下定位片（1）。
5.根据权利要求1所述的复合式挤压成形装置，其特征在于，所述上凸模（5）的下端面边缘和下凸模（2）的上端面边缘根据坯料和模具尺寸做相应的圆角处理。
6.根据权利要求1所述的组合式挤压成形装置，其特征在于，所述复合式挤压成形装置的材质为硬质合金。
7.一种利用权利要求1所述的组合式挤压成形装置的适用于钕铁硼永磁片的复合式和反挤压成形方法，当做复合式挤压时其特征在于，包括如下步骤：
S1、复合挤压时将下凸模（2）的柱体侧表面和上端面、模套（3）的内腔侧壁、上凸模（5）的柱体侧表面和下端面、上定位片（4）的下端面和下定位片（1）上端面的涂覆脱模剂；将垫块（1）放在模套（3）的底端；将下凸模（2）放入模套（3）的内腔下部，并通过左右两个下定位片（1）定位；再将热压好的坯料（6）放置于模套（3）的内腔的下凸模（2）的上端面上；将上定位片（4）置于上凸模（5）两侧一同放置在模套（3）的内腔上部坯料（6）上方，完成复合式挤压成形装置装配；所述坯料（6）为各向同性钕铁硼磁体；
做反挤压时只需将下凸模和下定位片换成垫片并在上端面涂覆脱模剂，坯料置于垫片之上，其它与复合挤压相同；
S2、将装配好的组合式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、复挤压时上凸模（5）向下挤压坯料（6）发生热流变，热流变过程中，坯料（6）同时正向和反向流动，逐渐填充下凸模（2）与模套（3）构成的正挤压成形空间，坯料（6）的热流变获得完成辐向取向方向垂直于磁片的磁片；反挤压时上凸模（5）向下挤压坯料（6）发生热流变，热流变过程中，坯料（6）反向流动，坯料（6）的热流变获得取向方向垂直于磁片的磁片；
S4、热流变完成后脱模，温度降至室温，获得取向方向垂直于磁片的磁片。
8.根据权利要求7所述的组合式挤压成形方法，其特征在于，所述坯料（6）的化学成分按质量百分比表示为：Nd1-x(Pr,Ce,Tb,Dy)x 30%-38%、B 1.1-1.2%、Nb 0.3~0.5%、Al 0.3~0.5%、Cu 0.05~0.15%，余量为Fe。
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