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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
eines Sintermagneten.
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Technischer Hintergrund
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Ein
Seltenerdmetall-Sintermagnet wird hergestellt durch Pulverisieren
einer Seltenerdmetall-Magnetlegierung (Ausgangslegierung) zu einem
Legierungspulver, Pressen (Verdichten) des Legierungspulvers zur Herstellung
eines Vorpresslings (Grünlings),
Sintern des Vorpresslings und Durchführung einer Alterungsbehandlung
mit dem Sinterkörper,
maschinelle Bearbeitung und andere derartige Verfahren. Derzeit
werden auf verschiedenen Anwendungsgebieten in großem Umfang
als Seltenerdmetall-Sintermagnete zwei Magnet-Typen verwendet, nämlich Magnete vom Seltenerdmetall-Kobalt-Typ
und Magnete vom Seltenerdmetall-Eisen-Bor-Typ. Unter anderem werden
Magnete vom Seltenerdmetall-Eisen-Bor-Typ (nachstehend als "Magnete vom "R-Fe-B-Typ" bezeichnet, worin
R für mindestens
einen Element-Typ, ausgewählt
aus der Gruppe, die besteht aus Elementen der Seltenen Erden und
Yttrium, Fe für
Eisen und B für
Bor stehen) immer häufiger
in verschiedenen Typen von elektronischen Geräten verwendet, weil die Magnete
vom R-Fe-B-Typ ein magnetisches Energieprodukt aufweisen, das höher ist
als bei verschiedenen anderen Magnet-Typen und diese dennoch verhältnismäßig billig
sind. Ein Teil des Fe kann durch ein Übergangsmetall-Element, wie
z.B. Co, ersetzt sein. Außerdem
kann bis zu der Hälfte
des Bors durch Kohlenstoff ersetzt sein.
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Zur
Herstellung eines Sintermagneten mit der gewünschten Gestalt wird zuerst
ein Seltenerdmetall-Magnetpulver vom R-Fe-B-Typ (d.h. ein Seltenerdmetall-Legierungspulver)
mit einer Presse verdichtet zur Herstellung eines Vorpresslings
(Grünlings),
der eine Größe hat,
die größer ist
als diejenige des fertigen Magnetprodukts. Der Vorpressling wird
gesintert und der resultierende Sinterkörper wird geschliffen oder
zerschnitten mit einem Sinterhartmetall-Sägeblatt, einem rotierenden
Schleifstein oder dgl., um dem Sinterkörper die gewünschte Gestalt
zu geben. Beispielsweise wird ein Sinterkörper zuerst in Form eines Blockes
hergestellt und der Block wird dann mit einem Sägeblatt oder dgl. zerschnitten
zur Herstellung einer Vielzahl von Sinterplatten.
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Ein
Sinterkörper
aus einem Seltenerdmetall-Legierungsmagneten z.B. einem Magneten
vom R-Fe-B-Typ ist sehr steif und spröde und führt zu einer hohen maschinellen
Bearbeitungsbelastung. Deshalb ist das Präzisionsschleifen eines solchen
Sinterkörpers
mit einer harten Arbeit verbunden und dauert lang. Aus diesem Grund
ist das Bearbeitungsverfahren eine Hauptursache für den Anstieg
der Produktionskosten und der Produktionszeit. Aufgabe der Frfindung
ist die Behebung dieses Problems.
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Um
das oben genannte Problem zu lösen,
wurde beispielsweise in
JP
08181028 A und
JP
08064451 A das Schleifen eines Vorpresslings vor dem Sintern
vorgeschlagen.
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In
der
JP 08064451 A ist
ein Verfahren zum Abfasen (Abschrägen) eines Vorpresslings für einen
gekrümmten
Ferritmagneten mit einem rotierenden Schleifstein oder einer rotierenden
Bürste
beschrieben. Wenn dieses Verfahren auf einen Vorpressling für einen
Magneten vom R-Fe-B-Typ angewendet wird, der leicht einer Oxidation
unterliegt, kann das folgende Problem auftreten. Zwischen einem
Schleifstein oder einer rotierenden Bürste und dem Vorpressling entsteht
Reibungswärme
und dies kann zu einer schnellen Reaktion eines Seltenerdmetallelements
und von Eisen in dem Vorpressling mit Sauerstoff und Wasser in der
Atmosphäre
führen.
Als Folge davon kann im schlimmsten Fall möglicherweise eine Entzündung des
Vorpresslings auftreten. Selbst wenn der schlimmste Fall vermieden
wird, werden die magnetischen Eigenschaften des Magneten beeinträchtigt.
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In
der
JP 08181028 A ist
ein Verfahren beschrieben, bei dem die Oxidation eines Vorpresslings
während
der maschinellen Bearbeitung desselben verhindert wird, in dem der
Vorpressling in Mineralöl,
synthetisches Öl
oder Pflanzenöl
eingetaucht und im eingetauchten Zustand mit einer rotierenden Klinge
zerschnitten wird.
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Bei
diesem Verfahren ist es unerlässlich,
eine Verfahrensstufe zur Entfernung des Mineralöls oder anderer Substanzen
von dem Vorpressling nach dem Zerschneiden und vor dem Sintern desselben
durchzuführen.
Wenn die Entfettung unzureichend ist, wirkt der in dem Öl enthaltene
Kohlenstoff als Verunreinigung in dem Sinterverfahren und dadurch
werden die magnetischen Eigenschaften beeinträchtigt.
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Außerdem ist
zum Schneiden mit einem Sägeblatt
oder dgl. ein großer
Schneide-Zwischenraum in dem Vorpressling erforderlich, wodurch
die Materialausbeute herabgesetzt wird.
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Aus
der
JP 611 25 114 A und
der
DE 42 06 007 A1 ist
außerdem
die Anwendung von Sinter-Trennmitteln bekannt.
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Beschreibung der Erfindung
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Um
die vorstehend beschriebenen Probleme zu überwinden, betrifft die vorliegende
Erfindung gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
ein Verfahren zur Herstellung eines Sintermagneten, bei dem die
maschinelle Bearbeitungsbelastung stark vermindert ist und die Wärmebildung
in dem Vorpressling minimiert ist.
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Das
Verfahren zur Herstellung eines Sintermagneten gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufen Herstellung eines
Vorpresslings (Grünlings)
aus einem Pulver für
den Sintermagneten, maschinelle Bearbeitung des Vorpresslings mit
einer Drahtsäge
und Sintern des Vorpresslings.
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Bei
einer spezifischen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst
die Drahtsäge
einen Draht mit einem Außendurchmesser
in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 3,0 mm und Schleifkörner, die an
dem Draht befestigt sind.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufe der maschinellen Bearbeitung
des Vorpresslings das Zerschneiden des Vorpresslings zu einer Vielzahl
von Teilen.
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Die
Stufe der maschinellen Bearbeitung des Vorpresslings umfasst vorzugsweise
das Zerschneiden des Vorpresslings bei gleichzeitiger Bildung von
Schnittoberflächen
durch relatives Bewegen des Vorpresslings gegenüber der Drahtsäge und relatives
Bewegen der Drahtsäge
entlang der Schnittoberflächen.
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Vorzugsweise
erfolgt die relative Bewegung in der Stufe der maschinellen Bearbeitung
des Vorpresslings in einer horizontalen Ebene und das Verfahren
kann ferner umfassen die Trennung der Vielzahl von Teilen, die in
der Stufe Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner eine Stufe zum
Aufbringen eines Antifusionspulvers auf einen Zwischenraum zwischen
der Vielzahl von Teilen nach der Stufe der maschinellen Bearbeitung
des Vorpresslings.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die Stufe der maschinellen Bearbeitung des Vorpresslings
in einer Inertgasatmosphäre
mit einer Sauerstoff-Konzentration in einem Bereich von etwa 5 bis
etwa 18 % Mol-verhältnis durchgeführt.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die maschinelle Bearbeitung des
Vorpresslings mit einer Schneidflüssigkeit (oder einem flüssigen Schmiermittel)
durchgeführt, die
auf mindestens einen Teil der Drahtsäge aufgebracht wird, der mit
dem Vorpressling in Kontakt kommt.
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Die
Schneidflüssigkeit
umfasst vorzugsweise ein organisches Lösungsmittel auf Kohlenwasserstoffbasis.
Das Lösungsmittel
auf Kohlenwasserstoffbasis umfasst vorzugsweise Isoparaffin.
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Die
Schneidflüssigkeit
ist eine Dispersion, die vorzugsweise ein Antifusionspulver enthält. Vorzugsweise
wird die Schneidflüssigkeit
durch Eintauchen, Auftropfen oder Aufsprühen oder unter Anwendung irgendeines
anderen geeigneten Verfahrens auf die Drahtsäge aufgebracht.
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Der
Vorpressling kann in der Schneidflüssigkeit maschinell bearbeitet
werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufe der Herstellung eines
Vorpresslings die Stufe der Zugabe eines Schmiermittels zu dem Pulver
für den
Sintermagneten.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist das Pulver für den Sintermagneten eine Restmagnetisierung
in einem Bereich von etwa 0,001 bis etwa 0,1 T auf.
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Bei
noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist das Pulver für den
Sintermagneten ein Pulver aus einer Seltenerdmetall-Legierung vom
R-T-B-Typ (worin R steht für
mindestens einen Element-Typ,
ausgewählt
wird aus der Gruppe, die besteht aus Seltenerdmetallen und Yttrium,
T steht für
ein Übergangsmetall
einschließlich
Eisen und B steht für
Bor). Die durchschnittliche Teilchengröße (FSSS-Teilchengröße) des
Pulvers für
den Sintermagneten liegt vorzugsweise in dem Bereich von etwa 2,0 bis
etwa 8,0 μm.
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Weitere
Merkmale, Elemente, Charakteristika, Stufen und Vorteile der vorliegenden
Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 erläutert einen
beispielhaften Aufbau einer Drahtsäge-Vorrichtung, die zweckmäßig für bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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2 stellt
ein Fließdiagramm
dar, in dem die Unterschiede zwischen dem Zerschneiden eines Vorpresslings
vor dem Sintern gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und dem konventionellen Zerschneiden
eines Sinterkörpers
im Hinblick auf die Anzahl der Herstellungsstufen dargestellt sind;
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Form eine in
einem Beispiel von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
verwendete Drahtsäge
erläutert;
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4 stellt
ein Diagramm dar, das die Abhängigkeit
der Pressdichte von der Bearbeitungsbelastung erläutert, die
festzustellen ist, wenn eine Schneidflüssigkeit dem Pulver für den Sintermagneten
zugesetzt wird;
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5 stellt
ein Diagramm dar, das die Abhängigkeit
der Draht-Zuführungsgeschwindigkeit
von der Bearbeitungsbelastung erläutert, die festzustellen ist,
wenn ein Schmiermittel zugegeben wird;
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6 stellt
ein Diagramm dar, das die Abhängigkeit
der Schnittgeschwindigkeit von der Bearbeitungsbelastung erläutert, die
festzustellen ist, wenn ein Schmiermittel zugegeben wird;
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7A stellt
ein Diagramm dar, das die Beziehung zwischen der Profil-Unregelmäßigkeit
(Wellenbildung) einer Schnittoberfläche nach dem Sintern und der
Pressdichte erläutert;
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7B erläutert in
Form einer perspektivischen Ansicht einen Wellenmessbereich (etwa
32 mm) auf der Schnittoberfläche
gemäß 7A;
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7C stellt
ein Diagramm dar, das die Messdaten (Stufendaten) der Welle gemäß 7A erläutert;
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8 erläutert eine
bevorzugte Art der Sinterung eines Vorpresslings, der mit einer
Drahtsäge
gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zerschnitten worden ist;
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9 stellt
eine schematische Darstellung dar, die das Presslingsbearbeitungssystem
einschließlich einer
Drahtsäge-Vorrichtung
erläutert,
die zweckmäßig für bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung verwendet wird;
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10 zeigt
in schematischer Darstellung eine weitere Drahtsäge-Vorrichtung, die für die Verwendung in bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
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11 zeigt
eine schematische Ansicht einer Presslings-Halteeinrichtung der
Drahtsäge-Vorrichtung in
Form einer explodierten perspektivischen Darstellung;
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12 stellt
eine schematische Erläuterung
einer Drahtsäge-Vorrichtung 40 dar,
die zweckmäßig in der
bevorzugten Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
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13 stellt
eine schematische Darstellung einer Drahtsäge-Vorrichtung 50 dar,
die zweckmäßig in der
bevorzugten Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Beste Art der Durchführung der
Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein
Vorpressling aus einem Pulver für
einen Sintermagneten maschinell bearbeitet durch Behandlung mit
einer Drahtsäge
vor dem Sintern. Das Sägen
mit einer Drahtsäge
ist ein Verfahren der maschinellen Bearbeitung eines Vorpresslings,
bei dem ein in einer Richtung oder in zwei entgegengesetzen Richtungen
laufender Draht gegen den zu bearbeitenden Vorpressling gepresst
wird, sodass der Vorpressling mit den Schleifmittelkörnern, die
zwischen dem Draht und dem Vorpressling vorliegen, bearbeitet wird.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass bei der
maschinellen Bearbeitung eines Vorpresslings aus einem Seltenerdmetall-Legierungspulver,
das vor dem Sintern einer Oxidation unterliegen kann, das Problem
der Entstehung von Wärme
und eine Entzündung,
die auftreten können,
wenn ein normales rotierende Sägeblatt
oder ein anderes derartiges Werkzeug verwendet wird, vermieden werden
kann durch Verwendung des oben genannten Drahtes. Die vorliegende
Erfindung wurde auf der Basis dieser und anderer Erkenntnisse entwickelt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Draht mit Schleifkörnern, die
an der Oberfläche
desselben fixiert sind, bevorzugt verwendet. Der Kerndraht besteht
vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen Zugfestigkeit. Beispielsweise
kann der Kerndraht hergestellt sein aus einem kaltgezogenen Metalldraht
(Pianodraht), einer Legierung, wie z.B. Ni-Cr und Fe-Ni, einem Metall
mit einem hohen Schmelzpunkt, wie z.B. W und Mo, oder einem Bündel von
Nylonfasern. Wenn der Draht übermäßig dick ist,
ist der Schneide-Zwischenraum (Schneidespalt) groß und dadurch
wird die Materialausbeute vermindert. Wenn dagegen der Draht übermäßig dünn ist,
kann der Draht als Folge der Belastung bei der Bearbeitung brechen.
Darüber
hinaus nimmt der Schneidewiderstand zu und dies kann zur Entstehung
von Wärme
und zu einer Entzündung
führen.
Unter Berücksichtigung
der vorstehenden Angaben liegt der Außendurchmesser des bei bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung verwendeten Drahtes vorzugsweise in dem Bereich von etwa
0,05 bis etwa 3,0 mm, insbesondere in dem Bereich von etwa 0,1 bis
etwa 1,0 mm. Die hier verwendete Drahtsäge umfasst allgemein ein Schneideelement
mit einer Breite in der Schneiderichtung von etwa 3,0 mm oder weniger,
wie z.B. eine Bandsäge
mit einer Breite (oder Höhe)
von etwa 3,0 mm oder weniger.
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Die
Schleifkörner
bestehen vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen Härte, beispielsweise Diamant,
SiC und Aluminiumoxid. Die Teilchengröße liegt in der Regel in dem
Bereich von etwa 10 bis etwa 1000 μm. Die Schleif körner sind
vorzugsweise an der Oberfläche
des Kerndrahtes befestigt mittels einer Bindungsschicht, beispielsweise
einer Harzschicht. Als Harzschicht kann ein Phenolharz, ein Epoxyharz
oder ein Polyimidharz verwendet werden. Die Dicke der Harzschicht
beträgt
vorzugsweise etwa 0,02 bis etwa 1,0 mm.
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Als
Bindungsschicht kann auch eine Metallschicht anstelle der Harzschicht
zum Fixieren der Schleifkörner
verwendet werden. So ist beispielsweise ein Draht mit Schleifkörnern, die
durch Elektroabscheidung oder Elektroplattierung (nachstehend auch
als "Draht mit elektrisch
abgeschiedenen Körnern" bezeichnet) daran
befestigt worden sind, bevorzugt wegen seines ausgezeichneten Austragsvermögens für den Sägestaub (Pulver
oder Schlamm). Das heißt,
der herausragende Teil der Schleifkörner (die Höhe des Abschnitts der Schleifkörner, der
aus der Oberfläche
der Bindungsschicht herausragt) kann größer gemacht werden, wenn ein
Draht mit elektrisch abgeschiedenen Körnern verwendet wird als wenn
ein Draht mit Schleifkörnern
verwendet wird, die mittels einer Harzschicht daran befestigt worden
sind. Wenn eine ausreichende Festigkeit gewährleistet ist, kann ein Draht
verwendet werden, der aus mehreren Teildrähten besteht. Durch die Verwendung
eines mehrdrahtigen Drahtes kann der Austragswirkungsgrad für den Sägestaub
(Die Sägespäne) noch weiter
verbessert werden. Im Falle der Verwendung einer Schneidflüssigkeit
zur Verbesserung des Austragswirkungsgrades für den Sägestaub, wie weiter unten beschrieben,
sollte vom Standpunkt der Beständigkeit
gegen die Schneidflüssigkeit
aus betrachtet zusätzlich
zu dem vorstehend beschriebenen ausgezeichneten Austragswirkungsgrad
ein Draht mit elektrisch abgeschiedenen Körnern bevorzugt verwendet werden.
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Die
durchschnittliche Teilchengröße D der
Schleifkörner
genügt
vorzugsweise der Beziehung 30 μm ⇲ D ⇲ 1000 μm. Insbesondere
genügt
sie vorzugsweise der Beziehung 40 μm ⇲ D ⇲ 200 μm. Vom Standpunkt des
Schneide-Wirkungsgrades
und des Austragswirkungsgrades für
den Sägestaub
aus betrachtet sollte der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten
Schleifkörnern
in der Laufrichtung der Drahsäge
vorzugsweise in dem Bereich von etwa 200 bis etwa 600 % der durchschnittlichen
Teilchengröße D liegen
und die herausragende Höhe
sollte vorzugsweise in dem Bereich von etwa 15 bis etwa 500 μm liegen.
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Der
Vorpressling (Grünling)
wird magnetisiert durch ein ausrichtendes Magnetfeld, das während des Pressens
(Verdichtens) angelegt wird. Selbst wenn für den Vorpressling (Grünling) eine
Demagnetisierung durchgeführt
wird, um eine Magnetisierung zu entfernen, verbleibt eine remanente
Magnetisierung von etwa 0,001 bis etwa 0,1 T. Obgleich eine weitere
Verringerung der remanenten Magnetisierung möglich ist, wird dadurch die
Anzahl der Behandlungsstufen erhöht
und dies ist somit bei der Massenproduktion unerwünscht. Wegen
der remanenten Magnetisierung des Vorpresslings (Grünlings)
haftet dann, wenn der Schneidezwischenraum während des Schneidens des Vorpresslings
(Grünlings)
mit einer Drahtsäge
eng ist, der Sägestaub
an der Schnittoberfläche
und dadurch wird die Trennung der abgeschnittenen Stücke des
Vorpresslings (Grünlings)
voneinander erschwert. Um dieses Problem zu vermeiden, beträgt der Schneidezwischenraum vorzugsweise
etwa 0,1 mm oder mehr.
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Es
kann auch ein Draht ohne an der Oberfläche desselben fixierte Schleifkörner (ein
von Schleifkörnern
freier Draht) verwendet werden. Bei Verwendung dieses Draht-Typs
wird jedoch der Sägestaub
weniger leicht ausgetragen und setzt sich verhältnismäßig leicht in einer Schnittrille
ab als bei Verwendung eines Drahtes, der Schleifkörner aufweist,
die an der Oberfläche
desselben fixiert sind (Draht mit fixierten Körnern). Als Folge davon kann
eine größere Menge
Sägestaub
an der Schnittfläche
haften wegen der vorstehend beschriebenen remanenten Magnetisierung.
Aus diesem Grund ist die Verwendung eines Drahtes mit daran fixierten Schleifkörnern bevorzugt,
bei der die Trennung der zerschnittenen Stücke des Vorpresslings (Grünlings)
leichter ist.
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Während des
Zerschneidens des Vorpresslings (Grünlings) in eine Vielzahl von
Stücken
kann die Drahtsäge
erneut verhältnismäßig leicht
entlang der einmal gebildeten Schnittfläche bewegt werden, wodurch die
Trennung der abgeschnittenen Stücke
erleichtert wird. Durch dieses erneute Durchlaufenlassen der Drahtsäge entlang
der Schnittfläche
kann der Sägestaub,
der in dem Zwischenraum zwischen den abgeschnittenen Stücken des
Vorpresslings zurückbleibt,
ausgetragen werden, und auf diese Weise können die zerschnittenen Stücke voneinander
getrennt werden, ohne dass ein Absplittern auftritt. Vorzugsweise
wird der Zwischenraum zwischen den abgeschnittenen Stücken des
Vorpresslings aufrechterhalten, um die Drahtsäge entlang der Schnittoberfläche erneut
laufen zu lassen.
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Um
den Austragswirkungsgrad für
den Sägestaub
während
des Schneideverfahrens zu verbessern, kann der Vorpressling (Grünling) mit
einer Schneidflüssigkeit
geschnitten werden, die mindestens auf einen Teil der Drahtsäge aufgebracht
wird, der mit dem Vorpressling in Kontakt kommt. Durch Aufbringen
einer Schneidflüssigkeit
auf die Drahtsäge
haftet der Sägestaub
leichter an der Drahtsäge
und außerdem
haften die Staubteilchen leichter aneinander. Als Folge davon haftet
eine größere Menge
des Sägestaubs
an der Drahtsäge
und wird aus dem abgeschnittenen Abschnitt ausgetragen.
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Es
bestand die Befürchtung,
dass ein nicht gesinterter Pressling, der eine geringe mechanische
Festigkeit aufweist, durch Verwendung einer Schneidflüssigkeit
leichter zerbricht. Bei Versuchen, die von den Erfindern der vorliegenden
Erfindung durchgeführt
wurden, wurde jedoch keine Abnahme der Ausbeute als Folge einer
verminderten Festigkeit festgestellt, die durch die Verwendung einer
Schneidflüssigkeit
hervorgerufen sein könnte.
Dagegen wird der Austragswirkungsgrad von Sägestaub durch die Verwendung
einer Schneidflüssigkeit
verbessert und die abgeschnittenen Teile des Vorpresslings können mit
hoher Wahrscheinlichkeit voneinander getrennt werden. Als Folge
davon wird das Herstellungsverfahren stark vereinfacht und die Produktionsausbeute
stark verbessert.
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So
wird beispielsweise beim Schneiden eines Vorpresslings in Form eines
Bogens, bei dem die oberen und unteren Oberflächen unterschiedliche Krüm mungen
haben, der Vorpressling so geschnitten, dass Schnittflächen in
der Ebene entstehen, einschließlich
derjenigen in im Wesentlichen senkrechter Richtung, wenn der Vorpressling
auf eine Trägerunterlage
gelegt wird (vertikales Schneiden). Die abgeschnittenen Stücke des
Vorpresslings können
so wie sie erhalten werden gesintert werden, ohne dass ein Verfahren
zur Trennung der abgeschnittenen Stücke voneinander durchgeführt wird.
Selbst bei diesem direkten Sintern ist das Auftreten einer Verschmelzung
(Fusion) der Presslingsstücke
aneinander gering. Deshalb ist eine ausreichende Produktionsausbeute
gewährleistet.
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Als
Schneidflüssigkeit
wird vorzugsweise eine nicht-wässrige
Schneidflüssigkeit
(eine Flüssigkeit
auf Basis eines organischen Lösungsmittels
oder eines Öls)
verwendet, um eine Oxidation des Vorpresslings zu verhindern. Eine
bevorzugte Schneidflüssigkeit
ist ein organisches Lösungsmittel
auf Basis eines Kohlenwasserstoffs, das nicht in dem Sintermagneten
als Kohlenstoff zurückbleiben
kann. Bevorzugt ist insbesondere ein Lösungsmittel auf Basis eines
gesättigten
Kohlenwasserstoffs (wie z.B. Isoparaffin und n-Paraffin), weil dieser Lösungsmittel-Typ
leich entfernbar ist. Darüber
hinaus kann eine Dispersion mit einem in der Schneidflüssigkeit
dispergierten Antifusionspulver verwendet werden, um eine noch wirksamere
Verhinderung der Fusion (des Verschweißens) zwischen den Presslingsstücken nach
dem Schneiden zu gewährleisten.
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Die
Schneidflüssigkeit
kann durch Eintauchen, Auftropfen oder Aufsprühen oder nach irgendeinem anderen
Verfahren auf die Drahtsäge
aufgebracht werden. Im übrigen
kann der Vorpressling auch in die Schneidflüssigkeit eingetaucht und im
eingetauchten Zustand zerschnitten werden.
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Nachstehend
werden verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die relevanten Zeichnungen beschrieben.
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1 erläutert einen
beispielhaften Aufbau einer Drahtsäge-Vorrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung. Die erläuterte Vorrichtung umfasst
eine Antriebseinrichtung 2, die einen Vorpressling 1 trägt, der
bearbeitet werden soll, für
das Antreiben in Aufwärtsrichtung
und in Abwärtsrichtung
(in Richtung der z-Achse) sowie eine Vielzahl von Walzen 3a, 3b, 3c und 3d.
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Eine
Drahtsäge 4,
die einen Draht und Schleifkörner
umfasst, die wie vorstehend angegeben an dem Draht fixiert sind,
wird in Linien um die Walzen 3a bis 3d herumgewickelt
und läuft
in der Richtung, die im Wesentlichen parallel zur y-Achse ist. Die
Linien der Drahtsäge 4 sind
vorzugsweise in im Wesentlichen gleichen Abständen in Richtung der x-Achse
angeordnet und der Abstand der Anordnung (der Drahtabstand) wird
willkürlich
festgelegt in Abhängigkeit
von der Größe (Dicke)
der Platten, die von dem Vorpressling (Grünling) 1 in Form eines
Blockes abgeschnitten werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beträgt
der Drahtabstand vorzugsweise etwa 1 bis etwa 30 mm.
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Der
Außendurchmesser
des für
die Drahtsäge 4 verwendeten
Drahtes liegt vorzugsweise in dem Bereich von etwa 0,05 bis etwa
3,0 mm unter Berücksichtigung
der Drahtfestigkeit und des Schneide-Zwischenraums (Schneide-Spalts). Wenn ein
starrer Sinterkörper
mit der Drahtsäge 4 zerschnitten
wird, wirkt eine Kraft (Spannung) von bis zu etwa 20 bis etwa 40
N auf den Draht ein. Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung, bei denen jedoch der weiche Vorpressling 1 vor
dem Sintern maschinell bearbeitet wird, wird eine verhältnismäßig geringe
Spannung (Kraft) von etwa 0,1 bis etwa 10 N an den Draht angelegt
und somit ist der Schneidewiderstand gering. Der Vorpressling kann
daher zerschnitten und maschinell bearbeitet werden, ohne dass ein
Problem in bezug auf eine Entzündung
und eine Oxidation auftritt, selbst in einer Atmosphäre, die
eine verhältnismäßig hohe
Sauerstoff-Konzentration
aufweist.
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Auf
die Drahtsäge 4 kann
als Schneidflüssigkeit
während
der maschinellen Bearbeitung ein organisches Lösungsmittel, wie z.B. Isoparaffin
und Ethylalkohol, aufgebracht werden. Das Aufbringen der Schneidflüssigkeit
ist nicht erforderlich, kann jedoch den Austragswirkungsgrad von
Sägestaub,
wie weiter unten beschrieben, verbessern.
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Die
Geschwindigkeit (Vy) der Drahtsäge 4 in
Richtung der y-Achse wird hier als "Draht-Zuführungsgeschwindigkeit" bezeichnet. Der
Vorpressling (Grünling) 1 wird
gegen die Drahtsäge 4 gepresst,
die mit einer vorher festgelegten Drahtzuführungsgeschwindigkeit läuft, um
in eine Vielzahl von Stücken
zerschnitten/zerteilt zu werden. Die Geschwindigkeit (Vz)
bei der der Vorpressling 1 gegen die Drahtsäge 4 gepresst
wird, die der Antriebsgeschwindigkeit der Antriebseinrichtungen
in Richtung der z-Achse in dem erläuterten Beispiel entspricht,
wird hier als "Schnittgeschwindigkeit" bezeichnet. Je höher die
Schnittgeschwindigkeit ist, umso kürzer ist die zum maschinellen
Bearbeiten erforderliche Zeit.
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Die
Drahtzuführungsgeschwindigkeit
und die Schnittgeschwindigkeit werden in großem Umfang beeinflusst durch
den Wert der Bearbeitungsbelastung, wie aus den weiter unten beschriebenen
Beispielen hervorgeht. Um die Bearbeitungsbelastung in einen für die Praxis
geeigneten Bereich zu bringen, liegt die Schnittgeschwindigkeit
vorzugsweise in dem Bereich von etwa 30 bis etwa 1200 mm/min, besonders
bevorzugt von etwa 30 bis etwa 800 mm/min.
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Die
Drahtsäge 4 kann
in einer festgelegten Richtung laufen oder sie kann in Richtung
der y-Achse sich hin- und herbewegen. Im zuletzt genannten Fall
kann eine Vielzahl von Drähten,
die über
einen im Wesentlichen rechteckigen Rahmen gespannt sind, in Richtung
der y-Achse linear hin- und herbewegt werden mit einem Luftzylinder
oder einer anderen geeigneten Einrichtung. Anstelle des Luftzylinders
kann eine Einrichtung verwendet werden, die einen Motor und eine
Kurbel umfasst.
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Die 2 zeigt
in Form eines Fließdiagramms
die Unterschiede zwischen dem Schneiden eines Vorpresslings vor
dem Sintern gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und dem konventionellen Schneiden eines
Sinterkörpers
in bezug auf die Anzahl der Bearbeitungsstufen. Wie in der 2 dargestellt,
ist es bei einem konventionellen Verfahren erforderlich, die Stufen
durchzuführen:
Herstellung des Ausgangsmaterial-Pulvers, Verdichten (Pressen) des
Pulvers, Sintern eines Vorpresslings, Zerschneiden eines Sinterkörpers und
Durchführung
einer Oberflächenbehandlung
mit den abgeschnittenen Stücken
des Sinterkörpers
und weitere Stufen. In dem Verfahren gemäß bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird der Vorpressling nach dem Pressen
(Verdichten) zerschnitten, bevor er gesintert wird, zur Herstellung
von Presslingsstücken
mit einer Gestalt und Größe, die
nahe bei denjenigen der fertigen Magnetprodukte liegen. Auf diese
Weise wird bei den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
der Vorpressling (Grünling),
der sehr weich ist und im Vergleich zu dem Sinterkörper leicht
bearbeitet werden kann, zerschnitten. Dadurch wird die zum Zerschneiden
erforderliche Zeit stark verkürzt.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist die Kontaktfläche zwischen der Drahtsäge und dem
Vorpressling klein im Vergleich zu der Kontaktfläche einer konventionellen rotierenden Klinge
mit dem Vorpressling, und deshalb ist die Menge der durch die Reibung
erzeugten Wärme
extrem gering. Beispielsweise beiträgt die Kontaktfläche bis
zu etwa 1000 bis etwa 10 000 mm2 im Falle
der Verwendung einer konventionellen rotierenden Klinge und die
Kontaktfläche
ist vermindert auf etwa 5 bis etwa 50 mm2 bei den
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Auf diese Weise werden die Probleme
der Entzündung
und einer Oxidation des Seltenerdmetall-Legierungspulvers zuverlässig auch
dann verhindert, wenn die Bearbeitung mit einer Drahtsäge in einer
normalen Atmosphäre
durchgeführt
wird.
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Es
sei jedoch darauf hingewiesen, dass zur weiter Unterdrückung der
Oxidation des Magnetpulvers und zur Erzielung guter Magneteigenschaften
es bevor zugt ist, die Bearbeitung mit einer Drahtsäge in einer Inertgasatmosphäre mit einer
Sauerstoff-Konzentration von etwa 10 bis etwa 15 Mol-% durchzuführen, wenn die
Sauerstoff-Konzentration des Magnetpulvers etwa 3000 Gew.-ppm übersteigt.
Insbesondere dann, wenn ein Magnetpulver, das eine niedrige Sauerstoff-Konzentration
von etwa 3000 Gew.-ppm oder weniger aufweist, zur Herstellung eines
Vorpresslings (Grünlings)
verwendet wird, weist das Magnetpulver eine signifikant hohe Oxidationsreaktionsfähigkeit
auf. In diesem Fall wird deshalb die Bearbeitung mit der Drahtsäge zweckmäßig in einer
Umgebung durchgeführt,
in der die Sauerstoff-Konzentration strenger begrenzt ist als vorstehend
beschrieben (z.B. in einer Inertgasatmosphäre mit einer Sauerstoff-Konzentration
von etwa 2 Mol-% oder weniger). Die Kontrolle der Sauerstoff-Konzentration
auf einen Wert innerhalb des vorstehend angegebenen Bereiches ist
möglich
durch eine partielle Verkleidung der Vorrichtung zum Schneiden,
die erreicht wird, ohne dass eine vollständige Isolierung der Verkleidung
der Drahtsägen-Vorrichtung
gegenüber
der Atmosphäre
erforderlich ist. Auf diese Weise wird dann, der Vorpressling in
einer Gasatmosphäre
zerschnitten wird, die Atmosphäre vorzugsweise
kontrolliert (gesteuert).
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Außerdem wird
dann, wenn ein Vorpressling in einer Gasatmosphäre wie vorstehend beschrieben
maschinell bearbeitet wird, dem Magnetpulver vor dem Verdichten
(Pressen) vorzugsweise ein Feststoff oder eine Schneidflüssigkeit
(z.B. ein Fettsäureester)
zugesetzt. Mit einem Film aus dem Schmiermittel auf der Oberfläche des
Pulvers wird ein Oxidation des Pulvers verhindert. Alternativ kann
nach der Herstellung eines Vorpresslings der Vorpressling vor der
maschinellen Bearbeitung mit dem Schmiermittel ausreichend imprägniert werden.
Als ein solches Schmiermittel bevorzugt ist ein Schmiermittel, das
von dem Vorpressling in dem Sinterverfahren in einer späteren Stufe
leicht entfernt werden kann.
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Beim
konventionellen Zerschneiden mit einer rotierenden Klinge ist der
Schneide-Zwischenraum bzw. -spalt breit (beispielsweise etwa 0,5
mm breit oder breiter) und dies führt zu Sägestaub (Sägespänen) der von dem abge schnittenen
Teil in einigen Fällen
sich in der Umgebung in Form von Sägespänen verteilt. Dies ist sehr
gefährlich,
wenn sich diese fliegenden Sägespänen entzünden. Durch
die Verwendung der Drahtsäge
gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird das Umherfliegen von Sägestaub
(Sägespänen) stark
minimiert und eliminiert und auf diese Weise eine sichere Bearbeitung
gewährleistet.
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Die
Behandlung mit einer Drahtsäge
gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann auch in einem organischen Lösungsmittel,
beispielsweise einem Lösungsmittel
auf Basis eines gesättigten
Kohlenwasserstoffs, dargestellt durch Isoparaffin, im untergetauchten
Zustand durchgeführt
werden. Die Entfernung eines solchen organischen Lösungsmittels
ist leicht. Deshalb kann der Vorpressling in einem normalen Sinterverfahren
leicht entfettet werden, ohne dass es erforderlich ist, ein spezielles
Entfettungsverfahren durchzuführen.
Dadurch tritt das Problem nicht auf, dass der Kohlenstoff in dem
organischen Lösungsmittel
die magnetischen Eigenschaften des Sintermagneten beeinträchtigt.
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Nachstehend
wird ein Beispiel für
eine bevorzugte Ausführungsform
1 gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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In
diesem Beispiel wurde, wie in 3 dargestellt,
ein Vorpressling (Grünling),
der sich von einer unteren Position nach oben bewegte, mit einer
Drahtsäge,
die in drei Linien angeordnet war, in der Atmosphäre zerschnitten.
Der Außendurchmesser
des Drahtes (der Liniendurchmesser) der Drahtsäge betrug etwa 0,24 mm und
der Drahtabstand betrug etwa 5 mm. Der Vorpressling, der bearbeitet
werden sollte, wurde mit einer bekannten Presse aus einem Magnetpulver
(FSSS-Teilchengröße: etwa
3,0 bis etwa 3,2 μm)
aus einer Legierung hergestellt, die enthielt etwa 26 Massenprozent
(Nd + Pr), etwa 5 Massenprozent Dy, etwa 1 Massenprozent B, etwa
1 Massenprozent Co, etwa 0,2 Massenprozent Al und etwa 0,1 Massenprozent
Cu und als Rest Fe. Das Magnetpulver wurde in einem Magnetfeld während des
Pressens (Verdichtens) ausgerichtet. Das angelegte Magnetfeld betrug
etwa 1,2 T. Der resultierende Vorpressling hatte eine etwa rechteckige
Gestalt mit ungefähren
Dimensionen von 15 mm (Höhe) × 41,7 mm
(Breite) × 66,2
mm (Tiefe).
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Die
Position des Vorpresslings in bezug auf die Drahtsäge wurde
so festgelegt, dass die Länge
des Kontaktabschnitt des Vorpresslings mit jedem Draht etwa etwa
41,7 mm betrug. Die Bearbeitungsbelastung (die nach unten gerichtete
Kraft bzw. Belastung), die durch den Vorpressling auf die Drahtsäge während der Aufwärtsbewegung
des Vorpresslings einwirkte, wurde mit einer Belastungszelle bestimmt.
In dem Versuch wurde die Drahtzuführungsgeschwindigkeit in dem
Bereich von etwa 100 bis etwa 150 m/min variiert. Die Schnittgeschwindigkeit
wurde in dem Bereich von etwa 150 bis etwa 420 mm/min variiert.
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Die 4 stellt
ein Diagramm dar, das die Pressdichte in Abhängigkeit von der Bearbeitungsbelastung zeigt.
Bei der in 4 dargestellten Messung betrug
die Drahtzuführungsgeschwindigkeit
etwa 150 m/min und die Schnittgeschwindigkeit betrug etwa 150 mm/min.
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Aus
der 4 ist zu ersehen, dass die Bearbeitungsbelastung
mit steigender Pressdichte zunimmt. Es sei jedoch darauf hingewiesen,
dass dann, wenn die Pressdichte übermäßig niedrig
ist, die Festigkeit des Vorpresslings abnimmt und leicht eine Rissbildung
und ein Absplittern auftritt. Um dieses Problem zu vermeiden, beträgt die Pressdichte
vorzugsweise mindestens etwa 3,6 g/cm3 oder
mehr. Von verschiedenen Standpunkten aus betrachtet liegt die Pressdichte
vorzugsweise in dem Bereich von etwa 3,8 bis etwa 5,0 g/cm3. Unter Berücksichtigung der magnetischen
Eigenschaften nach dem Sintern und der Ausbeute in bezug auf die Rissbildung
und Zersplitterung des Vorpresslings, liegt die Dichte des Vorpresslings
besonders bevorzugt in dem Bereich von etwa 4,0 bis etwa 4,7 g/cm3. Die wahre Dichte des Magnetpulvers (Legierungsmaterials)
beträgt
etwa 7,5 g/cm3.
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Die 5 stellt
ein Diagramm dar, das die Abhängigkeit
der Drahtzuführungsgeschwindigkeit
von der Bearbeitungsbelastung zeigt. Bei dieser Messung betrug die
Schnittgeschwindigkeit etwa 150 mm/min. Die 6 stellt
ein Diagramm dar, das die Abhängigkeit
der Schnittgeschwindigkeit von der Bearbeitungsbelastung zeigt,
die festgestellt wurde, wenn das oben beschriebene Schmiermittel
zugesetzt wurde. Bei dieser Messung betrug die Drahtzuführungsgeschwindigkeit
etwa 150 m/min.
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Aus
der 5 ist zu ersehen, dass die Bearbeitungsbelastung
abnimmt mit steigender Drahtzuführungsgeschwindigkeit.
Aus der 6 ist zu ersehen, dass die Bearbeitungsbelastung
abnimmt mit abnehmender Schnittgeschwindigkeit. Wenn die Drahtzuführungsgeschwindigkeit
und die Schnittgeschwindigkeit auf Werte in ungeeigneten Bereichen
eingestellt werden, wird die Bearbeitungsbelastung übermäßig groß und als Folge
davon kann die Schnittfläche
des Vorpresslings aufgeraut sein. Im einzelnen gilt, dass dann,
wenn die Bearbeitungsbelastung groß ist, Sägemarkierungen auf der Schnittoberfläche entstehen,
wodurch die Oberfläche
bis zu einem messbaren Wert uneben wird. Dies führt zu einer Erhöhung der
Anzahl von Verfahrensstufen, die für die Bearbeitung nach der
Sinterung erforderlich sind, und dies führt auch zu einer Erhöhung des Auftretens
einer Absplitterung an den Rändern
des Vorpresslings nach dem Schneiden.
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Die 7A stellt
ein Diagramm dar, das die Beziehung zwischen der Profilunregemäßigkeit
("welligen" oder "rauen" Oberfläche) der
Schnittfläche
nach dem Sintern und der Pressdichte zeigt. Bei dieser Messung betrug
die Drahtzuführungsgeschwindigkeit
etwa 150 m/min und die Schnittgeschwindigkeit betrug etwa 150 mm/min.
Die 7B stellt eine perspektivische Ansicht dar, welche
die Messung des Wellenbereiches (etwa 32 mm) auf der Schnittoberfläche zeigt
und die 7C stellt ein Diagramm dar,
das die Messdaten (Stufendaten) der welligen Oberfläche zeigt.
Das Diagramm der 7A wurden auf der Basis der
Daten der 7C angefertigt.
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Wie
aus der 7A ersichtlich, wird die Profilunregelmäßigkeit
des Sinterkörpers
besser, wenn die Pressddichte höher
ist (beispielsweise etwa 4,3 g/cm3 oder
mehr beträgt).
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Nachstehend
wird ein Beispiel für
das Zerschneiden eines Vorpresslings vor dem Sintern gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem Vergleichsbeispiel
zum Zerschneiden eines Sinterkörpers
beschrieben, um zu überprüfen, ob
die Schnittgeschwindigkeit und die Drahtzuführungsgeschwindigkeit in der
Lage sind, das am besten geeignete Unregelmäßigkeitsprofil zu ergeben. Tabelle 1
| Schnittgeschwindigkeit
(mm/min) | Drahtzuführungsgeschwindigkeit (m/min) |
Zerschneiden
eines Vorformlings | 150 | 150 |
Zerschneiden
eines Sinterkörpers | 0,67 | 800 |
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Wie
aus der Tabelle 1 hervorgeht, wurde beim Zerschneiden eines weichen
Vorformlings mit der Drahtsäge
gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eine Schnittgeschwindigkeit erzielt, die
mehr als etwa 200 mal so hoch war wie diejenige in dem Vergleichsbeispiel,
selbst bei einer vergleichsweise niedrigen Drahtzuführungsgeschwindigkeit.
Diese Verbesserung der Schnittgeschwindigkeit, erzielt durch die
verminderte Bearbeitungsbelastung, führt zu einer Verkürzung der
Bearbeitungszeit.
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Die
nachstehende Tabelle 2 zeigt die Größenänderungen beim Sintern und
Schleifen in dem Beispiel gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Tabelle 2
Pressdichte | Dicke
der abgeschnittenen Presslingsstücke (mm) | Dicke
des Sinterkörpers (mm) | Dicke
nach dem Schleifen (mm) |
4,1 | 4,76 | 3,43 | 3,33 |
4,3 | 3,50 | 3,41 |
3,45 |
4,5 | 3,56 |
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Die
Dicke der abgeschnittenen Stücke
des Vorpresslings unmittelbar nach dem Zerschneiden mit der Drahtsäge (Größe in Richtung
der x-Achse gemäß
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1)
betrug etwa 4,76 mm, ein Wert, der bestimmt wurde durch Subtrahieren
des Drahtaußendurchmessers
(etwa 0,24 mm) von dem Drahtabstand (etwa 5 mm).
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Durch
das Sintern der Presslingsstücke
nahm die Dicke um etwa 30 % ab und durch weiteres Schleifen des
Sinterkörpers
nahm die Dicke um etwa 0,1 mm ab. Die Schrumpfung des Vorpresslings
durch das Sintern war am signifikantesten in Richtung des während des
Verdichtens angelegten ausrichtenden Magnetfeldes. In diesem Beispiel
wurde das Magnetfeld in Richtung der Dicke des Vorpresslings angelegt,
um das Pulver auszurichten.
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Beim
konventionellen Zerschneiden wurde ein Sinterkörper, der durch Sintern einer
Schrumpfung bereits unterworfen war, zerschnitten. Deshalb war das
Verhältnis
zwischen dem Schneide-Zwischenraum und der Dicke des Sinterkörpers groß. Dagegen
ist bei dem Schneiden gemäß bevorzugten
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung, bei dem ein Vorpressling vor dem Schrumpfen
zerschnitten wird, das Verhältnis zwischen
dem Schneide-Zwischenraum
und der Dicke des Vorpresslings verhältnismäßig klein, wenn der Draht den
gleichen Außendurchmesser
hat. Dadurch kann die Menge des durch das Schneiden erzeugten Abfallmaterials
minimiert werden und dies trägt
zur Verbesserung der Ausbeute (des Ausnutzungswirkungsgrades) des
Materials bei.
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Nachstehend
werden unter Bezugnahme auf die 8 bevorzugte
Arten der Sinterung eines Vorpresslings, der mit einer Drahtsäge zerschnitten
worden ist (Arten der Anordnung der abgeschnittenen Presslingsstücke während der
Sinterung), beschrieben.
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Wie
in der 8 dargestellt, besteht dann, wenn die Presslingsstücke, die
mit der Drahtsäge
abgeschnitten worden sind, gesintert werden, während ihre Schnittflächen nahe
einander gegenüberliegen,
die Schnittflächen
miteinander fusioniert (oder verschweißt). Diese Fusionsstörung tritt
leichter auf, wenn der Schneidezwischenraum klein ist. Um das Fusionieren
durch Sintern zu vermeiden, ist es bevorzugt, ein Antifusionspulver,
beispielsweise ein Y2O3-Pulver, in den Zwischenraum
zwischen den Schnittoberflächen
einzubringen. Ein solches Antifusionspulver ist nicht auf Y2O3-Pulver beschränkt, sondern
kann aus jedem beliebigen Material bestehen, das beständig ist
gegen Reaktion mit dem Seltenerdmetallelement des Magneten. Beispielsweise
kann (können)
ein Pulver oder Flocken aus Al2O3 und C verwendet werden oder es kann irgendein andere
geeignetes Material verwendet werden.
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Alternativ
können
die Presslingsstücke
nach dem Zerschneiden mit der Drahtsäge in einem verbreiterten Abstand
dazwischen voneinander angeordnet werden oder sie können getrennt
gesintert werden, wie in dem unteren Teil der 8 dargestellt.
In diesen Fällen
beträgt
der Zwischenraum zwischen den benachbarten Presslingsstücken vorzugsweise
etwa 0,1 mm oder mehr.
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Die 9 erläutert einen
beispielhaften Aufbau eines Magnetpulver-Presslings-Herstellungssystem 100,
das eine Drahtsäge-Vorrichtung 20 gemäß der bevorzugten
Ausführungsformen 2 der
vorliegenden Erfindung umfasst.
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Das
Magnetpulver-Presslings-Herstellungssystem 100 umfasst
eine Pressvorrichtung 10 und die Drahtsäge-Vorrichtung 20.
Das Magnetpulver-Presslings-Herstellungssystem 100 umfasst
ferner ein Förderband 16 zum
Transportieren der Vorpresslinge 1 von der Verdichtungsvorrichtung 10 zu
der Drahtsäge-Vorrichtung 20,
ein Förderband 42 zum
Transportieren der abgeschnittenen Presslingsstücke 1a von der Drahtsäge-Vorrichtung 20 zu
einem Sintergehäuse 50 und
eine Überführungs-Einrichtung 30 um Überführen der Vorpresslinge 1 von
dem Förderband 16 auf
die Drahtsäge-Vorrichtung 20 und
zum Überführen der
Presslingstücke 1a von
der Drahtsäge-Vorrichtung 20 auf
das Förderband 42.
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Das
Magnetpulver-Presslings-Herstellungssystem 100 ist von
einer Schutzwand 70 umgeben, sodass die Luft durch Stickstoffgas
ersetzt werden kann, um beispielsweise die Sauerstoff-Konzentration
zumindest in der Umgebung der Drahtsäge-Vorrichtung 20 zu
verringern. In dem erläuterten
Beispiel ist der Bereich des Systems von der Mitte des Förderbandes 16 bis
zu dem Sintergehäuse 50 von
der Schutzwand 70 umgeben und Stickstoffgas wird in den
Bereich mit der Schutzwand 70 eingeführt, um eine Kontrolle der
Sauerstoff-Konzentration
innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereiches zu ermöglichen.
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Nachstehend
wird der Betrieb des Magnetpulver-Presslings-Herstellungssystems 100 beschrieben.
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Die
Pressvorrichtung 10 umfasst einen oberen Stempel 14a,
einen unteren Stempel 14b und eine Pressform 14c zusammen
mit einem Mechanismus zum Betrieb dieser Komponenten und einem Kontrollmechanismus
(beide nicht dargestellt). Das Magnetpulver wird in einen Hohlraum
eingefüllt,
der durch ein durchgehendes Loch der Pressform 14c und
die obere Oberfläche
des unteren Stempels 14b, in dem eine Beschickungsbox 12 verwendet
wird, definiert ist, sodass der Hohlraum mit dem Magnetpulver gefüllt wird.
Das Pulver wird uniaxial mit den oberen und unteren Stempeln 14a und 14b gepresst
zur Herstel lung des Vorpresslings (Grünlings) 1. Die Pressvorrichtung 10 kann
eine magnetische Schaltung (nicht dargestellt) aufweisen, die das
Anlegen eines ausrichtenden Magnetfeldes an das Magnetpulver während des
Pressens ermöglicht. Die
Richtung des ausrichtenden Magnetfeldes kann im Wesentlichen parallel
oder im Wesentlichen senkrecht zu der Pressrichtung verlaufen. Die
Pressvorrichtung 10 kann auch mit einer magnetischen Schaltung
(nicht dargestellt) ausgestattet sein, um ein demagnetisierendes
Magnetfeld zu erzeugen.
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Der
Vorpressling (Grünling) 1,
der mittels der Pressvorrichtung 10 hergestellt wird, wird
mit dem Förderband 16 in
den Bereich transportiert, der von der Schutzwand 70 umgeben
ist, in dem die Drahtsäge-Einrichtung 20 montiert
ist. Das Förderband 16 kann
mit einer magnetischen Schaltung (nicht dargestellt) versehen sein,
um ein demagnetisierendes Magnetfeld zu erzeugen, oder es kann mit
einem Mechanismus zum Aufsprühen
eines Inertgasses, wie z.B. Stickstoff, auf den Vorpressling 1 ausgestattet
sein zur Entfernung von Magnetpulver, das an dem Vorpressling 1 haftet.
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Im
Innern des von der Schutzwand 70 umgebenen Bereiches wird
der Vorpressling 1 auf die Drahtsäge-Einrichtung 20 überführt, die
auf einer Plattform 28 befestigt ist, mittels eines Arms 34 der Überführungs-Einrichtung 30 und
in die richtige Position gebracht. Die Überführungs-Einrichtung 30 weist
zwei Arme 34 und 36 auf einer Schiene 32 auf.
Die Arme 34 und 36 halten den Vorpressling 1 oder
die abgeschnittenen Presslingsstücke 1a beispielsweise
mit einer magnetischen Einspann-Einrichtung (einem Haltemechnismus mit
magnetischer Anziehung) fest oder geben diesen frei. Die Arme 34 und 36 sind
einzeln vertikal und auch entlang der Schiene 32 beweglich.
Die Operationen der Arme 34 und 36 werden durch
eine Sequenziereinrichtung, beispielsweise einzeln oder in Kombination,
gesteuert. Die Arme 34 und 36 können im übrigen beispielsweise
mittels eines Luftzylinders an den Vorpressling 1 angekuppelt
werden.
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Der
Vorpressling 1 wird mittels der Drahtsäge-Einrichtung 20 in
eine Vielzahl von Presslingssstücken 1a horizontal
zerschnitten, wie weiter unten näher
beschrieben. Die Presslings-Halteeinrichtung 22 wird relativ zu
einer Drahtsägen-Einheit 24 bewegt,
um den Vorpressling 1 mit Drahtsägen 24b der Drahtsäge-Einheit 24 zu
zerschneiden. Die relative Geschwindigkeit (Schnittgeschwindigkeit)
des Vorpresslings 1 in bezug auf die Drahtsägen 24b kann
eingestellt werden durch Änderung
der Umdrehungsgeschwindigkeit eines Motors 26. Die resultierende
Vielzahl von Presslingstücken 1a wird
von dem Arm 34 angezogen und von diesem festgehalten und
zu einer zurückgezogenen
Position auf der Plattform 28 transportiert.
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Die
Presslingsstücke 1a in
der zurückgezogenen
Position auf der Plattform 28 werden von dem Arm 36 nacheinander
angezogen und festgehalten durch die obere Oberfläche jedes
Presslingsstückes
und sie werden nacheinander getrennt auf eine Platte 44 überführt, die
auf dem Förderband 42 angeordnet
ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
wird der Vorpressling 1 so zerteilt (zerschnitten), dass
er horizontale Schnittflächen
aufweist. Durch Anziehen der oberen Oberfläche (oder Schnittfläche) jedes
Presslingsteils 1a durch den Arm 36 und Bewegen
des Arms 36 im Wesentlichen senkrecht (in Richtung der
Schwerkraft) wirkt nur eine vertikale Kraft auf die Schnittoberfläche ein
und es wird im Wesentlichen keine Scherkraft erzeugt gegenüber der
Schnittfläche.
Dadurch wird das Zersplittern des Presslingsstücks 1a verhindert.
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Nachdem
eine vorgegebene Anzahl von Presslingsstücken 1a auf die Platte 44 gelegt
worden sind, wird die Platte 44 mit dem Förderband 42 in
das Sintergehäuse 50 transportiert.
Das Sintergehäuse 50 weist eine
Vielzahl von Gestellen auf, die jeweils aus einer Vielzahl von Trägerstäben bestehen.
Die Höhe
der Gestelle wird eingestellt durch vertikale Bewegung eines Lifts 60,
um die Aufnahme der Platte 44 von dem Förderband 42 zu ermöglichen.
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Nachdem
eine vorgegebene Anzahl von Platten 44 in das Sintergehäuse 50 eingeführt worden
ist, wird das Sintergehäuse 50 in
einen Sinterofen transpor tiert. Anschließend werden Verfahrensstufen ähnlich denjenigen,
wie sie in bezug auf die bevorzugte Ausführungsform 1 beschrieben worden
sind, durchgeführt,
um die Herstellung der Sintermagnete zu vervollständigen.
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Der
Aufbau und der Betrieb der Drahtsäge-Vorrichtung 20 bei
der bevorzugten Ausführungsform
2 werden nachstehend unter Bezugnahme auf die 10 und 11 im
Detail beschrieben.
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Die
Drahtsäge-Vorrichtung 20 umfasst
die Presslings-Halteeinrichtung 22 und die Drahtsäge-Einheit 24.
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Wie
in der 11 dargestellt, weist die Presslings-Rückhalteeinrichtung 22 eine
Bodenplatte 22a, eine hintere Platte 22b und zwei
Seitenplatten 22c auf. Die hintere Platte 22b weist
Rillen 26 auf für
die Aufnahme der Drahtsägen
nach dem Zerschneiden des Vorpresslings 1. Jede Rille 26 hat
eine Größe (Breite
und Tiefe), die ausreicht, um die Drahtsäge vollständig aufzunehmen. Ohne die
Rillen 26 können
die Drahtsägen,
welche die hintere Platte 22b erreicht haben, vertikal
verschoben werden und/oder es kann zwischen der hinteren Platte 22b und
den Presslingsstücken 1a ein
Zwischenraum gebildet werden, was zum Auftreten von Absplitterungen
in dem abgeschnittenen Endabschnitt des Vorpresslings 1 führt. Die
beiden Seitenplatten 22c weisen Schlitze 23 auf
zum Hindurchführen
der Drahtsägen
und sie umschließend
sandwichartig den Vorpressling 1 und die abgeschnittenen
Presslingsstücke 1a dazwischen
während
des Schneideverfahrens.
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Der
Vorpressling 1 wird auf der Bodenplatte 22a der
Presslingsfesthalte-Einrichtung 22 angeordnet, sandwichartig
umschlossen durch die beiden Seitenplatten 22c, und er
wird in bezug auf die Drahtsäge-Einheit 24 bewegt,
während
er von der hinteren Platte 22b getragen wird. Die hintere
Platte 22b und die Seitenplatten 22c halten den
Vorpressling beispielsweise mit einem Luftzylinder (nicht dargestellt)
fest und geben die Presslingstücke 1a nach
dem Zerschneiden frei.
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Die
Drahtsäge-Einheit 24 weist
einen Rahmen 24a auf, über
den die drei Drahtsägen
mit daran fixierten Körnern 24b wie
in 10 dargestellt gespannt sind. Der Rahmen 24a ist
gleitend an einer Schiene 25 befestigt, die auf der Station 28 angeordnet
ist. Der Rahmen 24 steht in Verbindung mit einer Kurbel 24d,
die an einen Motor 24c gekoppelt ist und entlang der Schiene 25 hin-
und herbewegt wird mit der Drehung des Motors 24c in den
durch den Pfeil A in der 10 angegebenen
Richtungen.
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Der
Vorpressling 1, der von der Presslings-Festhalte-Einrichtung 22 festgehalten
wird, wird relativ zu den sich hin- und herbewegenden Drahtsägen 24b in
den durch den Pfeil B in der 10 angegeben
Richtungen bewegt. Insbesondere laufen die Drahtsägen 24b entlang
der Schlitze 23 der Seitenplatten 22c der Presslings-Festhalte-Einrichtung 22 und
erreichen schließlich
die Rillen 26 der hinteren Platte 22b, an der
der Vorpressling 1 in eine Vielzahl von Presslingsstücken 1a zerschnitten
wird. Die Presslings-Festhalte-Einrichtung 22, die noch
die Presslingsstücke 1a festhält, wird
dann in die entgegengesetzte Richtung (Rückwärtsbewegung) (vgl. Pfeil B
in der 10) bewegt, während die
Drahtsägen 24b hin-
und herbewegt werden. Durch dieses Laufen der Drahtsägen 24b entlang
der Schnittflächen
(Zwischenräume
zwischen der Vielzahl von Presslingsstücken 1a) wird der
auf den Schnittflächen
verbleibende Sägestaub
(Sägespäne) zuverlässig entfernt.
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Da
der Durchmesser der Drahtsägen 24b vergleichsweise
gering ist und somit der Austragswirkungsgrad des Sägestaubs
niedrig ist, bleibt eine große
Menge Säbestaub
zwischen den Presslingsstücken 1a zurück. Dies
kann einen engen Kontakt zwischen benachbarten Presslingsstücken 1a hervorrufen
und die Trennung der Presslingsstücke 1a voneinander
erschweren. Insbesondere weist ein Magnetpulvers des Vorpresslings,
der unter Anlegen eines ausrichtenden Magnetfeldes gebildet worden
ist, eine Restmagnetisierung auf und diese verschlechtert den Austragswirkungsgrad.
Wenn die Presslingsstücke 1a in
diesem Zustand voneinander getrennt werden, kann ein Absplittern
in den Presslingstücken 1a auftreten.
Durch erneuten Hindurchführen
der Drahtsägen 24b entlang
der Schnittflächen
wird der Sägestaub,
der in den Zwischenräumen zwischen
den Presslingsstücken 1a verblieben
ist, entfernt und auf diese Weise ist eine Trennung der Presslingsstücke 1a voneinander
möglich,
ohne dass ein Absplittern auftritt. Das heißt, wie vorstehend beschrieben, können die
Presslingsstücke 1a voneinander
getrennt werden lediglich durch Festhalten der oberen Oberfläche jedes
Presslingstückes 1a durch
Anziehen mit der magnetischen Einspann-Einrichtung und Anheben des Presslingsstückes nach
oben.
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Die
Geschwindigkeit des zweiten Durchgangs der Drahtsägen 24 zur
Entfernung des Sägestaubs
(der Sägespäne) kann
höher sein
als die Zuführungsgeschwindigkeit
(Schnittgeschwindigkeit) der Drahtsägen 24b während des
Zerschneidens. Der zweite Durchgang der Drahtsägen 24b wird vorzugsweise
mit einer Geschwindigkeit durchgeführt, die im Wesentlichen gleich
oder höher
ist als die Durchgangsgeschwindigkeit während des Zerschneidens, weil
dann, wenn die Geschwindigkeit des zweiten Durchgangs zu niedrig
ist, nicht genügend
Sägestaub
(Sägespäne) ausgetragen
werden kann. Die Richtung des zweiten Durchgangs der Drahtsägen 24b ist
nicht notwendigerweise entgegengesetzt zu der Richtung während des
Zerschneidens, die entgegengesetzte Richtung wird jedoch bevorzugt
angewendet, weil der zweite Durchgang in der entgegengesetzten Richtung
auch dazu dient, das Verfahren zu der erneuten Rückführung der Presslings-Festhalteeinrichtung 22 in
die ursprüngliche
Position für
die Aufnahme des nächsten
Formpresslings 1 durchzuführen.
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Bei
der erläuterten
Beispiel werden der Vorpressling 1 und die Drahtsägen 24b relativ
zueinander in der horizontalen Ebene zum Zerschneiden bewegt. Der
durch die erneute Durchführung
der Drahtsägen 24 entlang
der Schnittoberflächen
wie vorstehend beschrieben, kann auch erzielt werden durch eine
Anwendung, bei der der Vorpressling 1 und die Drahtsägen 24b relativ
zueinander bewegt werden in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung,
wie beispielsweise bei der bevorzugten Ausführungsform 1.
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Die
Anzahl der Drahtsägen 24h,
die über
den Rahmen 24a gespannt sind, ist nicht beschränkt. Die Spannung
der Drahtsägen 24b (beispielsweise
etwa 0,05 N bis etwa 10 N) kann in geeigneter Weise eingestellt
werden in Abhängigkeit
von der Härte
(der Leichtigkeit der maschinellen Bearbeitung), der Schnittgeschwindigkeit
und anderen Faktoren. Die Geschwindigkeit der Bewegung der Presslings-Festhalteeinrichtung 22 (Schnittgeschwindigkeit)
kann in gleicher Weise eingestellt werden in Abhängigkeit von der Dicke der
Drahtsägen 24b,
der Zuführungsgeschwindigkeit
(Transportgeschwindigkeit), der Spannung, der Härte des Vorpresslings 1 und
anderen Merkmalen. Durch geeignete Einstellung können die Schnittflächen glatt
gemacht werden und die Anzahl der Behandlungsstufen, wie z.B. durch
Schleifen, kann vermindert werden.
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In
dem erläuterten
Beispiel wurden die Drahtsägen 24b mit
dem Motor 24c und der Kurbel 24d hin- und herbewegt.
Alternativ können
die Drahtsägen 24b mittels
verschiedener bekannter Einrichtungen in Bewegung versetzt werden.
Beispielsweise kann ein langer Draht in den entgegengesetzten Richtungen
oder in einer Richtung wie bei einer Drahtsäge-Vorrichtung im großen Maßstab in
Bewegung versetzt werden. Außerdem
kann eine endlose Drahtsäge
verwendet werden. Da der Vorpressling 1 unter vermindertem
Verschleiß der
Drahtsäge
leicht zerschnitten werden kann, ist die Zuführung eines neuen Drahtes nicht
notwendigerweise erforderlich. Dies ermöglicht die Verwendung verschiedener
Antriebsverfahren.
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Der
Sägestaub
(die Sägespäne), der
während
des Zerschneidens erzeugt wird, wird daran gehindert, zu den mechanischen
Teilen zu fliegen (einschließlich
des Motors 24c, der Kurbel 24d, des Motors 26 und
einer Kugelschnecke 27) durch die relative Bewegung der
Presslingsstücke 1a und
der Drahtsägen 24b in
der horizontalen Ebene und die Hin- und Herbewegung der Drahtsägen 24b in
der horizontalen Ebene, wie vorstehend beschrieben. Dies ist vorteilhaft
insofern, als die Wartung der Maschine leicht ist. Wenn ein magnetisches
Pul ver mit einer Restmagnetisierung zu den mechanischen Teilen fliegt,
ist dieses Pulver schwer zu entfernen und es kann einen Bruch der
mechanischen Teile hervorrufen. Das Zerschneiden des Vorpresslings 1 in
der horizontalen Ebene ist auch insofern vorteilhaft, als die Presslingsstücke 1a voneinander
getrennt werden können,
ohne dass eine Scherkraft erzeugt wird, wie vorstehend beschrieben.
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Der
Vorpressling 1, der durch die Pressvorrichtung 10 hergestellt
worden ist, wird in die Presslings-Festhalteeinrichtung 20 eingeführt, die
durch die Übertragungseinrichtung 30 in
der richtigen Position montiert ist. Wenn der Arm 34 mit
einem Drehmechanismus ausgestattet ist, ist es möglich, den Vorpressling 1 in
einer Richtung zu zerschneiden, die im Wesentlichen parallel zu
einer beliebigen Oberfläche
des Vorpresslings 1 verläuft. Das heißt mit anderen
Worten, die Schnittoberfläche
kann beliebig festgelegt werden in bezug auf die Richtung des ausrichtenden
Magnetfeldes in dem Vorpressling 1. Wenn beispielsweise
der Vorpressling 1, der im Wesentlichen durch paralleles
Pressen hergestellt worden ist, in der Presslings-Festhalteeinrichtung 22,
so wie er erhalten wird, angeordnet wird, wird der Vorpressling 1 in
einer Ebene zerschnitten, die im Wesentlichen senkrecht zur Restmagnetisierung
verläuft.
Wenn man jedoch den Arm 34 mit einem Mechanismus ausstattet,
der eine Drehung um 90° in
der senkrechten Ebene erlaubt, kann der Vorpressling 1 in
der Ebene zerschnitten werden, die im Wesentlichen parallel zur
Restmagnetisierung verläuft.
Ansonsten kann der Vorpressling 1, der im Wesentlichen
durch senkrechtes Pressen hergestellt worden ist, in einer Ebene
zerschnitten werden, die im Wesentlichen senkrecht zur Restmagnetisierung
verläuft.
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Die 12 erläutert einen
beispielhaften Aufbau einer Drahtsäge-Vorrichtung 40, die zweckmäßig für ein Verfahren
zur Herstellung eines Sintermagneten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Die
in der 12 dargestellte Drahtsäge-Vorrichtung 40 unterscheidet
sich von der in 1 dargestellten Drahtsäge-Vorrichtung
dadurch, dass eine Schmiermittelauftragseinrichtung 5 vorgesehen
ist. Die Komponenten, welche im Wesentlichen die gleichen Funktionen
haben wie diejenigen der in 1 dargestellten
Drahtsäge-Vorrichtung,
werden durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet und eine Wiederholung
ihrer Beschreibung wird weggelassen.
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In
der Drahtsäge-Vorrichtung 40 wird
eine Schneidflüssigkeit 6 auf
eine Drahtsäge 4 mittels
der Schmiermittelauftragseinrichtung 5 aufgebracht, bevor
die Drahtsäge 4 mit
dem zu zerschneidenden Vorpressling 1 in Kontakt kommt.
Die Schmiermittelauftragseinrichtung 5 umfasst vorzugsweise
einen Behälter 5a für die Aufnahme
der Schmierflüssigkeit 6 und
eine Pfanne 5b zum Sammeln der aus dem Behälter 5a überlaufenden
Schneidflüssigkeit.
Die Schneidflüssigkeit 6 wird
im Zustand des Überlaufs über die
obere Öffnung
des Behälters 5a gehalten
für den
Auftrag auf Teile der Drahtsäge 4,
die durch die Schlitze läuft,
die in den seitlichen Oberflächen
des Behälters 5a vorgesehen
sind.
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Bei
dieser bevorzugten Ausführungsform
wird als Schneidflüssigkeit
ein Lösungsmittel
auf Basis eines gesättigten
Kohlenwasserstoffs (in der Regel isoparaffin und n-Paraffin) bevorzugt
verwendet, das nicht dazu neigt, in dem Sintermagneten als Kohlenstoff
zu verbleiben. Das durchschnittliche Molekulargewicht des Lösungsmittels
auf Basis eines gesättigten
Kohlenwasserstoffs liegt vorzugsweise in dem Bereich von etwa 120 bis
etwa 500. Ein Lösungsmittel
mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von weniger als etwa
120 weist eine geringe Kohäsion
auf und führt
somit zu Schwierigkeiten beim wirksamen Binden des Sägestaubs
(der Sägespäne). Wenn
ein Lösungsmittel
mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von mehr als etwa
500 verwendet wird, ist die Menge des in dem Sinterkörper zurückbleibenden
Kohlenstoffs groß und
dies verändert in
nachteiliger Weise die magnetischen Eigenschaften des Sinterkörpers. Das
durchschnittliche Molekulargewicht liegt besonders bevorzugt in
dem Bereich von etwa 140 bis etwa 450.
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Der
Siedepunkt kann ebenfalls dazu verwendet werden, ein bevorzugtes
Material für
das Lösungsmittel
auf Basis eines gesättigten
Kohlenwasserstoffs anzugeben. Ein Lösungsmittel auf Basis eines
gesättigten Kohlenwasserstoffs,
das einen Siedepunkt in dem Bereich von etwa 80 bis etwa 250°C aufweist,
ist bevorzugt. Ein Lösungsmittel,
das einen Siedepunkt von weniger als etwa 80°C aufweist, weist eine geringe
Kohäsion
auf und es treten somit Schwierigkeiten beim wirksamen Binden des
Sägestaubs
auf. Wenn ein Lösungsmittel
mit einem Siedepunkt von mehr als etwa 250°C verwendet wird, ist die Menge
des in dem Sinterkörper
zurückbleibenden
Kohlenstoffs groß und
dadurch werden die magnetischen Eigenschaften des Sinterkörpers in
nachteiliger Weise verschlechtert. Ein Lösungsmittel, das einen Siedepunkt
von weniger als etwa 80°C
aufweist, ist hoch flüchtig
und ein solches Lösungsmittel
ist daher vom Standpunkt der Arbeitsumgebung, die leicht verschmutzt
werden kann, aus betrachtet nachteilig zusätzlich zu dem weiter oben angegebenen
Grund. Als Lösungsmittel
auf Basis eines gesättigten
Kohlenwasserstoffs wird besonders bevorzugt ein solches mit einem durchschnittlichen
Molekulargewicht in dem Bereich von etwa 140 bis etwa 450 oder mit
einem Siedepunkt in dem Bereich von etwa 100 bis etwa 230°C verwendet.
Nur eine vergleichsweise geringe Menge eines solchen Lösungsmittels
kann die Wirkung haben, den Sägestaub
(die Sägespäne) wirksam
zu binden und den Sägestaub
auszutragen. Bevorzugt ist insbesondere Isoparaffin, weil es leicht
entfernt werden kann und somit die Menge des in dem Sinterkörper verbleibenden
Kohlenstoffs gering gehalten werden kann. In den Beispielen dieser
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, die weiter unten beschrieben wird, wurde Isoparaffin (Flammpunkt
49°C, Viskosität: 1,2 mm2/s, Molekulargewicht: 140 bis 150, Siedepunkt
166°C (anfänglicher
Siedepunkt)) verwendet. Um eine Fusion (Verschweißung) zwischen
den zerschnittenen Presslingsstücken
wirksam zu verhindern, kann eine Dispersion mit einem in der Schneidflüssigkeit
dispergierten Antifusionspulver verwendet werden. Bei dieser bevorzugten
Ausführungsform
wird Y2O3-Pulver
(Yttriumoxid-Pulver) als Antifusionspulver bevorzugt verwendet.
Das Antifusionspulver ist jedoch nicht auf Y2O3-Pulver beschränkt, sondern es können auch
Pulver und Flocken aus Al2O3,
C und aus einem anderen geeigneten Material verwendet werden. Die
Menge des in der Schneidflüssigkeit
dispergierten Antifusionspulvers kann in geeigneter Weise festgelegt
werden. Sie liegt beispielsweise bevorzugt in dem Bereich von etwa
10 bis etwa 500 g/L.
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Um
das Antifusionspulver in der Schneidflüssigkeit zu dispergieren und
die resultierende Dispersion auf die Drahtsäge 4 aufzubringen,
wird die Dispersion vorzugsweise gerührt, um eine Retention des
Antifusionspulvers in dem Behälter 5a zu
vermeiden, wie in 12 dargestellt. Das auf die
Oberfläche
der Drahtsäge 4 zusammen
mit der Schneidflüssigkeit
aufgebrachte Antifusionspulver haftet an der Schnittoberfläche, die während des
Zerschneidens entsteht, und verhindert auf wirksame Weise die Fusion
(das Verschweißen)
zwischen den zerschnittenen Presslingsstücken während des nachfolgenden Sinterverfahrens.
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Der
Effekt der Verbesserung des Austragswirkungsgrades durch Verwendung
der Schneidflüssigkeit wird
nachstehend anhand von Beispielen unter Verwendung der in 12 dargestellten
Drahtsäge-Vorrichtung 40 beschrieben.
Als Schneidflüssigkeit
wurde in einem Beispiel nur Isoparaffin verwendet und in einem anderen
Beispiel wurde Yttriumoxid in Isoparaffin dispergiert (Yttriumoxid-Konzentration:
200 g/L). Diese Beispiele wurden mit dem Fall des normalen Zerschneidens
ohne Verwendung einer Schneidflüssigkeit
verglichen.
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Als
Vorpressling 1 wurde ein bogenförmiger Vorpressling verwendet,
der obere und untere Oberflächen
mit unterschiedlichen Krümmungen
aufwies, wie in 12 dargestellt. Das zur Herstellung
des Vorpresslings 1 verwendete Magnet-Pulver war das gleiche
wie das in dem Beispiel in bezug auf die bevorzugte Ausführungsform
1 verwendete Magnetpulver. Die Pressdichte betrug etwa 4,2 g/cm3.
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Der
vorstehend beschriebene Vorpressling 1 wurde so zerschnitten,
dass Schnittoberflächen
in einer Ebene entstanden, welche die im Wesentlichen senkrechte
Ebene umfasste, wenn der Vorpressling 1 auf eine Trägerunterlage
einer Antriebseinrichtung 2 (vertikales Zerschneiden) gelegt
wurde. Das Zerschneiden wurde vorzugsweise durchgeführt unter
Verwendung einer Drahtsäge
mit daran fixierten elektrisch abgeschiedenen Körnern (Außendurchmesser etwa 0,257 mm,
Teilchengröße der Schleifkörner etwa
40 bis etwa 60 μm)
als Drahtsäge 4 unter
den Bedingungen einer Drahtzuführungsgeschwindigkeit
von etwa 230 m/s und einer Schnittgeschwindigkeit von etwa 150 mm/min.
Danach wurden die abgeschnittenen Presslingsstücke direkt gesintert ohne Durchführung eines
speziellen Verfahrens zur Trennung der Presslingsstücke voneinander.
Das Auftreten einer Fusion (Verschweißung) zwischen den resultierenden
Sinterkörpern
(abgeschnittene Presslingsstücke)
und das Auftreten einer Rissbildung in denselben wurden bewertet.
Die Bewertungsergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 3 angegeben.
Die Anzahl der Proben betrug etwa 150 für jedes Beispiel.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass das Sinterverfahren bei einer Temperatur
von etwa 1000 bis etwa 1100°C
in einer Inertgasatmosphäre
(Edelgas und Stickstoffgas) oder unter Vakuum für einen Zeitraum von etwa 1
bis etwa 5 h durchgeführt
wird. Die resultierenden Sinterkörper
können
einer Alterung für
einen Zeitraum von beispielsweise etwa 1 bis etwa 8 h, je nach Bedarf,
bei etwa 450 bis etwa 800°C
unterworfen werden. Um die Menge des in den Sinterkörpern enthaltenen
Kohlenstoffs zu verringern, um die magnetischen Eigenschaften zu
verbessern, kann das dem Legierungspulver und der Schneidflüssigkeit
zugesetzte Schmiermittel, das in dem Schneideverfahren verwendet
wird, vor Durchführung
des Sinterverfahrens, falls erforderlich, durch Erhitzen entfernt
werden. Das Erhitzen zur Entfernung des Schmiermittels wird bei
einer Temperatur von etwa 100 bis etwa 600°C in einer entspannten Atmosphäre für etwa 3
bis etwa 6 h durchgeführt,
obgleich diese Bedingungen vom Typ des Schmiermittels und vom Typ
der Schneidflüssigkeit
abhängen.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
wurden das Erhitzen etwa 2 h lang bei etwa 500°C durchgeführt. Tabelle
3
![Figure 00360001](https://patentimages.storage.googleapis.com/67/e4/43/b59b073f776aed/00360001.png)
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Wie
aus der Tabelle 3 hervorgeht, nimmt die Fusionsrate stark ab beim
Schneiden unter Verwendung der Drahtsäge 4, auf die die
Schneidflüssigkeit
aufgebracht worden ist, im Vergleich zu dem normalen Schneiden ohne
die Verwendung einer Schneidflüssigkeit.
Dies zeigt, dass die Produktionsausbeute durch das Aufbringen einer
Schneidflüssigkeit
verbessert wird. Was die Rissbildungsrate angeht, so ist kein großer Unterschied
festzustellen, wahrscheinlich deshalb, weil die Festigkeit des Vorpresslings
durch das Aufbringen einer Schneidflüssigkeit nicht abnimmt.
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Wie
aus der Tabelle 3 ersichtlich, steigt die Schneidebelastung durch
das Schneiden mit der Schneidflüssigkeit
im Vergleich zu dem normalen Schneiden. Dies ist wahrscheinlich
darauf zurückzuführen, dass
die Sägestaub-Teilchen gemeinsam
an der Oberfläche
der Drahtsäge 4 haften,
auf welche die Schneidflüssigkeit aufgebracht
ist, und durch die Drahtsäge 4 aus
den Schneideabschnitten abtransportiert werden, wenn die Drahtsäge 4 sich
bewegt.
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Obgleich
die Schneidebelastung bei Verwendung der Schneidflüssigkeit
ansteigt, ist eine Belastung von etwa 30 gf noch sehr gering. Es
ist deshalb möglich,
mit einer hohen Ausbeute auch einen kompliziert geformten Vorpressling,
wie in 12 dargestellt, zu zerschneiden,
der eine kleine Fläche
in dem Bereich hat, die mit der Trägerunterlage in Kontakt steht
und dazu neigt, leicht eine Verformung, eine Absplitterung und andere
Defekte zu ergeben als Folge der Schneidebelastung. Da ein Vorformling
mit einer Gestalt, die nahe bei der Gestalt des herzustellenden
fertigen Sintermagneten liegt, mit einer hohen Ausbeute zerschnitten
werden kann, kann somit das nachfolgende Formgebungsverfahren weggelassen
werden oder die Zeit für
die Durchführung
dieses Verfahrens kann verkürzt
werden.
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Eine
Drahtsäge-Vorrichtung 50,
wie sie in 13 dargestellt ist, kann auch
für die
Herabsetzung der Belastung (des Reibungswiderstandes) angewendet
werden, die während
des Zerschneidens auf einen Vorformling einwirkt.
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In
der Drahtsäge-Vorrichtung 50 wird
ein Vorformling 1 etwa in horizontaler Richtung (dargestellt
durch die hohlen Pfeile in der 13) relativ
zu einer Drahtsäge 4 bewegt,
die etwa in senkrechter Richtung läuft, sodass der Vorpressling 1 zerschnitten
wird unter Bildung von Schnittflächen
in einer Ebene, welche die im Wesentlichen senkrechte Ebene umfasst.
In diesem Fall ist die Fläche
des Vorformlings 1, die mit der laufenden Drahtsäge 4 in
Kontakt steht (Länge
des Schneideabschnitts) kleiner als im Falle der Verwendung der Drahtsäge 40,
wie sie in 12 dargestellt ist. Daher ist
die auf den Vorpressling 1 einwirkende Kraft geringer und
somit sind die Schnittoberflächen
viel glatter.
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Die
Richtung des Laufs der Drahtsäge 4 und
die Richtung der relativen Bewegung des Vorpresslings 1 sind
nicht auf diejenigen beschränkt,
wie sie in den 12 und 13 dargestellt
sind, sondern können
in geeigneter Weise festgelegt werden in Abhängigkeit von der Gestalt des
Vorpresslings 1 und ande rer Faktoren. Wie vorstehend beschrieben,
ist das Schneiden in einer Richtung, in der die Länge des
geschnittenen Abschnitts verkürzt
sein kann, bevorzugt, weil glatte Oberflächen erhalten werden.
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Die
Drahtsäge-Vorrichtung 50 umfasst
einen Drahtsäge-Antriebsabschnitt
und einen nassen Staubsammler 7 im Innern eines Gehäuses 9.
Durch Bereitstellung des Drahtsäge-Antriebsabschnitts
unter der Position zum Schneiden wie in dem erläuterten Beispiel, ist es möglich, genügend Platz
für das
Schneideverfahren und ein Verfahren, das für das Schneideverfahren relevant
ist (z.B. für
den Transport des Vorpresslings 1) zur Verfügung zu
stellen. Der Sägestaub
(die Sägespäne) wird
in einer Sammelflüssigkeit 8 in
dem nassen Staubsammler gesammelt, wie in 13 dargestellt.
Durch diese Staubsammlung wird eine Verschmutzung der Arbeitsumgebung
verhindert. Die Atmosphäre
in dem Gehäuse 9 wird
vorzugsweise durch Stickstoffgas ersetzt.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
3 wurde die Schneidflüssigkeit
durch Eintauchen auf die Drahtsäge 4 aufgebracht.
Alternativ kann ein Auftropfen, Aufsprühen oder eine Kombination davon
angewendet werden. Im übrigen
kann kann ein Vorpressling in einer Schneidflüssigkeit gehalten und in dem
eingetauchten Zustand geschnitten werden.
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Bei
diesem Verfahren tritt jedoch das Problem der Entsorgung der Schneidflüssigkeit
und eines weiteres Material auf. Deshalb wird zur Erzielung eines
ausreichenden Effekts mit einer geringen Menge Schneidflüssigkeit
vorzugsweise eines der Eintauch-, Auftropf- und Aufsprüh-Verfahren
angewendet. Das Aufbringen einer Schneidflüssigkeit auf die Drahtsäge durch
Eintauchen, Auftropfen oder Aufsprühen kann leicht durch eine
Struktur oder eine Einrichtung, die vergleichsweise klein ist, bewirkt
werden. Dies ist daher anwendbar auf die Drahtsäge-Vorrichtung 20 (10),
beispielsweise bei der bevorzugten Ausführungsform 2.
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Das
bei den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
bevorzugt verwendete R-Fe-B-Seltenerdmetall-Magnetpulver kann unter
Anwendung der folgenden Verfahrensstufen hergestellt werden:
Zuerst
werden Gießflocken
einer R-Fe-B-Seltenerdmetall-Materiallegierung hergestellt unter
Anwendung eines bekannten Bandgieß-Verfahrens. Insbesondere
wird eine Legierung mit der gewünschten
Zusammensetzung unter Anwendung eines Hochfrequenz-Schmelzverfahrens
erschmolzen, wodurch eine Schmelze der Legierung erhalten wird.
Die geschmolzene Legierung wird bei etwa 1350°C gehalten und dann unter Anwendung
eines Einzelwalzen-Verfahrens
schnell abgeschreckt zur Herstellung eines flockenförmigen Gießblockes aus
der Legierung mit einer Dicke von etwa 0,3 mm. Das Verfahren der
schnellen Abschreckung wird unter solchen Bedingungen durchgeführt, dass
die Umfangs-Oberflächengeschwindigkeit
der Walze etwa 1 m/s beträgt,
die Abkühlungsgeschwindigkeit
etwa 500°C/s
beträgt
und die Unterkühlungs-Temperatur 200°C beträgt.
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Die
Dicke der auf diese Weise hergestellten schnell verfestigten Legierung
liegt in dem Bereich von etwa 0,03 bis etwa 10 mm. Die Legierung
umfasst R
2T
14B-Kristallkörnchen und
R-reiche Phasen, die um die Korngrenzen der R
2T
14B-Kristallkörner herum verteilt sind. Die
Größen der
R
2T
14B-Kristallkörner betragen
etwa 0,1 bis etwa 100 μm
und etwa 5 bis etwa 500 μm
in Richtung der Nebenachse bzw. der Hauptachse. Die Dicke der R-reichen
Phasen beträgt
vorzugsweise etwa 10 μm
oder weniger. Ein Verfahren zur Herstellung einer Ausgangslegierung
durch das Bandgießverfahren
ist beispielsweise in dem
US-Patent
Nr. 5 383 978 beschrieben, auf dessen Inhalt hier ausdrücklich Bezug
genommen wird.
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Danach
wird der flockenartige gegossene Legierungsblock in Materialpacks
eingefüllt,
die anschließend
auf ein Gestell aufgeladen werden. Danach wird das Gestell, das
mit den Materialpacks beladen ist, an die Vorderseite eines Wasserstoffofen
transportiert unter Verwendung eines Material-Transporters und dann in
den Wasserstoffofen eingeführt.
Die Ausgangslegierung wird im Innern des Ofens erhitzt und dem Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren
unterworfen. Die Ausgangslegierung, die auf diese Weise grob pulverisiert
worden ist, wird vorzugsweise herausgenommen, nachdem die Temperatur
der Legierung etwa auf Raumtemperatur abgenommen hat. Wenn jedoch
die Ausgangslegierung entladen wird, während die Temperatur der Legierung
noch hoch ist (z.B. in dem Bereich von etwa 40 bis etwa 80°C liegt),
wird die Legierung nicht so stark oxidiert, wenn sie nicht der Luft
ausgesetzt wird. Als Ergebnis dieses Wasserstoff-Pulverisierungsverfahrens wird
die Seltenerdmetall-Legierung
bis auf eine Teilchengröße von etwa
0,1 bis etwa 1,0 mm grob pulverisiert. Wie vorstehend beschrieben,
wird die Ausgangslegierung vorzugsweise grob pulverisiert zu Flocken
mit einer mittleren Teilchengrößen zwischen
etwa 1 und etwa 10 mm, bevor sie dem Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren unterworfen
wird.
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Nach
dem die Ausgangs-Legierung durch dieses Wasserstoff-Pulverisierungserfahren
grob pulverisiert worden ist, wird die versprödete Legierung vorzugsweise
feiner zermahlen und heruntergekühlt
unter Verwendung einer Külvorrichtung,
beispielsweise eines Rotationskühlers.
Wenn das abgeladene Material noch eine verhältnismäßig hohe Temperatur hat, dann
kann das Material für
eine längere
Zeitspanne abgekühlt
werden.
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Danach
wird das Ausgangspulver, das mittels des Rotationskühlers etwa
auf Raumtemperatur abgekühlt
worden ist, noch feiner pulverisiert zur Herstellung eines feinen
Pulvers. In der erläuterten
bevorzugten Ausführungsform
wird das Magnetpulver fein pulverisiert unter Verwendung einer Strahlmühle innerhalb
einer Stickstoffgas-Umgebung, wodurch ein Magnetpulver mit einem
durchschnittlichen Teilchendurchmesser (FSSS-Teilchengröße) von
etwa 3,0 bis etwa 3,2 μm
erhaltenen wird. Die Sauerstoff-Konzentration in dieser Stickstoffgasumgebung
sollte vorzugsweise nur etwa 10 000 ppm betragen. Eine Strahlmühle für die Verwendung
in einem solchen Verfahren ist beispielsweise in der
japanischen Patentpublikation Nr. 6-6728 beschrieben.
Insbesondere sollte das Gewicht des in dem fein pulverisierten Magnetpulver
enthaltenen Sauerstoffs vorzugsweise etwa 6000 ppm oder weniger,
besonders bevorzugt etwa 3000 ppm oder weniger betragen durch Einstellung
der Konzentration eines oxidierenden Gases (d.h. von Sauerstoff
oder Wasserdampf), das in dem Umgebungsgas, das für das Feinpulverisierungsverfahren
verwendet wird, enthalten ist. Dies ist deshalb so, weil dann, wenn
das Gewicht des in dem Seltenerdmetall-Magnetpulver enthaltenen
Sauerstoffs etwa 6000 ppm übersteigt,
der Gesamtprozentsatz an nicht-magnetischen Oxiden in dem resultierenden
Sintermagneten im allgemeinen zu hoch ist, um verbesserte magnetische
Eigenschaften zu erzielen.
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Anschließend wird
ein Schmiermittel (z.B. in einer Menge von etwa 0,3 Massenprozent)
zugegeben und mit dem Magnetpulver in einem Rüttelmischer gemischt, wodurch
die Oberfläche
der Magnetpulver-Teilchen mit dem Schmiermittel beschichtet werden.
Als Schmiermittel kann ein aliphatischer Ester, der mit einem Petroleum-Lösungsmittel
verdünnt
ist, verwendet werden. In dem erläuterten Beispiel wird Methylcaproat
als aliphatischer Ester verwendet und Isoparaffin wird als Petroleum-Lösungsmittel
verwendet. Methylcaproat und Isoparaffin können in einem Gewichtsverhältnis von
beispielsweise etwa 1:9 miteinander gemischt werden. Eine Schneidflüssigkeit
wie diese verhindert nicht nur die Oxidation der Pulver-Teilchen
durch Abdecken ihrer Oberfläche,
sondern eliminiert auch gestörte
Ausrichtungen aus dem Vorpressling durch Vereinheitlichung der Dichte
des Pressling während
des Pressverfahrens.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass das Schmiermittel nicht auf den beispielhaft
angegebenen Typ beschränkt
ist. Beispielsweise kann Methylcaproat als aliphatischer Ester durch
Methylcaprylat, Methyllaurylat oder Methyllaurat ersetzt werden.
Zu Beispielen für
verwendbare Lösungsmittel
gehören
Petroleum-Lösungsmittel,
wie z.B. Isoparaffin und Naphthen-Lösungsmittel. Das Schmiermittel
kann zu einem beliebigen Zeitpunkt zugegeben werden, beispielsweise
vor, während
oder nach der Feinpulverisierung. Anstelle von oder zusätzlich zu
der Schneidflüssigkeit
kann auch ein festes (trockenes) Schmiermittel wie Zinkstearat verwendet werden.
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Das
Magnetpulver wird unter Verwendung einer bekannten Presse unter
einem ausrichtenden Magnetfeld, das im Wesentlichen parallel oder
im Wesentlichen senkrecht zu der Pressrichtung in einem Bereich von
etwa 0,5 bis etwa 1,5 MA/m angelegt wird, gepresst.
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Für die Beschreibung
der vorliegenden Erfindung wurden Sintermagnete vom R-Fe-B-Typ,
die leicht oxidiert werden und kaum maschinell bearbeitet werden
können,
verwendet. Die vorliegende Erfindung ist aber auch anwendbar auf
Seltenerdmetall-Sintermagnete, die aus anderen Materialien hergestellt
worden sind, und auf andere Sintermagnete.
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In
der vorstehenden Beschreibung wurde ein Vorpressling zerschnitten.
Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar auf die Profil-Bearbeitung
eines Vorpresslings, bei der der Vorpressling maschinell bearbeitet wird,
während
er zweidimensional oder dreidimensional unter einer NC-Kontrolle
relativ bewegt wird in bezug auf eine Drahtsäge. Durch diese Bearbeitung
kann der Vorpressling auf eine beliebige Gestalt zugeschnitten werden,
beispielsweise eine bogenförmige
Gestalt und eine trommelförmige
Gestalt.
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Gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung wird ein vergleichsweise weicher Vorpressling vor
dem Sintern mit einer schmalen Drahtsäge bearbeitet. Dadurch wird
die Bearbeitungsbelastung herabgesetzt und es wird auch die Wärmeerzeugung
in dem Vorpressling minimiert. Deshalb kann selbst bei der Herstellung
eines Magneten aus einem Magnetpulver, das für Oxidation empfindlich ist,
die für
die Bearbeitung erforderliche Zeit signifikant verkürzt werden
und die Produktionskosten können
ebenfalls stark verringert werden, ohne dass die endgültigen magnetischen
Eigenschaften beeinträchtigt
werden. Außerdem
kann der Schneidezwischenraum (Schneidespalt) verringert wer den,
verglichen mit dem Fall der Verwendung einer konventionellen rotierenden
Klinge. Dadurch wird die Materialausbeute verbessert.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die vorstehende Beschreibung nur der
Erläuterung
der vorliegenden Erfindung dient. Der Fachmann auf diesem Gebiet
kann verschieden Alternativen und Modifikation vornehmen, ohne dass
dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Die vorliegende
Erfindung umfasst daher auch alle Alternativen, Modifikationen und
Varianten, die in den Bereich der nachfolgenden Patentansprüche fallen.