壓機對粘結NdFeB磁體質量的作用范文

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《粉末冶金工業雜志》2016年第一期

摘要：

模壓成形是粘結NdFeB磁體制造的最主要方法。分析了粘結NdFeB磁體的特點；在實驗研究和大量生產實踐的基礎上，介紹了模具結構、壓機結構和壓制成形動作對磁體質量的重要影響；總結了控制粘結ndfeb磁體質量的關鍵技術。

關鍵詞：

壓機；模壓成形；粘結NdFeB磁體；質量

粘結NdFeB是近年來發展起來的高性能磁性復合材料，具有磁性能高、性價比高、生產率高和精度高等特點[1-2]。磁體的成形方法主要有模壓成形、注射成形和擠壓成形。模壓成形產品主要有薄壁環形和薄壁瓦形，其生產工序主要包括：復合粉制備、模壓成形、表面涂裝和充磁等[3]。

1模壓成形粘結NdFeB磁體的難點

模壓成形制造磁體的優點是能大批量生產尺寸精確、復雜形狀、薄壁形狀和有磁特性的高等級磁體。但是，磁體的形狀、精度和特性上都有限制。壓制磁粉的壓力為700～1400MPa，所以模具強度制約了磁體形狀和取向磁場；壓制時由于磁粉之間、磁粉和模具之間的摩擦力很大，所以有除加壓方向外粉末幾乎不移動造成的對磁體形狀的制約；還有一般成形壓機只能單軸加壓對磁體形狀的制約，因為壓制方向長、壓制面大、薄壁形狀的產品難以使密度均勻，所以設計磁體時以成形為中心考慮是很重要的；磁場方面的制約是在磁場強度、均勻取向和加磁場的時間上有限制。

2各向同性粘結NdFeB磁體的模壓成形

2.1成形特點決定模壓粘結NdFeB磁體強度和磁特性的是磁體密度。為了使強度、精度穩定在一定水平上，必須使薄壁形狀磁體各部分密度均勻，因此，要考慮獨特的送料器裝置、模具結構和壓制成形動作[4]。壓制成形動作不合理，在脫模時會產生裂紋，并且該裂紋在固化時也不能消除而造成缺陷。密度與成形壓力有關，還與磁粉顆粒大小、粒度分布、潤滑劑、壓縮性的配合有關。通過增加壓力可使磁體密度增大，超過1400MPa時磁體密度達到飽和。但在批量生產時，從模具強度考慮采取這樣高的壓力是不合適的，應該想辦法降低壓力。用同一種復合粉制造粘結磁體，產品高度越高、壁厚越小，越難壓制，主要體現在裝填料和脫模上，由此影響了生產效率和產品質量。解決辦法是分2次裝粉和分別脫模，必要時采用脫模保護動作。

2.2模具結構壓制成形是粘結NdFeB磁體生產中最重要的工序，因為除粉料因素外，產品質量主要取決于壓機和模具的結構及制造精度。模具的強度、硬度、耐磨性及加工精度要求極高。在大量生產磁體時，模具材料應選擇硬質合金，模具硬度超過64HRC，壽命超過30萬次?？紤]熱膨脹系數的影響，模具中與磁體接觸的各部分零件應選用相同的材料。

2.3壓機結構和成形動作各向同性粘結NdFeB磁體的壓制成形一般選用粉末冶金專用機械壓機。根據壓機結構不同，可實現單向壓制、凹模浮動雙向壓制或上下壓頭同時雙向壓制。圖1是其中一種典型壓機結構[5]，成形部分包括模架、上壓頭、浮動下壓頭、浮動芯桿和送粉裝置。根據磁體形狀的復雜程度，典型的成形動作有2種。設薄壁磁環高度為H，磁環外徑為D。當H＜0.5D時，可選用動作A：凹模和芯棒同時裝粉→雙向壓制→凹模和氣動芯棒同時脫模；當H≥0.5D時，可選用動作B：凹模裝粉→浮動芯棒裝粉→雙向壓制→凹模脫?！有景裘撃?，見圖2。當然，根據磁環高度和壁厚不同，可以進行裝粉和脫模動作的不同組合，以保證磁體質量和生產效率。圖3是圖1所示壓機的壓制曲線，展示了隨著壓機曲軸旋轉角度的變化，上模沖、下模沖、凹模、送料器、脫模凸輪、過裝粉、欠裝粉的運動過程。

3各向異性粘結NdFeB磁體的模壓成形

3.1成形特點各向異性磁體成形的特殊之處只是加了磁場，根據各種原料的特性不同，磁場強度也不同，磁場強度弱時取向不好。例如：稀土永磁原料，采用20mm間隙，ϕ20mm模具時，磁場強度應為1035～1194kA/m。加磁場的時機要適當，開始加壓后再加磁場會造成取向不良。成形壓機的機械精度、模具精度、取向磁場和退磁磁場的強度是影響磁體質量的重要因素。磁場成形工序的檢驗點包括：成形壓力、磁場強度、磁場的定時、磁體的尺寸、磁體的單重和加壓狀態。

3.2磁場壓機結構和成形動作在磁場成形時，根據磁場方向不同，可分為不同的壓制方法[6]，見圖4。包括縱磁場成形法（壓制方向與取向方向平行）、橫磁場成形法（壓制方向與取向方向垂直）、輻射磁場成形法（取向方向沿半徑方向并與壓制方向垂直）、多極磁場成形法（多磁極沿圓周分布，取向方向與壓制方向垂直）。由于壓制周期長、磁場壓機宜選用液壓機。由上壓機、下壓機、粉末填充裝置和油壓機構組成，全部動作用控制盤控制。磁場發生裝置和磁場線圈用來產生取向磁場和退磁磁場。壓機壓力越大，線圈直徑也越大。另外，勵磁磁通勢依磁性材料不同而不同，必須將線材、匝數、勵磁電流等設定在最佳條件。在將壓坯退磁時，壓坯和模具應選擇不同的退磁磁場[7-8]。

縱磁場壓制成形時，模具（包括上模沖、凹模和下模沖）動作見圖5。磁體移除完成（a）→凹模上升裝粉（b）→送料器退回→凹模上升（欠裝粉（c））→上模沖合模（d）→開始勵磁并定時→上壓頭和凹模同時下降（雙向浮動壓制）→定壓或定程成形終止（e）→加退磁磁場→上壓頭加脫模保護時凹模脫模（f）（或上壓頭上升后凹模脫模（g））→移除磁體，完成1個動作循環。磁場液壓機的壓制曲線見圖6，圖中從上到下4條曲線分別表示成形磁場、上壓頭、下壓頭、送料器在1個壓制成形周期中的動作變化過程，展示了壓制曲線的變化趨勢。4粘結NdFeB磁體質量控制的關鍵（1）當磁體H＜0.5D時，采用凹模及芯棒同時裝粉或過量裝粉，雙向壓制，凹模及氣動芯棒同時脫模，以提高生產效率。（2）當磁體H≥0.5D時，為保證磁體密度和質量均勻，采用凹模和浮動芯棒分別裝粉，雙向壓制方式；為減小脫模力并消除微裂紋，采用凹模和浮動芯棒分別脫模的方式。（3）為保證高的磁粉取向度，勵磁磁場強度要足夠高，并且準確控制勵磁開始和結束時間。

作者：秦萬忠 單位：天津職業大學機電工程與自動化學院