專利名稱：徑向取向磁環的取向壓制裝置及制作方法
技術領域：
本發明涉及各向異性磁性材料制備領域，尤其是涉及一種徑向取向磁環的取向壓制裝置及制作方法。
背景技術：
用各向異性永磁材料生產的徑向取向磁環可以廣泛應用于永磁電機領域。制備徑向取向磁環的技術難點主要是取向成型方法。現有一次取向成型技術存在制備大高徑比徑向取向磁環取向磁場低的問題。目前米用的取向成型方法主要有兩種一種是雙極頭對沖法，就是利用兩個同極相對的勵磁場對沖后產生向外輻射的磁場進行取向；另一種取向方法是四極聚磁法，就是采用四個極頭同極向中心聚磁的方法進行取向。
兩種方法存在一個共同的缺點就是制備大高徑比的磁環時輻射取向磁場較低。當成型毛坯的高徑比大于I時，即便是在理想狀態下(磁阻、漏磁、磁損等均不計)并且采用飽和磁極化強度最高的鈷鐵合金0 約為2. 4T)做磁芯，根據磁場連續性原則，當芯鐵磁場強度達到飽和時，取向磁場僅為I. 25T，低于釹鐵硼磁粉取向常用的I. 5T。二極對沖法為了減少磁短路，而將主軛鐵設計較長；四極聚磁法由于空間有限，主軛鐵也較長，二極對沖法和四極聚磁法均會造成較大漏磁。因此，在實際生產中采用現有技術制備高徑比為O. 5的徑向取向磁環時，取向磁場強度很難達到I. 5T以上，無法實現大高徑比高性能徑向取向磁環的制作。
中國專利授權公開號CN1293436A，授權
公開日2001年5月2日，公開了一種一次成型輻射取向燒結釹鐵硼磁環的制作工藝，a.將秤好的粉料置入模具下模的陰模型腔內； b.由CP機程控開動液壓機將上模向下?？繑n，此時上壓頭、上芯棒、上電磁鐵同步下行， 當行至上壓頭與陰模板接觸后暫停；c.暫停后上下電磁鐵、同時對磁環進行充磁并開始輻射取向；d.當充磁的磁場強度達到> I. 5T時，上壓頭繼續下壓進行雙向壓制，壓力達到彡15兆帕時卸壓；e.上，下電磁鐵反向退磁(此時已完成粉體的輻射取向動作)；f. 上模提升、下模退出，磁環出模；g.出模后的磁環進行燒結即成產品。該發明采用的是雙極頭對沖法。
中國專利授權公開號CN1374665A，授權
公開日2002年10月16日，公開了一種磁環的多極聚合輻射取向成型制備方法，包括勵磁線圈、主軛鐵、陰模、工作區、聚磁軸芯、 下芯棒、上芯棒、副軛鐵、布料器、刮板、上壓頭、上模壓頭、彈簧、下模壓頭、調節器、銷釘、 下壓頭、浮動油缸、下壓油缸，勵磁線圈通過主軛鐵和陰模向內聚合，穿過工作區后的同性磁場在聚磁軸芯內碰撞后分上下兩路由上下芯棒、及副軛鐵導回，形成一個完整的“田字型”閉合回路，勵磁線圈是由恒磁線圈1#和脈沖線圈2#組成，脈沖線圈2#裝在直流恒磁線圈1#的里面，具體結構及取向成型的制備方法如下a、具體結構下壓頭上裝下模壓頭并相互粘合固定，下模壓頭的上端設有工作區，下壓頭的孔內的下端裝下芯棒、上端裝聚磁軸芯并相互粘合固定，聚磁軸芯的頂端設有凸錐體，上壓頭上中端設有孔裝銷釘，上壓頭的下端裝上模壓頭并相互粘合固定并與工作區處相互對應，上芯棒的底部設有凹錐體，上芯棒裝在上壓頭內由銷釘固定在上壓頭上，并將上芯棒的凹錐體與聚磁芯軸的凸錐體相互對應，上壓頭的外端裝調節器，上芯棒的上端裝彈簧，上模壓頭與下模壓頭的外端裝陰模并與工作區相互穩合，陰模的上端裝布料器，布料器內設有刮板，陰模的外端裝主軛鐵，主軛鐵的外端裝勵磁線圈，上壓頭與下壓頭的外端裝有副軛鐵，副軛鐵的內側中端設有孔，主軛鐵的小頭端插副軛鐵的內側的孔內，副軛鐵的上端與上壓頭上的副軛鐵相互固定，下端與下壓頭的副軛鐵相互固定，b、取向成型的制備方法如下在上模壓頭開始壓制時，上芯棒因聚磁軸芯的支撐壓縮上面彈簧收縮，保證上模壓頭的正常下壓，當磁性粉料坯在下模壓頭的支撐下，陰模下浮脫模，磁性粉料坯上端到達陰模上口時，已調整好的調節器剛好頂在銷釘上，銷釘隨上壓頭同步上升，保證成型好的坯料不套入上芯棒中，在工作區內添入各向異性磁性材料粉末后，勵磁線圈勵磁取向，通過壓機壓制成型，在陰模下浮脫模前，上壓頭微微抬起(0-0. 5毫米)，以釋放磁粉受壓后內存的彈性能，在磁性粉料坯脫模的整個過程中，上模壓頭始終扶持著磁性粉料坯，保證成型好的磁性粉料坯脫模的完好率。陰模下浮脫模，完成對各向異性磁性材料的輻射取向成型。該發明是采用四個極頭同極向中心聚磁的方法進行取向。發明內容
本發明是為了克服現有技術中的方法的漏磁較大，特別是生產大高徑比的磁環， 無法提供足夠強的取向磁場，導致磁環產品磁性能較低的不足，提供了一種采用三個勵磁線圈的聚磁技術，結構緊湊，能夠有效減少漏磁；采用多次取向成型技術來降低每次取向成型的高徑比，提高取向磁場強度，從而實現大高徑比(磁環高度A/磁環內徑r ^ O. 5)徑向取向磁環的制作的徑向取向磁環的取向壓制裝置及制作方法。
為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案一種徑向取向磁環的取向壓制裝置，所述取向壓制裝置設于壓機的支架上，所述壓機包括上壓頭、下壓頭和控制器；所述取向壓制裝置包括陰模和3個勵磁線圈；所述陰模的橫截面呈正三角形，所述陰模包括由導磁材料制成的上陰模和由無磁金屬材料制成的下陰模；3個勵磁線圈的內端面分別與陰模的三個側面相連接，所述勵磁線圈內設有與陰模的側面相連接的圓柱形主軛鐵，主軛鐵的外端面與勵磁線圈的外端面相齊平，所述主軛鐵的外端面與勵磁線圈的外端面上設有圓形副軛鐵；所述陰模中部設有圓柱形孔，圓柱形孔內設有圓柱形下芯鐵，所述下芯鐵固定于壓機的支架上，所述壓機的下壓頭上設有可伸入陰模和下芯鐵之間并相對于陰模和下芯鐵上下移動的管狀下沖頭；所述壓機的上壓頭上設有可伸入下芯鐵與陰模形成的空腔并與陰模、 下芯鐵、下沖頭構成模腔的管狀上沖頭；上沖頭內設有與上沖頭固定連接的圓柱形上芯鐵， 所述下芯鐵的上端位于上陰模的上方，所述上芯鐵的下端位于上沖頭下端的上方；控制器分別與上、下壓頭和3個勵磁線圈相連接。
本發明采用三極聚磁技術替代現有的二極對沖和四極聚磁技術，即采用3塊導磁主軛鐵、3塊導磁副軛鐵和3個勵磁線圈對磁環進行取向(如圖I所示)。相比二極對沖和四極聚磁技術，三極聚磁可以有效縮短主軛鐵、減少漏磁、提高取向磁場強度。
針對大高徑比的磁環，采用多次取向成型使磁環隨著取向成型的次數的增加，壓制成的磁環的高度不斷增加，在最后一次取向成型時，再用一個較大的壓力壓制，從而得到5一個整體的具有大高徑比(高徑比> O. 5)的磁環。
作為優選，所述陰模的三個角部分別設有垂直于相應角的平分線的平面。
作為優選，所述下陰模和上陰模的高度比例為4:1至5:1。
作為優選，所述上陰模的高度與下芯鐵外徑之間的比例為I :1至I. 2 :1。
一種徑向取向磁環的制作方法，包括如下步驟(1)根據需要壓制的磁環的內徑，選擇需要使用的上陰模；將選定的上陰模固定到下陰模上；并根據需要取向壓制的磁環的高度，在控制器里預設取向成型的次數，每次取向成型時需要加在上、下壓頭上的壓力及需要保壓的時間；(2)控制器控制下壓頭帶動下沖頭上行至上陰模下部并保持穩定；下陰模為不導磁材料制成的，下沖頭穩定的位置確保模腔位于上陰模部位，便于徑向取向磁環次的取向壓制。
(3)用工具將磁粉放入上陰模、下沖頭和下芯鐵形成的空腔內；上壓頭帶動上沖頭下行，上、下芯鐵閉合，上陰模、上沖頭、下沖頭和下芯鐵構成模腔；(4)控制器控制3個勵磁線圈接通電源，控制器控制在上、下壓頭上加預設的壓力，并且保壓預定的時間，模腔內的磁粉被取向壓制形成一次壓制磁環；3個勵磁線圈形成一個三極同極向內的磁場，磁力線通過主軛鐵、上陰模穿過模腔形成輻射取向磁場，磁力線在芯鐵內聚合并通過副軛鐵導回主軛鐵形成磁回路；經過取向壓制后，模腔內的磁粉形成第一次徑向取向磁環；(5)控制器控制3個勵磁線圈斷開電源，上、下沖頭同時下移，使一次壓制磁環移至上陰模下部與下陰模所對應的空腔內；(6)上壓頭上行帶動上沖頭與上陰模分離，用工具在一次壓制磁環上表面、下芯鐵和上陰模形成的空腔內加入磁粉；(7)重復(4)中的取向成型操作，將磁粉與一次壓制磁環壓成二次壓制磁環；(8)重復(5)至(7)的操作過程，在最后一次取向成型時，通過上、下壓頭施加預定的壓力，并保壓預定的時間；(9)上、下壓頭同時上行，下沖頭將整個磁環頂出陰模，完成一只徑向取向磁環的成型。
作為優選，控制器控制所述取向成型的次數為2至6次。
作為優選，最后一次取向成型之前的每次取向成型時，控制器控制在上、下壓頭上加3至10兆帕的壓力，保壓時間為I至5秒。
作為優選，所述壓力及保壓時間隨著取向成型的次數的增加而逐漸增大。
作為優選，最后一次取向成型時，控制器控制在上、下壓頭上加5至15兆帕的壓力，保壓時間為3至10秒。
因此，本發明具有如下有益效果(I)取向壓制設備結構緊湊，減少了漏磁，實現了大高徑比(磁環高度A/磁環內徑 r ^ O. 5)徑向取向磁環的取向壓制；(2)采用多次取向成型技術制成的徑向取向磁環磁性能穩定；(3)有效縮短主軛鐵減少漏磁、提高取向磁場強度。


圖I是本發明的取向壓制裝置閑置時的一種結構示意圖；圖2是本發明的取向壓制裝置使用時的一種結構示意圖；圖3是本發明的上、下陰模和上、下沖頭及上、下芯鐵相配合的一種結構示意圖；圖4是本發明的一種原理框圖；圖5是本發明的實施例I的一種流程圖。
圖中上壓頭I、下壓頭2、控制器3、勵磁線圈4、上陰模5、下陰模6、主軛鐵7、副軛鐵8、下芯鐵9、下沖頭10、上沖頭11、上芯鐵12、圓柱形孔13。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步的描述。
實施例I :如圖I、圖2、圖4所示的實施例是一種徑向取向磁環的取向壓制裝置，所述取向壓制裝置設于壓機的支架上，所述壓機包括上壓頭I、下壓頭2和控制器3 ;所述取向壓制裝置包括陰模和3個勵磁線圈4 ;陰模的橫截面呈正三角形，陰模包括由導磁材料制成的上陰模5和由無磁金屬材料制成的下陰模6 ;3個勵磁線圈的內端面分別與陰模的三個側面相連接，勵磁線圈內設有與陰模的側面相連接的圓柱形主軛鐵7，主軛鐵的外端面與勵磁線圈的外端面相齊平，主軛鐵的外端面與勵磁線圈的外端面上設有圓形副軛鐵8 ;陰模中部設有圓柱形孔13，圓柱形孔內設有圓柱形下芯鐵9，下芯鐵固定于壓機的支架上，所述壓機的下壓頭上設有可伸入陰模和下芯鐵之間并相對于陰模和下芯鐵上下移動的管狀下沖頭10。
如圖3所示，壓機的上壓頭上設有可伸入下芯鐵與陰模形成的空腔并與陰模、下芯鐵、下沖頭構成模腔的管狀上沖頭11;上沖頭內設有與上沖頭固定連接的圓柱形上芯鐵 12，下芯鐵的上端位于上陰模的上方，上芯鐵的下端位于上沖頭下端的上方；控制器分別與上、下壓頭和3個勵磁線圈相連接。
陰模的三個角部分別設有垂直于相應角的平分線的平面。下陰模和上陰模的高度比例為4:1。上陰模的高度與下芯鐵外徑之間的比例為I :1。
生產高度為20毫米，內徑為20毫米的徑向取向磁環。上、下芯鐵和上陰模采用純鐵材料，純鐵材料的優點是價格低，磁導率高。下陰模采用無磁鋼材料；也可以采用硬質金屬合金材料，例如碳化鎢材料等。
如圖5所示，高20毫米內徑20毫米的徑向取向磁環的制作方法，包括如下步驟 步驟101，選擇高度為20毫米的上陰模；將選定的上陰模固定到下陰模上；在控制器里預設取向成型的次數為2次，第一次取向成型時在上、下壓頭上加的壓力為3兆帕，保壓時間為I秒；第二次成型壓力10兆帕，保壓8秒；步驟102，控制器控制下壓頭帶動下沖頭上行至上陰模下部并保持穩定；用工具將磁粉放入上陰模、下沖頭和下芯鐵形成的空腔內；上壓頭帶動上沖頭下行， 上、下芯鐵閉合，上陰模、上沖頭、下沖頭和下芯鐵構成模腔；步驟103，控制器控制3個勵磁線圈接通電源，在5秒內，控制器控制勵磁線圈內的電流由強變弱并消失，控制器控制在上、下壓頭上加3兆帕的壓力，保壓時間為I秒；模腔內的磁粉被取向壓制形成一次壓制徑向取向磁環；上、下沖頭同時下移，使一次壓制徑向取向磁環移至上陰模下部與下陰模所對應的空腔內；步驟104，上壓頭上行帶動上沖頭與上陰模分離，用工具在一次壓制徑向取向磁環上表面、下芯鐵和上陰模形成的空腔內加入磁粉；控制器控制3個勵磁線圈接通電源，在5秒內，控制器控制勵磁線圈內的電流由強變弱并消失，控制器控制在上、下壓頭上加10兆帕，保壓8秒，將磁粉與一次壓制徑向取向磁環壓成二次壓制徑向取向磁環；步驟105，上、下壓頭同時上行，下沖頭將整個徑向取向磁環毛坯頂出陰模，完成一只徑向取向磁環的成型。
第一次加壓的目的是將取向后的磁粉固定，但要給進一步提高密度留有空間，以便提高多次磁環間的結合力；最后一次加壓的目的是進一步提高成型磁環密度。
比較例I :采用二極對沖一次取向成型的技術方案制備高20毫米內徑20毫米的徑向取向磁環毛坯。
比較例2 采用四極聚磁一次取向成型的技術方案制備高20毫米內徑20毫米的徑向取向磁環毛坯。
權利要求
1.一種徑向取向磁環的取向壓制裝置，所述取向壓制裝置設于壓機的支架上，所述壓機包括上壓頭(I)、下壓頭(2)和控制器(3);其特征是，所述取向壓制裝置包括陰模和3個勵磁線圈(4);所述陰模的橫截面呈正三角形，所述陰模包括由導磁材料制成的上陰模(5)和由無磁金屬材料制成的下陰模(6) ;3個勵磁線圈的內端面分別與陰模的三個側面相連接，所述勵磁線圈內設有與陰模的側面相連接的圓柱形主軛鐵(7)，主軛鐵的外端面與勵磁線圈的外端面相齊平，所述主軛鐵的外端面與勵磁線圈的外端面上設有圓形副軛鐵(8); 所述陰模中部設有圓柱形孔(13)，圓柱形孔內設有圓柱形下芯鐵(9)，所述下芯鐵固定于壓機的支架上，所述壓機的下壓頭上設有可伸入陰模和下芯鐵之間并相對于陰模和下芯鐵上下移動的管狀下沖頭(10);所述壓機的上壓頭上設有可伸入下芯鐵與陰模形成的空腔并與陰模、下芯鐵、下沖頭構成模腔的管狀上沖頭(11);上沖頭內設有與上沖頭固定連接的圓柱形上芯鐵(12)，所述下芯鐵的上端位于上陰模的上方，所述上芯鐵的下端位于上沖頭下端的上方；控制器分別與上、下壓頭和3個勵磁線圈相連接。
2.根據權利要求I所述的徑向取向磁環的取向壓制裝置，其特征是，所述陰模的三個角部分別設有垂直于相應角的平分線的平面。
3.根據權利要求I所述的徑向取向磁環的取向壓制裝置，其特征是，所述下陰模和上陰模的高度比例為4:1至5: I。
4.根據權利要求I或2或3所述的徑向取向磁環的取向壓制裝置，其特征是，上陰模的高度與下芯鐵外徑之間的比例為I :1至I. 2 :1。
5.一種徑向取向磁環的制作方法，其特征是，包括如下步驟 (5-1)根據需要壓制的磁環的內徑，選擇需要使用的上陰模；將選定的上陰模固定到下陰模上； 并根據需要取向壓制的磁環的高度，在控制器里預設取向成型的次數，毎次取向成型時需要加在上、下壓頭上的壓カ及需要保壓的時間； (5-2)控制器控制下壓頭帶動下沖頭上行至上陰模下部并保持穩定； (5-3)用工具將磁粉放入上陰模、下沖頭和下芯鐵形成的空腔內；上壓頭帶動上沖頭下行，上、下芯鐵閉合，上陰模、上沖頭、下沖頭和下芯鐵構成模腔； (5-4)控制器控制3個勵磁線圈接通電源，控制器控制在上、下壓頭上加預設的壓力，并且保壓預定的時間，模腔內的磁粉被取向壓制形成一次壓制磁環； (5-5)控制器控制3個勵磁線圈斷開電源，上、下沖頭同時下移，使一次壓制磁環移至上陰模下部與下陰模所對應的空腔內； (5-6)上壓頭上行帶動上沖頭與上陰模分離，用工具在一次壓制磁環上表面、下芯鐵和上陰模形成的空腔內加入磁粉； (5-7)重復(5-4)中的取向成型操作，將磁粉與一次壓制磁環壓成二次壓制磁環；(5-8)重復(5-5)至(5-7)的操作過程，在最后一次取向成型時，通過上、下壓頭施加預定的壓力，并保壓預定的時間； (5-9)上、下壓頭同時上行，下沖頭將整個磁環頂出陰模，完成一只徑向取向磁環的成型。
6.根據權利要求5所述的徑向取向磁環的制作方法，其特征是，控制器控制所述取向成型的次數為2至6次。
7.根據權利要求5所述的徑向取向磁環的制作方法，其特征是，最后一次取向成型之前的毎次取向成型時，控制器控制在上、下壓頭上加3至10兆帕的壓力，保壓時間為I至5秒。
8.根據權利要求7所述的徑向取向磁環的制作方法，其特征是，所述壓カ及保壓時間隨著取向成型的次數的増加而逐漸増大。
9.根據權利要求5所述的徑向取向磁環的制作方法，其特征是，最后一次取向成型吋，控制器控制在上、下壓頭上加5至15兆帕的壓力，保壓時間為3至10秒。
全文摘要
本發明公開了一種徑向取向磁環的取向壓制裝置及制作方法，所述取向壓制裝置設于壓機的支架上，所述壓機包括上壓頭、下壓頭和控制器；所述取向壓制裝置包括陰模和3個勵磁線圈；所述陰模的橫截面呈正三角形，所述陰模包括由導磁材料制成的上陰模和由無磁金屬材料制成的下陰模；3個勵磁線圈的內端面分別與陰模的三個側面相連接，所述勵磁線圈內設有與陰模的側面相連接的圓柱形主軛鐵，主軛鐵的外端面與勵磁線圈的外端面相齊平，所述主軛鐵的外端面與勵磁線圈的外端面上設有圓形副軛鐵。本發明具有取向壓制設備結構緊湊，減少了漏磁，實現了大高徑比徑向取向磁環的取向壓制；有效縮短主軛鐵減少漏磁、提高取向磁場強度的特點。
文檔編號B22F3/03GK102982993SQ201210347350
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者郝忠彬 申請人:橫店集團東磁股份有限公司