CN103846435B - 一种复合模具 - Google Patents

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一种复合模具，其包括模体和上下压头，其特征在于：所述模体是一体式结构，模体和上下压头的内、外侧由不同材料构成，特别地，所述模体和上下压头的外侧为导磁材料，内侧为石墨材料。由于采用高强度石墨，不仅使得模具的寿命显著提高，还可以提高永磁材料毛坯产品的成型合格率，改善毛坯产品的表面精度和光洁度要求，降低了压制成本。

Description

一种复合模具
技术领域
本发明涉及一种复合模具，特别是一种用于永磁材料压制成型工序中使用的复合模具。
背景技术
在采用粉末冶金工艺生产永磁材料的生产过程中，一般包括制粉-压型-烧结等工序，为获得产品的永久磁性，需要将微粉放在模具中通过磁场取向压制成型得到压坯产品，在此过程中成型模具对于压坯产品的成型质量以及最终磁体的磁性能有着重要影响。
目前普遍采用垂直磁场取向成型压机，即磁场取向方向和压制方向垂直，电磁铁固定在压机操作平台上，两组线圈左右对称分布，压头处于上下位置，模具安装于模架上并与左右电磁铁极头紧密接触。一套模具通常由上、下压头，导磁板以及侧板等所组成。
在压制成型工序过程中，磁性粉末在强磁场的作用下沿易磁化方向取向，因此要求成型模具在取向方向上采用导磁材料，而在其它方向上会采用无磁材料。在使用传统的无磁钢（如1Cr18Ni9Ti、70Mn、9Mn9等）制作磁性粉末的成型模具时，其性能较差，硬度HRC只有34～47，使用寿命短，并且使用一段时间后模壁严重拉毛，模腔变形粘粉，严重影响了毛坯的尺寸精度和表面质量，从而加大了后续毛坯产品的磨削量、极大的提高了成本。
CN20102051339.6的专利申请给出了提高圆柱成型模具均匀取向场的方法，通过嵌入热处理后的导磁条（HRC值为55）来提高硬度和模腔的耐磨性，部分的改进了模具工作区域的硬度和耐磨性，然而该专利没有从本质上解决模腔变形、使用寿命明显减短、压坯精度显著下降等一系列涉及到模具的根本性问题。CN201010207390.1专利申请给出了一种钕铁硼材料的成型装置，将装有NdFeB粉末的橡胶模置于金属模具内再进行取向压制，这种方法对取向磁场（即电磁铁设备）以及粉末的充填密度提出了很高的要求，生产效率比较低下；并且橡胶模具的使用寿命较短，同时这种方法也不利于控制毛坯的尺寸精度和表面质量。
发明内容
本发明的目的是提供了一种复合模具，其采用高强度石墨，不仅使得模具的寿命显著提高，还可以提高永磁材料毛坯产品的成型合格率，改善毛坯产品的表面精度和光洁度要求，降低了压制成本。
一种复合模具，其包括模体和上下压头，其特征在于：所述模体是一体式结构，模体和上下压头的内、外侧由不同材料构成。
优选地，所述模体和上下压头的外侧为导磁材料，内侧为石墨材料。
优选地，所述模体和上下压头内侧石墨材料层的厚度范围为5～30mm。
优选地，所述石墨材料层与粉料接触面的摩擦系数范围为0.04～0.1。
优选地，所述石墨材料层与粉料接触面的光洁度范围为＞0.4。
优选地，所述石墨材料层的热膨胀系数范围为(0.5～3)x10-6K-1。
优选地，所述石墨材料层的莫氏强度值范围为1～3。
优选地，所述模体模腔内壁的摩擦系数范围为0.04～0.1。
优选地，所述模体模腔内壁的光洁度值范围为＞0.4。
优选地,所述模体模腔内壁的热膨胀系数范围为(0.5～3)x10-6K-1，莫氏强度值范围为1～3。
本发明的模具设计将高强度石墨材料与导磁材料相结合，由于石墨的热膨胀系数小，并且石墨的强度随着温度的升高而加强，因此模具在压制过程中变形非常小，模具的寿命得以显著增加；同时压坯产品的尺寸精度得到了有效保证，节省了压制同样压坯的粉料用料。由于石墨具有良好的自润滑性，使得在压制过程中粉料与模腔内壁、压头之间的摩擦力减小，有效地保证了压坯产品的光洁度要求，改善了毛坯的表面质量，所压制的压坯产品烧结后双面磨削的量减少了30%左右。采用石墨复合模具还能够调整粉末在模腔中的磁路状态，提高了模具中磁场的均匀性，改善了磁体的磁偏角，进而使毛坯产品的磁性能均匀性提高了10%左右。同时本发明的这种高强度石墨复合模具采用的是一体式模体，保证了模具的装配精度以及压制过程中的精度，能够显著的提高压坯产品的成型率，防止开裂分层等现象的出现。
附图说明
图1A是本发明模具的模体结构示意图；
图1B是本发明模具的压头结构示意图；
图2A是本发明可压制块形产品模具的模体俯视示意图；
图2B是本发明可压制形产品模具的模体D-D剖面结构示意图；
图2C是本发明可压制块形产品模具的压头结构示意图；
图3A是本发明可压制圆柱形产品模具的模体俯视示意图；
图3B是本发明可压制圆柱形产品模具的模体D-D剖面结构示意图；
图3C是本发明可压制圆柱形产品模具的压头结构示意图；
图4A是本发明可压制梯形产品模具的模体俯视示意图；
图4B是本发明可压制梯形产品模具的模体D-D剖面结构示意图；
图4C是本发明可压制梯形产品模具的压头结构示意图。
具体实施方式
本发明的复合模具由模体和上、下模头组成，其中模体与以往可拆分式的结构不同，是一体式的，不能拆卸拼装，这种结构使模具的装配更容易，而且更容易保证毛坯的压制精度，如图1A所示。模体的内侧是指形成模腔并与压制粉料接触的那一侧，相对应的那侧为外侧。一体式模体由外侧的导磁材料和内侧的石墨材料构成，同时模体是贯穿式的，在毛坯压制过程中上、下压头均需进入模腔。上、下压头的结构如图1B所示，其与压制粉料接触的那一侧为内侧，相对应的那侧为外侧。上、下压头同样由导磁材料和石墨材料构成，其内侧为石墨材料。
本发明所采用的石墨材料层的厚度范围为5～30mm，摩擦系数范围为0.04～0.1，热膨胀系数范围为(0.5～3)*10-6K-1，莫氏强度值范围是1～3，光洁度值范围为＞0.4。因此石墨材料层所形成的模腔内壁和压头的石墨材料层表面都具有上述相同的性能参数。
本发明的复合模具可以根据需要生产需要进行调整，压制各种形状和尺寸的产品，如块形产品、圆柱形产品、梯形产品、以及其他形状产品等等。
下面结合具体实施例对本发明的复合模具的具体结构进行说明。
以下实施例和对比例中所用的磁粉原料成分、粉末尺寸大小、压制工艺等完全一致，只是在成型过程中所用的模具不同。
实施例1：
图2A、2B、2C是压制块形产品的模具的结构示意图，如图所示1为模腔，2为石墨材料层，3为导磁材料层。模体由外侧的导磁材料层与内侧5mm厚的石墨材料层构成，上、下压头也由导磁材料和石墨材料构成，其与压制粉料接触的石墨材料层厚度也为5mm。石墨材料层的摩擦系数范围为0.04～0.1，热膨胀系数范围为(0.5～3)*10-6K-1，莫氏强度值范围是1～3，光洁度值范围为＞0.4。将NdFeB微粉倒入模具的模腔中，然后进行合模取向，随后上、下块形产品压头进入模腔中进行双向压制，然后退磁，上压头回程，下压头顶出压坯脱模。将压坯进行烧结时效后得到烧结毛坯（该毛坯经磨加工后六面见光尺寸设定值为56x40x30mm）。测量烧结毛坯的尺寸以及磁性能，数据见表1。其中Br均匀性是指：随机抽取30块毛坯样品测量其Br值，所测量到的Br的最大值和最小值的范围。
对比例1：
将NdFeB微粉倒入形状尺寸与实施例1相同的传统模具的模腔中，然后进行合模取向，随后上、下块形产品压头进入模腔中进行双向压制，然后退磁，上压头回程，下压头顶出压坯脱模。将压坯进行烧结时效后得到烧结毛坯（该毛坯经磨加工后六面见光尺寸设定值为56x40x30mm）。测量烧结毛坯的尺寸以及磁性能，数据见表1。
表1
实施例2：
图3A、3B、3C是压制圆柱形产品的模具的结构示意图，如图所示1为模腔，2为石墨材料层，3为导磁材料层。模体由外侧的导磁材料层与内侧10mm厚的石墨材料层构成，上、下压头也由导磁材料和石墨材料构成，其与压制粉料接触的石墨材料层厚度也为10mm。石墨材料层的摩擦系数范围为0.04～0.1，热膨胀系数范围为(0.5～3)*10-6K-1，莫氏强度值范围是1～3，光洁度值范围为＞0.4。将NdFeB微粉倒入模具的模腔中，然后进行合模取向，随后上、下块形产品压头进入模腔中进行双向压制，然后退磁，上压头回程，下压头顶出压坯脱模。将压坯进行烧结时效后得到烧结毛坯（该毛坯经磨加工后见光尺寸设定值为D18x32mm）。测量烧结毛坯的尺寸以及磁性能，数据见表2。
对比例2：
将NdFeB微粉倒入形状尺寸与实施例2相同的模具的模腔中，然后进行合模取向，随后上、下块形产品压头进入模腔中进行双向压制，然后退磁，上压头回程，下压头顶出压坯脱模。将压坯进行烧结时效后得到烧结毛坯（该毛坯经磨加工后见光尺寸设定值为D18x32mm）。测量烧结毛坯的尺寸以及磁性能，数据见表2。
表2
实施例3：
图4A、4B、4C是压制梯形产品的模具的结构示意图，如图所示1为模腔，2为石墨材料层，3为导磁材料层。模体由外侧的导磁材料层与内侧30mm厚的石墨材料层构成，上、下压头也由导磁材料和石墨材料构成，其与压制粉料接触的石墨材料层厚度也为30mm。石墨材料层的摩擦系数范围为0.04～0.1，热膨胀系数范围为(0.5～3)*10-6K-1，莫氏强度值范围是1～3，光洁度值范围为＞0.4。将NdFeB微粉倒入模具的模腔中，然后进行合模取向，随后上、下块形产品压头进入模腔中进行双向压制，然后退磁，上压头回程，下压头顶出压坯脱模。将压坯进行烧结时效后得到烧结毛坯（该毛坯经磨加工后见光尺寸设定值为70x44x32x18mm，44mm为梯形产品的上底长，70mm为梯形产品的下底长，32mm为梯形产品的弦长，18mm为梯形产品的厚度）。测量烧结毛坯的尺寸以及磁性能，数据见表3。
对比例3：
将NdFeB微粉倒入形状尺寸与实施例2相同的模具的模腔中，然后进行合模取向，随后上、下块形产品压头进入模腔中进行双向压制，然后退磁，上压头回程，下压头顶出压坯脱模。将压坯进行烧结时效后得到烧结毛坯（该毛坯经磨加工后见光尺寸设定值为70x44x32x18mm）。测量烧结毛坯的尺寸以及磁性能，数据见表3。
表3
上面仅是本发明的几个有限的具体实施例，本发明的复合模具还可适用于其他各种形状的产品。

Claims (4)

1.一种复合模具，其包括模体和上下压头，其特征在于：所述模体是一体式结构，模体和上下压头的内、外侧由不同材料构成，所述模体和上下压头的外侧为导磁材料，内侧为石墨材料，
所述模体和上下压头内侧石墨材料层的厚度范围为5～30mm，
所述石墨材料层与粉料接触面的摩擦系数范围为0.04～0.1，
所述石墨材料层与粉料接触面的光洁度范围为＞0.4，
所述石墨材料层的热膨胀系数范围为(0.5～3)×10-6K-1，
所述石墨材料层的莫氏强度值范围为1～3。
2.一种如权利要求1所述的复合模具，其特征在于：所述模体模腔内壁的摩擦系数范围为0.04～0.1。
3.一种如权利要求1所述的复合模具，其特征在于：所述模体模腔内壁的光洁度值范围为＞0.4。
4.一种如权利要求1所述的复合模具，其特征在于：所述模体模腔内壁的热膨胀系数范围为(0.5～3)×10-6K-1，莫氏强度值范围为1～3。
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