技术领域本发明涉及一种3D铁氧体磁芯的注塑成型方法。
背景技术：
传统磁芯的生产工艺主要是干压成型法，该方法的缺点是成型产品的形状有较大限制，模具造价较高，坯体强度低，坯体内部致密性不一致，组织结构的均匀性相对较差等，又由于该类3D磁芯的结构非常复杂，干压不能一次性完成，需要先压成一个简单的坯体，再用车床加工成所需要的形状，这样不仅增加工序，而且增加了生产成本和时间，对产品的一致性也没有保证。
技术实现要素：
本发明提出一种3D铁氧体磁芯的注塑成型方法，克服现有干压成型技术的不足，解决复杂形状的3D铁氧体磁芯成型的问题，保证产品的一致性，并提高生产效率。本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种3D铁氧体磁芯的注塑成型方法，包括如下步骤：(1)将重量百分比为70％～95％的铁氧体粉料和重量百分比为5％～30％的粘结剂进行混炼成泥料，冷却后破碎得到物料；其中，所述铁氧体粉料包括如下重量百分比的组分：60％～70％的氧化铁，8％～14％的氧化镍，2％～10％的氧化铜，15％～25％的氧化锌，0.05％～1％的氧化锰，0.05％～1％的三氧化二铋，0.05％～1％的二氧化硅，0.05％～1％的氧化钙，0.05％～1％的三氧化二硼；所述粘结剂包括如下重量百分比的组分：聚甲醛75％-90％，聚乙烯2％-6％，乙烯-醋酸乙烯共聚物2％-6％，聚甲基丙烯酸甲酯2％-6％，石蜡2％-5％，硬脂酸锌2％-5％；(2)将所述物料加热熔化，将熔融的物料注入模腔中，填充模腔；(3)使所述物料在模腔内固化成铁氧体磁芯坯体。进一步地：步骤(1)中将混炼成的泥料破碎成Ф3～8mm的物料。步骤(2)中，在120～220℃下，将所述物料在注塑机料筒里加热熔化，在50～150Bar的压力下将熔融的物料注入模腔中，填充模腔。一种用于成型3D铁氧体磁芯的物料，其特征在于，包括重量百分比为70％～95％的铁氧体粉料和重量百分比为5％～30％的粘结剂；其中，所述铁氧体粉料包括如下重量百分比的组分：60％～70％的氧化铁，8％～14％的氧化镍，2％～10％的氧化铜，15％～25％的氧化锌，0.05％～1％的氧化锰，0.05％～1％的三氧化二铋，0.05％～1％的二氧化硅，0.05％～1％的氧化钙，0.05％～1％的三氧化二硼；所述粘结剂包括如下重量百分比的组分：聚甲醛75％-90％，聚乙烯2％-6％，乙烯-醋酸乙烯共聚物2％-6％，聚甲基丙烯酸甲酯2％-6％，石蜡2％-5％，硬脂酸锌2％-5％。一种3D铁氧体磁芯的制造方法，包括将经所述的注塑成型方法制备得到的铁氧体磁芯坯体，经过脱脂和烧结得到所述铁氧体磁芯。进一步地：所述脱脂包括依次进行的酸催化脱脂和热脱脂。所述酸催化脱脂在硝酸或者草酸状态下进行的，以0.3～1.0℃/min的升温速度升温至100～200℃条件下进行。所述热脱脂在以0.3～1.0℃/min的升温速度升温至150～450℃条件下进行。所述烧结包括：升温阶段：以升温速率0.3～1.0℃/min使温度从室温缓缓升至400～500℃，待粘结剂排出后，以升温速率1.0～2.0℃/min，继续升温至850～950℃；坯件逐渐收缩阶段：以升温速率0.5～1.5℃/min继续升温至1000～1100℃；保温阶段：在所述1000～1100℃下保温0.5～2.5h；降温阶段：磁芯烧好后，进行降温，冷却速率为0.5～2.0℃/min。所述酸催化脱脂是在氮气中进行的，热脱脂和烧结均是在自然空气中进行的。本发明与现有技术对比的有益效果是：本发明采用注射成型工艺很好地解决了此类复杂形状的3D铁氧体磁芯成型的问题，对产品的一致性也有保证，具有生产效率高，可以一模几个甚至十几个，自动化程度较高，人工少等优点，且产品的密度大、密度均一。本发明用注塑工艺一步到位生产3D磁芯，而不需要像传统的干压工艺，先压制成坯体，然后再进行切削，该磁芯结构复杂而且尺寸相对较大，在干压时受力不均匀，由于成型有压力梯度，成型时必然会有密度梯度，导致产品内部会出现应力，在切削时产品容易出现破损，或者偏位。而注塑工艺是将物料加热熔化，在高压下将熔融的物料注入模腔中，模腔填充后，打开模具，取出已固化的3D磁芯坯体，磁芯内部没有应力，而且成型一步到位，不需要切削。烧结成型后，力学性能比传统的干压磁芯要好。从产品的表面和内部微观结构看，注塑3D磁芯的晶粒致密、细小且均一。通过本发明的方法成型的铁氧体磁芯密度比干压成型的磁芯的密度更高，3D铁氧体磁芯力学强度更高，磁芯摆折强度更高。附图说明图1为本发明实施例的3D铁氧体磁芯的制造方法工艺流程图。图2(a)和图2(b)为本发明实施例制作的3D铁氧体磁芯的示例性结构示意图。图3(a)和图3(b)为本发明实施例制作的3D铁氧体磁芯的示例性微观晶粒结构。具体实施方式下面对照附图和结合优选具体实施方式对本发明进行详细的阐述。本发明提供一种3D铁氧体磁芯坯体的注塑成型制造方法，在一种实施例中，包括如下步骤：(1)将重量百分比为70％～95％的铁氧体粉料和5％～30％的粘结剂进行混炼成泥料，冷却至室温后，破碎成Ф3～8mm的物料，为注射成型做准备；其中，所述铁氧体粉料包括如下重量百分比的组分：60％～70％的氧化铁，8％～14％的氧化镍，2％～10％的氧化铜，15％～25％的氧化锌，0.05％～1％的氧化锰，0.05％～1％的三氧化二铋，0.05％～1％的二氧化硅，0.05％～1％的氧化钙，0.05％～1％的三氧化二硼；所述粘结剂包括如下重量百分比的组分：聚甲醛75％-90％，聚乙烯2％-6％，乙烯-醋酸乙烯共聚物2％-6％，聚甲基丙烯酸甲酯2％-6％，石蜡2％-5％，硬脂酸锌2％-5％；(2)在120～220℃下，将所述物料在注塑机料筒里加热熔化，在50～150Bar的压力下将熔融的物料注入模腔中，填充模腔；(3)模腔填充后，物料中的热量通过模具传导出去，打开模具，取出已固化的坯体，即为所述铁氧体磁芯坯体。其中，破碎成Ф3～8mm的小块物料更容易进入注塑机料筒注射成型；为了将物料注入模腔中，将物料在注塑机料筒里加热熔化，通过螺杆的往复运动来聚集、均匀化和加压物料，成型过程实际发生在螺杆往前推，把熔融物料注入模腔中，流体从喷嘴出来经过浇道、流道和浇口进而填充模腔，其中的工艺参数设置依赖于铁氧体粉料的特性、粘结剂的组成、物料的粘度、模具设计和注塑机的工作状况等，物料在料筒内受到外部加热器和螺杆机械化的热作用，物料的加热温度和时间应充足以让其彻底完全塑化，成型过程中，应快速控制增大压力把物料注入模腔中，发明人在经过大量的实验基础上，选出当在120～220℃下将物料在注塑机料筒里加热熔化，在50～150Bar的压力下将熔融的物料注入模腔中，填充模腔，熔体流速随模腔压力增大而减小，当混合料在模具中冷却下来时，充填过程结束，模腔填充之后，物料中的热量通过模具传导出去，打开模具，取出已固化的坯体。注塑成型时，可采用采用模内切技术，产品和水口料在模具中就已经分离，采用自动化的方式，通过机械手将产品和水口料取出，实现分开放置。在合模时，模具两边的滑块通过导柱连接在一起，将熔融的喂料注塑到模腔中，填充模腔，待固化后，打开模具，滑块自动分离，顶针将产品顶出。不需要切削，一步到位形成所需要的凹槽，这样既缩短了制程，又避免了切削尺寸精度、切削产生应力，产品易破碎等不良现象。本发明还提供一种3D铁氧体磁芯的制造方法，参见图1，在一种实施例中，其具体包括如下步骤：将经上述实施例的制造方法制备得到的铁氧体磁芯坯体，依次经过酸催化脱脂、热脱脂和烧结得到所述铁氧体磁芯。所述酸催化脱脂在硝酸或者草酸状态下进行的，以0.3～1.0℃/min的升温速度升温至100～200℃条件下进行，以除去更多的粘结剂，所述酸催化脱脂是在氮气中进行的。所述热脱脂在以0.3～1.0℃/min的升温速度升温至150～450℃条件下进行，以除去更多的粘结剂。热脱脂是将坯体在空气中加热到粘结剂组分挥发或者分解的温度，使得粘结剂受热分解发生物态变化，转变为气态物质，达到脱脂的目的。在温度较低时，实现部分蒸发脱除，温度升至粘结剂分解温度之上，发生分解反应，脱除更多的粘结剂。发明人在经过大量的实验证明热脱脂在以0.3～1.0℃/min的升温速度升温至150～450℃条件下进行时，产品不易产生变形或者缺陷。在一个优选的实施例中，所述烧结包括：升温阶段：缓缓升温，以升温速率0.3～1.0℃/min使温度从室温缓缓升至400～500℃，待粘结剂排出后，以升温速率1.0～2.0℃/min，继续升温至850～950℃；坯件逐渐收缩阶段：以升温速率0.5～1.5℃/min继续升温至1000～1100℃；保温阶段：在所述1000～1100℃下保温0.5～2.5h；降温阶段：磁芯烧好后，进行降温，冷却速率为0.5～2.0℃/min。烧结直接决定铁氧体磁芯的最终组成、相的分布、晶粒大小、致密性、尺寸、外观及性能。烧结应根据所用烧结设备、预烧温度高低、预烧料的收缩性、粘结剂的种类和加入比例、产品性能要求、形状及大小、装坯重量和方式等方面的不同，确定合适的烧结温度及烧结曲线，发明人在大量的实验基础上，得出的以上优选方案中升温阶段主要是坯件内水分、粘结剂和润滑剂的挥发过程，此时须缓缓升温以避免坯件开裂，此后是坯件逐渐收缩阶段，由于这一段烧成影响着磁芯晶粒的大小、均匀度、气孔率及分布等，此时的升温速率要适当；到最高烧结温度后，保温0.5～2.5h为宜；在降温阶段，冷却速率对产品的电磁性能及合格率也有很大影响。通过以上优选的烧结工序，产品的几乎不存在粘联、变形和开裂，且产品的外型尺寸和性能的一致性满足要求。优选的，所述酸催化脱脂是在氮气中进行的，热脱脂和烧结均是在自然空气中进行的。根据本发明实施例制作的3D铁氧体磁芯的实例如图2(a)和图2(b)所示。以下通过更具体的实施例对本发明进行进一步阐述。实施例1注射成型用的粒料，由如下重量百分比的组分组成：铁氧体粉料70％粘结剂30％所述铁氧体粉料由如下重量百分比的组分组成：所述粘结剂由如下重量百分比的组分组成：按照以上重量百分比混合放入密炼机中密炼，设定温度190℃，设置搅拌器的频率为25Hz，每密炼40分钟后，翻料1次，共翻料4次得到块状泥料。待泥料冷却至室温，用粉碎机粉碎至平均粒径为8mm的物料。在190℃下，将所述物料在注塑机料筒里加热熔化，在125Bar的压力下将熔融的物料注入模腔中，填充模腔；模腔填充后，物料中的热量通过模具传导出去，打开模具，取出已固化的坯体，即为所述铁氧体磁芯坯体。铁氧体磁芯坯体依次经过酸催化脱脂、热脱脂和烧结得到所述铁氧体磁芯；所述酸催化脱脂在硝酸或者草酸状态下进行的，以0.5℃/min的升温速度升温至120℃条件下进行，以除去更多的粘结剂，所述酸催化脱脂是在氮气中进行的。所述热脱脂在以0.5℃/min的升温速度升温至450℃条件下进行，以除去更多的粘结剂。所述烧结包括：升温阶段：缓缓升温，以升温速率0.5℃/min使温度从室温缓缓升至450℃，待粘结剂排出后，以升温速率1.5℃/min，继续升温至900℃；坯件逐渐收缩阶段：以升温速率1℃/min继续升温至1020℃；保温阶段：在所述1020℃下保温2h；降温阶段：磁芯烧好后，进行降温，冷却速率为1.5℃/min。实施例2注射成型用的粒料，由如下重量百分比的组分组成：铁氧体粉料80％粘结剂20％所述铁氧体粉料由如下重量百分比的组分组成：所述粘结剂由如下重量百分比的组分组成：按照以上重量百分比混合放入密炼机中密炼，设定温度180℃，设置搅拌器的频率为25Hz，每密炼40分钟后，翻料1次，共翻料4次得到块状泥料。待泥料冷却至室温，用粉碎机粉碎至平均粒径为8mm的物料。在180℃下，将所述物料在注塑机料筒里加热熔化，在125Bar的压力下将熔融的物料注入模腔中，填充模腔；模腔填充后，物料中的热量通过模具传导出去，打开模具，取出已固化的坯体，即为所述铁氧体磁芯坯体。铁氧体磁芯坯体依次经过酸催化脱脂、热脱脂和烧结得到所述铁氧体磁芯；所述酸催化脱脂在硝酸或者草酸状态下进行的，以0.55℃/min的升温速度升温至130℃条件下进行，以除去更多的粘结剂，所述酸催化脱脂是在氮气中进行的。所述热脱脂在以0.5℃/min的升温速度升温至450℃条件下进行，以除去更多的粘结剂。所述烧结包括：升温阶段：缓缓升温，以升温速率0.5℃/min使温度从室温缓缓升至450℃，待粘结剂排出后，以升温速率1.5℃/min，继续升温至900℃；坯件逐渐收缩阶段：以升温速率1℃/min继续升温至1050℃；保温阶段：在所述1050℃下保温2h；降温阶段：磁芯烧好后，进行降温，冷却速率为1.5℃/min。实施例3注射成型用的粒料，由如下重量百分比的组分组成：铁氧体粉料90％粘结剂10％所述铁氧体粉料由如下重量百分比的组分组成：所述粘结剂由如下重量百分比的组分组成：按照以上重量百分比混合放入密炼机中密炼，设定温度185℃，设置搅拌器的频率为25Hz，每密炼40分钟后，翻料1次，共翻料4次得到块状泥料。待泥料冷却至室温，用粉碎机粉碎至平均粒径为8mm的物料。在185℃下，将所述物料在注塑机料筒里加热熔化，在125Bar的压力下将熔融的物料注入模腔中，填充模腔；模腔填充后，物料中的热量通过模具传导出去，打开模具，取出已固化的坯体，即为所述铁氧体磁芯坯体。铁氧体磁芯坯体，依次经过酸催化脱脂、热脱脂和烧结得到所述铁氧体磁芯；所述酸催化脱脂在硝酸或者草酸状态下进行的，以0.6℃/min的升温速度升温至140℃条件下进行，以除去更多的粘结剂，所述酸催化脱脂是在氮气中进行的。所述热脱脂在以0.5℃/min的升温速度升温至450℃条件下进行，以除去更多的粘结剂。所述烧结包括：升温阶段：缓缓升温，以升温速率0.5℃/min使温度从室温缓缓升至450℃，待粘结剂排出后，以升温速率1.5℃/min，继续升温至900℃；坯件逐渐收缩阶段：以升温速率1℃/min继续升温至1050℃；保温阶段：在所述1050℃下保温2h；降温阶段：磁芯烧好后，进行降温，冷却速率为1.5℃/min。对上述三个实施例所生产的3D铁氧体磁芯进行性能测试，与传统的干压成型方法生产的3D铁氧体磁芯进行对比，如下表所示：对注塑3D磁芯进行微观结构分析，如说明书附图3(a)和图3(b)所示，图3(a)为磁芯表面微观结构，图3(b)为磁芯断面微观结构，从图上可以看出，注塑3D磁芯的晶粒致密、细小且均一。由实施例1-3检测结果可知，用本发明3D铁氧体磁芯注射成型用的粒料所生产的磁芯力学性能和热震性能都比传统的干压方法生产出的磁芯要好，其磁芯密度也要大于传统的干压方法生产出的磁芯密度。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。