瓦形成型磁场对磁瓦毛坯密度分布的影响及改进措施

４４·　』Ｍａｇｎ　Ｍａｔｅｒ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　文章编号：１００１　３８３０（２００１）０５—００４４　０．５　瓦形成型磁场对磁瓦毛坯密度分布的影响及改进措施　都宝忠　（北京矿冶研究总院，北京　１０００５４）　摘　要：从瓦彤模腔中的磁场强度分布覆磁将在棰县中的装填两十方面分析了磁瓦毛　坯的裂蜓和密度分布不均匀的原因。提出采用浮动内上模结构改变压制方式以覆在上模端面加　不导磁材料等办法．使磁瓦毛坯密度分布均匀，并解决了磁瓦的裂纹问题　关键词：磁瓦；成型磁场分布；裂蚊　中图分类号：ＴＧ３０２　文献标识码：Ｂ　在磁瓦的磁场成型过程中，磁粉在模腔　１前言　永磁铁氧体材料是一种用途非常广泛　的功能材料，产品从形状上一般分为三种：　磁（方）块、磁环及磁瓦。在生产工艺中磁瓦　的磁场成型比磁块和磁环难度要大得多　磁　瓦毛坯密度的不均匀性比较大，导致磁瓦批　中受到充磁线圈磁化场的作用。根据公式　１１一ＫＮＩ／ｄ（式中：Ｈ为成型磁场强度，Ⅳ　为充磁线圈匝数，　为充磁电流，Ｋ为常数，　ｄ为间隙尺寸即上下模端面的距离）可　知　。在充磁线圈匝数和充磁电流强度不变　的情况下，瓦形模腔各处的取向磁场强度与　Ａ　Ｃ　量生产中毛坯易出现局部裂纹，在后续的烧　结及磨加工过程中造成产品开裂。本文在分　析瓦形成型磁场分布对磁瓦毛坯密度分布　的影响的基础上，重点提出如何改进瓦形成　型磁场的分布使磁瓦毛坯密度分布趋于均　匀，从而减少磁瓦裂纹的产生　提高磁瓦工　业化生产中的成品率。　Ｄ　２磁瓦的磁场成型特点与问题　２．１　瓦形模具模腔内的成型磁场强度分布　磁瓦多应用于发电机或电动机中的定　子和转子，更多情况下是用于电机中的定　子。一般要求两个弧面为同心圆。磁瓦毛坯　的形状如图１ａ所示。一般情况下，磁瓦用于　Ｃ　ｆ　Ｂ　Ｄ　图ｌ　ｃａ）磁瓦毛坯示意图，（ｂ）瓦形模腔礁场　强度分布示意图　定子时　其内弧ＡＥ面为磁瓦的工作面。　收稿日期：２ｏｏｌ一０４—２７　维普资讯 http://www.cqvip.com

磁性材料及器件　·４５·　上下模端面间的距离成反比。由于瓦形模腔　的上下模端面均为曲面，这样就导致了模腔　中各处的成型磁场强度的非均匀性。由图１ａ　可知，磁瓦的内弧面与外弧面为同心圆，而　且内弧边缘有磁瓦在电机中定位用的平台　ＡＣ。显然，从瓦形模腔的中心ＥＦ到ＡＢ，上　下模的间距逐渐增大，从ＡＢ到ＣＤ上下模　低，最边缘ＣＤ密度又较高。　由此可以看出，磁粉在瓦形模腔中的自　然装填状态，经过合模充磁及压型的结果必　然是磁瓦毛坯密度中间较高，向两边逐渐降　低，最边缘又较高，整个磁瓦毛坯密度不均　匀。在烧结过程中，毛坯密度高的部位烧结　收缩小，密度低的部位烧结收缩大。毛坯烧　结收缩不同不仅不能保证产品的最终尺寸，　而且由于毛坯Ａ处的密度较小，烧结收缩　的间距逐渐碱小。因此，瓦形模腔的中心ＥＦ　磁场强度较高，向两边逐渐降低，到ＡＢ处　达到最低值，从ＡＢ到ｃＤ又逐渐升高。整　过大而出现裂纹。　个瓦形模腔的磁场强度分布如图１ｂ所示　２．２磁粉在瓦形模具中的装填　３　磁瓦毛坯密度分布不均匀的纠正措施　在磁瓦的磁场成型过程中，由于模具的　３　１将上横改为浮动内上横结构　上下端面为瓦形的曲面，磁粉在瓦形模腔中　瓦形模腔的磁场强度分布及磁粉在瓦　的装填状态如图２所示。由图１分析可知瓦形　形模腔中的装填对磁瓦毛坯密度的影响这　模腔的中间及最边缘磁场强度较高，ＡＢ处　两方面，都是导致磁瓦毛坯中间密度太．两　的磁场强度最低。台模充磁后．模腔中磁场　边密度小的原因。这样的密度分布容易造成　强度越高的部位对磁粉的吸引力也越太，于　毛坯烧结收缩不均匀，甚至产生裂纹。　是磁粉就向磁场强度高的部位聚集。未充磁　从装粉状态的角度来考虑．可以把上模　时磁粉装填在模腔中是自然平坦状态，合模　改为浮动内上模结构口】。如图３所示，利用一　充磁后磁粉就多聚集在模腔中部及边缘，Ａ　个凸形的浮动内上模，台模压型时浮动内上　处最少。同时又由于下模端面是下凹的，这　模凸出的部分将模腔中的磁粉向两边推移，　样就更加使得中间部位的磁粉比两边多。如　当压型到最终位置时，浮动内上模退回到外　果压型时不考虑磁粉的横向位移，压型的结　上模内，使组合上模的端面成为一个圆滑的　果显然是磁瓦毛坯中间密度较大，向两边逐　弧面。其结果相当于利用浮动内上模将模腔　渐减小。由图】可知ＡＢ太于ＣＤ，且ＡＢ处　中间部分的磁粉推向边缘，使整个模腔的磁　的成型磁场强度最低。合模充磁后Ａ处的　粉装填与毛坯最终形状相比较为均匀，但采　磁粉也最少．因此Ａ点附近的毛坯密度最　用浮动内上模并不能从根本上解决Ａ点附　近的裂纹问题。此外，如果磁瓦采用湿压磁　音凄充硝　场成型，则整个上模吸水问题不易懈决。　３．２将上下横交换位置压型　瓦形模腔磁场强度的非均匀性及磁粉　在瓦形模腔中装填的非均匀性是磁瓦毛坯　密度分布不均匀的主要原因。经过研究发　现，利用这两种非均匀性可使磁瓦毛坯密度　分布比较均匀，即将上下模交换位置压型。　如图４所示，上下模交换位置后，下模就变成　图２正常装粉合模充磁示意图　个凸面，磁粉在模腔中自然装填时，中问　、　维普资讯 http://www.cqvip.com

·４６·　Ｊ　Ｍａｇｎ　Ｍａｔｅｒ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｖｏｉ　３　２　Ｎｏ　５　图５下顶式压制示意图　图４　上下模交换位置压制示意图　圈６双向压制示意图　部分磁粉较少，边缘部分磁粉较多　台模充　方式虽然能使毛坯的密度均匀　但影响了以　磁时，由于磁粉受到充磁磁场的作用，趋于　向中间Ｅ处及边缘ｃ处移动。这样除ＡＣ　段外，磁粉在模腔中的装填厚度与毛坯最终　厚度相比较均匀，因此毛坯的密度分布就比　磁瓦内弧作为工作面的电机定子的性能。可　采用下顶式压制和双向压制来解决这一闯　题。　下顶式压制如图５所示，合模充磁后的　压制过程中上模不动，下模向上顶出，即磁　瓦的内弧工作面作为压制过程中的运动面，　可以理解为倒过来的单向压制，因而有利于　提高磁瓦工作面的性能。下顶式压制要求压　机具备下缸加压功能。　双向压制如图６所示，压制过程中上下　较均匀。但磁瓦毛坯Ａ点附近密度偏低的　问题仍未解决。　＋　在上下模交换位置的压制过程中，上模　向下移动，下模不动，这种压型方式属于单　向压制。采用这种方式压制，磁瓦的内弧处　在压制过程中磁粉位移相对较小的下模部　位，外弧处在压制过程中磁粉位移较大的上　模均对磁粉加压，磁瓦的内弧和外孤均为运　动面　显然采用双向压制能够使磁瓦毛坯密　模部位　这样就造成磁瓦毛坯的内弧一侧比　外孤一侧密度低０３　由于材料的剩磁与密度　成正比　Ｊ，一般情况下，磁瓦由于电机定子　度更均匀　双向压制要求压机具备上下缸同　时加压功能，而且对模具的结构要求也非常　高。　其工作面为磁瓦的内弧，用这种方式压制的　磁瓦，内弧一侧的密度低，这样就降低了磁　瓦工作面的性能　３．３采用下顶式压制和双向压制　采用下顶式压制和双向压制能够改善　磁瓦毛坯密度的均匀性．而且不影响磁瓦工　作面的性能。但磁瓦模腔内的磁场强度的非　前文讲到采用上下模交换位置的压制　均匀性仍然存在，特别是在磁瓦边缘部位，　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００１年１０月　磁性材料厦嚣件　·４７·　磁瓦毛坯密度的均匀性仍有待进一步解决。　此外，这两种压制方式对压机功能有特殊要　台横克磁　压制　求，特别是双向压制对横具设计要求很高。　３．４在上模端面加不导磁材料改变瓦形模　腔磁场强度分布　在铁氧体永磁材料压型工艺中．横具的　上横和下横通常采用导磁率较高的材料（如　４５号钢等）。如果在上横端面加一层不导磁　材料或导磁率低的材料，如图７所示。不导磁　材料的厚度与对应部位的磁场强度成正比，　即磁场强度高的部位所加不导磁材料厚一　些，磁场强度低的部分所加不导磁材料薄一　些，在Ａ处所加不导磁材料最薄。这样用在　上横加不导磁材料的方法，来改善瓦形横腔　磁场强度分布的不均匀性　上横端面加不导　磁材料后，相当于将上横端面由ＣＡＥ曲面　上移到Ｃ　ＡＩＥ　曲面。并且要求Ｃ　Ｄ，Ｅ　Ｆ，均　大于Ａ　Ｂ　于是合横充磁后，Ａ　Ｂ处的磁场　强度最大，磁粉就多聚集于此处，而中部　Ｆ和最边缘ｃ　Ｄ磁场强度较低．磁粉聚集也　就相对少一些。这样可以看出合横充磁后磁　粉的装填厚度与磁瓦毛坯的最终厚度成正　比，压制成型的磁瓦毛坯密度就比较均匀，　同时也解决磁瓦毛坯烧结裂纹问题。上横端　面加不导磁材料的办法在生产中的应用表　明，磁瓦毛坯密度的均匀性明显提高，烧结　收缩变形减小．毛坯烧结后裂纹减少。磁瓦　毛坯压型成品率从不加导磁材料前的约　８０　提高到现在的９５　以上，收到了很好的　效果。　３．５不导磁材料在上模边缘填加的实例　对比　通过以上的分析可知．正常压型情况　下，瓦形毛坯的磁场成型存在磁粉装填的非　均匀性和磁场强度的非均匀性。本文提出了　几种改善磁粉装填的非均匀性和磁场强度　非均匀性的方法，特别是通过在上横端面加　不导磁材料，既不影响磁瓦工作面的性能，　１．原上模材料；２．不导盛材料；３盛粉；　４阴模；５砒瓦毛坯；６下模　图７上模端面加不导磁材料压制示意图　２　１．原上模材料；２．不导磁材料　图８上模边缘加不导磁材料示意图　又能改善磁瓦毛坯的密度分布　本文指出在　上横加不导磁材料其厚度应与磁场强度成　正比　国内某磁瓦生产厂没有按照此方法在　上模加不导磁材料，只是将两个边缘处加不　导磁材料，而中间部位未加，如图８所示。前　文理论分析瓦形横腔中间磁场强度大，向两　边逐渐减小，如果按照图８方法加不导磁材　料，结果造成合横充磁后．瓦形横腔中部磁　场强度更大，两边磁场强度更低。这样就造　成使本身横腔中部形成磁粉较多的部位．由　于中部更高磁场强度的作用，使磁粉进一步　向中间聚集。压型的结果为磁瓦毛坯中部密　度异常高，两边缘部位磁粉呈现疏松状态、　毛坯几乎无法成型、就更谈不上解决毛坯密　度均匀性问题　在该厂进行的现场实验中还　进行了同性压制、即成型时不加成型磁场，　维普资讯 http://www.cqvip.com

４８·　Ｊ　Ｍａｇｎ　Ｍａｔｅｒ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｖｏｌ　３２　Ｎｏ　５　这样就排除了瓦形模腔磁场强度严重不均　（２）采用浮动内上模结构、上下模交换　位置压制、下顶式压制、双向压制以及在上　模加不导磁材料等纠正措施，能够改善磁瓦　匀造成的磁粉向中间聚集的因素，结果表明　同性毛坯的密度分布比较均匀。　这个实例进一步表明瓦形模腔磁场强　度分布不均匀是造成磁瓦毛坯密度分布不　均匀的重要原因。在纠正措施中应考虑如何　减小两种非均匀性，即瓦形毛坯在磁场成型　中存在磁粉装填的非均匀性和磁场强度的　非均匀性。特别是采用在上模加不导磁材料　毛坯密度分布的不均匀。　参考文献：　［１　秦曾煌．电工学上册［Ｍ］北京：高等教育出版社．　１９８１．２６５．　［２］挑德超．粉末冶金模具设计ＥＭ］北京：冶盘工业出　版社．１９８２　７２．　［３］黄培云．糟柬砖盘原理（Ｍ　．北京：冶盘【业出舨　杜，Ｉ９８２．１９８．　的方法时，不导磁材料的厚度应与瓦形模腔　相应部位的磁场强度成正比　［４］Ｓｔａｂｌｅｉｎ　Ｈ（林毅编译）．硬磁铁氧休和塑料铁氧体　［Ｍ：北京：科学昔及出版杜．１９８６．８０　４结论　（１）由于瓦形毛坯的特点．使得瓦形毛　坯在磁场成型中存在模腔磁场强度分布的　作者简介：祁宝忠．】９９０－￣［－阜业于中南工业大学　耔柬冶金寺业。毕业王夸在北京矿墙研究总院从事　铁氧体永磁材料的科研、生产、营销等研究和管理　工作。　非均匀性和磁粉在模腔中装填的非均匀性，　并由此导致毛坯密度分布不均匀。　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｏｒｉｅｎｔｉｎｇ　Ｆｉｅｌｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｒｃ　Ｆｅｒｒｉｔｅ　Ｍａｇｎｅｔｓ　ａｎｄ　Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ＱＩ　Ｂａｏ—ｚｈｏｎｇ　Ｂ　／ｊｉａｇ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　０，Ｍｉｎｉｎｇ＆Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００５４，Ｃｈｉｎａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　０ｆ　ｏｒｉｅｎｔｉｎｇ　ｆｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｐｏｗｄｅｒ　ｔｉｌｌｉｎｇ　ｉｎ　ａｒｃ　ｆｅ　ｒ—　ｒｉｔｅ　ｍａｇｎｅｔｓ，ｔｈｅ　ｒｅ￣ｏｎ　ｉｓ　ａａａｌｙｓｉｚｅｄ　ｆｏｒ　ｃｒａｃｋｓ　ａｎｄ　ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｄｉｓｔ　ｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｓ．Ｉｔ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｕｓｅ　ｆｌｏａｔｉａｇ　ｉｎＲｅｒ　ｕｐｐｅｒ　ｐｕｎｃｈ，ｃｈａｎｇｅ　ｐｒｅｓｓｉｎｇ　ｍｏｄｅ．ａｎｄ　ｍｏｕｎｔ　ｎｏｖ］一ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｐｕｎｃｈ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｄｅａｓｉｔｙ　ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ　Ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｐｒｏｖｅ　ｔｏ　ｂｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｉａ　ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｒａｃｋｓ　ｉｎ　ａｒｃ　ｍａｇｎｅｔｓＫｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｒｃ　ｍａｇｎｅｔ；ｏｒｉｅｎｔｉａｇ　ｆｉｅｌｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｃｒａｃｋｓ　重要启事　我单位电话号码已改为直插，具体号码为：　磁协秘书处：０８１６－－２８６８１３９情报网：２８６８１　３８　２８６９０８５（传真）　编辑部：Ｚ８６８１　３３　２８６８１３８　２８６９０８５标委会秘书处：２８６８０［０　九所传真：２８６８００９