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.東莞市海天磁業股份有限公司 2.東莞市中云浩思自動化科技有限公司3.中國科學院云計算中心）

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.東莞市海天磁業股份有限公司 2.東莞市中云浩思自動化科技有限公司3.中國科學院云計算中心）

基于傳統磁體模壓成型設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壓件置于加熱狀態的模具腔中間，并通過取向器件進行磁極取向，最終將釹鐵硼磁體預壓件壓制成型。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用于能源、交通、機械、醫療、IT、家電等行業，特別是隨著以信息技術為代表的知識經濟的發展，為釹鐵硼稀土永磁功能材料及產業發展不斷帶來新的用途，并為釹鐵硼產業帶來更為廣闊的市場前景[2-3]。近年來，電子產品逐漸朝小型化、薄型化、高性能化的方向發展，為此，對磁性材料也提出了相應的要求。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釹鐵硼磁體的性能除了與各向異性磁粉有關外，還取決于模壓成型過程中產品的取向和壓制密度等[4]。然而，傳統的磁體模壓成型設備在各向異性粘結釹鐵硼熱壓成型過程中通常出現取向率低，磁極取向過程中存在漏磁以及磁極不均勻、磁性能較設計差異大等問題[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釹鐵硼和燒結釹鐵硼2種。粘結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，無需二次加工等優勢，已成為現代高新技術產品不可或缺的重要元器件。粘結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磁粉顆粒表面，經過干燥造粒后，把一定質量的造粒料加入到模具中，在壓機上成型后，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。

2) 擠壓成型是將磁粉和粘接劑混合均勻，經過混煉和造粒，制成干燥的料粒，然后在雙螺桿擠出機中將料粒用螺旋式導桿送到加熱室加熱，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，最后冷卻成剛性產品。此工藝適于制造很薄的片狀或高度較高的薄壁環狀粘結磁體，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中進行混煉、輥壓、貼合、硫化，制成具有高機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。磁條厚度通常為0.5 mm以上，表面不需要涂層保護。

4) 注射成型粘結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，在一定的保護措施下（防氧化），采用雙螺旋擠出機進行造粒。③ 注射成型，造粒料加入到注射成型機中，料粒被螺旋式導料桿送到加熱室加熱，注射進模具成型，冷卻后即得產品。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，模具結構和成型方式比較相似，最大的不同在于各向異性粘結釹鐵硼的成型過程中要對磁粉進行加熱和磁體的取向，因此其模具的設計要復雜很多，在各向同性模具基礎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]整體結構圖如圖1所示。

圖1 磁體模壓取向成型裝置整體結構圖

本裝置包括：

1) 模具組件，內置加熱裝置、取向器件、導磁體及無磁體和中空的模具腔，所用導磁體為工業純鐵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，可根據需要拆卸和更換，用于將送入模具腔的預壓件熱壓成型；

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徑，用于產品成型后，向上運動將模壓成型的產品頂出模腔；

4) 芯桿，包括主桿及延長桿，其中，主桿下端設有螺紋，延長桿上端設有螺孔，主桿與延長桿螺紋連接，延長桿下端設有凸沿，其與沖壓機座相連接。芯桿活動穿置于上述下沖壓件內，并可上下移動，用于限定欲成型的各向異性釹鐵硼磁環的內徑，芯桿的下端與沖壓機座活動連接，且將欲成型的各向異性釹鐵硼磁體預壓件置于處于加熱狀態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壓件前，須對模具組件進行加熱；磁體預壓件是預壓成型的毛坯，將該預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的下沖壓件頂部；此時，啟動沖壓機的沖壓機頭，驅動上沖壓件向下運動；當上沖壓件進入模具主體時，取向器件得電導通并對磁體預壓件進行磁極取向；上沖壓件推動磁極取向后的磁體預壓件繼續下行，將釹鐵硼磁體預壓件壓制成所需的磁環；壓制成型后，啟動沖壓機的沖壓機頭帶動模具主體和芯桿向下運動，由下沖壓件的頂部將壓制成型的磁環頂出模具腔。由于模具腔高度方向尺寸較大，芯桿運動行程較長，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鍵部件。模具組件內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磁體和多塊扇形的無磁體，它們沿圓周方向間隔設置，且數量相同，等于各向異性釹鐵硼磁體預壓件的取向磁極數，可實現多磁極定位取向，且磁極取向均勻。本實施例中，模具主體由4塊扇形導磁體和4塊扇形無磁體沿圓周方向，通過焊接對合成圓形柱狀模具主體。在各扇形導磁體外部套有取向器件，該取向器件為電磁線圈，置于導磁體上，用于向導磁體施加強磁力，對處于加熱狀態的磁體預壓件進行磁極取向，進而達到取向效率更高的效果。

圖2 取向器件俯視圖

4 結語

本裝置解決了傳統磁體模壓成型設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、磁性能較設計差異大等問題。本裝置設有多磁極定位結構，實現了多磁極定位取向，因而磁極定位準確，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，可根據用戶的要求進行調整，因而可用于壓制壁薄且高度方向尺寸大的磁體。

[1] 馬昌貴.永磁材料的應用及其新進展[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,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Nd-Fe-B永磁材料的研究進展[J].材料導報,2006,20(12):116-118.

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

[6] 趙立文.一種各向異性粘結磁鐵制備方法: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：磁體壓制關鍵技術。E-mail：jameszhao@magsuper.cn

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