钕铁硼粉末成型压机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及成型压机技术领域，具体涉及一种钕铁硼粉末成型压机。
【背景技术】
[0002]永磁体由稀土合金制成，主要是由Nd2Fei4B、Sm2Coi7及SmCo5金属合金制成。永磁体具有独特的高密度磁能，永磁体的制备需要采用昂贵的原材料并且投入巨大的生产成本，生产永磁体的技术必须达到一定的要求，以获取最好的原料产量和最佳的磁性能。永磁体的主要生产步骤为:熔化合金;将合金磨成通常小于10微米的颗粒粉末;将颗粒粉末压进磁场，进而烧结压坯;通过机械加工获得最终所需形状的磁体，最终磁化磁体。
[0003]其中，粉末压制是永磁体生产过程中决定磁体质量和成本效益最重要的一环。稀土磁粉粉末的自动压制流程包括有四个主要步骤:
[0004]i)将粉末注入模架的模腔内。
[0005]粉末从料筒输送到喂料靴，然后通过喂料靴的输送将粉末填满模具。粉末填充的重量精确度不得偏离生坯标称重量的I %。粉末填充的重量精度可以通过重力或容量式技术进行控制。
[0006]形状简单的大坯件更适合采用重力式技术，即将预先测定好所需重量的粉末填入喂料靴，喂料靴移到模具上方并将粉末完全倒入模具的模腔内。
[0007]容量式技术用于更加复杂的片状坯件，例如弧形或环形磁体。喂料靴移到模腔上方，并通过抖动或类似方式将粉末注入到一定容量的模腔内。
[0008]模具内粉末的表观密度约为最终磁体烧结密度的30%。这样，粉末在压制过程中可以实现最佳磁取向。
[0009]ii)在磁场中将粉末压制成毛坯。
[0010]喂料靴离开模架区域后，模架的上冲头会往下移动靠近模腔。此时开启磁取向场，上冲头向下移动，进行压制。通过压力控制进行压制的过程以及磁取向的步骤均是一种标准技术。磁取向场开启后，将冲头的压紧力增大至一个数值，通常采用的压紧力数值是最大压力的20%，此时粉末中的个别颗粒不再可能进行旋转。鉴于磁体粉末的流变特性较差，压力控制比“位置控制”技术更好。通常获得的生坯密度数值为烧结密度的60%，精确度为+_1%。相应的坯件也具有足够大的机械强度进行下一步加工。压制时间取决于坯件的尺寸和形状，当压紧力接近标称值时压制开始。压制之前和压制期间，都必须启动模架的润滑系统。
[0011]iii)J$ 件释压。
[0012]压制结束时，磁体坯件释压并从模具中弹射出来，该释压过程是磁体压制过程中影响磁体生坯机械特性最为关键的步骤。利用释压缸可以通过的两步法良好的控制释压过程。第一步，将释压缸的压紧力控制在残余压紧数值，以避免坯件发生内部破裂。第二步，保持该压紧力直到坯件从模具中完全弹射出来。以及
[0013]iv)从压机中取出坯件。
[0014]磁体生坯从模具中自动取出后，经过一个连接箱送至烧结箱内，即完成磁体的整个压制流程。
[0015]粉末压制可以通过机械偏心压机或液压压机完成。这些压机需要配备能够满足磁体稀土粉末的特殊要求的模架和外围设备。
[0016]现在多使用单轴液压压机在磁取向场内将稀土粉末压制成所需的形状。然而，目前市场上的大部分压机都很难达到将生坯压成能够直接用于烧结的坯件的要求。
[0017]传统压机模架的一个技术局限性为冲头与压机油缸的端面直接相连，冲头导向也仅是通过油缸活塞完成，这种导向准确度非常有限，通常，在运动过程中冲头每冲与中心轴的偏离度可达0.1mm/lOOmm行程。这种偏离度导致模架容差无法为0.01mm，而这0.0lmm的容差恰好是将稀土粉末压成有足够机械强度生坯以进行进一步加工所需要的容差。
[0018]传统压机的另一个严重技术局限性是对液压油缸的速度和位置控制。液压缸的位置控制精确度、运动速度控制精确度以及机械牵引系统与液压技术都无法满足严格的要求，以致无法使磁体还件具有足够的生还密度(即:Nd-Fe-B的密度达到4.5g/cm3，SmCos的密度达到5.2g/cm3)。而且，也不能保证生产出的磁体生坯没有裂纹。现有技术中也有使用通过限位开关和手动可调节流阀实现对油缸的速度和位置控制的，这种设计使用时只能通过手动重力式模腔装料使压坯的重量保持一致，可以达到的重复位置准确度范围为+-1_。但是这种技术在采用经济的容量式模腔装料的压机中不可能实现。
[0019]第一次压制后产生的坯件问题可以通过第二次压制进行修复，密度也会通过第二次压制增加。标准的第二次压制技术是通常为2000bar的油压下的“冷等静压成型(简称CIP)”。第二次压制后，磁体生坯的平均密度通常可达到4.6g/cm3，以备烧结之用。
[0020]然后，为了避免坯件被油污染，坯件在进行CIP压制之前，必须用塑料薄膜双真空包装磁体坯件。CIP压制之后，必须将磁体坯件从被油覆盖的塑料薄膜里取出，并手动装入烧结箱。这个操作需要特别小心，以避免磁体坯件被空气或油污染。
[0021 ]磁体坯件越大则包装成本越低，随着磁体坯件重量的增大，第二次压制(S卩CIP过程)对总压制成本的影响越小，尤其是当坯件烧结后，无需切片获得更小坯件的情况下，压制成本会更低。
[0022]然而目前只有几克重的片状和环形磁体成了磁体市场上的主导产品，厚度不超过5mm的磁体约占售出稀土磁体的90%。当磁体为片状，与磁性取向垂直的尺寸远远大于平行尺寸时，磁能才能得到最好利用。例如，径高比接近10/1的圆柱体薄片磁体。
[0023]片状磁体，尤其是环形坯件很难包装并进行等压压制。前述的工艺不能把磁体坯件直接压成接近最终所需的形状和尺寸，而是需要把烧结的磁体块进行切片以获得用户所需的片状磁体。
[0024]前述压机利用压制工艺压制磁体块成本较低，但是由于片状磁体的切片成本高、产量低这些因素的影响，导致使用压制、切片两步法制作片状磁体需要投入的人力、材料和能源成本高，该制备过程并不经济，。
[0025]总前所述，现有压机技术的主要缺点如下:
[0026](I)第一步压制后磁体压坯的机械性能较差，不能立即进行烧结，还需要冷等静压设备进行第二次压制。
[0027](2)自动化程度低导致劳动力成本高。
[0028](3)第二步冷等静压技术压制不仅增加了压制成本、生产时间，还增大了与空气、油和其它消耗品污染的风险。
[0029](4)由于CIP之前需要包装，导致不可能采用近终形压制技术。而且磁体块在磨削和切片过程中会产生很多碎片废料，相应会降低总原料产量。
[0030]通常稀土粉末压制是一个直接过程，没有挑战性问题。然而，由于稀土粉末的低粒度、个别粉末颗粒的磁特性以及稀土材料对氧的高亲和力，导致稀土粉末的流动特性差，使之不易压制。磁体生产商都面临一个难题，即如何将粉末均匀注入模具中，压制成密度均匀的生坯，且无裂纹、无其它机械问题。
[0031]此外，现有的压机设备在每个压制循环中，即使压紧力低至lOkN/cm2，冷却稀土磁体粉末在模具内进行压制时，需要使用润滑液润滑模具的模腔内壁。常采用的润滑技术有两种，通过下冲头组件提供润滑液或者通过喷射技术提供润滑液。采用喷射技术进行润滑的过程是下冲头进入模具的充填位置，然后喷头会通电润滑模具的模腔壁，但是这种技术很难均匀的润滑模腔壁，尤其是在磁体粉末填充高度较高时，润滑情况更不容乐观。另外，不同横切面积的模腔需要配合使用不同的喷头。喷头喷射的润滑液一部分会留在空气中，可能变成易燃气体混合物。打开密封罩前门时很容易引起压机内起火。越需要关于近终形(NNS)压制，压制循环率越高，则更加需要严肃考虑这个问题。
[0032]授权公告号为0附014860968(申请号为200910004799.0)的中国发明专利《稀土磁粉粉末自动成型油压机》，其中公开的一体化加工装备即用于永磁体的压制生产。该稀土磁粉粉末自动成型油压机配备高精度机械构架和模架，通过液压油缸活塞精确导向。压机的液压系统采用功率控制的供油装置、比例/伺服液压技术以及线性编码器系统。这个系统能够很好地控制主副轴的位置和速度。每个压制循环中，解码器会在压制和释压时针对油缸运动的闭环控制和压力控制反馈信号。通过PLC控制系统，油缸的位置控制精确度高于0.02mm。这种压机生产的坯件无裂纹，在烧结之前也无需进行第二次CIP压制。这种压机一次性压成无裂纹磁体的技术已经相当完善。制成的生坯密度可达4.5-4.7g/cm3，磁体重量范围在几克至I千克以上。如此能够克