压机对粘结NdFeB磁体质量的作用.docx

压机对粘结NdFeB磁体质量的作用模压成形是粘结NdFeB磁体制造的最主要方法。分析了粘结NdFeB磁体的特点；在实验研究和大量生产实践的基础上，介绍了模具构造、压机构造和压制成形动作对磁体质量的重要影响；总结了控制粘结NdFeB磁体质量的关键技术。关键词：压机；模压成形；粘结NdFeB磁体；质量粘结NdFeB是近年来发展起来的高性能磁性复合材料，具有磁性能高、性价比高、生产率高和精度高等特点1-2。磁体的成形方法主要有模压成形、注射成形和挤压成形。模压成形产品主要有薄壁环形和薄壁瓦形，其生产工序主要包括：复合粉制备、模压成形、外表涂装和充磁等3。1模压成形粘结NdFeB磁体的难点模压成形制造磁体的优点是能大批量生产尺寸准确、复杂形状、薄壁形状和有磁特性的高等级磁体。但是，磁体的形状、精度和特性上都有限制。压制磁粉的压力为7001400MPa，所以模具强度制约了磁体形状和取向磁场；压制时由于磁粉之间、磁粉和模具之间的摩擦力很大，所以有除加压方向外粉末几乎不移动造成的对磁体形状的制约；还有一般成形压机只能单轴加压对磁体形状的制约，由于压制方向长、压制面大、薄壁形状的产品难以使密度均匀，所以设计磁体时以成形为中心考虑是很重要的；磁场方面的制约是在磁场强度、均匀取向和加磁场的时间上有限制。2各向同性粘结NdFeB磁体的模压成形2.1成形特点决定模压粘结NdFeB磁体强度和磁特性的是磁体密度。为了使强度、精度稳定在一定水平上，必须使薄壁形状磁体各部分密度均匀，因而，要考虑独特的送料器装置、模具构造和压制成形动作4。压制成形动作不合理，在脱模时会产生裂纹，并且该裂纹在固化时也不能消除而造成缺陷。密度与成形压力有关，还与磁粉颗粒大小、粒度分布、润滑剂、压缩性的配合有关。通过增加压力可使磁体密度增大，超过1400MPa时磁体密度到达饱和。但在批量生产时，从模具强度考虑采取这样高的压力是不适宜的，应该想办法降低压力。用同一种复合粉制造粘结磁体，产品高度越高、壁厚越小，越难压制，主要体如今装填料和脱模上，由此影响了生产效率和产品质量。解决办法是分2次装粉和分别脱模，必要时采用脱模保护动作。2.2模具构造压制成形是粘结NdFeB磁体生产中最重要的工序，由于除粉料因素外，产品质量主要取决于压机和模具的构造及制造精度。模具的强度、硬度、耐磨性及加工精度要求极高。在大量生产磁体时，模具材料应选择硬质合金，模具硬度超过64HRC，寿命超过30万次。考虑热膨胀系数的影响，模具中与磁体接触的各部分零件应选用一样的材料。2.3压机构造和成形动作各向同性粘结NdFeB磁体的压制成形一般选用粉末冶金专用机械压机。根据压机构造不同，可实现单向压制、凹模浮动双向压制或上下压头同时双向压制。图1是其中一种典型压机构造5，成形部分包括模架、上压头、浮动下压头、浮动芯杆和送粉装置。根据磁体形状的复杂程度，典型的成形动作有2种。设薄壁磁环高度为H，磁环外径为D。当H0.5D时，可选用动作A：凹模和芯棒同时装粉双向压制凹模和气动芯棒同时脱模；当H0.5D时，可选用动作B：凹模装粉浮动芯棒装粉双向压制凹模脱模浮动芯棒脱模，见图2。当然，根据磁环高度和壁厚不同，能够进行装粉和脱模动作的不同组合，以保证磁体质量和生产效率。图3是图1所示压机的压制曲线，展示了随着压机曲轴旋转角度的变化，上模冲、下模冲、凹模、送料器、脱模凸轮、过装粉、欠装粉的运动经过。3各向异性粘结NdFeB磁体的模压成形3.1成形特点各向异性磁体成形的特殊之处只是加了磁场，根据各种原料的特性不同，磁场强度也不同，磁场强度弱时取向不好。例如：稀土永磁原料，采用20mm间隙，20mm模具时，磁场强度应为10351194kA/m。加磁场的机会要适当，开场加压后再加磁场会造成取向不良。成形压机的机械精度、模具精度、取向磁场和退磁磁场的强度是影响磁体质量的重要因素。磁场成形工序的检验点包括：成形压力、磁场强度、磁场的定时、磁体的尺寸、磁体的单重和加压状态。3.2磁场压机构造和成形动作在磁场成形时，根据磁场方向不同，可分为不同的压制方法6，见图4。包括纵磁场成形法压制方向与取向方向平行、横磁场成形法压制方向与取向方向垂直、辐射磁场成形法取向方向沿半径方向并与压制方向垂直、多极磁场成形法多磁极沿圆周分布，取向方向与压制方向垂直。由于压制周期长、磁场压机宜选用液压机。由上压机、下压机、粉末填充装置和油压机构组成，全部动作用控制盘控制。磁场发生装置和磁场线圈用来产生取向磁场和退磁磁场。压机压力越大，线圈直径也越大。另外，励磁磁通势依磁性材料不同而不同，必须将线材、匝数、励磁电流等设定在最佳条件。在将压坯退磁时，压坯和模具应选择不同的退磁磁场7-8。纵磁场压制成形时，模具包括上模冲、凹模和下模冲动作见图5。磁体移除完成a凹模上升装粉b送料器退回凹模上升欠装粉c上模冲合模d开场励磁并定时上压头和凹模同时下降双向浮动压制定压或定程成形终止e加退磁磁场上压头加脱模保护时凹模脱模f或上压头上升后凹模脱模g移除磁体，完成1个动作循环。磁场液压机的压制曲线见图6，图中从上到下4条曲线分别表示成形磁场、上压头、下压头、送料器在1个压制成形周期中的动作变化经过，展示了压制曲线的变化趋势。4粘结NdFeB磁体质量控制的关键1当磁体H0.5D时，采用凹模及芯棒同时装粉或过量装粉，双向压制，凹模及气动芯棒同时脱模，以提高生产效率。2当磁体H0.5D时，为保证磁体密度和质量均匀，采用凹模和浮动芯棒分别装粉，双向压制方式；为减小脱模力并消除微裂纹，采用凹模和浮动芯棒分别脱模的方式。3为保证高的磁粉取向度，励磁磁场强度要足够高，并且准确控制励磁开场和结束时间。