一种制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具的制作方法

本发明涉及一种成型模具，尤其是涉及一种制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具。

背景技术：

永磁电机具有优秀的精密控制性能，目前已经广泛被应用于各种高端尖端技术领域。采用稀土永磁材料制作的多极烧结稀土永磁体在各种永磁电机中得到广泛应用。多极烧结稀土永磁体的形状主要有圆柱形和圆环形，圆环形的多极烧结稀土永磁体在永磁电机中的应用较多。

现有的圆环形的多极烧结稀土永磁体通常由多极烧结稀土永磁体生坯烧结得到，多极烧结稀土永磁体生坯性能的优劣直接影响多极烧结稀土永磁体的质量。多极烧结稀土永磁体生坯主要分两种：采用拼接成型方法制备的拼接式磁环生坯和采用整体压制成型方法得到的整环压制磁环生坯。拼接成型方法对尺寸限制较少，但其材料利用率较低，同时其技术竞争力也较低；而整体压制成型方法虽然对尺寸的限制较多，但其材料利用率较拼接式磁环高，并且技术含量较高、竞争力较强。由此，目前主要通过成型模具将稀土永磁粉料整体压制取向成型得到多极烧结稀土永磁体生坯。

现有的制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具通常包括上压头、下压头和阴模，阴模具有圆柱形的模腔。稀土永磁粉料在模腔内取向时，距离磁极不同位置的稀土永磁粉料取向度不同，距离磁极位置近的稀土永磁粉料取向度较高，距离磁极位置远的稀土永磁粉料取向度则较低。由于烧结时多极烧结稀土永磁体生坯不同取向度部位的收缩比会不同，由此导致烧结得到的多极烧结稀土永磁体外表面会出现起皱或不平现象，需要对其表面进行磨削，而磨削必然会导致多极烧结稀土永磁体尺寸的减小，为了保证多极烧结稀土永磁体的尺寸符合设计要求，在设计成型模具时必然要增加产品尺寸加工余量，由此造成材料大量浪费，并且多极烧结稀土永磁体的磁损失随着磨削量的增加而增大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种预留加工余量较小，可以减少材料浪费，提高烧结后的磁体磁性能的制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具，包括上压头、下压头和阴模，所述的阴模具有模腔，所述的模腔沿圆周方向分为n等份，n为多极烧结稀土永磁体生坯的极数，n≥4，将每一等份作为模腔的一个周期；在模腔的每个周期内，其横截面的角度为2π/n，半径记为R，R＝R1所在的半径线为基准线，所述的基准线将所述的横截面的角度平分，R1为多极烧结稀土永磁体产品半径的1～5倍，该横截面的圆心与圆周上任意一点连成的直线与基准线之间的夹角记为θ，θ在-π/n到π/n范围内变化，基准线所在处的角度记为0，所述的模腔的横截面的半径满足条件：R＝R1cosθ+k(R1-R1cosθ)，0≤k<1；所述的上压头的外径和所述的下压头的外径与所述的模腔匹配。

所述的阴模、所述的上压头和所述的下压头均采用硬度大于60HRA的金属材料制备而成。

所述的金属材料为硬质合金。

所述的金属材料为硬度大于80HRA的硬质合金。

在所述的模腔的每个周期内，其横截面的半径R最小处为R2，其中R1>R2且R1/R2<2。

所述的模腔每相邻两个周期的连接处为圆弧连接。

所述的上压头的外径和下压头的外径上每相邻两个周期连接处均为圆弧连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过将模腔沿圆周方向分为n等份，n为多极烧结稀土永磁体生坯的极数，n≥4，将每一等份作为模腔的一个周期；在模腔的每个周期内，其横截面的角度为2π/n，半径记为R，R＝R1所在的半径线为基准线，基准线将横截面的角度平分，R1为多极烧结稀土永磁体产品半径的1～5倍，该横截面的圆心与圆周上任意一点连成的直线与基准线之间的夹角记为θ，θ在-π/n到π/n范围内变化，基准线所在处的角度记为0，模腔的横截面的半径满足条件：R＝R1cosθ+k(R1-R1cosθ)，0≤k<1，上压头的外径和下压头的外径与模腔匹配，当多极外充线圈均固定在阴模外壁上时，虽然阴模内壁处磁场由于距离磁极的位置不同而不同，但是成型模具阴模的模腔半径按照收缩比不同而变化，上压头和下压头的外径同样按照此规律变化，由此生坯收缩比大的部分，模腔设计余量较大，而生坯收缩比小的部分，模腔设计余量较小，由此模腔的内部形状保证生坯烧结为磁体后外表面呈比较规则的圆环状，可减少加工时的磨削量，提高机加工过程中的材料利用率，同时，外充多极磁体的磁性分布规律为外表面到内表面逐渐降低，故外表面加工掉较少的厚度，磁体磁性损失越小，使用本发明的成型模具生产磁体的表磁可达到580mT以上，远高于一般现有模具生产磁体的表磁；

当金属材料为硬质合金时，可提高成型模具的使用寿命，减少成型模具在使用过程中出现划痕、变形和破裂等情况；

当金属材料为硬度大于大于80HRA的硬质合金时，该硬度下的成型模具在压制时不易变形；

当在模腔的每个周期内，其横截面的半径R最小处为R2，其中R1>R2且R1/R2<2时，可避免模具厚度过大，降低了充磁场强度；产品最大处与最小处收缩比比值为1～2，控制R1/R2的比值在1～2范围内，有利于生坯烧结后尺寸的控制，有利于产品的表磁数值沿圆周方向呈周期性变化；

当模腔每相邻两个周期的连接处为圆弧连接时，生坯易脱模，可避免形状变化大造成生坯易损坏和不易脱模的情况；

当上压头的外径和下压头的外径上每相邻两个周期连接处均为圆弧连接时，生坯易脱模，可避免形状变化大造成生坯易损坏和不易脱模的情况。

附图说明

图1为本发明的制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具的剖面结构示意图；

图2为本发明的制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具的磁极为四极时，阴模的俯视图；

图3为本发明的制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具的磁极为八极时，阴模的俯视图；

图4为本发明的制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具的磁极为六极时，第1个磁环的表面磁极分布图；

图5为本发明的制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具的磁极为六极时，第2个磁环的表面磁极分布图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：如图1所示，一种制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具，包括上压头1、下压头2和阴模3，阴模3具有模腔31，模腔31沿圆周方向分为n等份，n为多极烧结稀土永磁体生坯的极数，n≥4，将每一等份作为模腔31的一个周期；在模腔31的每个周期内，其横截面32的角度为2π/n，半径记为R，R＝R1所在的半径线为基准线L，基准线L将横截面32的角度平分，R1为多极烧结稀土永磁体产品半径的1倍，该横截面32的圆心与圆周上任意一点连成的直线与基准线L之间的夹角记为θ，θ在-π/n到π/n范围内变化，基准线L所在处的角度记为0，模腔31的横截面32的半径满足条件：R＝R1cosθ+k(R1-R1cosθ)，0≤k<1；上压头1的外径和下压头2的外径与模腔31匹配。

实施例二：如图1所示，一种制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具，包括上压头1、下压头2和阴模3，阴模3具有模腔31，模腔31沿圆周方向分为n等份，n为多极烧结稀土永磁体生坯的极数，n≥4，将每一等份作为模腔31的一个周期；在模腔31的每个周期内，其横截面32的角度为2π/n，半径记为R，R＝R1所在的半径线为基准线L，基准线L将横截面32的角度平分，R1为多极烧结稀土永磁体产品半径的5倍，该横截面32的圆心与圆周上任意一点连成的直线与基准线L之间的夹角记为θ，θ在-π/n到π/n范围内变化，基准线L所在处的角度记为0，模腔31的横截面32的半径满足条件：R＝R1cosθ+k(R1-R1cosθ)，0≤k<1；上压头1的外径和下压头2的外径与模腔31匹配。

实施例三：如图1所示，一种制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具，包括上压头1、下压头2和阴模3，阴模3具有模腔31，模腔31沿圆周方向分为n等份，n为多极烧结稀土永磁体生坯的极数，n≥4，将每一等份作为模腔31的一个周期；在模腔31的每个周期内，其横截面32的角度为2π/n，半径记为R，R＝R1所在的半径线为基准线L，基准线L将横截面32的角度平分，R1为多极烧结稀土永磁体产品半径的1～5倍，该横截面32的圆心与圆周上任意一点连成的直线与基准线L之间的夹角记为θ，θ在-π/n到π/n范围内变化，基准线L所在处的角度记为0，模腔31的横截面32的半径满足条件：R＝R1cosθ+k(R1-R1cosθ)，0≤k<1；上压头1的外径和下压头2的外径与模腔31匹配。

本实施例中，阴模3的采用硬度大于大于80的金属材料制备而成。

实施例三：如图1所示，一种制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具，包括上压头1、下压头2和阴模3，阴模3具有模腔31，模腔31沿圆周方向分为n等份，n为多极烧结稀土永磁体生坯的极数，n≥4，将每一等份作为模腔31的一个周期；在模腔31的每个周期内，其横截面32的角度为2π/n，半径记为R，R＝R1所在的半径线为基准线L，基准线L将横截面32的角度平分，R1为多极烧结稀土永磁体产品半径的1～5倍，该横截面32的圆心与圆周上任意一点连成的直线与基准线L之间的夹角记为θ，θ在-π/n到π/n范围内变化，基准线L所在处的角度记为0，模腔31的横截面32的半径满足条件：R＝R1cosθ+k(R1-R1cosθ)，0≤k<1；上压头1的外径和下压头2的外径与模腔31匹配。

本实施例中，阴模3、上压头1和下压头2均采用硬度大于60HRA的金属材料制备而成。

实施例四：如图1所示，一种制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具，包括上压头1、下压头2和阴模3，阴模3具有模腔31，模腔31沿圆周方向分为n等份，n为多极烧结稀土永磁体生坯的极数，n≥4，将每一等份作为模腔31的一个周期；在模腔31的每个周期内，其横截面32的角度为2π/n，半径记为R，R＝R1所在的半径线为基准线L，基准线L将横截面32的角度平分，R1为多极烧结稀土永磁体产品半径的1～5倍，该横截面32的圆心与圆周上任意一点连成的直线与基准线L之间的夹角记为θ，θ在-π/n到π/n范围内变化，基准线L所在处的角度记为0，模腔31的横截面32的半径满足条件：R＝R1cosθ+k(R1-R1cosθ)，0≤k<1；上压头1的外径和下压头2的外径与模腔31匹配。

本实施例中，阴模3、上压头1和下压头2均采用硬度大于60HRA的金属材料制备而成。

本实施例中，金属材料为硬质合金。

实施例五：如图1所示，一种制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具，包括上压头1、下压头2和阴模3，阴模3具有模腔31，模腔31沿圆周方向分为n等份，n为多极烧结稀土永磁体生坯的极数，n≥4，将每一等份作为模腔31的一个周期；在模腔31的每个周期内，其横截面32的角度为2π/n，半径记为R，R＝R1所在的半径线为基准线L，基准线L将横截面32的角度平分，R1为多极烧结稀土永磁体产品半径的1～5倍，该横截面32的圆心与圆周上任意一点连成的直线与基准线L之间的夹角记为θ，θ在-π/n到π/n范围内变化，基准线L所在处的角度记为0，模腔31的横截面32的半径满足条件：R＝R1cosθ+k(R1-R1cosθ)，0≤k<1；上压头1的外径和下压头2的外径与模腔31匹配。

本实施例中，阴模3、上压头1和下压头2均采用硬度大于60HRA的金属材料制备而成。

本实施例中，金属材料为硬度大于大于80HRA的硬质合金。

实施例六：如图1所示，一种制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具，包括上压头1、下压头2和阴模3，阴模3具有模腔31，模腔31沿圆周方向分为n等份，n为多极烧结稀土永磁体生坯的极数，n≥4，将每一等份作为模腔31的一个周期；在模腔31的每个周期内，其横截面32的角度为2π/n，半径记为R，R＝R1所在的半径线为基准线L，基准线L将横截面32的角度平分，R1为多极烧结稀土永磁体产品半径的1～5倍，该横截面32的圆心与圆周上任意一点连成的直线与基准线L之间的夹角记为θ，θ在-π/n到π/n范围内变化，基准线L所在处的角度记为0，模腔31的横截面32的半径满足条件：R＝R1cosθ+k(R1-R1cosθ)，0≤k<1；上压头1的外径和下压头2的外径与模腔31匹配。

本实施例中，阴模3、上压头1和下压头2均采用硬度大于60HRA的金属材料制备而成。

本实施例中，金属材料为硬度大于大于80HRA的硬质合金。

本实施例中，模腔31每相邻两个周期的连接处为圆弧连接。

本实施例中，上压头1的外径和下压头2的外径上每相邻两个周期连接处均为圆弧连接。

将本发明的制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具的上压头1固定在压机的上缸滑块4上，阴模3固定在工作台5上，下压头2固定在压机基座6，多极外充线圈均固定在阴模3外壁上。当模腔31沿圆周方向分为6等份，此时模腔31具有六个周期，R₁为产品半径的1.2倍，-π/6≤θ≤π/6，0≤k<1；模腔31的任意周期均可通过以阴模中心轴线为圆轴旋转π/3与相邻周期重合。采用本发明的制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具制备尺寸为40mm*30mm*40mm(外径x内径x厚度)且磁极为6极的磁环，并任意选择两个磁环测量其表磁数据，两个磁环分别记为第1个磁环和第2个磁环，其中，第1个磁环的表面磁极分布如图4所示，第2个磁环的表面磁极分布如图5所示。分析图4和图5可知，第1个磁环和第2个磁环的表磁均可达到580mT以上，并且表面磁场均匀、一致性较好。并且，采用本发明的制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具制备的尺寸为40mm*30mm*40mm(外径x内径x厚度)且磁极为6极的磁环的加工出材率为87％，而采用现有的成型模具制备该磁环的加工出材率为80％左右。本发明的制备多极烧结稀土永磁体生坯的成型模具预留加工余量较小，可以明显减少材料浪费，显著提高了材料的利用率和烧结后的磁体的磁性能。