DE10296690T5

DE10296690T5 - Verfahren zur Herstellung eines Sintermagneten

Info

Publication number: DE10296690T5
Application number: DE2002196690
Authority: DE
Inventors: Atsuo Tanaka; Shoichi Matsugami; Tadahiro Iwasaki; Atsushi Ogawa; Hitoshi Morimoto
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-07-27
Also published as: CN1635981A; US7045093B2; DE10296690B4; WO2003011793A2; CN1260176C; US20040045637A1; WO2003011793A3; AU2002319913A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Sintermagneten, das die Stufen umfasst:
Herstellung eines Vorpresslings (Grünlings) aus einem Pulver für den Sintermagneten;
maschinelle Bearbeitung des Vorpresslings mit einer Drahtsäge und Sintern des Vorpresslings.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Sintermagneten.
Technischer Hintergrund
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.
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.
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.
Um das oben genannte Problem zu lösen, wurde beispielsweise in den offengelegten japanischen Patentpublikation Nr. 8–64 451 und Nr. 8 181 028 das Schleifen eines Vorpresslings vor dem Sintern vorgeschlagen.
In der offengelegten japanischen Patentpublikation Nr. 8–64 451 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.
In der offengelegten japanische Patentpublikation Nr. 8-181 028 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.
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.
Außerdem ist zum Schneiden mit einem Sägeblatt oder dgl. ein großer Schneide-Zwischenraum in dem Vorpressling erforderlich, wodurch die Materialausbeute herabgesetzt wird.
Beschreibung der Erfindung
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.
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.
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.
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.
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.
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 des Zerschneidens des Vorpresslings erhalten werden, in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung.
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.
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% Molverhältnis durchgeführt.
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.
Die Schneidflüssigkeit umfasst vorzugsweise ein organisches Lösungsmittel auf Kohlenwasserstoffbasis. Das Lösungsmittel auf Kohlenwasserstoffbasis umfasst vorzugsweise Isoparaffin.
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.
Der Vorpressling kann in der Schneidflüssigkeit maschinell bearbeitet werden.
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.
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.
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.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 erläutert einen beispielhaften Aufbau einer Drahtsäge-Vorrichtung, die zweckmäßig für bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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;
3 zeigt eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Form eine in einem Beispiel von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verwendete Drahtsäge erläutert;
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;
5 stellt ein Diagramm dar, das die Abhängigkeit der Draht-Zuführungsgeschwindigkeit von der Bearbeitungsbelastung erläutert, die festzustellen ist, wenn ein Schmiermittel zugegeben wird;
6 stellt ein Diagramm dar, das die Abhängigkeit der Schnittgeschwindigkeit von der Bearbeitungsbelastung erläutert, die festzustellen ist, wenn ein Schmiermittel zugegeben wird;
7A stellt ein Diagramm dar, das die Beziehung zwischen der Profil-Unregelmäßigkeit (Wellenbildung) einer Schnittoberfläche nach dem Sintern und der Pressdichte erläutert;
7B erläutert in Form einer perspektivischen Ansicht einen Wellenmessbereich (etwa 32 mm) auf der Schnittoberfläche gemäß 7A;
7C stellt ein Diagramm dar, das die Messdaten (Stufendaten) der Welle gemäß 7A erläutert;
8 erläutert eine bevorzugte Art der Sinterung eines Vorpresslings, der mit einer Drahtsäge gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zerschnitten worden ist;
9 stellt eine schematische Darstellung dar, die das Presslingsbearbei-tungssystem einschließlich einer Drahtsäge-Vorrichtung erläutert, die zweckmäßig für bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird;
10 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Drahtsäge-Vorrichtung, die für die Verwendung in bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
11 zeigt eine schematische Ansicht einer Presslings-Halteeinrichtung der Drahtsäge-Vorrichtung in Form einer explodierten perspektivischen Darstellung;
12 stellt eine schematische Erläuterung einer Drahtsäge-Vorrichtung 40 dar, die zweckmäßig in der bevorzugten Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
13 stellt eine schematische Darstellung einer Drahtsäge-Vorrichtung 50 dar, die zweckmäßig in der bevorzugten Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Beste Art der Durchführung der Erfindung
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.
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.
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.
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 Schleifkörner 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.
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" be zeichnet) 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 mehrdrähtigen 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.
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 Drahtsäge 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.
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 remaanenten 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.
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.
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.
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.
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.
So wird beispielsweise beim Schneiden eines Vorpresslings in Form eines Bogens, bei dem die oberen und unteren Oberflächen unterschiedliche Krümmungen 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.
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 leicht 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.
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.
Nachstehend werden verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die relevanten Zeichnungen beschrieben.
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.
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.
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.
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.
Die Geschwindigkeit (V_y) 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 zerschnit ten/zerteilt zu werden. Die Geschwindigkeit (V_z) 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.
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.
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 Rammen 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.
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.
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.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass zur weiter Unterdrückung der Oxidation des Magnetpulvers und zur Erzielung guter Magneteigenschaften es bevorzugt 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).
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.
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 abgeschnittenen 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.
Die Behandlung mit einer Drahtsäge gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann auch in einem organischen Lösungsmittel, beispielsweise einem Lösungsmittel auf Basis eines gesättigten Kohlenwas serstoffs, 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.
Nachstehend wird ein Beispiel für eine bevorzugte Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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).
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 Drahtzuführungsgeschwindig keit 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.
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.
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.
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.
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.
Die 7A stellt ein Diagramm dar, das die Beziehung zwischen der Profilunregelmäßigkeit ("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.
Wie aus der 7A ersichtlich, wird die Profilunregelmäßigkeit des Sinterkörpers besser, wenn die Pressdichte höher ist (beispielsweise etwa 4,3 g/cm³ oder mehr beträgt).
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
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.
Die nachstehende Tabelle 2 zeigt die Größenänderungen beim Sintern und Schleifen in dem Beispiel gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Tabelle 2
Die Dicke der abgeschnittenen Stücke des Vorpresslings unmittelbar nach dem Zerschneiden mit der Drahtsäge (Größe in Richtung der x-Achse gemäß 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).
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.
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.
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.
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 vermei den, 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.
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.
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.
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 Drahtsägevorrichtung 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.
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.
Nachstehend wird der Betrieb des Magnetpulver-Presslings-Herstellungssystems 100 beschrieben.
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.
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.
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 Haltemechanismus 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.
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 c er Plattform 28 transportiert.
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 ge trennt 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.
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.
Nachdem eine vorgegebene Anzahl von Platten 44 in das Sintergehäuse 50 eingeführt worden ist, wird das Sintergehäuse 50 in einen Sinterofen transportiert. 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.
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.
Die Drahtsäge-Vorrichtung 20 umfasst die Presslings-Halteeinrichtung 22 und die Drahtsäge-Einheit 24.
Die 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.
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.
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.
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.
Da der Durchmesser der Drahtsägen 24b vergleichsweise gering ist und somit der Austragswirkungsgrad des Sägestaubs niedrig ist, bleibt eine große Menge Sägestaub 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.
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.
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.
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.
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.
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 Pulver 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.
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.
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.
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.
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 Behäl ters 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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 anderer 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.
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.
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.
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.
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.
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 R₂T₁₄B- Kristallkörnchen und R-reiche Phasen, die um die Korngrenzen der R₂T₁₄B-Kristallkörner herum verteilt sind. Die Größen der R₂T₁₄B-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.
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 unterwarfen. 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.
Nach dem die Ausgangs-Legierung durch dieses Wasserstoff-Pulverisierungsverfahren grob pulverisiert worden ist, wird die versprödete Legierung vorzugsweise feiner zermahlen und heruntergekühlt unter Verwendung einer Külvorrichtung, beispielsweise eines Rotationskühlers. Wenn das abgeladene Mate rial noch eine verhältnismäßig hohe Temperatur hat, dann kann das Material für eine längere Zeitspanne abgekühlt werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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 Vorpress ling auf eine beliebige Gestalt zugeschnitten werden, beispielsweise eine bogenförmige Gestalt und eine trommelförmige Gestalt.
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 werden, verglichen mit dem Fall der Verwendung einer konventionellen rotierenden Klinge. Dadurch wird die Materialausbeute verbessert.
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.
Verfahren zur Herstellung eines Sintermagneten Zusammenfassung
Ein Verfahren zur Herstellung eines Sintermagneten umfasst die Stufen der Herstellung eines Vorpresslings aus einem Pulver für den Sintermagneten, die maschinelle Bearbeitung des Vorpresslings mit einer Drahtsäge und das Sintern des Vorpresslings.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Sintermagneten, das die Stufen umfasst: Herstellung eines Vorpresslings (Grünlings) aus einem Pulver für den Sintermagneten; maschinelle Bearbeitung des Vorpresslings mit einer Drahtsäge und Sintern des Vorpresslings.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Drahtsäge einen Draht mit einem Außendurchmesser in dem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 3,0 mm und an dem Draht fixierte Schleifkörner umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die maschinelle Bearbeitung des Vorpresslings das Zerschneiden des Vorpresslings zu einer Vielzahl von Teilen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, worin die maschinelle Bearbeitung des Vorpresslings das Zerschneiden des Vorpresslings unter Bildung von Schnittoberflächen umfasst durch relatives Bewegen des Vorpresslings in Bezug auf die Drahtsäge und erneutes relatives Bewegen der Drahtsäge entlang der Schnittflächen.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, worin die relative Bewegung in der Stufe der maschinellen Bearbeitung des Vorpresslings in einer horizontalen Ebene durchgeführt wird und das Verfahren außerdem umfasst die Trennung der Vielzahl von Teilen, die in der Stufe des Zerschneidens des Vorpresslings erhalten werden, in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, das außerdem die Stufen des Aufbringens eines Antifusionspulvers auf einen Zwischenraum zwischen der Vielzahl von Teilen nach der Stufe der maschinellen Bearbeitung des Vorpresslings umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Stufe der maschinellen Bearbeitung des Vorpresslings in einer Inertgasatmosphäre mit einer Sauerstoff-Konzentration durchgeführt wird, die so eingestellt wird, dass sie in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 18 Mol-% liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Stufe der maschinellen Bearbeitung des Vorpresslings mit einer Schneidflüssigkeit durchgeführt wird, die auf mindestens einen Teil der Drahtsäge aufgebracht wird, der mit dem Vorpressling in Kontakt kommt.
Verfahren nach Anspruch 8, worin die Schneidflüssigkeit ein organisches Lösungsmittel auf Kohlenwasserstoffbasis umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, worin das Lösungsmittel auf Kohlenwasserstoffbasis Isoparaffin umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, worin die Schneidflüssigkeit eine Dispersion ist, die ein Antifusionspulver enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, worin die Schneidflüssigkeit durch Eintauchen, Auftropfen oder Aufsprühen auf die Drahtsäge aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, worin der Vorpressling in der Schneidflüssigkeit maschinell bearbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, worin die Stufe der Herstellung eines Vorpresslings die Stufe der Zugabe eines Schmiermittels zu dem Pulver für den Sintermagneten umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, worin das Pulver für den Sintermagneten eine Restmagnetisierung in einem Bereich von etwa 0,001 bis etwa 0,1 T aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, worin das Pulver für den Sintermagneten ein Pulver aus einer Seltenerdmetall-Legierung vom R-T-B-Typ ist (worin R steht für mindestens einen Typ eines Elements, das ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Elementen der Seltenen Erden und Yttrium, T steht für ein absolutes Übergangsmetall-Element einschließlich Eisen und B steht für Bor).