各向异性环形磁体的成型方法及其模具的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种各向异性环形磁体的模具，包括上模和下模；上模包括环形上冲头、设于环形上冲头内的带模芯上冲头，两者顶部设有垫板，垫板上方设有上底座；下模包括阴模支撑圈、设于阴模支撑圈内的环形下冲头，两者均设于下底座上，阴模支撑圈上方设有环形阴模；环形上冲头外壁与环形阴模内壁配合，带模芯上冲头的模芯外壁与环形下冲头内壁配合。本发明还提供一种各向异性环形磁体的成型方法：将磁性粉末填充到本发明的模具的带模芯上冲头、环形上冲头以及环形阴模形成的空腔中，然后在真空或惰性气体环境中进行热压工艺以及热变形工艺，将各向异性环形磁体加工成型。本发明使热压工艺和热变形工艺连续进行，生产效率高。
【专利说明】各向异性环形磁体的成型方法及其模具
【技术领域】
[0001]本发明涉及各向异性环形磁体的制造【技术领域】，特别是涉及各向异性环形磁体的成型方法及其模具。
【背景技术】
[0002]稀土铁系永磁材料自问世以来经历了巨大发展，现已经发展成了以钕铁硼为代表的第三代永磁材料，其具有磁性能高、应用广、发展快等一系列优点。钕铁硼永磁体主要包括烧结钕铁硼磁体、粘结钕铁硼磁体和热压钕铁硼磁体。其中粘结钕铁硼磁体稀土含量较低，其突出优点是尺寸精度高、不变形，无需二次加工，便于大批量生产；其缺点是稀土含量低导致磁性能偏低，使用温度不高。烧结钕铁硼磁体因其含有一定量的重稀土元素而产生优越的磁性能，是目前为止产量最高、应用最广的永磁体；然而近年来随着稀土价格的不断上涨，特别是重稀土元素镝(Dy)、铽(Tb)的价格每公斤价格达到上万元，这直接导致了烧结磁体成本的增加。热压钕铁硼磁体在不含镝(Dy)、铽(Tb)的情况下仍能保持较高的磁性能，相比于烧结钕铁硼磁体具有更低的价格；此外，热压钕铁硼磁体具有纳米晶结构，晶粒的细化有助于成型压力的降低和矫顽力的提高，可实现近净成形，减少浪费。
[0003]各向异性环形磁体因其特殊的磁场分布被广泛应用于伺服电机、马达等能源转换装置上，当前生产磁性能较高的各向异性环形磁体主要通过烧结法和热压热变形法。在工业生产方面，热压钕铁硼磁体产量远远落后于烧结钕铁硼磁体，目前只有美国通用、日本大同和欧洲达美三家公司大规模生产，总产量远远少于烧结钕铁硼磁体。当前我国的成都银河磁体也已完成热压磁体生产线的建设，拟定初期年产量300吨。因此，热压热变形工艺已成为制造稀土铁系各向异性永磁体的重要工艺手段之一。
[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:在真空状态下或在惰性气体保护下，且在较高温度下，先将纳米晶钕铁硼粉末热压成壁厚较厚的各向同性的环形磁体，然后更换尺寸较大的冲头对磁体进行热变形即完成反向挤出压制，最终获得磁体易磁化方向与压力方向相垂直的各向异性环形磁体。因为更换冲头必须在模具冷却下来后先采用机械方法脱模再更换尺寸较大的冲头，冲头更换好后再升高热压炉腔内的温度到合适的温度下进行热变形。该过程的先降温后再升温极易导致纳米级尺寸的晶粒长大，这会导致热变形的抗力增大。此外，更换冲头必然导致热压炉腔体内的不再是真空环境或稀有气体保护环境，要进行后续的热变形工艺必然需要再次抽真空和升高温度。以上的更换冲头和二次抽真空以及二次升高温度都需要较长时间，这极大浪费了资源和延长了各向异性环形磁体的生产周期，严重地影响了各向异性环形磁体的生产效率。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种使各向异性环形磁体的生产周期短、生产效率高的各向异性环形磁体的成型方法及其模具，以克服现有技术的上述缺陷。[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供一种各向异性环形磁体的模具，包括上模和下模；
[0007]所述上模包括上底座、带模芯上冲头、环形上冲头，所述带模芯上冲头设于所述环形上冲头内部，所述带模芯上冲头的外壁与所述环形上冲头的内壁配合；所述带模芯上冲头和环形上冲头的顶部设有一垫板，所述上底座设于所述垫板的上方；
[0008]所述下模包括下底座、环形下冲头、环形阴模和阴模支撑圈，所述环形下冲头和阴模支撑圈设于所述下底座上，所述环形下冲头设于所述阴模支撑圈的内部，所述环形阴模设于所述阴模支撑圈的上方；所述环形下冲头的外壁与所述环形阴模的内壁配合；
[0009]所述环形上冲头的外壁与所述环形阴模的内壁配合，所述带模芯上冲头下端的模芯外壁与所述环形下冲头的内壁配合。
[0010]优选地，所述下底座的上端面设有一环形凹槽，所述环形下冲头的下端设于所述环形凹槽内。
[0011]优选地，所述带模芯上冲头包括上冲头本体和上冲头本体下端的模芯，所述上冲头本体为上段直径小、下段直径大的二级台阶轴；所述上底座的下端设有推杆，所述推杆的长度大于所述上冲头本体的下段的长度；
[0012]所述环形下冲头的上端面到所述下底座的上端面的距离不小于所述带模芯上冲头的模芯的长度；所述环形下冲头的上端面到所述下底座的上端面的距离还不小于所述环形阴模的高度。
[0013]优选地，所述环形阴模的外壁上设有测温孔，所述测温孔内设有测温元件。
[0014]优选地，所述阴模支撑圈为分体式、可拆卸结构。
[0015]本发明还提供一种各向异性环形磁体的成型方法，包括以下步骤:
[0016]A、将一定量的磁性粉末填充到所述的各向异性环形磁体的模具的带模芯上冲头的模芯、环形上冲头的下端面、环形下冲头的上端面以及环形阴模的内壁形成的空腔中；
[0017]B、将填充了磁性粉末的所述模具放入热压装置中，对所述热压装置进行抽真空处理或填充惰性气体处理，使所述模具处于真空环境中或惰性气体环境中；然后在不低于660°C的温度下，使所述模具的上底座以不小于120MPa的压力下压所述垫板，所述垫板再下压所述带模芯上冲头和环形上冲头，使所述空腔内的磁性粉末实现热压烧结，形成壁厚较厚的各向同性环形磁体；
[0018]当所述模具处于真空环境中时，所述真空环境的真空度不低于KT2Pa数量级；
[0019]C、使所述模具的上底座向上回缩，移除所述垫板；
[0020]D、使所述模具处于真空环境中或惰性气体环境中，再在不低于680°C的温度下，使所述模具的上底座以不小于120MPa的压力下压所述带模芯上冲头，实现所述各向同性环形磁体的反向挤出成型，获得所述各向异性环形磁体；
[0021]当所述模具处于真空环境中时，所述真空环境的真空度不低于10_2Pa数量级；
[0022]E、将所述模具的阴模支撑圈拆除，使所述环形阴模下落到所述模具的下底座的上端面；使所述模具的上底座向上回缩，实现所述各向异性环形磁体的脱模。
[0023]优选地，在步骤A之前，在所述模具的环形阴模的内壁设一层石墨纸，在所述模具的环形上冲头的外壁和内壁、在所述模具的带模芯上冲头的模芯外壁均涂上一层石墨乳。
[0024]优选地，步骤C中，在移除所述垫板之后，在所述环形上冲头上增置加重物。[0025]优选地，步骤A中的所述磁性粉末通过快淬法、HDDR法、高能球磨法以及雾化法中的一种或多种制得。
[0026]优选地，步骤B中的所述热压烧结在720°C -750°C的温度下、150MPa - 200MPa的压力下进行；步骤D中所述各向同性环形磁体的反向挤出成型在720°C -750°C的温度下、150MPa - 200MPa的压力下进行；所述模具处于真空环境时的真空度为不低于10_3Pa数量级。
[0027]如上所述，本发明的一种各向异性环形磁体的成型方法及其模具，具有以下有益效果:
[0028]1、实现了各向异性环形磁体的热压工艺和热变形工艺的连续进行，避免了传统生产中热压完成后要更换冲头才能再进行热变形工艺，极大地提高了各向异性环形磁体的生产效率，节约了各向异性环形磁体的生产成本和生产周期。
[0029]2、与传统生产相比，由本发明生产出来的各向异性环形磁体致密度高，大大减少了裂纹的产生，从而使各向异性环形磁体的质量好，废品率低。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1显示为本发明的各向异性环形磁体的模具的结构示意图。
[0031]图2显示为本发明的各向异性环形磁体的成型方法的步骤A中模具的状态示意图。
[0032]图3显示为本发明的各向异性环形磁体的成型方法的步骤B中模具的状态示意图。
[0033]图4显示为本发明的各向异性环形磁体的成型方法的步骤D中模具的状态示意图。
[0034]图5显示为本发明的各向异性环形磁体的成型方法的步骤E中模具的状态示意图。
[0035]元件标号说明
【权利要求】
1.一种各向异性环形磁体的模具，包括上模和下模；其特征在于， 所述上模包括上底座(100)、带模芯上冲头(200)、环形上冲头(300)，所述带模芯上冲头(200)设于所述环形上冲头(300)内部，所述带模芯上冲头的外壁(221)与所述环形上冲头的内壁(310)配合；所述带模芯上冲头(200)和环形上冲头(300)的顶部设有一垫板(400)，所述上底座(100)设于所述垫板(400)的上方； 所述下模包括下底座(500)、环形下冲头(600)、环形阴模(700)和阴模支撑圈(800)，所述环形下冲头(600)和阴模支撑圈(800)设于所述下底座(500)上，所述环形下冲头(600)设于所述阴模支撑圈(800)的内部，所述环形阴模(700)设于所述阴模支撑圈(800)的上方；所述环形下冲头的外壁(610)与所述环形阴模的内壁(710)配合； 所述环形上冲头的外壁(320)与所述环形阴模的内壁(710)配合，所述带模芯上冲头下端的模芯外壁(211)与所述环形下冲头的内壁(620)配合。
2.根据权利要求1所述的各向异性环形磁体的模具，其特征在于:所述下底座(500)的上端面设有一环形凹槽(510)，所述环形下冲头(600)的下端设于所述环形凹槽(510)内。
3.根据权利要求1或2所述的各向异性环形磁体的模具，其特征在于:所述带模芯上冲头(200)包括上冲头本体(220)和上冲头本体下端的模芯(210)，所述上冲头本体(220)为上段直径小、下段直径大的二级台阶轴；所述上底座(100)的下端设有推杆(110)，所述推杆(110)的长度(LI)大于所述上冲头本体(220)的下段的长度(L2)； 所述环形下冲头(600)的上端面到所述下底座(500)的上端面的距离(L5)不小于所述带模芯上冲头的模芯(21 0)的长度(L3);所述环形下冲头(600)的上端面到所述下底座(500)的上端面的距离(L5)还不小于所述环形阴模(700)的高度(L4)。
4.根据权利要求3所述的各向异性环形磁体的模具，其特征在于:所述环形阴模的外壁(720)上设有测温孔(701)，所述测温孔(701)内设有测温元件(900)。
5.根据权利要求3所述的各向异性环形磁体的模具，其特征在于:所述阴模支撑圈(800)为分体式、可拆卸结构。
6.一种各向异性环形磁体的成型方法，其特征在于，包括以下步骤: A、将一定量的磁性粉末(I)填充到由权利要求1至5任一所述的各向异性环形磁体的模具的带模芯上冲头的模芯(210)、环形上冲头(300)的下端面、环形下冲头(600)的上端面以及环形阴模的内壁(710)形成的空腔中； B、将填充了磁性粉末(I)的所述模具放入热压装置中，对所述热压装置进行抽真空处理或填充惰性气体处理，使所述模具处于真空环境中或惰性气体环境中；然后在不低于660°C的温度下，使所述模具的上底座(100)以不小于120MPa的压力下压所述垫板(400)，所述垫板(400)再下压所述带模芯上冲头(200)和环形上冲头(300)，使所述空腔内的磁性粉末实现热压烧结，形成壁厚较厚的各向同性环形磁体(2); 当所述模具处于真空环境中时，所述真空环境的真空度不低于KT2Pa数量级； C、使所述模具的上底座(100)向上回缩，移除所述垫板(400)； D、使所述模具处于真空环境中或惰性气体环境中，再在不低于680°C的温度下，使所述模具的上底座(100)以不小于120MPa的压力下压所述带模芯上冲头(200)，实现所述各向同性环形磁体⑵的反向挤出成型，获得所述各向异性环形磁体⑶；当所述模具处于真空环境中时，所述真空环境的真空度不低于KT2Pa数量级； E、将所述模具的阴模支撑圈(800)拆除，使所述环形阴模(700)下落到所述模具的下底座(500)的上端面；使所述模具的上底座(100)向上回缩，实现所述各向异性环形磁体(3)的脱模。
7.根据权利要求6所述的各向异性环形磁体的成型方法，其特征在于:在步骤A之前，在所述模具的环形阴模的内壁(710)设一层石墨纸，在所述模具的环形上冲头(300)的外壁和内壁、在所述模具的带模芯上冲头的模芯外壁(211)均涂上一层石墨乳。
8.根据权利要求6或7所述的各向异性环形磁体的成型方法，其特征在于:步骤C中，在移除所述垫板(400)之后，在所述环形上冲头(300)上增置加重物。
9.根据权利要求6或7所述的各向异性环形磁体的成型方法，其特征在于:步骤A中的所述磁性粉末(I)通过快淬法、HDDR法、高能球磨法以及雾化法中的一种或多种制得。
10.根据权利要求6或7所述的各向异性环形磁体的成型方法，其特征在于:步骤B中的所述热压烧结在720°C _750°C的温度下、150MPa - 200MPa的压力下进行；步骤D中所述壁厚较厚的各向同性环形磁体的反向挤出成型在720°C _750°C的温度下、150MPa - 200MPa的压力下进行；所述模具处于真空环境时的真空度为不低于KT3Pa数量级。
【文档编号】H01F41/02GK103894607SQ201410165910
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】张铁桥, 张澜庭, 梁乐, 王静, 董显平 申请人:上海交通大学