DE10235521A1

DE10235521A1 - Manufacture of moldings from permanent magnet material, by compacting magnetic powder in press chamber while generating alignment magnetic field

Info

Publication number: DE10235521A1
Application number: DE2002135521
Authority: DE
Inventors: Georg Werner Reppel; Heinz-Dieter Zilg
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2004-02-26

Abstract

A magnetic powder (2) is placed in a press chamber (1) through which a filling magnetic field penetrates. The magnetic powder is then compacted quasi-isostatically in the press chamber by changing the press chamber volume in multiple dimensions. During the exertion of pressure, an alignment magnetic field that penetrates the press chamber is generated. An Independent claim is included for an apparatus for performing the method.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Herstellung von (gesinterten) Magneten, nachfolgend auch als Formteile oder Formkörper bezeichnet, aus einem magnetischen Pulver (Pulverpresslinge), insbesondere hochremanenter Dauermagnete. Der im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff „Magnet" bzw. „magnetisches Pulver" umfasst nicht nur einen Permanentmagneten in magnetisiertem Zustand, sondern auch magnetisierbare Materialien oder Elemente vor ihrer Magnetisierung.The invention is in the field the production of (sintered) magnets, hereinafter also as Molded parts or moldings referred to, from a magnetic powder (powder compacts), in particular highly permanent permanent magnets. The related to the present Invention used term "magnet" or "magnetic Powder "does not only include a permanent magnet in magnetized Condition, but also magnetizable materials or elements before their magnetization.

Entscheidende Parameter sogenannter Seltenerden-Legierungsmagneten (SE-Magneten) sind deren Magnetqualität und Herstellungskosten. Ein wesentliches Ziel auf dem Gebiet der Magnetentwicklung ist deshalb, Magnete mit einem möglichst hohen Energieprodukt bereitzustellen, die dennoch wirtschaftlich herstellbar sind. Bei vielen Magneten als Massenteilen ist für die Betrachtung der Wirtschaftlichkeit auch die Taktzeit des Herstellungsprozesses ausschlaggebend. So ist beispielsweise eine serielle Herstellung mit nacheinander folgenden Arbeitsschritten an verschiedenen Arbeitsstationen oft mit einem hohen Investitionsaufwand verbunden und in der Ausstoßgeschwindigkeit von dem langsamsten Arbeitsschritt bestimmt.Crucial parameters of so-called Rare earth alloy magnets (SE magnets) are their magnet quality and manufacturing costs. An essential goal in the field of magnet development is therefore Magnets with the highest possible To provide an energy product that can still be produced economically are. With many magnets as mass parts is for the consideration of economy the cycle time of the manufacturing process is also decisive. So is for example a serial production with successive Work steps at different work stations often with one high investment costs and in the output speed determined by the slowest work step.

Ein wesentlicher Faktor für die Magnetqualität ist die Güte der Textur, die sich über den Orientierungsgrad der Anisotropie ausdrückt. Diese ist stark von dem Formgebungsverfahren beeinflusst, das bei der Herstellung des Formteils Verwendung findet. Oft lässt sich die Qualität der Orientierung (und damit die Remanenz) nur durch einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand bzw. Erhöhung der Fertigungszeiten steigern.An essential factor for the magnet quality is that Goodness of Texture covering itself expresses the degree of orientation of the anisotropy. This is strong from that Shaping process influences that in the manufacture of the molded part Is used. Often leaves quality of orientation (and thus remanence) only through a considerable Increase manufacturing outlay or increase production times.

Zwar geht aus der DE 100 61 285 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Pulverpresslings hervor, mit dem eine Änderung des Ausrichtungsgrades des magnetischen Pulvers in Abhängigkeit von der Pulverposition in einer Presskammer vermindert wird. Bei diesem Verfahren erfolgt die Pulverfüllung oder Pulverbeschickung der Presskammer unter dem Einfluss eines magnetischen Feldes, das die Presskammer umfasst. Die Presskammer ist starr und kann während des anschließenden Pressvorgangs von einem kontinuierlichen, die Pulverpartikel ausrichtenden Magnetfeld durchzogen sein. Beim Pressvorgang wird das Presskammervolumen durch axiales Einschieben eines starren Druckkolbens in axialer Richtung vermindert und das darin befindliche Pulver entsprechend verdichtet.Although goes out of the DE 100 61 285 A1 discloses a method for producing a magnetic powder compact which reduces a change in the degree of alignment of the magnetic powder as a function of the powder position in a pressing chamber. In this method, the powder filling or powder loading of the press chamber takes place under the influence of a magnetic field that surrounds the press chamber. The pressing chamber is rigid and can be traversed by a continuous magnetic field that aligns the powder particles during the subsequent pressing process. During the pressing process, the pressing chamber volume is reduced by axially inserting a rigid pressure piston in the axial direction and the powder contained therein is compressed accordingly.

Jedoch ist bei diesem Verfahren bereits problematisch, dass die der Presskammer zugeführte Pulvermenge genau vorher bestimmt, z.B. abgewogen, werden muss, um eine Über- bzw. Unterfüllung der Presskammer zu vermeiden. Das bekannte Verfahren zeichnet sich zwar durch eine gute Formtreue der Presslinge aus, diese haben aber einen nicht zufriedenstellenden Orientierungsgrad und deshalb eine relativ geringe Remanenz. Der nicht zufriedenstellende Orientierungsgrad (typisch 90% des physikalischen Limits) liegt darin begründet, dass die in Richtung der Feldlinien ausrichteten Pulverketten durch den Presstempel und die uniaxiale Verdichtungsrichtung gestaucht werden und dadurch ausknicken.However, this procedure is already in place problematic is that the amount of powder fed to the bale chamber is exactly before determined, e.g. must be weighed to avoid overfilling or underfilling the To avoid bale chamber. The known method stands out good shape accuracy of the compacts, but they have one unsatisfactory degree of orientation and therefore a relative one low remanence. The unsatisfactory degree of orientation (typically 90% of the physical limit) is due to the fact that the powder chains aligned in the direction of the field lines through the Press stamp and the uniaxial compression direction are compressed and thereby buckle.

Es sind ferner Verfahren bekannt, bei der die Verdichtung isostatisch erfolgt, wodurch bessere Magnetwerte erzielt werden können:
Beim Kalt-Isostatischen-Pressverfahren (Gold Isostatic Pressing CIP) wird das Pulver in eine elastische Form gefüllt und in einem Magnetfeld ausgerichtet. Anschließend wird die Form in ein flüssiges Druckmedium gebracht und ohne Magnetfeld allseitig verdichtet. Dieses Verfahren eignet sich allerdings nur für große Blöcke oder Rundstäbe. Aus diesen Rohteilen müssen dann Formteile mittels Diamantwerkzeugen o.ä. aufwändig herausgearbeitet werden. Dieses Verfahren ist daher für die in Massen benötigten Formteile (z.B. für Disk-Drive Antriebe von Festplattenspeichern) unwirtschaftlich.Methods are also known in which the compression takes place isostatically, as a result of which better magnetic values can be achieved:
In the cold isostatic pressing process (Gold Isostatic Pressing CIP), the powder is filled into an elastic form and aligned in a magnetic field. The mold is then placed in a liquid pressure medium and compressed on all sides without a magnetic field. However, this method is only suitable for large blocks or round bars. Molded parts must then be made from these raw parts using diamond tools or the like. be elaborately worked out. This process is therefore uneconomical for the molded parts required in bulk (e.g. for disk drive drives of hard disk storage).

Mit dem RIP (Rubber Isostatic Pressing) Verfahren (siehe EP0488334 und EP0599222 ) sind magnetische Formteile mit befriedigender Orientierung herstellbar. Hierbei wird das Pu1-ver ohne Magnetfeld mittels Wägung oder Volumenfüllung (s. EP0761423 und EP0900645 ) in die Form gefüllt. Während der Verdichtung liegt kein Magnetfeld an. Die Verfahrensschritte Füllen, Ausrichten, Pressen und Entformen erfolgen nacheinander in verschiedenen Stationen einer hydraulischen Presse, so dass der gesamte Formgebungsvorgang viel Zeit erfordert (hohe Taktzeiten). Die Taktzeit wird insbesondere durch den Füllvorgang bestimmt. Das RIP Verfahren erfordert spezielle Formgebungsmaschinen und ist wegen der hohen Taktzeit nicht wirtschaftlich.With the RIP (Rubber Isostatic Pressing) process (see EP0488334 and EP0599222 ) magnetic molded parts can be produced with a satisfactory orientation. Here, the Pu1-ver without magnetic field by weighing or volume filling (see EP0761423 and EP0900645 ) filled in the mold. There is no magnetic field during compression. The process steps of filling, aligning, pressing and demolding take place in succession in different stations of a hydraulic press, so that the entire shaping process takes a lot of time (high cycle times). The cycle time is determined in particular by the filling process. The RIP process requires special shaping machines and is not economical due to the high cycle time.

Die Verwendung von massiven Stahlpressstempeln zur Erzeugung der Verdichtung und zur Verstärkung des Magnetfelds ist bei diesem verfahren nicht möglich, so dass bei RIP relativ teure Anlagen zur Magnetfelderzeugung erforderlich sind. Ferner wurde festgestellt, dass mit dem RIP Verfahren eine starke Abhängigkeit des erzielbaren Orientierungsgrades von den Pulvereigenschaften, insbesondere der Koerzitivfeldstärke, besteht.The use of massive steel stamps is used to generate the compression and to strengthen the magnetic field this procedure is not possible so that relatively expensive systems for magnetic field generation are required at RIP are. It was also found that with the RIP process a strong dependency the achievable degree of orientation from the powder properties, especially the coercive force, consists.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus dauermagnetischem Material und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens bereitzustellen, mit dem bzw. mit der besonders hochwertige Formteile, d.h. Formteile mit höchster Anisotropie wirtschaftlich herstellbar sind.Object of the present invention is a process for producing molded parts from permanent magnetic Material and an apparatus for performing such a method to provide with or with the particularly high quality molded parts, i.e. Molded parts with the highest Anisotropy can be produced economically.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw eine Vorrichtung nach Anspruch 12 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.The object is achieved by a method according to claim 1 or a device according to claim 12. Refinements and training gene of the inventive concept are the subject of dependent claims.

Die Aufgabe wird im Einzelnen gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus magnetischem Material, bei dem ein magnetisches Pulver in eine Presskammer eingebracht wird, indem ein die Presskammer durchdringendes erstes Magnetfeld (Füllmagnetfeld) erzeugt wird, bei dem anschließend das magnetische Pulver in der Presskammer quasi-isostatisch verdichtet wird, indem das Presskammervolumen mehrdimensional verändert wird, wobei vor oder während der Ausübung des Pressdrucks ein die Presskammer durchdringendes zweites Magnetfeld (Ausrichtungsmagnetfeld) erzeugt wird.The task is solved in detail by a Process for producing molded parts from magnetic material, in which a magnetic powder is introduced into a pressing chamber by a first magnetic field penetrating the pressing chamber (Füllmagnetfeld) is generated, in which subsequently the magnetic powder is compressed quasi-isostatically in the press chamber is changed by changing the bale chamber volume multi-dimensionally, whereby before or during of exercising of the pressing pressure, a second magnetic field penetrating the pressing chamber (Alignment magnetic field) is generated.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren typisch herstellbare höchste Anisotropie drückt sich in einem Orientierungsgrad aus, der typisch 96%..99% des physikalisch möglichen Orientierungsgrades beträgt. Die genaue Definition des Orientie rungsgrades und seine Messung ist in J. Magnet. Mat. 196-197 (199), 288 (W. Fernengel, et al) beschrieben.Typical with the method according to the invention manufacturable highest Anisotropy expresses in an orientation degree that is typically 96% .. 99% of the physical potential Degree of orientation is. The exact definition of the degree of orientation and its measurement is in J. Magnet. Mat. 196-197 (199), 288 (W. Fernengel, et al) described.

Die vorliegende Erfindung vermeidet die Nachteile der bisher bekannten Verfahren. Es verlässt den bekannten Herstellungsansatz und weist als einen wesentlichen Aspekt die quasiisostatische Druckbeaufschlagung des magnetischen Pulvers in der Presskammer auf. Das magnetische Pulver wird also mit annähernd überall gleichem Druck (isostatisch) unter Anwendung eines Magnetfelds verdichtet. Dadurch ist ein Formteil mit einem sehr hohen Orientierungsgrad und damit mit hervorragender Remanenz herstellbar. Das Formteil (d.h. der Presskammerinhalt) kann anschließend in an sich bekannter Weise gesintert werden.The present invention avoids the disadvantages of the previously known methods. It leaves the known manufacturing approach and has as an essential aspect the quasi-isostatic pressurization of the magnetic powder in the bale chamber. The magnetic powder is therefore almost the same everywhere Compressed pressure (isostatic) using a magnetic field. This makes a molded part with a very high degree of orientation and can therefore be manufactured with excellent remanence. The molding (i.e. the content of the bale chamber) can then be done in a manner known per se be sintered.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine relativ schnelle und damit wirtschaftliche Herstellung von Formteilen möglich, weil vorteilhafter Weise alle Arbeitsschritte mit hoher Geschwindigkeit und in einer einzigen Vorrichtung ausgeführt werden können. Durch Anwendung eines Füllmagnetfeldes wird das außerhalb der Presskammer sich befindliche Pulver schlagartig in die Presskammer gesaugt und damit der Ablauf wesentlich beschleunigt. Bevorzugt erreicht man eine schnelle Pulverfüllung des Presshohls, wenn der Gradient des ersten Magnetfelds an der Einfüllöffnung mindestens 10 mT/mm beträgt.With the method according to the invention is a relatively fast and therefore economical production of molded parts possible, because advantageously all work steps at high speed and can be performed in a single device. By Application of a filling magnetic field the outside Powder located in the bale chamber suddenly into the bale chamber sucked and thus the process is significantly accelerated. Prefers one achieves a quick powder filling of the press cavity, if the gradient of the first magnetic field at the filling opening is at least 10 mT / mm is.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich konventionelle Pressen.To carry out the method according to the invention conventional presses are suitable.

Nach einer bevorzugten Fortbildung der Erfindung wird das in die Presskammer eingebrachte magnetische Pulver in der Presskammer zunächst in axialer Richtung vorverdichtet. Die damit erreichte erhöhte Fülldichte vor der quasi-isostatischen Ver dichtung vermindert den radialen Weg der Presskammerwände und damit der entsprechenden Pulverpartikel. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Maßhaltigkeit aus und vermindert zugleich die Gefahr von Rissen. Bevorzugt wird das Vorverdichten durch einen teilweise in das Presskammervolumen eintauchenden Stopfstempel eines die Einfüllöffnung der Presskammer beaufschlagenden Pressstempels realisiert.After preferred training The invention is the magnetic introduced into the pressing chamber Powder in the bale chamber first pre-compressed in the axial direction. The increased filling density achieved with this before the quasi-isostatic sealing reduces the radial Path of the bale chamber walls and thus the corresponding powder particles. This has an advantageous effect on dimensional accuracy and at the same time reduces the risk of cracks. Is preferred the pre-compression by partially into the bale chamber volume immersing plunger stamping one which acts on the filling opening of the pressing chamber Press stamp realized.

Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Ausrichtungsmagnetfeld erzeugt wird, bis das Formteil mindestens eine Dichte von 40% der Massivdichte des magnetischen Pulvers erreicht. Das Ausrichtungsmagnetfeld soll dabei bevorzugt vom Füllen bis zum Erreichen einer Mindestdichte von ca. 40% aufrechterhalten werden, mindestens jedoch vom Beginn der Vorverdichtung bis zu einer Materialdichte von 40% der Massivdichte.Let particularly good results achieve if according to one advantageous embodiment of the invention, the alignment magnetic field is generated until the molded part has a density of at least 40% Massive density of the magnetic powder reached. The alignment magnetic field should preferably be filled maintained until a minimum density of approx. 40% is reached at least from the beginning of pre-compression to one Material density of 40% of the solid density.

Das Ausrichtungsmagnetfeld kann transversal zu dem Füllmagnetfeld stehen oder parallel zu diesem verlaufen. Bevorzugt wird das Ausrichtungsmagnetfeld in einer Richtung erzeugt, die der Bewegungsrichtung eines Pressstempels entspricht, mit dem der Pressdruck erzeugt und das Presskammervolumen mehrdimensional verändert wird. Besonders bevorzugt weist das Ausrichtungsmagnetfeld die gleiche Richtung und Polung wie das Füllmagnetfeld auf. Um höchste Orientierungsgrade zu erzielen, ist eine Feldstärke des Ausrichtungsmagnetfeldes von mindestens 6 kA/cm erforderlich.The alignment magnetic field can be transverse to the filling magnetic field stand or run parallel to it. The alignment magnetic field is preferred generated in a direction that the direction of movement of a press ram corresponds with which the baling pressure is generated and the baling chamber volume changed multidimensionally becomes. The alignment magnetic field particularly preferably has the same Direction and polarity like the filling magnetic field on. To the highest Achieving degrees of orientation is a field strength of the alignment magnetic field of at least 6 kA / cm required.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor:
Eine Presskammer zur Aufnahme eines magnetischen Pulvers, wobei die Presskammer mehrdimensional elastisch ausgebildet ist;
eine Magnetfelderzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines die Presskammer durchdringenden ersten Magnetfeldes (Füllmagnetfelds) während der Befüllung der Presskammer mit dem magnetischen Pulver;
eine Presseinrichtung, die während eines Pressvorgangs das Volumen der Presskammer reversibel derart verändert, dass darin befindliches magnetisches Pulver quasi-isostatisch verdichtet wird, und
eine Magnetfelderzeugungseinrichtung, die während des Pressvorgangs ein die Presskammer durchdringendes zweites Magnetfeldes (Ausrichtungsmagnetfeld) erzeugt.The device according to the invention for carrying out the method according to the invention provides:
A pressing chamber for holding a magnetic powder, the pressing chamber being designed to be multidimensionally elastic;
a magnetic field generating device for generating a first magnetic field (filling magnetic field) penetrating the pressing chamber during the filling of the pressing chamber with the magnetic powder;
a pressing device which reversibly changes the volume of the pressing chamber during a pressing process in such a way that magnetic powder located therein is quasi-isostatically compressed, and
a magnetic field generating device which generates a second magnetic field (alignment magnetic field) penetrating the pressing chamber during the pressing process.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Verwendung einer schnellen Zuführungsmethode durch Präsenz des ersten Magnetfelds (Füllmagnetfeld) während des Beschickungsvorgangs sowie eines die Presskammer durchsetzenden zweiten Magnetfelds (Ausrichtungsmagnetfeld) einerseits und der Einsatz einer elastischen Presskammer andererseits, die eine Volumenänderung bei Pressdruckbeaufschlagung in mehreren Richtungen zulässt und so einen quasi-isostatischen Druck auf das magnetische Pulver erzeugt. Das Füllmagnetfeld dient nicht nur dem schnellen Füllen der Pressform, sondern trägt auch durch Magnetisierung und Orientierung der Pulverpartikel zu einem hohen Orientierungsgrad der so hergestellten Magnete bei.An essential feature of the device according to the invention is the use of a fast feeding method due to the presence of the first magnetic field (filling magnetic field) during the loading process and a second magnetic field passing through the press chamber (alignment magnetic field) on the one hand and the use of an elastic press chamber on the other hand, which changes the volume when press pressure is applied in several directions allows and so creates a quasi-isostatic pressure on the magnetic powder. The filling magnetic field not only serves to quickly fill the mold, but also contributes to the magnetization and orientation of the powder particles nem high degree of orientation of the magnets produced in this way.

In Versuchen hat sich gezeigt, dass eine Magnetfelderzeugungseinrichtung mit einer Spule zur Erzeugung der Magnetfelder mit magnetischen Pressstempeln, z.B. aus magnetisch gut leitendem Stahl zu qualitativ höherwertigen Magneten führt.Experiments have shown that a magnetic field generating device with a coil for generation the magnetic fields with magnetic stamps, e.g. made of magnetic good conductive steel leads to higher quality magnets.

Eine unmagnetischen Spulenabdeckung trägt zu einem homogenen Feld bei und dient dem gleichen Zweck.A non-magnetic coil cover contributes to one homogeneous field and serves the same purpose.

Um eine Vorverdichtung technisch einfach zu realisieren, weist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Presseinrichtung einen in das Volumen der Presskammer einfahrenden Pressstopfen auf.To pre-compress technically easy to implement, according to an advantageous development of the invention, the pressing device one in the volume of the pressing chamber retracting press plug.

Bevorzugt besteht der Pressstopfen aus Gummi. Es wurde festgestellt, daß die Länge des einfahrenden Presstopfen vorteilhaft zwischen 1 und 10% der Höhe des Füllraums sein sollte. Unterhalb 1% fällt die Maßhaltigkeit an der Oberseite des Pressteil ungünstig aus, oberhalb 10% ist die (nicht isostatische) Verdichtung durch das Stopfen so stark, dass der Orientierungsgrad der Magnete ungünstig beeinflusst wird.The press plug is preferably present made of rubber. It was found that the length of the retracting press plug should advantageously be between 1 and 10% of the height of the filling space. Below 1% falls the dimensional stability at the top of the pressed part is unfavorable, above 10% the (non-isostatic) compression by the plug so much that the degree of orientation of the magnets is adversely affected.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert; es zeigen schematisch:Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to a drawing; it shows schematically:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 a first embodiment of a device according to the invention for performing the method according to the invention,

2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und 2 a further embodiment of an apparatus according to the invention for performing the method according to the invention and

3 und 4 den Zusammenhang von Remanenz und Orientierungsgrad in Abhängigkeit von der Zapfenlänge des Stopfstempels, und 3 and 4 the relationship between remanence and degree of orientation depending on the length of the plug of the plug, and

5 die Abhängigkeit der Breite der nach einem weiteren Ausführungsbeispiel hergestellten Formteile von der Messposition an dem jeweiligen Formteil zur Beurteilung der Maßhaltigkeit. 5 the dependence of the width of the molded parts produced according to a further exemplary embodiment on the measuring position on the respective molded part in order to assess the dimensional accuracy.

Beispiel 1:Example 1:

1 zeigt eine Vorrichtung mit einer Presskammer 1, die auch als Presshohl oder Füllraum bezeichnet wird. Vor dem Füllen befindet sich das (dauer-)magnetische Pulver oberhalb der Presskammer 1 in einem beweglichen Füllschuh. Durch Einschalten eines Magnetfeldes M1, das von einer elektrischen Spule 4 erzeugt wird, wird bei dieser Anordnung das Pulver in Richtung der maximalen Feldstärke beschleunigt. Das Presshohl 1 wird von einer Gummiform 6 gebildet, die von einem druckfesten Stützhohlzylinder 8 umgeben ist. Die Gummiform 6 ist im Wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildet, der an seinem einen, unteren Ende 10 von einem unteren Druckstempel 12 begrenzt ist. Das obere Ende 13 ist offen und bildet eine Einfüllöffnung 14 für das magnetische Pulver 2. Das Presshohl 1 besitzt die Geometrie des herzustellenden Formteils unter Berücksichtigung des Press- und Sinterschwundes. 1 shows a device with a press chamber 1 , which is also referred to as a press cavity or filling space. Before filling, the (permanent) magnetic powder is above the press chamber 1 in a flexible filling shoe. By turning on a magnetic field M1 from an electrical coil 4 is generated, the powder is accelerated in the direction of the maximum field strength in this arrangement. The press hollow 1 is made of a rubber mold 6 formed by a pressure-resistant hollow support cylinder 8th is surrounded. The rubber mold 6 is essentially designed as a hollow cylinder, at its one lower end 10 from a lower stamp 12 is limited. The top end 13 is open and forms a filling opening 14 for the magnetic powder 2 , The press hollow 1 has the geometry of the molded part to be produced, taking into account the compression and sintering shrinkage.

Beim Füllen der Presskammer 1 wird die Spule 4 erregt und erzeugt ein die Pulverpartikel ausrichtendes, erstes Magnetfeld M1 (Füllmagnetfeld). Das Magnetfeld wird nach dem Füllen vorteilhafter Weise bis zum Zeitpunkt der Orientierung aufrecht erhalten („Haltefeld"), wobei die Haltefeldstärke typischerweise 10 % der Feldstärke des Füllmagnetfeldes beträgt. Das Volumen des Füllschuhs ist größer bemessen als das Volumen der Presskammer, so dass eine vollständige Füllung der Presskammer gewährleistet ist. Die Feldstärke an der Oberseite der Presskammer beträgt typischerweise 10 kA/cm oder mehr bzw. der dortige Magnetfeldgradient ist größer 25 mT/mm gewählt, mindestens jedoch 10 mT/mm. Dadurch wird ein äußerst schnelles Füllen der Presskammer bewirkt. In diesem Zustand beträgt die Fülldichte ca. 25 bis 30 % der Massivdichte (TD). Das Haltefeld gewährleistet eine Haltefeld gewährleistet eine gleichmäßige Füllung der Presskammer.When filling the baling chamber 1 becomes the coil 4 excites and generates a first magnetic field M1 (filling magnetic field) that aligns the powder particles. After filling, the magnetic field is advantageously maintained until the point of orientation (“holding field”), the holding field strength typically being 10% of the field strength of the filling magnetic field. The volume of the filling shoe is larger than the volume of the pressing chamber, so that a complete The field strength at the top of the press chamber is typically 10 kA / cm or more or the magnetic field gradient there is greater than 25 mT / mm, but at least 10 mT / mm In this state, the filling density is approximately 25 to 30% of the solid density (TD) The holding field ensures a holding field ensures an even filling of the pressing chamber.

Im oberen Bereich der 1 ist ein oberer Press-Stempel 20 gezeigt, dessen unteres Ende mit einem Stopfstempel 22 versehen ist. Dieser besteht vorzugsweise ebenfalls aus Gummi und ist von einer Halterungshülse 24 umgeben.At the top of the 1 is an upper press stamp 20 shown, the lower end with a darning stamp 22 is provided. This is preferably also made of rubber and is from a mounting sleeve 24 surround.

Wenn der obere Stempel 20 vertikal nach unten fährt, dringt der Stopfstempel 22 so weit in die Presskammer 1 ein, bis die Hülse 24 auf dem Stützring 8 aufsitzt. Beim weiteren Abwärtsfahren des oberen Stempels 20 wird der Stützring 8 entgegen der Kraft von Federn 30 weiter nach unten bewegt, wodurch eine quasi-isostatische Verdichtung des Pulvers 2 erfolgt. Diese ist dadurch verursacht, dass sich der untere Stempel 12 relativ zu dem Stützring 8 bewegt, so dass sich insgesamt durch elastische, reversible Verformung der zylindrischen Gummiform 6 das Volumen der Presskammer 1 vermindert.If the top stamp 20 moves vertically downwards, the stuffing stamp penetrates 22 so far into the bale chamber 1 one until the sleeve 24 on the support ring 8th seated. When lowering the upper punch further 20 becomes the support ring 8th against the force of feathers 30 moved further down, causing a quasi-isostatic compaction of the powder 2 he follows. This is caused by the lower stamp 12 relative to the support ring 8th moves, so that a total of elastic, reversible deformation of the cylindrical rubber shape 6 the volume of the bale chamber 1 reduced.

Die Eindringtiefe des Stopfstempels 22 beträgt vorzugsweise 1 bis 10 % der gesamten Presskammerhöhe, andernfalls kann sich eine Verschlechterung des Orientierungsgrades zeigen. Vor der axialen Vorverdichtung wird die Magnetfeldstärke vorzugsweise erhöht, wobei die Feldstärke M2 typischerweise 12 kA/cm beträgt und spätestens beim Kontakt des Stopfstempels 22 mit dem magnetischen Pulver 1 erzeugt wird.The depth of penetration of the darning stamp 22 is preferably 1 to 10% of the total bale chamber height, otherwise the degree of orientation may deteriorate. Before the axial precompression, the magnetic field strength is preferably increased, the field strength M2 typically being 12 kA / cm and at the latest when the stuffing plunger comes into contact 22 with the magnetic powder 1 is produced.

Beispiel 2:Example 2:

2 zeigt zur weiteren Beschreibung der Erfindung eine gegenüber 1 modifizierte Vorrichtung zum Zeitpunkt des eigentlichen Pressvorganges (Verdichtungsbeginn). Hier ist der Übersichtlichkeit halber kein Stopfstempel gezeigt. Die verwendeten Materialien ergeben sich aus der in 2 unten stehenden Legende. Im Übrigen sind für entsprechende Elemente die entsprechenden Bezugszeichen gemäß 1 verwendet. 2 shows a for a further description of the invention opposite 1 modified device at the time of the actual pressing process (start of compaction). For the sake of clarity, no stuffing stamp is shown. The materials used result from the in 2 legend below. In addition, the corresponding reference numerals are ge for corresponding elements Mäss 1 used.

Bei dieser Vorrichtung ist die Magnetfeldspule 4 beweglich. Beim Füllen befindet sich die Spule in einer tiefen Stellung und erzeugt so einen großen Magnetfeldgradienten. Zu der in 2 gezeigten Stellung wird die Spule 4 nach oben verfahren, bis die magnetische Mitte der Spule der geometrischen Mitte des Presshohls entspricht, dann das Werkzeug durch Absenken der oberen Pressvorrichtung 24 geschlossen und das Ausrichtungsmagnetfeld M2 eingeschaltet. Beim weiteren vertikalen Absenken des oberen Stempels 22 in Pressrichtung (Pfeile A) wird durch die auf dem Stützring 8 aufsitzende obere Hülse 24 die Anordnung mit der Presskammer 1 nach unten bewegt, so dass sich durch den ortsfesten unteren Druckstempel 12 weiteren Druck in der Presskammer 1 aufbaut. Aufgrund der elastischen Eigenschaften des Materials (Gummihülse 6) der Presskammer, das bei den erheblichen wirkenden Drücken fließt, wird insgesamt eine mehrdimensionale Verminderung des Presskammervolumens 1 erzeugt, so dass sich ein quasiisostatischer Druck auf das magnetische Pulver 2 aufbaut. Dabei ist ein Gegendruck aufzubringen, der verhindert, dass das elastische Material der Presskammer aus der Form austritt. Insgesamt wird eine quasi-isostatische Verdichtung bis auf ca. 50 bis 60 % der Massivdichte vorgenommen.In this device, the magnetic field coil 4 movable. When filling, the coil is in a low position and thus creates a large magnetic field gradient. To the in 2 position shown is the coil 4 Move upwards until the magnetic center of the coil corresponds to the geometric center of the press cavity, then the tool by lowering the upper press device 24 closed and the alignment magnetic field M2 turned on. When the upper punch is lowered further vertically 22 in the pressing direction (arrows A) by the on the support ring 8th seated upper sleeve 24 the arrangement with the bale chamber 1 moves downwards so that it moves through the fixed lower pressure stamp 12 further pressure in the bale chamber 1 builds. Due to the elastic properties of the material (rubber sleeve 6 ) of the press chamber, which flows at the considerable effective pressures, will result in a multidimensional reduction in the press chamber volume 1 generated so that there is a quasi-isostatic pressure on the magnetic powder 2 builds. A back pressure must be applied to prevent the elastic material of the press chamber from escaping from the mold. All in all, quasi-isostatic compression is carried out down to approx. 50 to 60% of the solid density.

Dabei wird das von der Spule 4 in Pressrichtung A erzeugte Ausrichtungsmagnetfeld M2 (Orientierungsfeld) – zumindest solange aufrecht erhalten, bis die Verdichtung mindestens 40 der Massivdichte beträgt. Das Magnetfeld M2 wird in einer Richtung R erzeugt, die der Hauptbewegungsrichtung des Presskammermaterials entspricht.This is from the coil 4 Alignment magnetic field M2 (orientation field) generated in the pressing direction A - maintained at least until the compression is at least 40 of the solid density. The magnetic field M2 is generated in a direction R which corresponds to the main direction of movement of the press chamber material.

Das gepresste Formteil kann anschließend mit einem axialen Magnetfeld in Gegenrichtung (Feldstärke typischerweise 20 der Orientierungsfeldstärke) oder einem abklingendem Wechselmagnetfeld entmagnetisiert werden. Anschließend kann das Formteil in üblicher Weise der Presskammer entnommen und gesintert werden.The molded part can then be used an axial magnetic field in the opposite direction (field strength typically 20 of the orientation field strength) or a decaying alternating magnetic field. Subsequently can the molding in the usual Be removed from the press chamber and sintered.

Das erfindungsgemäße Verfahren verbindet damit in vorteilhafterweise die Vorteile eines quasi-isostatischen Pressens von magnetisierbarem Pulver in einer Gummiform mit der Zeitersparnis einer Magnetfeld-Füll- und Ausrichtungstechnik. Damit kann eine hervorragende Ausrichtung bei hoher Prozessgeschwindigkeit und hoher Maßhaltigkeit realisiert werden. Dazu wird das magnetische Pulver mit einem axialen Feld orientiert, jedoch das orientierte Pulver von allen Seiten (quasi-isostatisch) – und nicht nur axial – verdichtet. Dabei ergeben sich geringe Verdichtungswege, insbesondere wenn der Unterschied zwischen Füll- und Pressdichte klein ist.The method according to the invention combines this advantageously the advantages of quasi-isostatic pressing of magnetizable powder in a rubber mold with the time saving a magnetic field filling and alignment technology. This can be an excellent alignment with high process speed and high dimensional accuracy. To do this, the magnetic powder is oriented with an axial field, however, the oriented powder from all sides (quasi-isostatic) - and not only axially - compressed. This results in low compression paths, especially if the Difference between filling and press density is small.

Die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können vorteilhafterweise nacheinander in kurzen Taktzeiten in einer einzigen Arbeitsstation ausgeführt werden. Durch das optionale Vorverdichten ist eine höhere Pulverdichte vor der quasi-isostatischen Verdichtung realisierbar, so dass der radiale Weg des Gummis der Presskammer vermindert wird. Dies ist günstig hinsichtlich der Maßhaltigkeit und des Entspannungsvorganges, weil dadurch einer Rissbildung besser vorgebeugt wird. Besonders gute Ergebnisse des Vorverdichtens haben sich unter Verwendung eines Gummistopfstempels 22 ( 1) gezeigt, wobei über die Eintauchtiefe des Stopfstempels der Grad der Vorverdichtung beeinflusst werden kann.The individual steps of the method according to the invention can advantageously be carried out in succession in short cycle times in a single work station. The optional pre-compression enables a higher powder density to be achieved before the quasi-isostatic compression, so that the radial path of the rubber in the press chamber is reduced. This is favorable in terms of dimensional accuracy and the relaxation process, because it prevents crack formation better. Particularly good results of precompaction have been obtained using a rubber plug 22 ( 1 ) shown, whereby the degree of pre-compression can be influenced via the immersion depth of the plug.

Beispiel 3:Example 3:

In einzelnen Versuchen wurden verschiedene Eintauchtiefen (Zapfenlängen) des Stopfstempels 22 (1) von 0 bis 24 mm untersucht. Dazu wurde Pulver einer Nd-Fe-B-Legierung gemäß Beispiel 2 gefüllt und zu einem Formteil verarbeitet. Die Höhe des Füllraums betrug 70 mm. Die Magnetfelder M1 und M2 verlaufen parallel zur Pressrichtung und betragen 11 kA/cm. Nach Sintern bei 1090°C wurde die Remanenz und der Orientierungsgrad gemessen.Various immersion depths (pin lengths) of the tamping punch were carried out in individual experiments 22 ( 1 ) from 0 to 24 mm. For this purpose, powder of an Nd-Fe-B alloy was used according to the example 2 filled and processed into a molded part. The height of the filling space was 70 mm. The magnetic fields M1 and M2 run parallel to the pressing direction and amount to 11 kA / cm. After sintering at 1090 ° C, the remanence and the degree of orientation were measured.

Je nach Eintauchtiefe des Stopfstempels ergeben sich Stopfdichten von 27 bis 38,5 % der Massivdichte. Es ergeben sich Remanenzen der Formteile von 1,37 bis 1,382 T und Orientierungsgrade von 96,5 bis 97,6%, s. 3 und 4. Mit höherer axialer Vorverdichtung nimmt der Orientierungsgrad und damit die Remanenz etwas ab.Depending on the immersion depth of the tamping punch, tamping densities of 27 to 38.5% of the solid density result. There are retentions of the molded parts from 1.37 to 1.382 T and degrees of orientation from 96.5 to 97.6%, see. 3 and 4 , With higher axial pre-compression, the degree of orientation and thus the remanence decrease somewhat.

Die gesinterten Formteile weisen Höhen von 44 bis 48 mm auf. Zu den mit Stopfstempeln der Länge 0, 4, und 8 mm (bezeichnet mit „ohne Zapfen", Zapfen 6,5%" und „Zapfen 12%") wurde je ein Formteil in 3 mm dicke Scheiben geschnitten und die Breite der Scheiben positionsabhängig gemessen, s. 5. Position 0 mm bezeichnet die obere Seite, Position 44 mm die untere Seite des Formteils vor dem Schneiden in Scheiben.The sintered molded parts have heights of 44 to 48 mm. For the stamps with lengths of 0, 4 and 8 mm (referred to as "without spigot", spigot 6.5% "and" spigot 12% ") a molded part was cut into 3 mm thick slices and the width of the slices depending on the position measured, s. 5 , Position 0 mm denotes the upper side, position 44 mm the lower side of the molded part before cutting into slices.

In 5 ist erkennbar, dass der Maßunterschied in der Breite zwischen der oberen und der unteren Scheibe geringer ist, wenn die Zapfenlänge 6,5% oder 12% der Füllraumhöhe beträgt als ohne Zapfen (Stopfstempel).In 5 it can be seen that the difference in width between the upper and lower washers is smaller if the spigot length is 6.5% or 12% of the filling space height than without the spigot (plug).

Beispiel 4:Example 4:

Unter Verwendung des gleichen Nd-Fe-B-Pulvers wie in Beispiel 3 werden mit Stahlstempeln in einer Metallform in einem Magnetfeld von 12,5 kA/cm parallel zur Pressrichtung 10 mm hohe Teile gepresst und gesintert. Es ergibt sich eine Remanenz von 1,26 T und ein Orientierungsgrad von 88,9%.Using the same Nd-Fe-B powder as in Example 3 parts are pressed and sintered with steel punches in a metal mold in a magnetic field of 12.5 kA / cm parallel to the pressing direction. The remanence is 1.26 T and the degree of orientation is 88.9%.

AA: Pressrichtungpressing direction
M1M1: FüllmagnetfeldFüllmagnetfeld
M2M2: Ausrichtungsmagnetfeldorientation magnetic field
11: Presskammer (Presshohl, Füllraum)baling chamber (Press cavity, filling space)
22: magnetisches Pulvermagnetic powder
44: SpuleKitchen sink
66: GummiformMolded rubber
88th: StützhohlzylinderSupporting hollow cylinder
1010: unteres Endelower The End
1212: unterer Druckstempellower plunger
1313: oberes Endeupper The End
1414: Einfüllöffnungfill opening
2020: oberer Pressstempelupper press die
2222: Stopfstempelstuffing dies
2424: Hülseshell
2525: freie Stirnflächefree face
3030: Federnfeathers

Claims

Process for producing molded parts from permanent magnetic material, in which a magnetic powder ( 2 ) in a press chamber ( 1 ) by inserting the press chamber ( 1 ) penetrating magnetic field (M1) is generated, then the magnetic powder ( 2 ) in the bale chamber ( 1 ) is compressed quasi-isostatically by changing the bale chamber volume in a multidimensional manner, and an alignment magnetic field (M2) penetrating the bale chamber is generated during the application of the bale pressure.

The method of claim 1, wherein the filling magnetic field (M1) at the top edge a magnetic gradient of at least 10 mT / mm generated.

The method of claim 1 or 2, wherein the in the press chamber ( 1 ) introduced magnetic powder ( 2 ) is pre-compressed in the press chamber.

Method according to one of the preceding claims, wherein for the pre-compression a stuffing plunger partially immersed in the press chamber volume ( 22 ) a filling opening ( 14 ) the bale chamber ( 1 ) press stamp ( 20 ) is used.

Method according to one of the preceding claims, wherein the alignment magnetic field (M2) is generated and maintained until the molding at least reaches a density of 40% of the bulk density of the magnetic powder.

Method according to one of the preceding claims, wherein a further magnetic field from filling to reaching a density of at least 40% of the bulk density of the magnetic powder ( 2 ) is maintained.

Method according to one of the preceding claims, wherein the alignment magnetic field (M2) is generated in a direction (R) which corresponds to the direction of movement of a press ram ( 20 ) with which the pressing pressure is generated.

Method according to claim one of the preceding claims, wherein the alignment magnetic field (M2) in the direction and polarity of the filling magnetic field (M1) equivalent.

Method according to one of the preceding claims, wherein the alignment magnetic field (M2) a field strength in the press room of at least 6 kA / cm.

Method according to one of the preceding claims, wherein the press plug ( 22 ) consists of an elastic plastic.

Method according to one of the preceding claims, wherein the length of the in the filling space ( 1 ) immersed press plug ( 22 ) 1 to 10% of the height of the filling space ( 1 ) is.

Device for carrying out the method according to claim 1, with a press chamber ( 1 ) to hold a magnetic powder ( 2 ), the walls of the bale chamber ( 1 ) are multidimensionally elastic, a magnetic field generating device ( 4 ) to create a press chamber ( 1 ) penetrating first filling magnetic field (M1) during the filling of the pressing chamber with the magnetic powder, a pressing device ( 20 . 12 . 8th ), which during a pressing process the volume of the pressing chamber ( 1 ) reversibly changed in such a way that magnetic powder ( 2 ) is compressed quasi-isostatically, and a magnetic field generating device ( 4 ) that enter the press chamber during the pressing process ( 1 ) penetrating alignment magnetic field (M2).

Apparatus according to claim 12, wherein the punch 12 . 20 which the compression of the multi-dimensional elastic shape ( 6 ) cause to consist of a magnetically conductive material.

Device according to one of claims 12 or 13, wherein the magnetic field generating device ( 4 ) has a coil, the upper edge of which is located below the upper edge of the pressing chamber.

Device according to one of claims 12 to 14, wherein the magnetic field generating device ( 4 ) a Has coil with a non-magnetic coil cover.

Device according to one of claims 12 to 15, wherein the pressing device ( 20 ) a press plug entering the volume of the press chamber ( 22 ) having.