一种各向异性汝铁硼磁环的近终成型加工装置及方法

摘要

本发明公开了一种各向异性汝铁硼磁环的近终成型加工装置，包括机架，且机架的下端安装有下水冷顶杆，所述机架的上端安装有压环气动组件，且机架的上端安装有上水冷顶杆，所述下水冷顶杆的外端套接有水冷底座，且水冷底座的上端设置有同心的模架托座，所述模架托座与水冷底座之间通过模架压套套接，且模架托座的上端插接安装有模架，本发明的优点在于制备过程只经过热压成磁柱、正挤压成杯状磁体两道成型工序，并且磁体在正挤压过程中磁体顶部始终提供一定反向压力以确保工件顺利成型，这样就大大提高磁环的成型率和生产效率，为各向异性钕铁硼磁环近终成型工艺产业化应用奠定坚实基础。

说明书

技术领域

本发明涉及稀土永磁材料技术领域，具体为一种各向异性汝铁硼磁环的近终成型加工装置及方法。

背景技术

热压/热变形工艺制备的高密度各向异性磁体，是稀土永磁产业的一个重要分支。由于热压磁体从源头上克服了烧结磁环制备工艺的限制，能够制备出完整的高长径比的磁环，并且具有流程短、促进电机轻量化等特点，是一种极具发展前景的近终成型制备技术。采用该技术所制备的高性能磁环在汽车EPS电机、无刷电机、音圈电机、空调IPM电机中得到越来越广泛的应用。

热压/热变形方法在20世纪80年代后期，被应用到永磁体的制备中，但是由于当时水平限制，未被广泛推广，近年来，由于该方法为研究各向异性双相复合纳米晶永磁材料开辟的新的途径而再次引起关注。2003年德国德累斯顿IFW研究所D.Hinz等人(Near net shape production of radially oriented NdFeB ring magnets by backward extrusion,J.of Materials Processing Technology,2003,135：358-365.)公开报道了采用反挤压的方式制备出了具有优异磁性能和良好均匀性的薄壁各向异性磁环。2014年，该所I.Dirba等人(Net-shape and crack-free production of Nd-Fe-B magnets by hot deformation,J.Alloy and compounds,2014,589：301-306.)介绍了热压/热变形钕铁硼磁环的近终成型工艺，通过钕铁硼磁体反挤压过程中在磁体顶部施加0-0.8Mpa的外加反作用压力获得无裂纹的薄壁钕铁硼磁环。他们公开报道的工艺过程为，首先将钕铁硼磁粉热压成磁环，然后将磁环反挤压成薄壁杯状磁体，最后将底去掉得到完整的近终型磁环。2011年李卫等人(各向异性热压稀土永磁体的热变形机制及微磁结构研究,中国工程科学,2011,13(10):4-12.)报道了各向异性钕铁硼磁体热压工艺，探讨了热压磁体的热变形机制及微观结构特征，并公开了其自主研发的真空热压装置。中国发明专利CN103123862A公开了一种提高热压/热变形辐射取向钕铁硼永磁环性能及其轴向均匀性的方法，利用热压工艺将具有纳米晶结构的快淬磁粉或HDDR磁粉在真空感应热压机中压成各向同性的磁体，然后进行热变形获得各向异性纳米晶磁体，最后采用反挤压工艺制备成辐射取向永磁环。该专利通过在热压和反挤压过程中加入预变形的中间工艺，使得反挤压的毛坯即为各向异性的热变形毛坯，由此达到提高磁环磁环均匀性和磁性能的目的。为了获得优异性能的磁环，并提高生产效率，必须解决磁体反挤压过程中容易开裂，和磁环各部位磁性能不均匀等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种各向异性汝铁硼磁环的近终成型加工装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种各向异性汝铁硼磁环的近终成型加工装置，包括机架，且机架的下端安装有下水冷顶杆，所述机架的上端安装有压环气动组件，且机架的上端安装有上水冷顶杆，所述下水冷顶杆的外端套接有水冷底座，且水冷底座的上端设置有同心的模架托座，所述模架托座与水冷底座之间通过模架压套套接，且模架托座的上端插接安装有模架，所述模架的上端安装有模座，且模座的上端通过模具压套安装有凹模，所述凹模的后端连接有真空泵，且压环的外端与凹模密封配合，所述模座的下端安装有感应线圈，且凹模内套接有压环，所述上水冷顶杆的下端套接有压环架，所述压环架的下端通过压环过渡套连接有压环，所述压环架的上端铰接有压环座，且压环座的上端连接压环气动组件的推杆。

其加工方法包括以下步骤：

S1：制备磁体：将Nd-Fe-B快淬磁粉装入热压模具中，在真空感应热压炉中加热至650-750℃，制备接近7.2-7.3g/cm3密度值的各向同性热压钕铁硼磁体；

S2：放置磁体：将得到的钕铁硼磁体放置到凹模中，将上挤压凸模与压环运动到使压环与凹模刚好密封处，此时压环气动组件处于保压状态；

S3：冲入保护气体：对凹模与压环之间的整个腔体进中行抽真空，当数显真空计测得腔体内的真空度达到5.5×10^-3pa时，打开进气阀向腔体内充氩气，直至真空度显示为0.03-0.04Mpa；

S4：热压：开启中频感应电源，对模具和物料进行加热，当钕铁硼磁体达到700-850℃时，保温5分钟至20分钟，随后推动下挤压凸模将物料以一定挤压速率向上挤压，物料的流动方向与下挤压凸模运动方向相反，从上挤压凸模与下挤压凸模之间的1.5-3.5mm间隙中向上流动，形成薄壁杯状的磁体；

S5：顶出：停止加热直至杯状磁体冷却凝固，利用压环气动组件将上挤压凸模和压环向上拉出，然后利用下挤压凸模带动推料套将所获得的钕铁硼磁体顶出凹模。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明与现有技术相比，本发明专利的优点在于制备过程只经过热压成磁柱、正挤压成杯状磁体两道成型工序，并且磁体在正挤压过程中磁体顶部始终提供一定反向压力以确保工件顺利成型，这样就大大提高磁环的成型率和生产效率，为各向异性钕铁硼磁环近终成型工艺产业化应用奠定坚实基础。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构的局部示意图；

图3为本发明的工艺流程；

图4为成型件实物图。

图中：1上水冷顶杆、2压环气动组件、3压环座、4压环架、5上顶杆、6压环过渡套、7上挤压凸模、8压环、9成型件、10凹模、11模具压套、12模座、13下挤压凸模、14感应线圈、15推料套、16下顶杆、17模架、18模架托座、19模架压套、20水冷底座、21下水冷顶杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种各向异性汝铁硼磁环的近终成型加工装置及方法技术方案：

实施列1

一种各向异性汝铁硼磁环的近终成型加工装置，其特征在于：包括机架22，且机架22的下端安装有下水冷顶杆21，机架22的上端安装有压环气动组件2，且机架22的上端安装有上水冷顶杆1，下水冷顶杆21的外端套接有水冷底座20，且水冷底座20的上端设置有同心的模架托座18，模架托座18与水冷底座20之间通过模架压套19套接，且模架托座18的上端插接安装有模架17，模架17的上端安装有模座12，且模座12的上端通过模具压套11安装有凹模10，凹模10的后端连接有真空泵，且压环8的外端与凹模10密封配合，模座12的下端安装有感应线圈14，且凹模10内套接有压环8，上水冷顶杆1的下端套接有压环架4，压环架4的下端通过压环过渡套6连接有压环8，压环架4的上端铰接有压环座3，且压环座3的上端连接压环气动组件2的推杆。

其制备过程包括以下步骤：

S1：制备磁体：将Nd-Fe-B快淬磁粉装入热压模具中，在真空感应热压炉中加热至700℃，制备接近7.2g/cm3密度值的各向同性热压钕铁硼磁体，冷却后将该磁体压成直径26mm，高度15mm的磁柱；

S2：放置磁体：将得到的钕铁硼磁柱放置到凹模10中，将上挤压凸模7与压环8运动到使压环8与凹模10刚好密封处，此时压环气动组件2处于保压状态；

S3：冲入保护气体：对凹模10与压环8之间的整个腔体进中行抽真空，当数显真空计测得腔体内的真空度达到5.5×10-3pa时，打开进气阀向腔体内充氩气，直至真空度显示为0.03Mpa；

S4：热压：开启中频感应电源，对模具和物料进行加热，当钕铁硼磁体达到750℃时，保温10分钟，随后推动下挤压凸模13将物料以一定挤压速率向上挤压，物料的流动方向与下挤压凸模13运动方向相反，从上挤压凸模7与下挤压凸模13之间的3.5mm间隙中向上流动，形成外径43mm，壁厚3.5mm，高度34mm的薄壁杯状磁体；

S5：顶出：停止加热直至杯状磁体冷却凝固，利用压环气动组件2将上挤压凸模7和压环8向上拉出，然后利用下挤压凸模13带动推料套15将所获得的钕铁硼磁体顶出凹模10。

实施例2

一种各向异性汝铁硼磁环的近终成型加工装置，其特征在于：包括机架22，且机架22的下端安装有下水冷顶杆21，机架22的上端安装有压环气动组件2，且机架22的上端安装有上水冷顶杆1，下水冷顶杆21的外端套接有水冷底座20，且水冷底座20的上端设置有同心的模架托座18，模架托座18与水冷底座20之间通过模架压套19套接，且模架托座18的上端插接安装有模架17，模架17的上端安装有模座12，且模座12的上端通过模具压套11安装有凹模10，凹模10的后端连接有真空泵，且压环8的外端与凹模10密封配合，模座12的下端安装有感应线圈14，且凹模10内套接有压环8，上水冷顶杆1的下端套接有压环架4，压环架4的下端通过压环过渡套6连接有压环8，压环架4的上端铰接有压环座3，且压环座3的上端连接压环气动组件2的推杆。

其制备过程包括以下步骤：

S1：制备磁体：将Nd-Fe-B快淬磁粉装入热压模具中，在真空感应热压炉中加热至650℃，制备接近7.3g/cm3密度值的各向同性热压钕铁硼磁体，冷却后将该磁体压成直径26mm，高度15mm的磁柱；

S2：放置磁体：将得到的钕铁硼磁柱放置到凹模10中，将上挤压凸模7与压环8运动到使压环8与凹模10刚好密封处，此时压环气动组件2处于保压状态；

S3：冲入保护气体：对凹模10与压环8之间的整个腔体进中行抽真空，当数显真空计测得腔体内的真空度达到5.5×10-3pa时，打开进气阀向腔体内充氩气，直至真空度显示为0.035Mpa；

S4：热压：开启中频感应电源，对模具和物料进行加热，当钕铁硼磁体达到720℃时，保温15分钟，随后推动下挤压凸模13将物料以一定挤压速率向上挤压，物料的流动方向与下挤压凸模13运动方向相反，从上挤压凸模7与下挤压凸模13之间的3mm间隙中向上流动，形成外径43mm，壁厚3mm，高度34mm的薄壁杯状磁体；

S5：顶出：停止加热直至杯状磁体冷却凝固，利用压环气动组件2将上挤压凸模7和压环8向上拉出，然后利用下挤压凸模13带动推料套15将所获得的钕铁硼磁体顶出凹模10。

与现有技术相比，本发明专利的优点在于制备过程只经过热压成磁柱、正挤压成杯状磁体两道成型工序，并且磁体在正挤压过程中磁体顶部始终提供一定反向压力以确保工件顺利成型，这样就大大提高磁环的成型率和生产效率，为各向异性钕铁硼磁环近终成型工艺产业化应用奠定坚实基础。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。