环形磁体的连续式压制模具及其压制方法
【专利摘要】本发明提供一种环形磁体的连续式压制模具，包括：热压装置，包括具有空腔的内阴模、活动设置于所述内阴模的空腔内的上冲头及设置于所述内阴模空腔底端的下底座；热变形装置，包括设置于所述内阴模外围的外阴模、设置于所述下底座侧面用以垫高所述内阴模高度的锁止垫块，所述外阴模内侧与所述内阴模外侧之间存在间隙，该间隙为热变形空腔；本发明还包括使用上述压制模具的压制方法，可以实现热压工艺和热变形工艺连续进行，而无需在热压完成后再更换上冲头，此外采用该工艺获得的环形磁体壁厚均匀，且挤出的环形磁体各个部位性能均匀，极大提高环形磁体性能的同时，节约了生产周期，提高了生产效率。
【专利说明】环形磁体的连续式压制模具及其压制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压制模具及其压制方法，特别是涉及一种环形磁体的连续式压制模具及其压制方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着电子工业的不断发展，稀土铁系永磁体的需求不断增大，特别是环形磁体在电动马达上的应用日益广泛。当前，环形磁体的加工主要包括烧结钕铁硼磁体、粘结钕铁硼磁体、热压钕铁硼磁体。其中粘结钕铁硼磁体的稀土含量较低，其突出优点是尺寸精度高、无需二次加工，便于大批量生产，然而因其稀土含量偏低，磁性能不高。烧结钕铁硼磁体因其含有一定量的重稀土元素而有较好的磁性能，然而，随着近年来重稀土元素价格的不断上涨，烧结钕铁硼磁体的加工成本也在不断增加。
[0003]热压钕铁硼磁体在不含镝(Dy)、铽(Tb)等重稀土元素的情况下仍能保持较高的磁性能，相比于烧结磁体具有更低的生产成本。
[0004]目前，工业生产中通过热压热变形工艺生产各向异性环形磁体的主要工艺是在真空状态下或有稀有气体保护下在较高温度下先将纳米晶钕铁硼磁性粉末热压成壁厚较厚的各向同性环形磁体，然后更换尺寸较小的上冲头将壁厚较厚的环形挤出成壁厚较薄的环形磁体，最终获得易磁化方向与压力方向垂直的各向异性环形磁体。因为更换上冲头必须在模具冷却下来以后才用机械脱模的方式进行，压头更换好后在升高热压炉腔内温度到合适温度进行热变形工艺，这种复杂的生产各向异性环形磁体的生产工艺，极大延长了环形磁体的生产周期，极大的阻碍了企业生产效率的提高。此外，采用传统的环形磁体的生产工艺，如果填充在模腔内的粉末不均匀，则当上冲头挤压粉末时，模芯产生倾斜，如果在该状态下挤压粉末，则呈现的环形磁体各部位厚度不均，难以达到使用要求。此外，采用传统的热压热变形工艺，生产出来的环形磁体先被挤出部位往往有裂纹存在，且环形磁体各部位性能不均匀，严重影响了环形磁体的广泛应用。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种环形磁体的连续式压制模具及其压制方法，用于解决现有技术中不能实现环形磁体的热压工艺和热变形工艺的连续进行，且挤出的环形磁体各个部位性能不均的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种环形磁体的连续式压制模具，包括:热压装置，包括具有空腔的内阴模、活动设置于所述内阴模的空腔内的上冲头及设置于所述内阴模空腔底端的下底座，所述内阴模的空腔贯通所述内阴模的中心，所述内阴模的空腔的中心线垂直于所述下底座的压制基面，所述空腔位于所述上冲头底端与所述压制基面之间的部分为热压空腔；热变形装置，包括设置于所述内阴模外围的外阴模、设置于所述下底座侧面用以垫高所述内阴模高度的锁止垫块，所述外阴模内侧与所述内阴模外侧之间存在间隙，该间隙为热变形空腔，当锁止垫块未垫高所述内阴模高度时，所述内阴模的空腔底部与所述压制基面贴合，所述热变形空腔与所述热压空腔彼此隔开，当锁止垫块垫高所述内阴模高度时所述热变形空腔与所述热压空腔相连通。
[0007]优选地，所述热变形空腔内活动设置有背压圈，所述背压圈与所述内阴模及所述外阴模之间都为间隙配合，所述背压圈能够在所述热变形空腔内上下移动。
[0008]优选地，所述背压圈的侧面中部开设贯通槽。
[0009]优选地，所述内阴模上端侧面开设两个沉孔，所述外阴模上端侧面设有与所述沉孔位置对应的通孔，两定位销依次插入所述外阴模的通孔、所述贯通槽及所述沉孔。
[0010]优选地，所述外阴模下端侧面设置有环形槽，所述下底座侧面设有固定槽，所述固定槽上端设有锁止凸起。
[0011]优选地，所述锁止垫块为带凹槽的半圆形垫块，该凹槽的两侧分别具有长端的第一凸起及短端的第二凸起，该第一凸起用以对应插入所述环形槽，该第二凸起用以对应插入所述固定槽，所述锁止凸起对应插入所述凹槽。
[0012]优选地，所述上冲头上端固定连接于上底座，所述上冲头侧面与所述内阴模内壁形成间隙配合，所述上底座包括底端与所述上冲头固连的伸出杆及底端与所述伸出杆固连的上压座。
[0013]本发明还包括一种使用所述的环形磁体的连续式压制模具的压制方法，包括以下步骤:
[0014]I)将磁性粉末添加到所述压制模具的所述热压空腔中；
[0015]2)将所述压制模具置于热压装置中，进行热压烧结，此时，所述内阴模的空腔底端与所述压制基面贴合，所述热变形空腔与所述热压空腔彼此隔开；
[0016]3)所述上冲头将磁性粉末压实，获得晶粒以等轴晶为主的热压磁体；
[0017]4)热压完成后，将所述内阴模及外阴模整体向上移动，以便插入两个所述锁止垫块，此时所述锁止垫块垫高所述内阴模高度使得所述热变形空腔与所述热压空腔相连通；
[0018]5)待满足热成型的要求后，所述上冲头向下推动，对已经完成的热压磁体进行热变形加工。
[0019]优选地，所述热压磁体在所述上冲头的压力作用下发生变形，先挤出成圆饼状，再挤出成圆环形。
[0020]优选地，所述磁性粉末通过快淬法或HDDR法或高能球磨法或雾化法中的一种或
其任意组合方法获得。
[0021]如上所述，本发明的环形磁体的连续式压制模具及其压制方法，具有以下有益效果:本发明的环形磁体的成型模具和方法，可以实现热压工艺和热变形工艺连续进行，而无需在热压完成后再更换上冲头，此外采用该工艺获得的环形磁体壁厚均匀，且挤出的环形磁体各个部位性能均匀。极大提高环形磁体性能的同时，节约了生产周期，提高了生产效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1显示为本发明总体示意图。
[0023]图2显示为本发明下底座主视图。
[0024]图3显示为本发明外阴模主视图。[0025]图4显示为本发明热压初始状态示意图。
[0026]图5显示为本发明热压过程状态示意图。
[0027]图6显示为本发明热压完成并插入锁止垫块示意图。
[0028]图7显示为本发明热成型初始状态示意图。
[0029]图8显示为本发明热成型完成状态示意图。
[0030]图9显示为本发明锁止垫块主视图。
[0031]图10显示为本发明锁止垫块俯视图。
[0032]零件标号说明
[0033]11上压座
[0034]12伸出杆
[0035]13上冲头
[0036]2内阴模
[0037]21热压空腔
[0038]3背压圈
[0039]4定位销
[0040]5下底座
[0041]51测温孔
[0042]52压制基面
[0043]53环形嵌合槽
[0044]54锁止凸起
[0045]55固定槽
[0046]6锁止垫块
[0047]61第一凸起
[0048]62第二凸起
[0049]7外阴模
[0050]71环形槽
[0051]72热变形空腔
[0052]73环形凸起
【具体实施方式】
[0053]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0054]请参阅图1至图10。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。[0055]如图1所示，本发明提供一种环形磁体的连续式压制模具，包括:包括具有空腔的内阴模2、活动设置于所述内阴模2的空腔内的上冲头13及设置于所述内阴模2空腔底端的下底座5，所述内阴模2的空腔贯通所述内阴模2的中心，所述内阴模2的空腔的中心线垂直于所述下底座5的压制基面52，所述空腔位于所述上冲头13底端与所述压制基面52之间的部分为热压空腔21 ;以及
[0056]热变形装置，所述热变形装置包括包围所述内阴模2外侧的外阴模7、设置于所述下底座5侧面用以垫高所述内阴模2高度的锁止垫块6，所述外阴模7内侧与所述内阴模2外侧之间存在间隙，该间隙尺寸为所述磁体热变形的厚度；具体地，该间隙为热变形空腔72 ;在所述锁止垫块6未垫高所述内阴模2的高度时，所述内阴模2的空腔底部与所述压制基面52贴合，在所述锁止垫块6垫高所述内阴模2的高度时，所述内阴模2空腔底部与所述压制基面52之间形成抬高间隙，所述热变形空腔72与所述热压空腔21通过所述抬高间隙相连通。
[0057]所述热变形空腔72内活动设置有背压圈3，所述背压圈3与所述内阴模2及所述外阴模7之间为间隙配合。所述背压圈3的侧面中部开设贯通槽。所述背压圈3为环形背压圈，该贯通槽宽度与所述定位销4相适应，该贯通槽长度与所要加工的磁体的长度相适应，具体地，所述贯通槽与所述定位销4间隙配合。所述背压圈3藉由所述贯通槽定位于所述热变形空腔72内，所述背压圈3的作用是:在磁体热变形时，挤出的环形磁体首先推动所述背压圈3下端不断向上运动，所述背压圈3同时通过重力作用给予环形磁体背压，以提高磁体致密度。由于在热变形过程中获得的环形磁体致密度不够或优先被挤出部位有裂纹存在，在进行前可在所述背压圈3的上表面加载一定重量的重物，其产生的重力直接作用在优先被挤出环形磁体的上表面，这有助于环形磁体致密度的提高。该重物必须为在热压和热变形温度下不分解、密度较大的金属或合金，具体加载重力可保持在0.2MPa-2MPa即可获得致密的无裂纹的环形磁体。
[0058]所述内阴模2上端侧面开设两个沉孔，所述外阴模7上端侧面对应所述沉孔开设有和所述沉孔位置对应的通孔，两个定位销4使所述外阴模7与内阴模2在垂直方向相对固定，即是说，所述外阴模7在垂直方向提升的时候通过定位销4带动所述内阴模2作相同位移的提升距离；所述定位销4依次穿入所述外阴模7、所述贯通槽及所述沉孔。所述内阴模2内壁与所述上冲头13外侧构成间隙配合，使得所述上冲头13往下压磁粉的时候，热压空腔21内的磁粉得到更好的热压效果，不致于出现一部分压力过大、另一部分压力过小的情况。
[0059]所述外阴模7下端侧面设置有环形槽71，所述下底座5侧面设有固定槽55，所述固定槽55上端设有锁止凸起54。所述下底座5上端中心具有压制基面52，所述压制基面52用以提供所述磁粉下压的承压基面，所述压制基面52两侧具有环形嵌合槽53，所述外阴模7下端具有带有所述环形槽71的环形凸起73，所述环形凸起73与所述环形嵌合槽53相配合，所述环形凸起73垂直嵌合入所述环形嵌合槽53，所述外阴模7内侧与所述环形嵌合槽53内侧呈间隙配合；所述环形槽71与所述固定槽55开口方向沿径向方向向外。所述嵌合槽外侧设有所述锁止凸起54，所述锁止凸起54下端设有所述固定槽55。
[0060]所述锁止垫块6为带凹槽的半圆形垫块，该凹槽的两侧分别具有长端的第一凸起61及短端的第二凸起62，该第一凸起61用以对应插入所述环形槽71，该第二凸起62用以对应插入所述固定槽55，所述锁止凸起54对应插入所述锁止垫块6的凹槽。所述锁止垫块6用以在所述外阴模7抬高一定距离后(所述第一凸起61的宽度)以其第一凸起61插入所述环形槽71，第二凸起62插入所述固定槽55，相应地，所述锁止凸起54嵌入所述锁止垫块6的凹槽内。初始状态时,所述锁止垫块6未嵌入所述环形槽71及固定槽55，此时，所述内阴模2底端与所述下底座5的压制基面52相贴合，待所述锁止垫块6嵌入所述环形槽71及固定槽55之后，由于所述内阴模2与所述外阴模7通过两个定位销4垂直方向相对固定，所述外阴模7整体带动所述内阴模2抬高所述环形槽71的宽度的距离，此时，所述内阴模2空腔底端脱离所述下底座5的压制基面52，从而使得所述热压空腔21与位于所述内阴模2外侧的热变形空腔72相连通；同时，该锁止垫块6还起到将所述外阴模7及下底座5固定为一体的作用，防止磁体在挤出并随着热变形空腔72热变形时将所述内阴模2和夕卜阴模7撑起，影响磁体的成型效果。所述下底座5侧面设有测温孔51，该测温孔51接近所述压制基面52，在热压时插入热电偶或其他测温元件进行测温。
[0061]所述上冲头13上端固定连接于上底座，所述上冲头13能够在所述热压空腔21内上下移动，所述上冲头13侧面与所述内阴模2内壁形成间隙配合，所述上底座包括底端与所述上冲头13固连的伸出杆12及底端与所述伸出杆12固连的上压座11。所述上冲头13与所述上底座一体成型，所述伸出杆12与所述内阴模2空腔内壁存在间隙，所述伸出杆12用以传递下压所述上冲头13的压力及提升所述上冲头13的拉力，所述伸出杆12横截面小于所述上冲头13的横截面，所述伸出杆12上端固连有上压座11，所述上压座11与热压炉的动力装置固连，该热压炉的动力装置提供下压及提升的动力。
[0062]所述上底座、下底座5、内阴模2、外阴模7、背压圈3及锁止垫块6中的一种或几种可以采用硬质合金、镍基高温合金、模具钢、金属陶瓷中的一种或几种制造。
[0063]在热压过程及热变形过程可以在放电等离子体烧结炉上或感应加热热压炉上或电阻加热热压炉上实现。通过该方法和设计的模具完成环形磁体的压制可在带有真空手套箱的热压炉中完成，也可在没有真空手套箱的热压装置中完成；热压过程和热变形过程可以是在具有单向压制的立式热压炉中完成也可在具有双向压制的立式热压炉中完成；所述磁性粉末实质上有R-TM-B构成，其中，R为稀土元素中的至少一种，TM为过渡金属中的至少一种；所述的磁性粉末实质上可以是通过快淬法或HDDR法或高能球磨方法或雾化法获得的磁性粉末中的一种或其任意组合方法获得。
[0064]所述的热压过程和热变形过程，可以在真空状态下或稀有气体保护下实现，也可以是热压过程在真空状态下完成，热变形过程在稀有气体保护下完成；也可以是热压过程在稀有气体保护下完成，热变形过程在真空状态下完成。
[0065]本发明提供的环形磁体的连续式压制方法为:
[0066]包括以下步骤:
[0067]I)将一定量的通过快淬法或HDDR法或高能球磨法或雾化法中的一种或几种方法获得的磁性粉末添加到压制模具的所述热压空腔21中；
[0068]2)将所述压制模具置于热压装置中，并将该模具的上底座与热压炉上压头固连，待真空度达到实验要求后进行热压烧结；
[0069]3)所述上冲头13将磁性粉末压实，获得晶粒以等轴晶为主的热压磁体；
[0070]4)热压完成后，略微升起热压炉上压头，待所述内阴模2及外阴模7整体向上运动一定距离后，插入两个半圆形凹槽垫块，即所述锁止垫块6 ；
[0071]5)待温度和压力以及真空度或稀有气体保护气氛满足要求后，通过热压炉上压头向下运动推动所述上冲头13向下运动，对已经完成的热压磁体进行热变形加工。
[0072]所述热压磁体在所述上冲头13的压力作用下发生变形，先挤出成圆饼状，再挤出成圆环形。
[0073]挤出的环形磁体首先会受到所述背压圈3的背压作用，保证挤出的环形磁体更加致密。
[0074]应用本压制方法于本压制模具的工作过程如下:
[0075]I)将一定量的通过快淬法或HDDR法或高能球磨法或雾化法中的一种或几种方法获得的磁性粉末添加到装配好的压制模具的所述热压空腔21中；
[0076]2)将所述压制模具置于热压装置中，并将该模具的上底座与热压炉上压头固连，待真空度达到实验要求后进行热压烧结；具体地，将组装好的该压制模具置于有保护气氛或真空状态的热压装置中，快速升温到720°C，在200MPa压力作用下完成热压；
[0077]3)所述上冲头13将磁性粉末压实，获得晶粒以等轴晶为主的热压磁体；
[0078]4)热压完成后，略微升起热压炉上压头，由于所述上冲头13和所述内阴模2之间热膨胀而产生一定的摩擦力，在热压炉上压头上升过程中会带动所述内阴模2、外阴模7、定位销4及背压圈3同步向上运动；待所述内阴模2及外阴模7整体向上运动一定距离后，插入两个所述锁止垫块6，即对应地将第一凸起61插入所述环形槽71，第二凸起62插入所述固定槽55，相应地，所述锁止凸起54嵌入所述锁止垫块6的凹槽内；此时,所述内阴模2空腔底端脱离所述压制基面52，使得所述热压空腔21与所述热变形空腔72相连通；
[0079]5)待温度和压力以及真空度或稀有气体保护气氛满足要求后，通过热压炉上压头向下运动推动所述上冲头13向下运动，对已经完成的热压磁体进行热变形加工。本发明中热变形工艺参数是在温度750°C、压力200MPa、变形速率5xlO_2mm/S速率下对已经热压密实化的热压磁体进行热变形工艺；此时，所述热压磁体在所述上冲头13的向下压力作用下发生变形，先挤出成圆饼状，再挤出成圆环形，具体地，所述位于底端的热压磁体通过所述上冲头13的压力首先被挤压成圆饼状，并通过所述内阴模2抬起而与所述压制基面52形成的间隙进入所述热变形空腔72，最后于所述热变形空腔72中挤压成所需的环形磁体，特别地，挤出的环形磁体首先会受到所述背压圈3的背压作用，保证挤出的环形磁体更加致密。通过本发明的热变形工艺获得了高度致密化、环形磁体各部位晶粒取向一致、以条状晶粒为主的易磁化方向与压力方向垂直的各向异性环形磁体。
[0080]综上所述，本发明环形磁体的压制模具和压制方法，可以实现热压工艺和热变形工艺连续进行，而无需在热压完成后再更换上冲头，此外采用该工艺获得的环形磁体壁厚均匀，且挤出的环形磁体各个部位性能均匀。极大提高环形磁体性能的同时，节约了生产周期，提高了生产效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0081]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种环形磁体的连续式压制模具，其特征在于，包括: 热压装置，包括具有空腔的内阴模、活动设置于所述内阴模的空腔内的上冲头及设置于所述内阴模空腔底端的下底座，所述内阴模的空腔贯通所述内阴模的中心，所述内阴模的空腔的中心线垂直于所述下底座的压制基面，所述空腔位于所述上冲头底端与所述压制基面之间的部分为热压空腔； 热变形装置，包括设置于所述内阴模外围的外阴模、设置于所述下底座侧面用以垫高所述内阴模高度的锁止垫块，所述外阴模内侧与所述内阴模外侧之间存在间隙，该间隙为热变形空腔，当锁止垫块未垫高所述内阴模高度时，所述内阴模的空腔底部与所述压制基面贴合，所述热变形空腔与所述热压空腔彼此隔开，当锁止垫块垫高所述内阴模高度时所述热变形空腔与所述热压空腔相连通。
2.根据权利要求1所述的环形磁体的连续式压制模具，其特征在于:所述热变形空腔内活动设置有背压圈，所述背压圈与所述内阴模及所述外阴模之间都为间隙配合，所述背压圈能够在所述热变形空腔内上下移动。
3.根据权利要求2所述的环形磁体的连续式压制模具，其特征在于:所述背压圈的侧面中部开设贯通槽。
4.根据权利要求3所述的环形磁体的连续式压制模具，其特征在于:所述内阴模上端侧面开设两个沉孔，所述外阴模上端侧面设有与所述沉孔位置对应的通孔，两定位销依次插入所述外阴模的通孔、所述贯通槽及所述沉孔。
5.根据权利要求1所述的环形磁体的连续式压制模具，其特征在于:所述外阴模下端侧面设置有环形槽，所述下底座侧面设有固定槽，所述固定槽上端设有锁止凸起。
6.根据权利要求5所述的环形磁体的连续式压制模具，其特征在于:所述锁止垫块为带凹槽的半圆形垫块，该凹槽的两侧分别具有长端的第一凸起及短端的第二凸起，该第一凸起用以对应插入所述环形槽，该第二凸起用以对应插入所述固定槽，所述锁止凸起对应插入所述凹槽。
7.根据权利要求1所述的环形磁体的连续式压制模具，其特征在于:所述上冲头上端固定连接于上底座，所述上冲头侧面与所述内阴模内壁形成间隙配合，所述上底座包括底端与所述上冲头固连的伸出杆及底端与所述伸出杆固连的上压座。
8.一种使用权利要求1至7任一项所述的环形磁体的连续式压制模具的压制方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)将磁性粉末添加到所述压制模具的所述热压空腔中； 2)将所述压制模具置于热压装置中，进行热压烧结，此时，所述内阴模的空腔底端与所述压制基面贴合，所述热变形空腔与所述热压空腔彼此隔开； 3)所述上冲头将磁性粉末压实，获得晶粒以等轴晶为主的热压磁体； 4)热压完成后，将所述内阴模及外阴模整体向上移动，以便插入两个所述锁止垫块，此时所述锁止垫块垫高所述内阴模高度使得所述热变形空腔与所述热压空腔相连通； 5)待满足热成型的要求后，所述上冲头向下推动，对已经完成的热压磁体进行热变形加工。
9.根据权利要求8所述的压制方法，其特征在于:所述热压磁体在所述上冲头的压力作用下发生变形，先挤出成圆饼状，再挤出成圆环形。
10.根据权利要求8所述的压制方法，其特征在于:所述磁性粉末通过快淬法或HDDR法或高能球磨法或雾化法中的一种或其任意组合方法获得。
【文档编号】B22F5/10GK103949642SQ201410211500
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】张铁桥, 张澜庭, 王静, 梁乐, 陈夫刚, 董显平 申请人:上海交通大学