压机对粘结NdFeB磁体质量的作用范文

《粉末冶金工业杂志》2016年第一期

摘要：

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，介绍了模具结构、压机结构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、表面涂装和充磁等[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精确、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700～1400MPa，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，因为压制方向长、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，因此，要考虑独特的送料器装置、模具结构和压制成形动作[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时磁体密度达到饱和。但在批量生产时，从模具强度考虑采取这样高的压力是不合适的，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，主要体现在装填料和脱模上，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模具结构压制成形是粘结NdFeB磁体生产中最重要的工序，因为除粉料因素外，产品质量主要取决于压机和模具的结构及制造精度。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相同的材料。

2.3压机结构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。根据压机结构不同，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结构[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H＜0.5D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H≥0.5D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，可以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、欠装粉的运动过程。

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，ϕ20mm模具时，磁场强度应为1035～1194kA/m。加磁场的时机要适当，开始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磁场压机结构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）→开始励磁并定时→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过程，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H＜0.5D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H≥0.5D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始和结束时间。

作者：秦万忠 单位：天津职业大学机电工程与自动化学院