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《粉末冶金工業(yè)雜志》2016年第一期

摘要：

模壓成形是粘結(jié)NdFeB磁體制造的最主要方法。分析了粘結(jié)NdFeB磁體的特點(diǎn)；在實(shí)驗(yàn)研究和大量生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，介紹了模具結(jié)構(gòu)、壓機(jī)結(jié)構(gòu)和壓制成形動作對磁體質(zhì)量的重要影響；總結(jié)了控制粘結(jié)ndfeb磁體質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：

壓機(jī)；模壓成形；粘結(jié)NdFeB磁體；質(zhì)量

粘結(jié)NdFeB是近年來發(fā)展起來的高性能磁性復(fù)合材料，具有磁性能高、性價比高、生產(chǎn)率高和精度高等特點(diǎn)[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(chǎn)品主要有薄壁環(huán)形和薄壁瓦形，其生產(chǎn)工序主要包括：復(fù)合粉制備、模壓成形、表面涂裝和充磁等[3]。

1模壓成形粘結(jié)NdFeB磁體的難點(diǎn)

模壓成形制造磁體的優(yōu)點(diǎn)是能大批量生產(chǎn)尺寸精確、復(fù)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(qiáng)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(jī)只能單軸加壓對磁體形狀的制約，因?yàn)閴褐品较蜷L、壓制面大、薄壁形狀的產(chǎn)品難以使密度均勻，所以設(shè)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(qiáng)度、均勻取向和加磁場的時間上有限制。

2各向同性粘結(jié)NdFeB磁體的模壓成形

2.1成形特點(diǎn)決定模壓粘結(jié)NdFeB磁體強(qiáng)度和磁特性的是磁體密度。為了使強(qiáng)度、精度穩(wěn)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(dú)特的送料器裝置、模具結(jié)構(gòu)和壓制成形動作[4]。壓制成形動作不合理，在脫模時會產(chǎn)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(guān)，還與磁粉顆粒大小、粒度分布、潤滑劑、壓縮性的配合有關(guān)。通過增加壓力可使磁體密度增大，超過1400MPa時磁體密度達(dá)到飽和。但在批量生產(chǎn)時，從模具強(qiáng)度考慮采取這樣高的壓力是不合適的，應(yīng)該想辦法降低壓力。用同一種復(fù)合粉制造粘結(jié)磁體，產(chǎn)品高度越高、壁厚越小，越難壓制，主要體現(xiàn)在裝填料和脫模上，由此影響了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)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(hù)動作。

2.2模具結(jié)構(gòu)壓制成形是粘結(jié)NdFeB磁體生產(chǎn)中最重要的工序，因?yàn)槌哿弦蛩赝猓a(chǎn)品質(zhì)量主要取決于壓機(jī)和模具的結(jié)構(gòu)及制造精度。模具的強(qiáng)度、硬度、耐磨性及加工精度要求極高。在大量生產(chǎn)磁體時，模具材料應(yīng)選擇硬質(zhì)合金，模具硬度超過64HRC，壽命超過30萬次。考慮熱膨脹系數(shù)的影響，模具中與磁體接觸的各部分零件應(yīng)選用相同的材料。

2.3壓機(jī)結(jié)構(gòu)和成形動作各向同性粘結(jié)NdFeB磁體的壓制成形一般選用粉末冶金專用機(jī)械壓機(jī)。根據(jù)壓機(jī)結(jié)構(gòu)不同，可實(shí)現(xiàn)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(jī)結(jié)構(gòu)[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(jù)磁體形狀的復(fù)雜程度，典型的成形動作有2種。設(shè)薄壁磁環(huán)高度為H，磁環(huán)外徑為D。當(dāng)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(dāng)H≥0.5D時，可選用動作B：凹模裝粉→浮動芯棒裝粉→雙向壓制→凹模脫模→浮動芯棒脫模，見圖2。當(dāng)然，根據(jù)磁環(huán)高度和壁厚不同，可以進(jìn)行裝粉和脫模動作的不同組合，以保證磁體質(zhì)量和生產(chǎn)效率。圖3是圖1所示壓機(jī)的壓制曲線，展示了隨著壓機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)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(yùn)動過程。

3各向異性粘結(jié)NdFeB磁體的模壓成形

3.1成形特點(diǎn)各向異性磁體成形的特殊之處只是加了磁場，根據(jù)各種原料的特性不同，磁場強(qiáng)度也不同，磁場強(qiáng)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(qiáng)度應(yīng)為1035～1194kA/m。加磁場的時機(jī)要適當(dāng)，開始加壓后再加磁場會造成取向不良。成形壓機(jī)的機(jī)械精度、模具精度、取向磁場和退磁磁場的強(qiáng)度是影響磁體質(zhì)量的重要因素。磁場成形工序的檢驗(yàn)點(diǎn)包括：成形壓力、磁場強(qiáng)度、磁場的定時、磁體的尺寸、磁體的單重和加壓狀態(tài)。

3.2磁場壓機(jī)結(jié)構(gòu)和成形動作在磁場成形時，根據(jù)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(jī)宜選用液壓機(jī)。由上壓機(jī)、下壓機(jī)、粉末填充裝置和油壓機(jī)構(gòu)組成，全部動作用控制盤控制。磁場發(fā)生裝置和磁場線圈用來產(chǎn)生取向磁場和退磁磁場。壓機(jī)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(shù)、勵磁電流等設(shè)定在最佳條件。在將壓坯退磁時，壓坯和模具應(yīng)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(hù)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(huán)。磁場液壓機(jī)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(jié)NdFeB磁體質(zhì)量控制的關(guān)鍵（1）當(dāng)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(chǎn)效率。（2）當(dāng)磁體H≥0.5D時，為保證磁體密度和質(zhì)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(qiáng)度要足夠高，并且準(zhǔn)確控制勵磁開始和結(jié)束時間。

作者：秦萬忠 單位：天津職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程與自動化學(xué)院