釹鐵硼永磁生產模具的改造

摘要：在生產和教學實踐過程中，發現我校校辦廠壓型模具選用的材料成本過高，型腔的結構有缺陷。通過對模具的改進，達到了提高產品質量，降低生產成本，創造經濟效益的目的。

關鍵詞：組合式；型腔；互換性

中圖分類號：TQ172.7文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）05-0168-02

壓型模具是影響稀土永磁產品質量的一個重要因素。在生產實習教學過程中，發現壓型模具型腔容易損壞，從而影響產品質量, 維修模具困難，增加生產成本，給學校造成不少的經濟損失。在教學過程中，通過細心觀察及調查研究，把模具的型腔由整體式改為組合式，進行針對性的改進，改進后的型腔由側板、模板和調整板組合裝配而成。模具的材料由無磁鋼改用不銹鋼和模具鋼。側板具有互換性，根據產品規格不同來選擇合適的模板和調整板，然后裝配成不同大小的型腔來進行生產。解決了壓型模具在材料選用和結構上的不足，降低了生產成本。

一、問題的提出

我校和中國科學院三環公司合作創建的廣東肇慶三環京粵磁材有限責任公司，專業生產各種牌號的釹鐵硼稀土永磁材料，產品具有高磁能積、高剩磁、高矯頑力以及良好的穩定性，能滿足微型、高效能的永磁器件的要求，廣泛應用于電機、電聲、磁吸、磁療、計算機、通信設備等各個領域。釹鐵硼稀土永磁材料、元件的制造過程是由選料—→配料—→合金熔煉—→制粉—→壓型—→燒結與回火—→機加工—→電鍍—→成品等工序組成。壓型工序是其中一道重要工序。壓型模具原有型腔的材料使用牌號為：7MnCrAl2VWM0無磁鋼，切割加工成整體式，型腔內鑲嵌無磁硬質合金。壓型時取向磁場要求達13500GS以上，制作模具的材料使用無磁鋼或無磁硬質合金，目的是使磁場傳遞的完全性，保證粉末取向排列充分，保證取向磁場的強度，從而保證毛坯成型前取向的飽和性，這是保證產品質量的條件之一。以生產56mm×51mm×31mm規格毛坯的模具為例，模具型腔在設計時用無磁鋼加工成整體式，型腔內鑲嵌NiW無磁硬質合金，如圖1所示。無磁硬質合金的硬度高達62HRC以上，但脆性大。毛坯壓型時的壓力很大，常取3～5Mpa左右的壓力。在裝配、調試模具及生產過程中，由于型腔受力不均勻或上下模的走位，容易造成型腔內鑲嵌的無磁硬質合金崩裂而損壞模具。壓型模具的型腔加工成整體式，材料損耗大，維修模具困難，鑲嵌650元/公斤無磁硬質合金，加工成本高。生產一套56mm×51mm×31mm規格毛坯的模具，成本高達6000元左右。型腔內鑲嵌的無磁硬質合金崩裂時，如果重新加工鑲嵌，生產成本將大大增加，如果不更換，毛坯容易產生裂紋，又會影響產品質量。為了減小模具的退模力，型腔工作面還做成一定斜面，使毛坯退模容易，減少毛坯的崩裂。整體式型腔的斜度較小，斜度只有1：600，退模力較大，毛坯退模時容易產生崩裂，經過反復跟蹤檢測，各種規格的毛坯的崩缺率達4%，嚴重影響了產品質量。由于生產每一種規格毛坯都要制作配套的模具型腔，材料價格不斷上漲，模具型腔容易碰裂損壞。這樣不但使模具的制造成本上升，而且模具的維修周期長，影響生產效率，嚴重影響了生產，給校辦公司造成很大的損失。

二、問題的解決

產品質量好，生產成本低，是每個企業保持競爭能力的重要因素。隨著年產量超過500噸生產規模的不斷擴大，產品品種的不斷更新、增加，相應配套的模具的數量必定隨之增加。只有對模具進行適當的改進，才能適應生產發展的要求。作為一名生產實習指導教師，通過參觀學習和總結經驗，認識到只有把壓型模具的型腔進行改進，選用低成本、低消耗的材料，才能降低模具制造成本，才能提高公司的競爭力。通過反復研究、試驗和細心觀察，我把模具的型腔由整體式改為組合式，進行針對性的改進，每套模具的型腔由側板、模板和調整板各2塊組合裝配而成。模具的材料由無磁鋼改用不銹鋼和模具鋼。以生產56mm×51mm×31mm規格毛坯的模具為例，模具側板的材料由無磁鋼改用Cr12MoV模具鋼，如圖2所示。側板上開有兩條寬30mm，深10mm的直槽，用來安裝調整板。每條槽上各鉆削3個ф20mm和ф14mm的階梯孔，用來安裝固定調整板的內六角螺釘。另外側板上還加工有兩條寬25mm，深20mm的型槽，用來搭接固定模具型腔的壓板。側板上形成型腔的一面磨成1：500的斜面，表面粗糙度值達0.8um。側板具有互換性，根據產品規格不同來選擇合適的模板和調整板，然后裝配成不同大小的型腔來進行生產。模板使用牌號為1Cr18Ni9不銹鋼，兩個配合面的斜度為1：600，而形成型腔的一面磨成1：500的斜面，表面粗糙度值達0.8um，如圖3所示。調整板的材料同樣用1Cr18Ni9不銹鋼加工，在30mm寬度方向上鉆削3個M12螺紋孔，用來連接側板，達到固定模板形成型腔的目的，加工螺紋孔時必須與側板進行配鉆，如圖4所示。調整板上的型槽同樣是用來搭接固定型腔的壓板。不同模具調整板30mm寬度尺寸保持不變，而調整板的長度尺寸及模板尺寸可根據產品規格不同而不同。壓制毛坯時側板承受的壓力相對較大，而用Cr12MoV模具鋼加工的側板，硬度約為25HRC，為了減小側板的變形，必須進行真空熱處理，熱處理后的硬度可達62HRC，有較高的強度和耐磨性，從而達到生產工藝要求。以制作56mm×51mm×31mm規格毛坯的模具為例，如果材料使用無磁鋼或無磁硬質合金設計加工模具，模具型腔做成整體式，成本費用會高達6000多元。而采用組合式型腔，用Cr12MoV模具鋼和1Cr18Ni9不銹鋼加工模具，成本約為2000元，節約成本約4000元。組合式型腔的側板具有互換性，制造一套規格接近的新模具時，根據產品要求只需加工模板和調整板就可以了，從而節約了模具制造成本。在生產過程中，根據生產計劃和生產毛坯規格要求，把側板和配套的模板與調整板裝配型腔去進行生產，靈活、有效地調配生產進度。如果某規格的模具暫不使用時，可以把模板和調整板拆下存放，而側板可以重新和其他規格的模板與調整板裝配進行生產。可見，側板的使用率提高了，而模具的制作成本卻降低了。在生產過程中遇上模板突然損壞時，可以迅速更換同規格模板繼續生產，保證了生產的連續性、有序性。保證了客戶訂單的交貨日期，使公司避免了不必要的經濟損失。

裝配、調試模具須小心謹慎，以免損壞型腔的工作面。裝配時將側板放在平臺上，把調整板順著測板的凹槽用木頭輕輕敲入去，小心敲壞配合面。調整板完全裝配到槽中后，把模板的垂直配合面緊貼調整板裝配到型腔內，保證垂直度。然后用M12×25內六角螺釘把調整板慢慢旋緊，螺釘的旋合要對稱、交替進行，從而把模板鎖緊牢固，形成組合式型腔。裝配后的型腔不允許有松動，配合面貼合均勻完全，保證裝配質量。制作生產56 mm×51mm×31mm規格毛坯的模具改進后的組合式型腔裝配圖，如圖5所示。用Cr12MoV模具鋼和1Cr18Ni9不銹鋼加工的組合式型腔，材料雖有少許吸磁，但對取向磁場的強度影響不大，同樣能保證毛坯成型前取向的飽和性。組合式型腔的斜面有所改善，減小了退模力，毛坯退模時造成的崩裂料減少了，經過跟蹤檢測，各種規格的毛坯的崩缺率減少為1%，提高了產品質量。制造模具型腔的材料有較好的耐磨性、韌性，很少發生型腔崩裂現象。當模板與側板因各種原因損壞工作面時，可以快速維修保養或更換，而耗損的成本并不多。用組合式型腔壓制出的毛坯的初始密度與整體式型腔壓制出的毛坯相比較，并沒有太大的分別，同樣達3.5g/cm3，過等靜壓后可達到4.0g/cm3以上。燒結出爐的毛坯光澤鮮亮，致密性好，毛坯產品的性能穩定性好，磁能積、剩磁、矯頑力等質量指標均符合要求。生產56mm×51mm×31mm規格毛坯的模具改進前后毛坯的性能及模具的成本比較（見表1）。

可見，模具改進后不但降低了產品崩缺率，而且節約了模具的制造成本，從而為學校校辦公司創造了效益，模具的改進收到了預期的效果。

三、結果與體會

通過對校辦工廠壓型工序模具的改進，提高了產品合格率，降低了模具的制造成本，節約了不必要的浪費，為學校創造了效益。對于模具型腔的改進及使用，產品的各項質量指標都達到性能要求。隨著生產規模的擴大，產品規格的增加，模具的數量也隨之增加。如果按原設計加工新模具，每年模具的制造成本估計將達30多萬元。而采用新版結構加工模具，模具的制造成本約為10萬元，節約成本20萬元。隨著模具改進后的成效的不斷深入影響，得到了同行的認同與推廣使用。

參考文獻

[1]張道行．機修鉗工[M]．北京：中國勞動出版社，2002．

[2]單小君．金屬材料與熱處理[M]．北京：中國勞動社會保障出版社，2005．

[3]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2004.

作者簡介：梁汝科，廣東懷集人，供職于廣東省肇慶市高級技工學校，研究方向：生產實習教學。