基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法

1.本发明涉及稀土钕铁硼磁体技术领域，特别是涉及基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法。


背景技术：

2.钕铁硼永磁体作为第三代稀土永磁材料，因其优越的磁性能被广泛应用于电子、医疗器械、航天航空、风力发电、电动汽车等领域。根据其制备方法的不同，可分为粘结钕铁硼和烧结钕铁硼。而目前主要采用粉末冶金工艺生产烧结钕铁硼磁体，磁粉压制成型是烧结钕铁硼磁体制备工艺中的一道重要工序，压坯的压制效果会直接影响磁体的磁性能和力学性能。
3.公布号cn112475291a的中国专利公开了一种侧压凸模成型异性烧结钕铁硼模具，包括上模组件，下模组件、凹模和线圈，上模组件包括上模板、上滑块固定板和上冲，下模组件包括模具模板、调节件和下冲，一端延伸至凹模内的下冲与凹模配合为成型腔，待压制的粉料位于上冲与下冲之间，上冲在压机带动下滑入成型腔对所述粉料进行压制，凹模远离上冲的一端设有浮动板，浮动板靠近上模板的一端设有下滑块，上滑块固定板上设有与下滑块配合的上滑块，下滑块靠近凹模的侧面上设有侧压凸模，侧压凸模在下滑块带动下滑入成型腔对所述粉料进行压制，线圈的磁场取向与凹模的轴向一致。
4.上述专利的不足之处在于，在钕铁硼粉末压制取向过程中摩擦阻力和磁场分布不均匀等会导致磁粉颗粒受力不均匀，成型腔壁与粉末颗粒之间的摩檫力阻碍了磁粉颗粒的流动，使得分布在压胚外侧的磁粉密度偏大，其内部的磁粉密度偏小，而靠近通电线圈的磁场强度较大将使得圆柱压胚两端的密度要大于压胚中段密度，且压坯压制不均匀将直接导致磁体的磁性能和力学性能下降。
5.基于上述内容，如何进一步优化取向压制成型方法，以使钕铁硼压胚中磁粉颗粒能够分布更加均匀，进而提升磁体的磁性能，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术中烧结钕铁硼磁体压制取向过程中摩擦阻力和磁场分布不均匀等会导致磁粉颗粒分布不均匀，从而使磁体的磁性能和力学性能下降的技术问题，提供基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法，采用先垂直压实钕铁硼粉末，再对粉末进行轴向压缩的分步操作，成型后的钕铁硼压胚密度均匀性得到提高，因此能够在一定程度上改善钕铁硼磁体的磁性能。
7.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
8.基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法，包括上模、下模、弹簧压力组件、斜楔下压柱、轴向压缩柱、短挡板、长挡板、限位板和拉簧，其特征在于，弹簧压力组件包括圆筒、弹簧和圆形挡板，轴向压缩柱的一端与上模、下模配合为成型腔，待压制的钕铁硼粉料位于上模与下模之间，弹簧压力装置在上模的上方，压机推动圆形挡板向下压
缩弹簧，弹簧使圆筒末端下压上模，上模则对所述粉料进行压制，在上下模压到位后，圆形挡板将接触到斜楔下压柱的上端，并使其向下运动，而下端的斜楔结构将使得轴向压缩柱向模具中间靠近，对钕铁硼粉末同时进行轴向压缩。
9.为便于说明，在图1所示的烧结异性稀土钕铁硼永磁体上分别定义x方向、y方向和z方向，x方向为上述轴向压缩方向，z方向为垂直压缩方向，y为径向。
10.一般压制烧结钕铁硼粉末的方式有两种：压力方向平行于磁场方向压制的平行模压法和压力方向垂直于磁场方向压制的垂直模压法，而垂直取向压制和等静压压制的磁粉取向度受磁场密度比的影响相对较小。烧结钕铁硼的实际生产过程中经常发生压胚断裂、缺边掉角，甚至内裂纹等缺陷。这是由于钕铁硼粉末在模压成型过程中会有摩擦阻力和磁场分布不均匀等不利于成型的因素，导致压胚的密度、内应力分布不均匀。虽然经过初步筛选可以去除存在断裂、缺角等明显缺陷的钕铁硼压胚，但是压胚密度分布不均匀的问题仍然存在，这会导致成品率下降及产品磁性能降低。基于上述问题，一般烧结钕铁硼磁体的制作工艺是：先将一定质量钕铁硼粉末加入模具，然后用压机进行压制，同时粉末施加脉冲磁场，压制完成后再施加退磁场，使用干净的塑料薄膜包装压胚，在真空包装机中进行塑封，并对其进行冷等静压，之后进行烧结和充磁。问题在于，在钕铁硼压制取向过程中摩擦阻力和磁场分布不均匀等会导致磁粉颗粒受力不均匀，使得分布在外侧的磁粉密度偏大，而内部的磁粉密度偏小，且压坯压制不均匀将直接导致磁体的磁性能和力学性能下降。
11.本技术提供基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法，可以成型密度分布均匀性有得到提升的钕铁硼压胚，在长挡板外侧一定距离上设置线圈，线圈产生的磁场取向与下模轴向一致，压机压头向下移动，带动弹簧压力组件中的圆形挡板向下压缩弹簧，弹簧使圆筒末端下压上模，上模则对所述粉料进行压制，在上下模压到位后，圆形挡板将接触到斜楔下压柱的上端，并使其向下运动，而下端的斜楔结构将使得轴向压缩柱向模具中间靠近，对钕铁硼粉末同时进行轴向压缩，为进一步保证压胚受力均匀，轴向压缩柱在模具两侧对称布置两个，故而可有效避免因压胚密度不均匀引发的磁体的磁性能和力学性能下降的技术问题。
12.作为优选，两个轴向压缩柱分别位于模具的两侧，其柱体部分与两侧长挡板中间的孔为小间隙配合，轴向压缩柱中斜楔结构的两侧面与限位板滑动贴合。上述技术方案对轴向压缩柱和长挡板的配合方式进行限定，在钕铁硼粉末被垂直压实后，轴向压缩柱同时对其进行沿下模轴线方向的压制动作。
13.作为优选，斜楔下压柱包括驱动斜面，轴向压缩柱包括被动斜面，斜楔下压柱下端的驱动斜面与轴向压缩柱末端的被动斜面的倾斜角度一致且相互贴合，驱动斜面位于斜楔下压柱靠近成型腔一侧，被动斜面位于轴向压缩柱远离成型腔一侧。上述技术方案对斜楔下压柱和轴向压缩柱的配合方式进行限定，斜楔下压柱向下移动，将使模具两侧的轴向压缩柱同时向模具中间靠近。
14.作为优选，两个限位板分别固定在模具两侧的长挡板上，且与斜楔下压柱下端远离成型腔的一侧滑动贴合。本技术中的限位板能够保证斜楔下压柱下端的斜面与轴向压缩柱末端的斜面紧密贴合，使得斜楔结构保持稳定状态。
15.作为优选，弹簧压力组件包括圆筒、弹簧和圆形挡板，弹簧两端分别固定在圆筒和圆形挡板上，圆形挡板与圆筒为间隙配合，斜楔下压柱的上端圆柱从下方与圆筒间隙配合
连接。利用弹簧压力组件能够实现先垂直压实钕铁硼粉末，再同时对粉末进行轴向压缩的操作。
16.作为优选，拉簧两端通过螺栓连接分别固定在限位板和轴向压缩柱上，使轴向压缩柱末端斜面紧贴限位板。本技术中的拉簧能够保证在垂直压实钕铁硼粉末之前，轴向压缩柱不会提前向模具中间移动。
17.综上所述，本发明具有如下有益效果：（1）可以成型密度分布均匀性得到提升的钕铁硼压胚，进而能够提升最终磁体的磁性能；（2）钕铁硼压胚密度均匀性的提高，可以减少断裂、缺角等缺陷的出现，增加磁体的成品率；（3）可在普通的钕铁硼压粉模具的基础上直接进行改进，能够大幅减少生产成本；（4）由于弹簧压力组件和斜楔下压柱可以持续使用，不需要进行轮换，因此其所需数量较少。
18.附图说明
19.图1是本发明的制备圆柱形烧结钕铁硼磁体示意图。
20.图2是本发明的轴向压缩结构示意图。
21.图3是本发明的制备圆柱形烧结钕铁硼磁体生坯压粉模具的正视图。
22.图4是本发明的制备圆柱形烧结钕铁硼磁体生坯压粉模具实施俯视图。
23.图5是本发明的制备圆柱形烧结钕铁硼磁体生坯压粉模具实施案例图。
24.图中：弹簧1，圆形挡板2，成型腔3，斜楔下压柱4，驱动斜面5，上模6，下模7，粉料8，压槽9，轴向压缩柱10，被动斜面11，线圈12，长挡板13，短挡板14，圆筒15，限位板16，拉簧17。
25.具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.以下实施例一次可压缩7个圆柱形压胚，但仅用于解释本发明，不能理解为对本发明的限制。
28.实施例：如图1至图5所示，基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法，包括上模6、下模7、弹簧压力组件、斜楔下压柱4、轴向压缩柱10、短挡板13、长挡板13、限位板16和拉簧17，其特征在于，弹簧压力组件包括圆筒15、弹簧1和圆形挡板2，轴向压缩柱10的一端与上模6、下模7配合为成型腔3，待压制的钕铁硼粉料8位于上模6与下模7之间，弹簧压力装置在上模6的上端，压机推动圆形挡板2向下压缩弹簧1，弹簧1使圆筒15末端下压上模6，上模6则对所述粉料8进行压制，在上下模压到位后，圆形挡板2将接触到斜楔下压柱4的上端，并使其向下运动，而下端的斜楔结构将使得轴向压缩柱10向模具中间靠近，对钕铁硼粉末同时进行轴向压缩；两个轴向压缩柱1010分别位于模具的两侧，其凸出部分与两侧长挡板13中间的孔相互贴合，压缩柱末端斜楔结构的两侧面与限位板16贴合；斜楔下压柱4包括驱动斜面5，轴向压缩柱10包括被动斜面11，斜楔下压柱4下端的驱动斜面5与轴向压缩柱10末端的被动斜面11的倾斜角度一致且相互贴合，驱动斜面5位于斜楔下压柱4靠近成型腔3一侧，被动斜面11位于轴向压缩柱10远离成型腔3一侧；限位板16固定在模具两侧的长挡板13上，且与斜楔下压柱4下端远离成型腔3的一侧贴合；弹簧1压力组件包括圆筒15、弹簧1和圆形挡板2，弹簧1两端分别固定在圆筒15和圆形挡板2上，圆形挡板2与圆筒15
为间隙配合，斜楔下压柱4的上端圆柱从下方与圆筒15间隙配合连接；拉簧17两端通过螺栓连接分别固定在限位板16和轴向压缩柱10上，使轴向压缩柱10末端斜面紧贴限位板16。
29.本实施例中氢破碎处理采用hd氢破碎工艺；在进行磁场取向时采用的是强磁场取向成型技术；在真空烧结炉中进行烧结时采用的是全密封高真空气淬烧结工艺。
30.如图3所示，顶部为弹簧1压力组件，弹簧1压力组件包括圆筒15、弹簧1和圆形挡板2，弹簧1两端分别固定在圆筒15和圆形挡板2上，圆形挡板2与圆筒15为间隙配合，斜楔下压柱4的上端圆柱从下方与圆筒15间隙配合连接；压机推动圆形挡板2向下压缩弹簧1，弹簧1使圆筒15末端下压上模6，上模6则对所述粉料8进行压制，在上下模7压到位后，圆形挡板2将接触到斜楔下压柱4的上端，并使其向下运动。
31.如图4所示，本实施例中下模7上设有七个成型腔3，成型腔3呈圆柱形，成型腔3的长度方向沿轴向压缩柱10的移动方向布置。如图5所示，以位于斜楔下压柱4右侧的斜楔结构为例进行说明，斜楔下压柱4包括左侧的驱动斜面5，驱动斜面5自左上朝右下倾斜，轴向压缩柱10包括右侧的被动斜面11，被动侧面自左上朝右下倾斜，驱动斜面5和被动侧面接触配合，斜楔下压柱4向下移动，而其下端的斜楔结构将使得轴向压缩柱10向模具中间靠近，对钕铁硼粉末同时进行轴向压缩。

技术特征：
1.基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法，包括上模、下模、弹簧压力组件、斜楔下压柱、轴向压缩柱、短挡板、长挡板、限位板和拉簧，其特征在于，弹簧压力组件包括圆筒、弹簧和圆形挡板，轴向压缩柱的一端与上模、下模配合为成型腔，待压制的钕铁硼粉料位于上模与下模之间，弹簧压力装置位于上模的上方。2.根据权利要求1所述基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法，其特征在于，压制方法为压机推动圆形挡板向下压缩弹簧，弹簧使圆筒末端下压上模，上模则对所述粉料进行压制，在上下模压到位后，圆形挡板将接触到斜楔下压柱的上端，并使其向下运动，而下端的斜楔结构将使得轴向压缩柱向模具中间靠近，对钕铁硼粉末同时进行轴向压缩。3.根据权利要求1和2所述基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法，其特征在于，斜楔下压柱的斜楔结构与水平夹角α(小于90
°
)、斜楔下压柱的压下量l(mm)、一端轴向压缩柱的压缩量d(mm)和总轴向压缩量d(mm)满足以下关系式：d=l
·
cotα；d=2
·
d。4.根据权利要求1和2所述基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法，其特征在于，在将钕铁硼粉末装入模具且封闭后，线圈通电2次及以上，对模腔内磁粉进行磁场冲击取向，之后保持磁场不变或继续进行线圈间歇性通电，并启动压机对磁粉进行压制成型。5.根据权利要求1所述基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法，其特征在于，两个轴向压缩柱分别位于模具的两侧，其柱体部分与两侧长挡板中间的孔为小间隙配合，轴向压缩柱中斜楔结构的两侧面与限位板滑动贴合。6.根据权利要求2所述基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法，其特征在于，斜楔下压柱包括驱动斜面，轴向压缩柱包括被动斜面，斜楔下压柱下端的驱动斜面与轴向压缩柱末端的被动斜面的倾斜角度一致且相互贴合，驱动斜面位于斜楔下压柱靠近成型腔一侧，被动斜面位于轴向压缩柱远离成型腔一侧。7.根据权利要求6所述基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法，其特征在于，两个限位板分别固定在模具两侧的长挡板上，且与斜楔下压柱下端远离成型腔的一侧滑动贴合。8.根据权利要求1所述基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法，其特征在于，弹簧压力组件包括圆筒、弹簧和圆形挡板，弹簧两端分别固定在圆筒和圆形挡板上，圆形挡板与圆筒为间隙配合，斜楔下压柱的上端圆柱从下方与圆筒间隙配合连接。9.根据权利要求6所述基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法，其特征在于，拉簧两端通过螺栓连接分别固定在限位板和轴向压缩柱上，使轴向压缩柱末端斜面紧贴限位板。

技术总结
本发明针对现有技术中烧结钕铁硼磁体压制取向过程中摩擦阻力和磁场分布不均匀等导致压胚密度分布不均匀，从而使最终磁体磁性能和力学性能下降的技术问题，提供基于轴向压缩的提高钕铁硼压粉均匀性的模具及压制方法，包括上模、下模、弹簧压力组件、斜楔下压柱、轴向压缩柱、短挡板、长挡板、限位板和拉簧，弹簧压力组件包括圆筒、弹簧和圆形挡板，压机推动圆形挡板向下压缩弹簧，弹簧使圆筒末端下压上模，上模则对所述粉料进行压制，在上下模压到位后，圆形挡板将接触到斜楔下压柱的上端，并使其向下运动，而下端的斜楔结构将使得轴向压缩柱向模具中间靠近，对钕铁硼粉末同时进行轴向压缩，最终提高压胚密度的均匀性。最终提高压胚密度的均匀性。最终提高压胚密度的均匀性。


技术研发人员：朱宁远 敖福强 廖羽昊 李志琪 陈俊郎
受保护的技术使用者：江西理工大学
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/1