各向异性钕铁硼磁体多极定位取向成型装置

赵立文卢伟华卢子忱,3马永军

（1.东莞市海天磁业股份有限公司 2.东莞市中云浩思自动化科技有限公司3.中国科学院云计算中心）

各向异性钕铁硼磁体多极定位取向成型装置

赵立文1卢伟华2卢子忱1,3马永军1

（1.东莞市海天磁业股份有限公司 2.东莞市中云浩思自动化科技有限公司3.中国科学院云计算中心）

基于传统磁体模压成型设备存在磁极取向率低、漏磁以及磁极不均匀等问题，研制了各向异性钕铁硼磁体模压取向成型装置，将各向异性钕铁硼磁体预压件置于加热状态的模具腔中间，并通过取向器件进行磁极取向，最终将钕铁硼磁体预压件压制成型。本装置可多磁极定位取向，磁极取向均匀，取向效率高，磁体密度及磁体综合性能高，可用于压制壁薄且高度方向尺寸大的磁体。

钕铁硼磁体；各向异性；多极定位；热压取向成型

0 引言

钕铁硼磁铁是迄今为止磁力最强的永久磁铁[1]，作为第三代稀土永磁材料，因其具有很高的性能而广泛应用于能源、交通、机械、医疗、IT、家电等行业，特别是随着以信息技术为代表的知识经济的发展，为钕铁硼稀土永磁功能材料及产业发展不断带来新的用途，并为钕铁硼产业带来更为广阔的市场前景[2-3]。近年来，电子产品逐渐朝小型化、薄型化、高性能化的方向发展，为此，对磁性材料也提出了相应的要求。各向异性钕铁硼磁体通常是通过制粉、热压、取向成型、固化、研磨、表面涂覆等工艺制备而成。模压成型的各向异性粘结钕铁硼磁体的性能除了与各向异性磁粉有关外，还取决于模压成型过程中产品的取向和压制密度等[4]。然而，传统的磁体模压成型设备在各向异性粘结钕铁硼热压成型过程中通常出现取向率低，磁极取向过程中存在漏磁以及磁极不均匀、磁性能较设计差异大等问题[5]。为解决上述问题，本文研制了一种各向异性钕铁硼磁体多极定位取向成型装置，其具有多磁极定位取向，在磁体压制过程中磁极取向均匀，取向效率高，磁体密度及磁体综合性能高，可用于压制壁薄且高度方向尺寸大的磁体[6]。

1 钕铁硼磁体

钕铁硼磁铁可分为粘结钕铁硼和烧结钕铁硼2种。粘结钕铁硼磁体是将磁粉混入一定比例的粘接剂，按一定的工艺制成的磁体。粘结钕铁硼磁体凭借其形状自由度大，尺寸精度高，无需二次加工等优势，已成为现代高新技术产品不可或缺的重要元器件。粘结钕铁硼磁体按工艺主要可分为模压成型、挤压成型、压延成型和注射成型4种制备方法。

1) 模压成型是将钕铁硼磁粉和粘接剂按比例湿法混合，使得粘接剂均匀涂覆在每个磁粉颗粒表面，经过干燥造粒后，把一定质量的造粒料加入到模具中，在压机上成型后，将毛坯放入烘箱中固化。模压成型磁体的磁性能较好，也能获得高尺寸精度的磁体，易于批量生产。

2) 挤压成型是将磁粉和粘接剂混合均匀，经过混炼和造粒，制成干燥的料粒，然后在双螺杆挤出机中将料粒用螺旋式导杆送到加热室加热，加热后的熔融料被挤入到具有径向取向磁场的模具中成型，最后冷却成刚性产品。此工艺适于制造很薄的片状或高度较高的薄壁环状粘结磁体，粘接剂的用量仅高于模压成型工艺，磁体的磁性能较高。

3) 压延成型是将粘接剂体系的所有组分按一定顺序加入到双辊压延机中进行混炼、辊压、贴合、硫化，制成具有高机械曲挠性和高磁性能的磁条，弯曲后很容易制成多极充磁磁环。磁条厚度通常为0.5 mm以上，表面不需要涂层保护。

4) 注射成型粘结磁体的工艺流程主要包括 ①混料，将原料磁粉与树脂和各种添加剂按一定比例干混。② 造粒，在一定的保护措施下（防氧化），采用双螺旋挤出机进行造粒。③ 注射成型，造粒料加入到注射成型机中，料粒被螺旋式导料杆送到加热室加热，注射进模具成型，冷却后即得产品。所用粘接剂一般为尼龙12，加入量为20%～30%（体积百分比）。

粘结各向同性和各向异性成型一般采用模压成型的方式，模具结构和成型方式比较相似，最大的不同在于各向异性粘结钕铁硼的成型过程中要对磁粉进行加热和磁体的取向，因此其模具的设计要复杂很多，在各向同性模具基础上增加加热功能和径向取向磁场的模具。

2 工作原理

本文研究的各向异性钕铁硼磁体模压取向成型装置[6]整体结构图如图1所示。

图1 磁体模压取向成型装置整体结构图

本装置包括：

1) 模具组件，内置加热装置、取向器件、导磁体及无磁体和中空的模具腔，所用导磁体为工业纯铁DT4，无磁体为无磁模具钢HPM75；

2) 上冲压件，是由模具钢制成的杆状体，可根据需要拆卸和更换，用于将送入模具腔的预压件热压成型；

3) 下冲压件，是由模具钢制成的管状体，下冲压件的外径略小于模具组件的模具腔的内径，用于产品成型后，向上运动将模压成型的产品顶出模腔；

4) 芯杆，包括主杆及延长杆，其中，主杆下端设有螺纹，延长杆上端设有螺孔，主杆与延长杆螺纹连接，延长杆下端设有凸沿，其与冲压机座相连接。芯杆活动穿置于上述下冲压件内，并可上下移动，用于限定欲成型的各向异性钕铁硼磁环的内径，芯杆的下端与冲压机座活动连接，且将欲成型的各向异性钕铁硼磁体预压件置于处于加热状态的模具主体的模具腔与芯杆之间。

压制过程：在压制欲成型的各向异性钕铁硼磁体预压件前，须对模具组件进行加热；磁体预压件是预压成型的毛坯，将该预压成型毛坯套于伸出模具组件外的芯杆上，并落入模具组件模具腔内的下冲压件顶部；此时，启动冲压机的冲压机头，驱动上冲压件向下运动；当上冲压件进入模具主体时，取向器件得电导通并对磁体预压件进行磁极取向；上冲压件推动磁极取向后的磁体预压件继续下行，将钕铁硼磁体预压件压制成所需的磁环；压制成型后，启动冲压机的冲压机头带动模具主体和芯杆向下运动，由下冲压件的顶部将压制成型的磁环顶出模具腔。由于模具腔高度方向尺寸较大，芯杆运动行程较长，故此装置可用于压制壁薄且高度方向尺寸大的磁体。

3 模具主体

模具主体是本装置的关键部件。模具组件内的取向器件俯视图如图2所示，包括多块横截面为扇形的导磁体和多块扇形的无磁体，它们沿圆周方向间隔设置，且数量相同，等于各向异性钕铁硼磁体预压件的取向磁极数，可实现多磁极定位取向，且磁极取向均匀。本实施例中，模具主体由4块扇形导磁体和4块扇形无磁体沿圆周方向，通过焊接对合成圆形柱状模具主体。在各扇形导磁体外部套有取向器件，该取向器件为电磁线圈，置于导磁体上，用于向导磁体施加强磁力，对处于加热状态的磁体预压件进行磁极取向，进而达到取向效率更高的效果。

图2 取向器件俯视图

4 结语

本装置解决了传统磁体模压成型设备在磁体成型过程中磁极取向率低，且存在漏磁以及磁极不均匀、磁性能较设计差异大等问题。本装置设有多磁极定位结构，实现了多磁极定位取向，因而磁极定位准确，取向均匀，磁极取向效率高，且磁体密度高。此外，本装置的模具腔的尺寸可调，可根据用户的要求进行调整，因而可用于压制壁薄且高度方向尺寸大的磁体。

[1] 马昌贵.永磁材料的应用及其新进展[J].金属功能材料,2003,10(1):32-36.

[2] 黄有林.各向同性与各向异性纳米晶Nd-Fe-B磁体的制备、组织和性能特征[D].广州:华南理工大学,2012.

[3] 付新,韩小磊,杜志伟,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] 张修海,熊惟皓,赵永峰,等.粘结Nd-Fe-B永磁材料的研究进展[J].材料导报,2006,20(12):116-118.

[5] 段柏华.高性能注射成形各向异性Nd-Fe-B粘结磁体的研究[D].长沙:中南大学,2005.

[6] 赵立文.一种各向异性粘结磁铁制备方法:中国, 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

赵立文，男，1966年生，主要研究方向：磁体压制关键技术。E-mail：jameszhao@magsuper.cn

卢子忱（通讯作者），男，1969年生，高级工程师，主要研究方向：光电子技术，红外电热等。E-mail：luzichen@163.com