专利名称：稀土合金粉末加工装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种稀土合金粉末加工装置以及稀土合金粉末加工方法，具体地涉及一种例如将充填到模具(阴模)通孔腔室中的稀土合金粉末加工成一成形体的稀土合金粉末加工装置以及稀土合金粉末加工方法。
参见
图12，一种传统的稀土合金加工装置1包括一用磁性材料制成的、象笼子一样的筐体2。在筐体2中，设有一对用于汇聚朝向腔室3的磁力线的磁极4。用于产生磁场的线圈5围绕各磁极4，并有一模具(阴模)6设置于磁极4之间。模具(阴模)6包括一垂向形成的通孔6a，以及从侧面包围通孔6a的辅助轭6b。来自磁极4的磁力线由辅助轭6b集中到腔室3中以增加腔室3中合金粉末的定向度。在模具6上方设有一将从上方插入通孔6a中的上冲头，而一可相对模具6移动的下冲头7b插在通孔6a中。由通孔6a和下冲头7b所形成的腔室3中装有来自一给粉箱8的稀土合金粉末，并且腔室3中的稀土合金粉末由施加到线圈5上的电流所产生的磁场定向。
然而，在用稀土合金粉末加工装置1制造稀土磁铁时，如果粉末是用急冷法制成的，由于粉末的粒度分布集中在一个较窄的范围内，而会降低成形体的强度。如果粉末中添加有改善压缩性和定向度的润滑剂，那么成形体强度也会降低。因此，所获得的成形体软且脆，最低密度例如为3.9克/厘米3-4.6克/厘米3。所以，当从模具6中取出成形体时，如果在较长的距离上与通孔6a壁面发生刮擦，成形体就会崩溃。为了避免这种情况发生，都在离模具6上表面较浅处加工合金粉末。
另外，在腔室3附近设置辅助轭6b以增加加工时的定向度。然而，一般来说，由于给粉箱8要在模具6上表面上滑动，所以辅助轭6b被做成为不突出于模具6的上表面。所以，如图13所示，磁力线A会由于腔室3上方磁力线的泄漏而在腔室3中变得上、下不对称。另外，定向的磁场在腔室3上部变得比其它部分弱，而使磁力线密度降低。因而，腔室3中的合金粉末被更多地带到其它部分，从而在加工操作之后，在腔室3上部的未烧结成形体密度变低。当烧结成形体时，烧结体9通常变得象图14所示的弯曲，这是由于烧结时不均匀收缩造成的。在定向方向细长的一种制品中这一问题尤其严重，因为在烧结之后收缩差异更明显，而造成不能允许的弯曲，所以会降低产量。
所以，本发明的一个基本目的在于提供能够减轻所获得的烧结体中弯曲的一种稀土合金粉末加工装置和一种稀土合金粉末加工方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种通过对充填在模具通孔的腔室内的稀土合金粉末进行压缩而制造一成形体的稀土合金粉末加工装置，包括用于压缩充填在所述腔室中的稀土合金粉末的第一冲头和第二冲头；以及在定向时靠近模具且位于成形体取出的那一侧上的一修正轭，该修正轭用于将腔室内的磁场修正为在垂直于一定向磁场方向的方向上近似对称。
根据本发明另一个方面，提供了一种通过对充填在模具通孔的腔室内的稀土合金粉末进行压缩而制造一成形体的稀土合金粉末加工方法，所述方法包括第一步骤向腔室中充填稀土合金粉末；以及第二步骤用一靠近所述模具且位于成形体取出的那一侧上的修正轭使稀土合金粉末定向。
根据本发明再一个方面，提供一种通过烧结由上述方法制造出的成形体所获得的稀土合金磁铁。
根据本发明，在定向时，修正轭置于模具附近成形体取出的那侧上。所以，当腔室中充填稀土合金粉末并且施加定向磁场时，腔室中的定向磁场强度分布在垂直于施加定向磁场方向的方向上变得大致对称。因此，成形体的未烧结密度分布在垂直于施加定向磁场方向的方向上变得大致对称，而可以减轻烧结体的弯曲。所以，可提高产品的产量。
较佳地，当成形体是从模具上方取出时，修正轭设置在模具上侧，而当成形体从模具下方取出时，修正轭设在模具下侧。
另外，较佳的是，模具包括一辅助轭。修正轭和辅助轭分别具有内侧表面，修正轭和辅助轭设置为在定向时其内侧表面分别与垂直于定向磁场方向的一个平面齐平。此时，由于修正轭和辅助轭的内侧表面在定向时是分别齐平的，所以易于使磁场对称。
另外，较佳地，只在定向时，修正轭才置于模具附近。所以，修正轭不干扰给粉箱和清洁器的运动。
较佳地，备有多个修正轭，并且该装置还包括一用于将多个修正轭相互连接在一起的连接件。此时，由于修正轭可由连接件互相固定在一起，所以即使产生强磁场，修正轭也可以牢固地保持在位。
另外，较佳地，修正轭在定向时被推向模具。所以，修正轭可以可靠地配合到模具表面上，而更能使腔室中的磁场对称。
较佳地，修正轭和设有修正轭那侧上的第一和第二冲头之一由相同的支撑件支撑。此时，例如，两个部件可由一个装置来垂直移动，从而简化结构。
较佳地，修正轭和模具相互形成一体。此时，可简化装置的结构。
以下参照附图，对本发明的实施例进行描述，以便对本发明的上述目的、其它目的、特点、内容和优点有进一步的了解。
图1是本发明一个实施例的正视剖面示意图；图2是包括模具上表面的一个部分的立体图；图3A是一主要部分的立体图，示出了安装有一上冲头的上缸体底面；图3B是一主要部分的立体图，示出了底面上还安装有一修正轭；图4A-4C是图1所示实施例主要部分的示意图；图5A-5G是图1所示实施例操作流程的示意图；图6是图1所示实施例在定向过程中腔室内的状态的原理图；图7是表示修正轭的变化形式的立体图；图8是本发明另一实施例的正视剖面示意图；图9是图8所示实施例的主要部分的立体图；图10是本发明再一实施例的正视剖面示意图；图11A-11I是图10所示实施例操作流程的示意图；图12是现有技术的正视剖面图；图13是表示现有技术腔室内状态的原理图；以及图14是由现有技术所获得的一烧结体的示意图。
以下参照附图对本发明实施例进行描述。
现参见图1，作为本发明一个实施例的稀土合金粉末加工装置10包括一由磁性材料制成的、象笼子一样的筐体12。在筐体12内侧表面上，形成有一对相互面对的磁极14a和14b。线圈16a、16b分别围绕磁极14a、14b。将电流通入线圈16a、16b上，形成在筐体12中经过的磁力线，并且由磁极14a、14b使磁力线向腔室24汇聚(随后描述)。磁极14a、14b例如都是用铁钴磁性合金制成的。
在磁极14a和14b之间设有一模具18。如图2所示，模具18包括由非磁性材料或低磁饱和性磁性材料制成、并位于磁极14a和14b之间的模具本体20。模具18较佳地由诸如具有极高强度的碳化钨硬合金制成。模具本体20在垂向形成有多个通孔22(根据本实施例为五个)。腔室24由模具本体20和下冲头30(后述)形成在通孔22中。模具本体20由设置在磁极14a、14b之间的辅助轭26a、26b从侧面包围。辅助轭26a、26b将来自磁极14a、14b的磁力线集中在腔室24中，从而增强在腔室24形成的成形体定向度。辅助轭26a、26b都是由高饱和度磁化性的磁性材料制成，如碳钢或铁钴磁性合金。
另外，在垂直于定向方向的方向上，设有从侧面包围模具主体20和辅助轭26a、26b的板状部件28a、28b。在此应当注意，模具本体20、辅助轭26a、26b和板状部件28a、28b各自具有在同一平面中的上表面以供一给粉箱36(后述)平滑地运动用。
再参见图1，在筐体12中，下冲头30从下方插入模具18的通孔22。下冲头30安装到下缸体32的上表面上。所以，下冲头30藉由下缸体32作垂向运动。另外，装有由稀土合金制成的合金粉末34的给粉箱36设置在模具18上。如图2所示，给粉箱36安装有一驱动杆38。该驱动杆38连接到一图中未示的电动机或缸体等装置上。；所以，给粉箱36藉由电动机或缸体等装置可在模具18上水平滑动。给粉箱36中的合金粉末34接触模具18上表面。当给粉箱36来到腔室24上方时，给粉箱36中的合金粉末落入腔室24中而供料。
本文所用的合金粉末34由以下方法，获得例如具体地，如采用美国专利5,383,978所揭示的、急冷法脱模铸造工艺制成的合金锭。
更具体地，用一种现有的方法制造合金，该合金的成份包括30％Nd、1.0％B、1.2％Dy、0.2％Al、0.9％Co(重量百分比)、其余为Fe素和不可避免的不纯物，将该合金以高频熔化工艺熔化成熔融物。该熔融物保持在1,350℃，然后在辊轴上急冷。在此的冷却条件包括辊圆周速度约1米/秒、冷却速度500℃/秒以及欠冷度为200℃。上述急冷工艺产生出厚度约0.3毫米的薄片状合金体。在此应当注意，急冷法中的冷却速度可以是102℃/秒-104℃/秒，合金成份可以如美国专利4,770,723和4,792,368中所揭示的那样。
所获得的合金薄片经过一氢气吸留收法进行粗粉碎，然而在氮素环境中用一喷射研磨机细磨成合金粉末34，该合金粉末的平均粒度为3.5微米(平均值径)。
如上所述的合金粉末34中添加润滑剂以改善定向度和压缩性。在此情况下，采用脂肪酸酯作为润滑剂，采用石油系溶剂作为溶剂。由石油系溶剂稀释的脂肪酸酯中加入重量百分比0.3％的合金粉末(润滑剂基质)，并且混合，使合金粉末34的颗粒表面覆有润滑剂。
另外，在筐体12内部，设有从上方插入模具本体20通孔22中的上冲头40。上冲头40例如用螺栓安装到上缸体42的底面上。所以，上冲头40藉由上缸体42作可垂向往复运动。上冲头40和下冲头30都是由具有极高强度的碳化钨非磁性硬质合金制成。
如图3A所示，上冲头40包括多个冲头本体44以与各个通孔22配合(根据本实施例为5个)。所以，藉由稀土合金粉末加工装置10在一次加工过程中可加工多个成形体。
另外，如图3B，上缸体42底面设有垂向往复运动并侧面包围上冲头40的修正轭46a、46b。
从图4A也可以理解，上缸体42底面形成有方形支撑件48a、48b。各支撑件48a、48b具有两个各自形成有一通孔50的端部。通孔50中插入一滑动导向件52。滑动导上52包括一圆柱形的导向件本体54，以及形成在圆柱形导向件主体54上端且大于通孔50的导向头56。导向头56可防止滑动导向件52向下运动。
上缸体42的底面具有用于容纳各导向头56的凹槽(未图示)。装有滑动导向件52的支撑件48a、48b安装到上缸体42底面上。修正轭46a、46b固定到滑动导向件52的末端。如图4B所示，在定向时，固定到导向件本体54上的压缩螺旋弹簧58将修正轭46a、46b向下推，例如分别朝向辅助轭26a、26b。此时，修正轭46a的内侧表面47a和辅助轭26a的内侧表面27a变为相互齐平，而修正轭46b的内侧表面47b和辅助轭26b的内侧表面27b变为相互齐平。如图4C所示，在加工时，上冲头40下降、同时下冲头30上升，从而在垂向压缩腔室24中的合金粉末34。另外，如图3B所示修正轭46a、46b藉由圆柱形连接件60相互连接。因而，修正轭46a、46b在0.8MA/m的强磁场中相互牢固地固定在一起。
在此应当注意，除了修正轭46a、46b，在图3A和3B中所示的部件都是由诸如SUS304的非磁性材料制成的，以便不影响磁场定向。修正轭46a、46b由诸如碳钢或铁钴磁性合金的强磁性材料制成。当用与辅助轭26a、26b相同的材料制成时，更便于使磁场强度在垂向均匀。
现在，参照图5A-5G对上述的稀土合金粉末加工装置10的操作情况进行描述。
首先，稀土合金粉末加工装置10处于完成先前的一种加工过程的状态下。具体地，如图5A所示，下冲头30上表面与模具18上表面齐平，而上冲头40处于其上次冲程结束处。
然后，如图5B所示，给粉箱36滑到下冲头30上，即在通孔22上方。随后，下冲头30下降以使合金粉末34充填到形成于通孔22上部的腔室24中。当合金粉末34已填入时，撤走给粉箱36，其下表面擦抹合金粉末34。
接着，如图5C所示，上冲头40和修正轭46a、46b下降，腔室24的上开口由上冲头40封盖，修正轭46a、46b由压缩的螺旋弹簧58推压而分别抵着模具18的辅助轭26a、26b。随后沿如图5D所示的箭头B1所示方向施加定向磁场。此时，腔室24上施加有一强度为0.8MA/m的强磁场。如图5E所示，上冲头40进一步下降、下冲头30进一步上升，以压缩上冲头40和下冲头30之间腔室24中的合金粉末34。与此同时，形成在上缸体42底面上的支撑件48a、48b下降，使压缩的螺旋弹簧58进一步将修正轭46a、46b分别推压在辅助轭26a、26b上。
当压缩步骤完成时，如图5F中箭头C1所示，施加一具有与定向磁场相反极性的反向磁场，以使成形体脱磁。随后，如图5G所示，上冲头40上升、下冲头30上升，将成形体从模具主体20的通孔22中向上推而取出，从而完成一个压缩工作周期。
根据如上所述的稀土合金粉末压缩装置10，通过将修正轭46a、46b分别置于模具18的辅助轭26a、26b上，当施加定向磁场时，腔室24有效地位于轭之间的中心位置上。所以，如图6所示，形成的区域E1、E2各自具有基本上关于腔室垂向对称的强磁力线密度，而在关于腔室24的垂向对称方向上形成磁力线D。因此，成形体的未烧结密度在成形体厚度方向上变得大致对称，即在垂直于定向磁场方向的方向上，而可以减少烧结时的弯曲和崩裂，从而提高产品的产量。
另外，当定向时，可以使辅助轭26a的内侧表面27a与修正轭46b的内侧表面齐平，辅助轭26b的内侧表面27b和修正轭46b的内侧表面47b齐平。此外，通过利用压缩的螺旋弹簧58将修正轭46a、46b推压在模具18上，修正轭46a、46b可以可靠且紧紧地压在模具18表面上。所以，腔室24中的磁场对称性可以更可靠。
而且，由于修正轭46a、46b仅在定向时设置在模具18上，修正轭46a、46b不会干扰给粉箱36和清洁器(未图示)的运动。
此外，由于修正轭46a、46b可由连接件60而相互固定，修正轭46a、46b固定地保持在位，而不会被诸如强度为0.8MA/m的定向磁场移动。所以，可形成所需的定向磁场。
再者，上冲头40和辅助轭46a、46b可用一同样的支撑件、即上缸体42支撑。因而，可简化稀土合金加工装置10的结构。
另外，根据稀土合金粉末加工装置10，由于合金粉末34是藉由给粉箱36的擦抹运动而输送的，所以可缩短加工周期。然后，将所制成的成形体置于一烧结板上并与烧结板一起放入一烧结包中、在氩气环境中以1000℃-1200℃烧结一小时而制成一稀土磁铁。
现在，对实验结果进行描述，其中制成多个烧结体，其各自的方形横截面宽12.5毫米、长52毫米。通过对二十五个烧结体的变形量作平均计算，可获得评估实验结果的变形量。该变形量由图14中的H-h表示。实验结果表明，当采用稀土合金粉末加工装置1时，变形量为0.312毫米。另一方面，当采用稀土合金粉末加工装置10时，变形改善到0.111毫米。以上为例，由于可减少烧结体的变形，所以可降低加工所采取的极限值，而可以减少原料成本。此外，还可以减少加工步骤，从而可以减少由于加工不良所产生的废品率。
修正轭还可以形成为图7所示的形式。
具体地，图7所示的修正轭62a、62b都设置在模具18上表面上。修正轭62a、62b的各端部由连接件64a、64b相互连接，并且连接件64b连接到一驱动杆66上。驱动杆66连接到一图中未示的电动机或一缸体等装置上。所以，修正轭62a、62b可藉由电动机或缸体等在模具18上表面上滑动，并且在定向时，修正轭62a、62b移动到由点划线所示的腔室24附近。
也可以采用图8所示的稀土合金粉末加工装置10a。如图9所示，稀土合金粉末加工装置10a包括一具有轭70a、70b的模具68，这些轭各自是整体形式的辅助轭和修正轭。另外，给粉箱72具有略小于轭70a、70b之间空间的宽度，这样给粉箱72可从轭70a、70b之间经过而移到模具主体20上。其它结构与稀土合金粉末加工装置10中的相同，故在此不重复描述。
根据稀土合金粉末加工装置10a，可以获得与稀土合金粉末加工装置10类似的效果。另外，由于采用了整体式轭70a、70b，而无须移动修正轭，故可简化稀土合金粉末加工装置10a的结构和操作。此外，由于给粉箱36在模具68上无干扰地滑动，所以向腔室24提供粉末不存在问题。
另外，也可采用图10所示的稀土合金粉末加工装置10b。
稀土合金粉末加工装置10b构成为可从模具74下方取出成形体。稀土合金粉末加工装置10b的模具74包括轭76a、76b，其各自是整体式的辅助轭和修正轭。轭76a、76b形成进一步向下伸出模具主体20的底面，腔室形成为低于加工装置10的底面。其它结构与稀土合金粉末加工装置10相同，故不重复描述。
现在，参照图11A-11I对稀土合金粉末加工装置10b的操作进行描述。
首先，如图11A所示，模具74的上表面与下冲头30上表面齐平，而上冲头40位于其上冲程结束处。
然后，如图11B所示，给粉箱36滑到下冲头30上，即在通孔22上方。下冲头30下降以使合金粉末34充填到形成在通孔22上部的腔室80中。当完成合金粉末34的充填时，撤走给粉箱36。
接着，下冲头30如图11C所示的进一步下降，上冲头40如图11D下降以封盖腔室80的上开口，如图11E中箭头B2所示地施加定向磁场。然后，如图11F，上冲头40进一步下降、而下冲头30上升，以压缩上冲头40和下冲头30之间腔室80中的合金粉末34。
当完成压缩步骤，如图11G中箭头C2所示，向定向磁场施加一具有相反极性的反向磁场，以使成形体的脱磁。随后，如图11H所示，上冲头40和下冲头30下降，然后如图11I所示，上冲头40上升，取出形成于下冲头30上的成形体，而完成一个压缩操作循环。
根据如上所述的稀土合金粉末加工装置，可获得与稀土合金粉末加工装置10a的类似效果。另外，由于给粉箱36设置在模具74上，而轭76a、76b向下伸出模具74，给粉箱36的尺寸不受轭的限制。另一方面，轭76a、76b的结构与给粉箱36的尺寸或操作等无关。因此，可以简化稀土合金粉末加工装置10b的结构和操作。
应当注意，当腔室形成在靠近模具通孔一端时，上述发明是很有效的。
另外，根据上述实施例，仅对成形体从上或下开口取出的情况进行描述。然而，不用说，本发明并不只限于此，它还可以应用于例如成形体从侧面取出的情况，并且在此情况下，修正轭设置在成形体取出的那侧上。
当定向时，在辅助轭和修正轭之间可有一间隙，但较佳地应当是一小间隙。
另外，根据上述实施例，是对下冲头30垂向移动的情况进行描述的。然而，本发明并不限于此，例如模具也可垂向移动。
虽然以上已对本发明进行了详细描述和图示说明，但是显然，这些描述和附图只是本发明的一个例子，并不能认为是对本发明的限别。本发明的精神实质和内容范围仅应由所附权利要求书的阐述来限定。
权利要求
1.一种通过对充填在模具通孔的腔室内的稀土合金粉末进行压缩而制造一成形体的稀土合金粉末加工装置，包括用于压缩充填在所述腔室中的稀土合金粉末的第一冲头和第二冲头；及在定向时靠近模具且位于成形体取出的那一侧上的一修正轭，该修正轭用于将腔室内的磁场修正为在垂直于一定向磁场方向的方向上近似对称。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模具包括一辅助轭，所述修正轭和辅助轭各自具有内侧表面，修正轭和辅助轭在定向时设置成内侧表面各自与垂直于所述定向磁场方向的一平面齐平。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述修正轭仅在定向时靠近模具。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，具有多个修正轭，所述装置还包括用于使多个修正轭相互连接的连接件。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括将所述修正轭推向所述模具的推压装置。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括用于支撑所述修正轭的支撑件，所述第一和第二轭之一位于设有修正轭的那侧上。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述修正轭和所述模具是相互形成一体的。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模具的通孔是垂向的，成形体从所述模具的上方取出；所述修正轭设置在模具的上侧。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模具的通孔是垂向的，成形体从模具下方取出，所述修正轭设置在模具下侧。
10.一种通过对充填在模具通孔的腔室内的稀土合金粉末进行压缩而制造一成形体的稀土合金粉末加工方法，所述方法包括第一步骤向腔室中充填稀土合金粉末；以及第二步骤用一靠近所述模具且位于成形体取出的那一侧上的修正轭使稀土合金粉末定向。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述模具包括一辅助轭，所述第二步骤包括一分步骤，即设置分别具有内侧表面的修正轭和辅助轭，并且在定向时这些内侧表面分别与垂直于定向磁场方向的一平面齐平。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二步骤包括一分步骤，即修正轭仅在定向时靠近模具。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二步骤包括在定向时将所述修正轭推向模具。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述修正轭和模具相互形成一体。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述模具的通孔是垂向的，所述成形体从模具上方取出，所述修正轭在第二步骤中设置在模具上侧。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述模具通孔是垂向的，成形体从模具下方取出，所述修正轭在第二步骤中设置在模具下侧。
17.一种通过烧结一成形体所获得的稀土磁铁，所述成形体是采用稀土合金粉末加工方法对一模具通孔的腔室中充填的稀土合金粉末进行压缩而形成的，所述方法包括向腔室中充填稀土合金粉末的第一步骤；以及用一靠近模具并且位于成形体取出的那一侧上的修正轭使稀土合金粉末定向的第二步骤。
18.一种通过烧结一成形体所获得的稀土磁铁，所述成形体是采用稀土合金粉末加工方法对包括一辅助轭的一模具通孔的腔室中充填的稀土合金粉末进行压缩而形成的，所述方法包括向腔室中充填稀土合金粉末的第一步骤；以及用一靠近模具并且位于成形体取出的那一侧上的修正轭使稀土合金粉末定向的第二步骤；所述第二步骤还包括一分步骤，即设置分别具有内侧表面的修正轭和辅助轭，并且在定向时这些内侧表面分别与垂直于定向磁场方向的一个平面齐平。
全文摘要
一种通过对充填在模具通孔的腔室内的稀土合金粉末进行压缩而制造一成形体的稀土合金粉末加工装置和方法,包括:用于压缩稀土合金粉末的第一冲头和第二冲头;及在定向时靠近模具且位于成形体取出的那一侧上的一修正轭,该修正轭用于将腔室内的磁场修正为在垂直于一定向磁场方向的方向上近似对称。这种装置和方法能够减轻所获得的烧结体弯曲。
文档编号H01F41/02GK1273153SQ0010864
公开日2000年11月15日 申请日期2000年5月11日 优先权日1999年5月11日
发明者久村刚之, 原田务, 奥山修一 申请人:住友特殊金属株式会社