Устройство для прессования порошковых редкоземельных магнитов

Полезная модель относится к области порошковой металлургии, а именно к устройствам для прессования порошковых редкоземельных постоянных магнитов, в частности из сплавов Nd-Fe-B.
Известно устройство для прессования порошковых магнитных материалов, содержащее пресс-форму в виде матрицы и подвижного пуансона, при этом матрица и пуансон выполнены в виде сердечников электромагнита, расположенных разноименными полюсами навстречу друг другу, причем хотя бы один из сердечников выполнен подвижным [пат. RU 2162391, кл. B22F 3/03, опубл. 27.01.2001].
Недостатком данного устройства является низкая напряженность магнитного поля в рабочем пространстве устройства при его длительной эксплуатации, что связано с высоким нагревом катушек электромагнитов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для прессования порошковых магнитов, содержащее матрицу, выполненную из немагнитного материала с ферромагнитной вставкой, ферромагнитный пуансон, верхний и нижний магнитопровод с отверстиями для размещения пуансона и вставки, источник магнитного поля, выполненный из постоянных магнитов из сплава Nd-Fe-B, соединенных между собой с помощью магнитопроводов с образованием разноименных полюсов между верхней и нижней частями матрицы и между пуансоном и вставкой [пат. RU 2043864, кл. B22F 3/03, В30В 15/02, опубл. 20.09.1995].
Недостатком данного устройства является низкая напряженность магнитного поля в рабочем пространстве, что связанно с неполным использованием энергии источника постоянного магнитного поля за счет образующихся магнитных полей рассеивания. В процессе прессования порошковых магнитов, напряженность магнитного поля должна увеличиваться от 2 до 7 кЭ вследствие уменьшения воздушного зазора между пуансоном и ферромагнитной вставкой. Однако, наружные окончания магнитопроводов создают высокие магнитные поля рассеивания, так как часть магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами, всегда замыкается через воздушный зазор снаружи устройства. Экспериментальные исследования показали, что фактическая напряженность магнитного поля на внешней поверхности устройства составляет около 5,5 кЭ в начальном состоянии, когда пуансон только введен в пресс-форму, и около 3,1 кЭ в положении, когда пуансон полностью прилегает к ферромагнитной вставке. Таким образом, на создание магнитного поля в рабочем пространстве устройства тратится только часть энергии источника постоянного магнитного поля.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение напряженности магнитного поля в рабочем пространстве устройства на 10-13% и, как следствие, увеличение магнитных параметров изготавливаемых магнитов на 5-15% за счет снижения магнитных полей рассеивания.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для прессования порошковых редкоземельных магнитов содержит матрицу, выполненную из немагнитного материала с ферромагнитной вставкой, ферромагнитный пуансон, верхний и нижний магнитопровод с отверстиями для размещения соответственно пуансона и вставки, источник магнитного поля, выполненный из постоянных магнитов из сплава Nd-Fe-B, соединенных между собой с помощью магнитопроводов с образованием разноименных полюсов между верхней и нижней частями матрицы и между пуансоном и вставкой, при этом нижний и верхний магнитопроводы охвачены обоймой, выполненной из диамагнитного материала.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображены следующие конструктивные элементы: ферромагнитный пуансон 1; матрица 2, выполненная из немагнитного материала с ферромагнитной вставкой 3; источник магнитного поля, выполненный из постоянных магнитов 4 из сплава Nd-Fe-B, соединенных между собой с помощью магнитопроводов 5 с образованием разноименных полюсов (N-S) между верхней и нижней частями матрицы и между пуансоном и вставкой; обойма 6 из диамагнитного материала, охватывающая снаружи нижний и верхний магнитопроводы 5.
Постоянные магниты из сплавов Nd-Fe-B изготавливаются по технологии порошковой металлургии. При этом прессование порошков магнитного сплава проводится в магнитном поле, что необходимо для ориентации всех частиц порошка осями легкого намагничивания в одном направлении, которое после спекания определяет направление расположения полюсов магнита N-S.
Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель, заключается в увеличении напряженности магнитного поля в рабочем пространстве устройства и, как следствие, в увеличении магнитных параметров изготавливаемых магнитов.
Поставленная техническая задача решается тем, что устройство дополнительно снабжено обоймой, изготовленной из диамагнитного материала и охватывающей снаружи нижний и верхний магнитопроводы.
Главным элементом предлагаемого устройства, определяющим его существенный признак и обеспечивающий необходимый технический результат, является обойма, которая изготовлена из диамагнитного материала.
Диамагнетики - это материалы, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля, и таким образом сопротивляющиеся его распространению в пространстве.
К сильным диамагнетикам (с очень высокой отрицательной магнитной восприимчивостью) относятся висмут и пиролитический графит. Данные материалы способны даже левитировать в магнитном поле постоянных магнитов, изготовленных из сплавов Nd-Fe-B, за счет созданий внутреннего магнитного поля. Поэтому введение в устройство обоймы, изготовленной из диамагнитного материала, приводит к ослаблению магнитного поля рассеивания между наружными концами магнитопроводов и, соответственно, к увеличению напряженности магнитного поля в рабочем пространстве устройства.
Выбор материала и толщины стенки обоймы проводится в зависимости от имеющихся геометрических и требуемых магнитных характеристик конкретного устройства для прессования, а также от типа диамагнитного материала. При этом, чем больше толщина стенки обоймы, тем выше будет достигаемый технический результат, однако при этом стоимость изготовления и масса устройства также будет увеличиваться.
Работа устройства осуществляется следующим образом: в матрицу 2 подаются порошкообразные редкоземельные магниты, которые ориентируется осью легкого намагничивания вдоль направления прессования за счет создаваемого магнитного поля источником, выполненным из постоянных магнитов 4 из сплава Nd-Fe-B, соединенных между собой магнитопроводами 5. Включается пресс и ферромагнитный пуансон 1 перемещается вниз. При перемещении пуансона 1 уменьшается воздушный зазор между паунсоном 1 и ферромагнитной вставкой 3 с одновременным увеличением напряженности магнитного поля в рабочем пространстве устройства. При этом, обойма 6, изготовленная из диамагнитного материала, ослабляет магнитные поля рассеивания, создаваемые наружными концами магнитопроводов, что дополнительно увеличивает напряженность магнитного поля в рабочем пространстве устройства.
Пример осуществления полезной модели:
Для прессования образцов магнитов диаметром 20 мм и высотой 20 мм из порошка материала НмБ 280/130 (ГОСТ Р 52956-2008) было использовано известное устройство с внешним диаметром 100 мм и высотой 70 мм.
Предлагаемый вариант устройства был дополнительно оснащен наружной обоймой, отлитой из висмута марки Ви-0, с внешним диаметром 120 мм, внутренним диаметром 100 мм и высотой 70 мм,
Образцы магнитов изготавливались с использованием идентичных технологических режимов по типовой технологии изготовления постоянных магнитов
В таблице 1 приведены результаты измерений основных магнитных параметров изготовленных образцов магнитов, а также результаты замера напряженности магнитного поля в рабочем пространстве обоих устройств, в момент времени, когда пуансон был только введен в пресс-форму (нижний торец пуансона находился на одном уровне с нижним краем верхнего магнитопровода).
Как видно из полученных результатов, использование предлагаемого устройства позволяет повысить напряженность магнитного поля на 10-13% в рабочем пространстве устройства и увеличить магнитные параметры изготавливаемых магнитов на 5-15%.