各向異性釹鐵硼磁體多極定位取向成型裝置

趙立文盧偉華盧子忱,3馬永軍

（1.東莞市海天磁業(yè)股份有限公司 2.東莞市中云浩思自動(dòng)化科技有限公司3.中國科學(xué)院云計(jì)算中心）

各向異性釹鐵硼磁體多極定位取向成型裝置

趙立文1盧偉華2盧子忱1,3馬永軍1

（1.東莞市海天磁業(yè)股份有限公司 2.東莞市中云浩思自動(dòng)化科技有限公司3.中國科學(xué)院云計(jì)算中心）

基于傳統(tǒng)磁體模壓成型設(shè)備存在磁極取向率低、漏磁以及磁極不均勻等問題，研制了各向異性釹鐵硼磁體模壓取向成型裝置，將各向異性釹鐵硼磁體預(yù)壓件置于加熱狀態(tài)的模具腔中間，并通過取向器件進(jìn)行磁極取向，最終將釹鐵硼磁體預(yù)壓件壓制成型。本裝置可多磁極定位取向，磁極取向均勻，取向效率高，磁體密度及磁體綜合性能高，可用于壓制壁薄且高度方向尺寸大的磁體。

釹鐵硼磁體；各向異性；多極定位；熱壓取向成型

0 引言

釹鐵硼磁鐵是迄今為止磁力最強(qiáng)的永久磁鐵[1]，作為第三代稀土永磁材料，因其具有很高的性能而廣泛應(yīng)用于能源、交通、機(jī)械、醫(yī)療、IT、家電等行業(yè)，特別是隨著以信息技術(shù)為代表的知識(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為釹鐵硼稀土永磁功能材料及產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷帶來新的用途，并為釹鐵硼產(chǎn)業(yè)帶來更為廣闊的市場前景[2-3]。近年來，電子產(chǎn)品逐漸朝小型化、薄型化、高性能化的方向發(fā)展，為此，對(duì)磁性材料也提出了相應(yīng)的要求。各向異性釹鐵硼磁體通常是通過制粉、熱壓、取向成型、固化、研磨、表面涂覆等工藝制備而成。模壓成型的各向異性粘結(jié)釹鐵硼磁體的性能除了與各向異性磁粉有關(guān)外，還取決于模壓成型過程中產(chǎn)品的取向和壓制密度等[4]。然而，傳統(tǒng)的磁體模壓成型設(shè)備在各向異性粘結(jié)釹鐵硼熱壓成型過程中通常出現(xiàn)取向率低，磁極取向過程中存在漏磁以及磁極不均勻、磁性能較設(shè)計(jì)差異大等問題[5]。為解決上述問題，本文研制了一種各向異性釹鐵硼磁體多極定位取向成型裝置，其具有多磁極定位取向，在磁體壓制過程中磁極取向均勻，取向效率高，磁體密度及磁體綜合性能高，可用于壓制壁薄且高度方向尺寸大的磁體[6]。

1 釹鐵硼磁體

釹鐵硼磁鐵可分為粘結(jié)釹鐵硼和燒結(jié)釹鐵硼2種。粘結(jié)釹鐵硼磁體是將磁粉混入一定比例的粘接劑，按一定的工藝制成的磁體。粘結(jié)釹鐵硼磁體憑借其形狀自由度大，尺寸精度高，無需二次加工等優(yōu)勢，已成為現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)品不可或缺的重要元器件。粘結(jié)釹鐵硼磁體按工藝主要可分為模壓成型、擠壓成型、壓延成型和注射成型4種制備方法。

1) 模壓成型是將釹鐵硼磁粉和粘接劑按比例濕法混合，使得粘接劑均勻涂覆在每個(gè)磁粉顆粒表面，經(jīng)過干燥造粒后，把一定質(zhì)量的造粒料加入到模具中，在壓機(jī)上成型后，將毛坯放入烘箱中固化。模壓成型磁體的磁性能較好，也能獲得高尺寸精度的磁體，易于批量生產(chǎn)。

2) 擠壓成型是將磁粉和粘接劑混合均勻，經(jīng)過混煉和造粒，制成干燥的料粒，然后在雙螺桿擠出機(jī)中將料粒用螺旋式導(dǎo)桿送到加熱室加熱，加熱后的熔融料被擠入到具有徑向取向磁場的模具中成型，最后冷卻成剛性產(chǎn)品。此工藝適于制造很薄的片狀或高度較高的薄壁環(huán)狀粘結(jié)磁體，粘接劑的用量僅高于模壓成型工藝，磁體的磁性能較高。

3) 壓延成型是將粘接劑體系的所有組分按一定順序加入到雙輥壓延機(jī)中進(jìn)行混煉、輥壓、貼合、硫化，制成具有高機(jī)械曲撓性和高磁性能的磁條，彎曲后很容易制成多極充磁磁環(huán)。磁條厚度通常為0.5 mm以上，表面不需要涂層保護(hù)。

4) 注射成型粘結(jié)磁體的工藝流程主要包括 ①混料，將原料磁粉與樹脂和各種添加劑按一定比例干混。② 造粒，在一定的保護(hù)措施下（防氧化），采用雙螺旋擠出機(jī)進(jìn)行造粒。③ 注射成型，造粒料加入到注射成型機(jī)中，料粒被螺旋式導(dǎo)料桿送到加熱室加熱，注射進(jìn)模具成型，冷卻后即得產(chǎn)品。所用粘接劑一般為尼龍12，加入量為20%～30%（體積百分比）。

粘結(jié)各向同性和各向異性成型一般采用模壓成型的方式，模具結(jié)構(gòu)和成型方式比較相似，最大的不同在于各向異性粘結(jié)釹鐵硼的成型過程中要對(duì)磁粉進(jìn)行加熱和磁體的取向，因此其模具的設(shè)計(jì)要復(fù)雜很多，在各向同性模具基礎(chǔ)上增加加熱功能和徑向取向磁場的模具。

2 工作原理

本文研究的各向異性釹鐵硼磁體模壓取向成型裝置[6]整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 磁體模壓取向成型裝置整體結(jié)構(gòu)圖

本裝置包括：

1) 模具組件，內(nèi)置加熱裝置、取向器件、導(dǎo)磁體及無磁體和中空的模具腔，所用導(dǎo)磁體為工業(yè)純鐵DT4，無磁體為無磁模具鋼HPM75；

2) 上沖壓件，是由模具鋼制成的桿狀體，可根據(jù)需要拆卸和更換，用于將送入模具腔的預(yù)壓件熱壓成型；

3) 下沖壓件，是由模具鋼制成的管狀體，下沖壓件的外徑略小于模具組件的模具腔的內(nèi)徑，用于產(chǎn)品成型后，向上運(yùn)動(dòng)將模壓成型的產(chǎn)品頂出模腔；

4) 芯桿，包括主桿及延長桿，其中，主桿下端設(shè)有螺紋，延長桿上端設(shè)有螺孔，主桿與延長桿螺紋連接，延長桿下端設(shè)有凸沿，其與沖壓機(jī)座相連接。芯桿活動(dòng)穿置于上述下沖壓件內(nèi)，并可上下移動(dòng)，用于限定欲成型的各向異性釹鐵硼磁環(huán)的內(nèi)徑，芯桿的下端與沖壓機(jī)座活動(dòng)連接，且將欲成型的各向異性釹鐵硼磁體預(yù)壓件置于處于加熱狀態(tài)的模具主體的模具腔與芯桿之間。

壓制過程：在壓制欲成型的各向異性釹鐵硼磁體預(yù)壓件前，須對(duì)模具組件進(jìn)行加熱；磁體預(yù)壓件是預(yù)壓成型的毛坯，將該預(yù)壓成型毛坯套于伸出模具組件外的芯桿上，并落入模具組件模具腔內(nèi)的下沖壓件頂部；此時(shí)，啟動(dòng)沖壓機(jī)的沖壓機(jī)頭，驅(qū)動(dòng)上沖壓件向下運(yùn)動(dòng)；當(dāng)上沖壓件進(jìn)入模具主體時(shí)，取向器件得電導(dǎo)通并對(duì)磁體預(yù)壓件進(jìn)行磁極取向；上沖壓件推動(dòng)磁極取向后的磁體預(yù)壓件繼續(xù)下行，將釹鐵硼磁體預(yù)壓件壓制成所需的磁環(huán)；壓制成型后，啟動(dòng)沖壓機(jī)的沖壓機(jī)頭帶動(dòng)模具主體和芯桿向下運(yùn)動(dòng)，由下沖壓件的頂部將壓制成型的磁環(huán)頂出模具腔。由于模具腔高度方向尺寸較大，芯桿運(yùn)動(dòng)行程較長，故此裝置可用于壓制壁薄且高度方向尺寸大的磁體。

3 模具主體

模具主體是本裝置的關(guān)鍵部件。模具組件內(nèi)的取向器件俯視圖如圖2所示，包括多塊橫截面為扇形的導(dǎo)磁體和多塊扇形的無磁體，它們沿圓周方向間隔設(shè)置，且數(shù)量相同，等于各向異性釹鐵硼磁體預(yù)壓件的取向磁極數(shù)，可實(shí)現(xiàn)多磁極定位取向，且磁極取向均勻。本實(shí)施例中，模具主體由4塊扇形導(dǎo)磁體和4塊扇形無磁體沿圓周方向，通過焊接對(duì)合成圓形柱狀模具主體。在各扇形導(dǎo)磁體外部套有取向器件，該取向器件為電磁線圈，置于導(dǎo)磁體上，用于向?qū)Т朋w施加強(qiáng)磁力，對(duì)處于加熱狀態(tài)的磁體預(yù)壓件進(jìn)行磁極取向，進(jìn)而達(dá)到取向效率更高的效果。

圖2 取向器件俯視圖

4 結(jié)語

本裝置解決了傳統(tǒng)磁體模壓成型設(shè)備在磁體成型過程中磁極取向率低，且存在漏磁以及磁極不均勻、磁性能較設(shè)計(jì)差異大等問題。本裝置設(shè)有多磁極定位結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多磁極定位取向，因而磁極定位準(zhǔn)確，取向均勻，磁極取向效率高，且磁體密度高。此外，本裝置的模具腔的尺寸可調(diào)，可根據(jù)用戶的要求進(jìn)行調(diào)整，因而可用于壓制壁薄且高度方向尺寸大的磁體。

[1] 馬昌貴.永磁材料的應(yīng)用及其新進(jìn)展[J].金屬功能材料,2003,10(1):32-36.

[2] 黃有林.各向同性與各向異性納米晶Nd-Fe-B磁體的制備、組織和性能特征[D].廣州:華南理工大學(xué),2012.

[3] 付新,韓小磊,杜志偉,等. Microstructural investigation of Nd-rich phase in sintered Nd-Fe-B magnets through electron microscopy[J]. Journal of Rare Earths,2013,31(8):765-771.

[4] 張修海,熊惟皓,趙永峰,等.粘結(jié)Nd-Fe-B永磁材料的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2006,20(12):116-118.

[5] 段柏華.高性能注射成形各向異性Nd-Fe-B粘結(jié)磁體的研究[D].長沙:中南大學(xué),2005.

[6] 趙立文.一種各向異性粘結(jié)磁鐵制備方法:中國, 201510679771.2.X[P].201-10-19.

Study on the Orientation of Multi Pole Location of Anisotropic Nd-Fe-B Magnets

Zhao Liwen1Lu Weihua2Lu Zichen1,3Ma Yongjun1(1. Magsuper (Dong guan) Co., Ltd. 2.Dongguan House Cloud Automation Technology Co., Ltd. 3.Computing Center, Chinese Acadamy of Sciences)

In this paper, an orientation device of Anisotropic Nd-Fe-B Magnet is developed for the pre-press of Anisotropic Nd-Fe-B Magnet in the middle of the mold cavity in a heated state. The device can be used for positioning the orientation of multiple magnetic poles with uniform orientation. It is high efficiency. The magnet density and comprehensive performance are both high. The device can be used to suppress the magnet with thin wall and large size.

Nd-Fe-B Magnet; Anisotropy; Multi-Pole Location; Orientation with Hot Press

趙立文，男，1966年生，主要研究方向：磁體壓制關(guān)鍵技術(shù)。E-mail：jameszhao@magsuper.cn

盧子忱（通訊作者），男，1969年生，高級(jí)工程師，主要研究方向：光電子技術(shù)，紅外電熱等。E-mail：luzichen@163.com