DE957678C

DE957678C - Casting mold for the production of cast permanent magnets with preferred magnetic direction

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Publication number: DE957678C
Application number: DENDAT957678D
Authority: DE
Original assignee: Hütte Liezen Gesellschaft mbH, Wien
Publication date: 1957-01-17

Description

AUSGEGEBEN AM 7. FEBRUAR 1957ISSUED FEBRUARY 7, 1957

H 17219 VI j3ICH 17219 VI j3IC

Es ist bekannt, daß man die magnetischen Kennwerte von Dauermagnetwerkstoffen der Alnico-Legierungsreihe durch zwei Verfahren in der sogenannten Vorzugsrichtung wesentlich verbessern kann, und zwar a) durch Wärmebehandlung in einem magnetischen Feld parallel zur Vorzugsrichtung und b) durch zusätzliche Ausrichtung der Kristallite parallel zur Vorzugsrichtung.It is known that the magnetic characteristics of permanent magnet materials of the Alnico alloy series can improve significantly through two processes in the so-called preferred direction, namely a) by heat treatment in a magnetic field parallel to the preferred direction and b) by additional alignment of the crystallites parallel to the preferred direction.

Während bei Magneten mit wahllos orientiertem Kristallhaufwerk nach der Magnetfeldbehandlung und anschließendem Aushärten ein magnetischer Gütewert (BH)_moa! von 4,5 χ ΐο^β G χ Oe in der industriellen Massenerzeugung zu erreichen ist, kann dieser Gütewert auf 6 bis 7,5 χ 10⁶ G χ Oe gesteigert werden, wenn die Kristallite parallel zur Vorzugsrichtungliegen. While magnets with randomly oriented crystal piles show a magnetic quality value (BH) _{moa! After the magnetic field treatment and subsequent hardening.} of 4.5 χ ΐο ^β G χ Oe can be achieved in industrial mass production, this quality value can be increased to 6 to 7.5 χ 10 ⁶ G χ Oe if the crystallites are parallel to the preferred direction.

Da der Werkstoff Alnico weder gewalzt noch geschmiedet werden kann, müssen die Magnete gegossen werden. Die Vorzugslage der Kristallite, im folgenden kurz Kristallorientierung genannt, kannSince the Alnico material can neither be rolled nor forged, the magnets have to be cast will. The preferred position of the crystallites, hereinafter referred to as crystal orientation for short, can

daher nicht etwa durch Kaltwalzen und Rekristallisationsglühen erzielt werden, sondern wird in an sich bekannter Weise hergestellt, indem man den Erstarrungsvorgang der Gußrohlinge durch einseitigen starken Wärmeentzug in die gewünschte Richtung lenkt. Der Wärmeentzug erfolgt vorzugsweise durch Metallplatten (Abschreckplatten), die in die Gießform eingelegt werden. Die Kristallite wachsen dann gegen die Richtung des Wärmeflusses zu langen Stengelkristallen. therefore not be achieved by cold rolling and recrystallization annealing, but is in itself known way produced by the solidification process of the cast blanks by one-sided directs strong heat extraction in the desired direction. The removal of heat is preferably carried out by Metal plates (chill plates) that are inserted into the casting mold. The crystallites then grow against the direction of heat flow to long stem crystals.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die technische Massenherstellung von gegossenen Alnico-Dauermagneten mit Kristallorientierung auf große Schwierigkeiten stößt.However, it has been found that the industrial mass production of cast Alnico permanent magnets with crystal orientation encounters great difficulty.

Da nämlich die Sandteile der Formen aus den üblichen Sanden mit nassen Bindern den Gußrohlingen an den Mantelflächen zu viel Wärme entziehen, entsteht ein unerwünscht großer. Wärmefluß und dementsprechend ein zusätzliches KristallwachstumBecause the sand parts of the molds from the usual sands with wet binders are the cast blanks If too much heat is withdrawn from the jacket surfaces, an undesirably large amount is created. Heat flux and accordingly an additional crystal growth

ao quer zur Vorzugsrichtung. Die Randzonen der Magnete, die wegen der quadratischen-Beziehung der Fläche zum Durchmesser einen erheblichen Anteil der Magnetquerschnitte ausmachen, werden magnetisch schlechter. Soll daher der gesamte Magnet die erzielbaren Höchstwerte aufweisen, so muß der Gußrohling bereits größer eingeformt, und die nicht in der Vorzugsrichtung kristallisierten Zonen müssen durch Schleifen und Trennschleifen entfernt werden. Wegen der hohen Kosten des Schleifens und der hohen Kosten des Werkstoffes Alnico, der beim Schleifen verlorengeht, verteuern sich solche Magnete derart, daß sie unwirtschaftlich werden, selbst dann, wenn man große Platten gießt und diese unter Weglassung der Randzonen zu Einzelmagneten zerschleift, wie dies vorgeschlagen wird, oder den Gesamtmagneten aus mehreren geschliffenen flachen Scheiben zusammensetzt. ao transverse to the preferred direction. The edge zones of the magnets, because of the quadratic relationship of the Area to diameter make up a considerable proportion of the magnet cross-sections, become magnetic worse. Therefore, if the entire magnet has the maximum achievable values, the cast blank must already formed larger, and the zones that are not crystallized in the preferred direction have to go through Loops and cutting loops are removed. Because of the high cost of grinding and high cost the material Alnico, which is lost during grinding, such magnets become so expensive that they become uneconomical, even if you cast large plates and leave out the edge zones grinded to individual magnets, as suggested, or the entire magnet composed of several ground flat discs.

Die Wirtschaftlichkeit kristallorientierter Magnete ist nämlich erst dann gegeben, wenn der Preis für ein gegebenes konstantes Produkt aus Magnetvolumen und magnetischem Gütewert (BH)_maa. kleiner oder zumindest nicht größer ist als für eine andere Magnetsorte,' z. B. Alnico mit magnetischer Vorzugsrichtung ohne Kristallorientierung.The profitability of crystal-oriented magnets is only given if the price for a given constant product of magnet volume and magnetic quality value (BH) is _maa . is smaller or at least not larger than for another type of magnet, 'z. B. Alnico with preferred magnetic direction without crystal orientation.

Aussicht auf wirtschaftlichen Erfolg haben daher nur kristallorientierte Magnete, die so hergestellt sind, daß alle Arbeitsgänge bis auf das Formen und Gießen die gleichen bleiben wie bei der Erzeugung normaler vorzugsgerichteter Alnico-Magnete, d. h., daß keinerlei zusätzliche Bearbeitungsvorgänge notwendig sind.Therefore, only crystal-oriented magnets that are manufactured in this way have a chance of economic success are that all operations except for the molding and casting remain the same as in the production normal preferential Alnico magnets, d. This means that no additional machining operations are necessary are.

Nun hat sich herausgestellt, daß zur Erzeugung guter kristallorientierter Magnete mit einem (BH)_max von mindestens 6 χ ΐο^β G χ Oe ganz bestimmte technische Voraussetzungen erfüllt sein müssen, wenn sie als Massenfertigung betrieben wird. Die bisher bekannten Verfahren haben sich für eine Massenfertigung nicht durchsetzen können.
Es wurde vorgeschlagen, für die Herstellung kristallorientierter Magnete anstatt der normalen nassen Sande für die Formen gebrannten Kernsand zu verwenden, um die Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit der Sandteile der Form und damit auch den Wärmefluß in den unerwünschten Richtungen kleiner zu machen. Die Formhöhlungen für die zu gießenden Magnete sind in die gebrannten Kernsandformen so eingeformt, daß die Stirnflächen (spätere Polflächen) von einer Abschreckplatte abgedeckt werden. In den gegenüberliegenden Stirnflächen liegen die Angußöffnungen. Je zwei solcher Sandkernformen mit montierten Abschreckplatten werden in einem weiteren wannenförmigen Kernsandformteil zu zusammengestellt, daß die Angußlöcher einander gegenüberstehen und zwi'schen den beiden Formteilen ein Schlitz entsteht, der als Hauptzulauf für die einzelnen Formhöhlungen dient. Dieses Verfahren erfüllt weder die notwendigen wirtschaftlichen noch technischen Voraussetzungen für eine Massenfertigung guter kristallorientierter Magnete. Die technischen Mangel sind vor allem darin zu sehen, daß trotz der Verwendung gebrannter — also trockener Kernsandformen — besonders die am Rand der Form angeordneten Magnete zum erheblichen Teil falsch kristallisieren, weil die Formen zu dickwandig sind und daher zu hohe Wärmekapazität besitzen. Weiter ist eine Gasabfuhr aus der Form nicht vorgesehen, und es sind keinerlei Maßnahmen getroffen, um die Magnete an einer Ablösung von der Abschreckplatte zu verhindern. Aus diesen Gründen ist der Anteil unerwünschter Kristallorientierung in den Magneten zu groß, und der erwartete und auch praktisch erreichbare Gewinn an magnetischer Güte von 10 % ist zu gering, um den Aufwand an teurem Kernformsand, die Kosten des komplizierten Einformens und Brennens der Form sowie das schwierige Zusammensetzen der einzelnen Formteile zu rechtfertigen.It has now been found that in order to produce good crystal-oriented magnets with a (BH) _max of at least 6 ΐο ^β G χ Oe, very specific technical requirements must be met if it is operated as a mass production. The previously known methods have not been able to establish themselves for mass production.
It has been proposed to use fired core sand for the production of crystal-oriented magnets instead of the normal wet sands for the molds in order to reduce the heat capacity and the thermal conductivity of the sand parts of the mold and thus also the heat flow in the undesired directions. The mold cavities for the magnets to be cast are molded into the fired core sand molds in such a way that the end faces (later pole faces) are covered by a quenching plate. The gate openings are located in the opposite end faces. Two such sand core molds with mounted quenching plates are put together in a further trough-shaped core sand mold part so that the sprue holes are opposite each other and a slot is created between the two mold parts which serves as the main inlet for the individual mold cavities. This process does not meet the necessary economic or technical requirements for mass production of good crystal-oriented magnets. The technical deficiencies are mainly to be seen in the fact that despite the use of fired - i.e. dry core sand molds - the magnets arranged at the edge of the mold in particular crystallize incorrectly to a considerable extent, because the molds are too thick-walled and therefore have too high a heat capacity. Furthermore, gas discharge from the mold is not provided, and no measures are taken to prevent the magnets from becoming detached from the chill plate. For these reasons, the proportion of undesired crystal orientation in the magnets is too large, and the expected and also practically achievable gain in magnetic quality of 10% is too low to cover the cost of expensive core molding sand, the costs of the complicated molding and firing of the mold as well as the to justify difficult assembly of the individual molded parts.

Nach einem anderen Verfahren verwendet man Formen, die mittels Elektrowärme oder anders gearteter Wärmezufuhr vorgewärmt werden. Abgesehen von den hohen Anschaffungskosten solcher Wärmequellen muß ein Bindemittel für die Formsande verwendet werden, das bei der Vorwärmtemperatur von 700 bis 8oo° C beständig ist. Es hat sich nämlich in der Praxis erwiesen, daß niedrigere Vorwärmtemperaturen nicht ausreichen, um Fehlkristallisation zu vermeiden. Weiter ist ein Miteinformen elektrischer Wärmequellen umständlich, und auch das Vorwärmen mittels öfen oder offener Feuer hat sich als sehr schwierig erwiesen, besonders dann, wenn größere Schmelzen als 50 kg auf einmal vergossen werden sollen. Dadurch verbietet sich die Anwendung dieses Verfahrens für eine Massenfertigung von selber.Another method is to use molds made by means of electric heat or otherwise type of heat supply are preheated. Apart from the high acquisition costs of such Heat sources must use a binding agent for the molding sand that is at the preheating temperature is resistant from 700 to 8oo ° C. It has been shown in practice that lower Preheating temperatures are not sufficient to avoid faulty crystallization. Next is shaping up electrical heat sources cumbersome, and also preheating by means of ovens or open ones Fire has proven to be very difficult, especially when melting larger than 50 kg at a time should be potted. This prohibits the use of this method for mass production by itself.

Schließlich versuchte man die Schwierigkeiten dadurch zu lösen, daß die Mantelflächen der Formhöhlungen aus ringförmigen Kernen bestehen, die ein exothermes Mittel enthalten. Exotherme Mittel sind jedoch sehr teuer, ferner werden die Magnetoberflächen sehr unsauber und erfordern dadurch teure Schleifarbeit. Auch nach diesem Verfahren lassen sich keine kristallorientierte Magnete wirtschaftlich in großen Mengen herstellen.Finally, an attempt was made to solve the difficulties in that the outer surfaces of the mold cavities consist of annular cores containing an exothermic agent. Exothermic agents are however, it is very expensive, and furthermore, the magnet surfaces become very unclean and thereby require expensive grinding work. Even with this method, crystal-oriented magnets cannot be economically large-sized Produce quantities.

Es ist ferner bekannt, zur Verbesserung der Dauermagneteigenschaften von durch Gießen hergestellten Eisen-Nickel-Aluminium-Legierungen Sandformen zu verwenden, welche mit geeignet ausgebildeten metalle-It is also known to improve permanent magnet properties from iron-nickel-aluminum alloys made by casting to sand molds use which are equipped with suitably trained metal

nen Einlagen versehen sind. Diese metallenen Einlagen können nach diesem Vorschlag Abschreckplatten darstellen, die unterhalb und/oder oberhalb des eigentlichen Gießraumes angebracht sind. Bei dieser Gießform wird vorzugsweise der Boden durch eine metallische, die Kristallite parallel zur Vorzugsrichtung ausrichtenden Abschreckplatte gebildet. Außerdem ist es bekannt, Dauermagnete in doppelwandigen Metallkokillen zu gießen, die zwischen dennen deposits are provided. According to this proposal, these metal inserts can be quenching plates represent, which are attached below and / or above the actual casting space. At this In the casting mold, the base is preferably formed by a metallic quenching plate that aligns the crystallites parallel to the preferred direction. It is also known to cast permanent magnets in double-walled metal molds between the

ίο Wandungen mit einem Metall gefüllt sind, das durch die in der vergossenen Legierung enthaltenen Wärme zum Schmelzen gebracht wird.ίο walls are filled with a metal that passes through the heat contained in the cast alloy is melted.

Erfindungsgemäß wurde nunmehr ein Verfahren entwickelt, das die bisher bestehenden Schwierigkeiten überwindet und einen Weg zur einfachen, treffsicheren und wirtschaftlichen Massenfertigung kristallorientierter Magnete weist.According to the invention, a method has now been developed that overcomes the previously existing difficulties overcomes and a way to simple, accurate and economical mass production crystal oriented magnet has.

Zu diesem Zweck wird eine neuartige Gießform verwendet, die einseitig mit einer AbschreckplatteFor this purpose, a new type of mold is used, one side with a chill plate

20. für den gerichteten Wärmeentzug ausgestattet ist. In dieser Form wird eine Platte aus einer entsprechenden Magnetlegierung gegossen, die durch einen in der Gießform eingelegten dünnwandigen Raster derart unterteilt ist, daß sie nach dem Erstarren in Einzelteile zerbrechbar ist, welche in ihrer Form den herzustellenden Magnetrohlingen entsprechen. Der Raster kann dabei je nach der gewünschten Form der Magnetrohlinge rechteckige, polygonale, z. B. bienenwabenartige, oder runde Formhöhlungen aufweisen.20. is equipped for the directed extraction of heat. In this form, a plate is cast from a suitable magnetic alloy, which is supported by an in the Casting mold inserted thin-walled grid is divided in such a way that after solidification it is divided into individual parts is breakable, which correspond in shape to the magnet blanks to be produced. The grid can depending on the desired shape of the magnet blanks rectangular, polygonal, z. B. honeycomb-like, or have round cavities.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Gießform für die Platten und den Raster nach dem Maskenformverfahren herzustellen. Dieses an sich bekannte Verfahren gestattet es, mit geringem Aufwand an Kosten für Arbeit und Material sehr dünnwandige, haltbare Gießformen herzustellen. Es ist aber auch möglich, die Plattengießform aus normalem Formsand anzufertigen und den Raster aus vorzugsweise wärmeisolierenden Stoffen, z. B. Asbest in Wasserglas getränkt, herzustellen und in die Form einzulegen. It has proven to be expedient to use the mask molding process to create the casting mold for the plates and the grid to manufacture. This method, which is known per se, makes it possible to use with little effort Labor and material costs to produce very thin-walled, durable casting molds. It is also possible to make the plate mold from normal molding sand and preferably the grid from heat insulating materials, e.g. B. Asbestos soaked in water glass, manufacture and insert into the mold.

Die Zeichnung stellt in den Fig. 1 bis 3 beispielsweise eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießform dar,' und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Gießform, Fig". 2 eine Draufsicht dazu, und Fig. 3 eine schaubildliche Ansicht, teilweise im Schnitt., .The drawing represents in FIGS. 1 to 3, for example represents an embodiment of the casting mold according to the invention, 'namely Fig. 1 shows a longitudinal section through the casting mold, FIG. 2 a plan view thereof, and FIG. 3 a perspective view, in part on average., .

In den Zeichnungen bezeichnet 1 den dünnwandigen Innenmantel der Gießform, der als .Raster dient und mittels der Rasterwände 2 die Wände für die Formhöhlungen bildet. Der Innenmantel (Raster) liegt auf der Metallplatte (Abschreckplatte) 3 satt auf, die den Wärmeentzug und damit die Kristallisation in der verlangten Vorzugsrichtung gewährleistet. Der Innenmantel ist mit Löchern 4' versehen, die der Anzahl der Formhöhlungen entsprechen und den Zulauf für die flüssige Schmelze in die einzelnen Formhöhlungen gewährleisten. Der über den Innenmantel 1 gestülpte Außenmantel 5¹ entsprich-t den lichten Abmessungen der zu gießenden Metallplatte. Er wird mittels Blechklammern 6 an die Metallplatte 3 geklammert, ist mit dem Einguß 7 ausgestattet* und drückt gleichzeitig den Innenmantel 1 an die Metallplatte fest an. Die Schmelze wird durch den Einguß 7 eingegossen, füllt langsam den Raum zwischen Innenmantel und Außenmantel, tritt durch die Zulauflöcher 4 in die Formhöhlungen ein und füllt auch diese. Dadurch, daß der Raum 8 zwischen Innen- und Außenmantel zuerst mit flüssigem Metall gefüllt wird, werden die nur etwa 3 bis 4 mm starken Wände des Außen- und Innenmantels intensiv vorgeheizt. Die Rasterwände 2 sind dagegen so dünn und von so geringer Wärmekapazität, daß ein Vorheizen nicht erforderlich ist. Die Zeit zwischen dem Füllen des Raumes 8 und dem Füllen der Formhöhlungen ist so kurz, daß keine solche Zerstörung des beim Maskenformverfahren verwendeten Bindemittels aus Phenolharzen erfolgt, welche die Abbildungstreue oder Stabilität der Form beeinträchtigen würde. Die entstehenden Gase werden durch die Gasabzugsöffnungen (Bohrungen oder Schlitze) 9 in der Abschreckplatte 3 abgeführt. Diese Bohrungen (Schlitze) in der Abschreckplatte dienen weiter zur Verankerung der gegossenen Magnete an der Abschreckplatte und verhindern dadurch eine Ablösung der Magnete von der Metallplatte.In the drawings, 1 denotes the thin-walled inner casing of the casting mold, which serves as a grid and, by means of the grid walls 2, forms the walls for the mold cavities. The inner jacket (grid) lies snugly on the metal plate (quenching plate) 3, which ensures the extraction of heat and thus crystallization in the preferred direction required. The inner jacket is provided with holes 4 'which correspond to the number of mold cavities and ensure that the liquid melt flows into the individual mold cavities. ^{The outer jacket 5 1} slipped over the inner jacket 1 corresponds to the clear dimensions of the metal plate to be cast. It is clamped to the metal plate 3 by means of sheet metal clamps 6, is equipped with the sprue 7 * and at the same time presses the inner jacket 1 firmly against the metal plate. The melt is poured in through the sprue 7, slowly fills the space between the inner jacket and the outer jacket, enters the mold cavities through the inlet holes 4 and also fills them. Because the space 8 between the inner and outer jacket is first filled with liquid metal, the walls of the outer and inner jacket, which are only about 3 to 4 mm thick, are intensively preheated. The grid walls 2, on the other hand, are so thin and have such a low thermal capacity that preheating is not necessary. The time between the filling of the space 8 and the filling of the mold cavities is so short that there is no such destruction of the phenolic resin binder used in the mask molding process, which would impair the fidelity of the image or the stability of the mold. The resulting gases are discharged through the gas discharge openings (bores or slots) 9 in the quenching plate 3. These bores (slots) in the quenching plate also serve to anchor the cast magnets to the quenching plate and thereby prevent the magnets from becoming detached from the metal plate.

Nach dem Erstarren der Schmelze in der Form ist das harzförmige Bindemittel aus dem Formsand herausgebrannt, und der Sand rieselt von der gegossenen Platte ab. Die Platte wird dann zerbrochen, und die Magnetrohlinge werden von jenem Teil der Platte getrennt, der im flüssigen Zustand das Vorheizen besorgte. Diese unbrauchbaren Teile werden erneut eingeschmolzen und die Rohlinge der Weiterbehandlung zugeführt. Magnetrohlinge, die in den beschriebenen Gießformen gegossen sind und anschließend eine Behandlung im magnetischen F; Id sowie eine Anlaßbehandlung erfahren haben, weisen magnetische Höchstwerte in der Größe zwischen 6 und 7,5 χ ΐο^β G X Oe auf, da die Kristallisation durchweg in der gewünschten Vorzugsrichtung erfolgt ist.After the melt has solidified in the mold, the resinous binder has burned out of the molding sand and the sand trickles off the cast plate. The plate is then broken and the magnet blanks are separated from that part of the plate that provided the preheating in the liquid state. These unusable parts are melted down again and the blanks are sent for further processing. Magnet blanks that are cast in the casting molds described and then a treatment in the magnetic F; Id and have undergone a tempering treatment, have maximum magnetic values in the range between 6 and 7.5 ΐο ^β GX Oe, since the crystallization has consistently taken place in the preferred preferred direction.

Claims

PATENT CLAIMS:

i..Form for casting permanent magnets with preferred magnetic direction from their wall a part, preferably the bottom, is formed by a metallic quenching plate that aligns the crystallites parallel to the preferred direction is, characterized in that the other wall parts are double-walled, wherein the space between the shell is in connection with the sprue (7) and on the inner wall (1) Holes (4). are arranged to the individual cavities of a thin-walled grid (2) lead, which divides the mold so that the cast plate after solidification in Individual parts are breakable, which correspond in shape to the magnet blanks to be produced.

2. Casting mold according to claim 1, characterized in that that the inserted or molded thin-walled .Raster (2) depending on the shape of the has to be produced magnet blanks rectangular, polygonal or round cavities.

3. Casting mold according to claims 1 and 2, characterized characterized in that the quenching plate (3) has bores or slots (9) for ventilation

the shape and for anchoring the magnets on the quenching plate (3).

4. Casting mold according to claims 1 to 3, characterized in that the double-walled Part of the mold composed of two nested mold shells (1, 5) with the Quenching plate (3) are detachably connected, the outer shell (5) carrying the sprue (7) and presses the inner shell against the chill plate.

Documents considered: German Patent No. 712326; Swiss patent specification No. 179 165.

1 sheet of drawings

5 609 578/416 .7.56 (609 782 1. 57)5 609 578/416 .7.56 (609 782 1. 57)