(12)实用新型专利
(10)授权公告号(10)授权公告号 CN 203621498 U(45)授权公告日 2014.06.04
(21)申请号 201320868879.2(22)申请日 2013.12.26
(73)专利权人四川大学
地址610065 四川省成都市武侯区一环路南
一段24号(72)发明人刘颖 李军 陈飚 王仁全 沈鑫(74)专利代理机构成都科海专利事务有限责任
公司 51202
代理人黄幼陵(51)Int.Cl.
B22F 3/14(2006.01)H01F 1/08(2006.01)H01F 41/02(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图3页权利要求书1页 说明书4页 附图3页
(54)实用新型名称
用于制备各向异性热变形稀土永磁体的真空感应热压热变形装置(57)摘要
用于制备各向异性热变形稀土永磁体的真空感应热压热变形装置，包括支撑体、炉体、施压系统和加热系统，所述施压系统包括上压头、下压头和液压驱动组件，所述加热系统包括感应线圈及与感应线圈连接的感应加热电源，所述炉体为夹层水冷结构，炉体外壁设有冷却水进口和冷却水出口，炉门上设有观察窗。炉体安装在支撑体的底座上，下压头位于炉体内腔并固定在炉体底部用于放置模具，上压头位于炉体内腔，其上端与伸入炉体内腔的液压驱动组件中的压杆连接并位于下压头的上方，所述压杆、上压头和下压头的中心线重合，感应线圈位于炉体内腔并安装在与模具的放置位置相适应处。该装置能缩短磁体的冷却时间，保证大尺寸磁体的磁性能和提高生产效率。
CN 203621498 UCN 203621498 U
权 利 要 求 书
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1.用于制备各向异性热变形稀土永磁体的真空感应热压热变形装置，包括支撑体、炉体（3）、施压系统和加热系统，所述施压系统包括上压头（5）、下压头（13）和液压驱动组件，所述加热系统包括感应线圈（8）及与感应线圈连接的感应加热电源（18），其特征在于炉体（3）为夹层水冷结构，炉体外壁下部设有冷却水进口（17），炉体外壁上部设置有冷却水出口（22），炉体的炉门（12）上设有石英玻璃观察窗（10）；
炉体（3）安装在支撑体的底座（16）上，下压头（13）位于炉体内腔并固定在炉体底部用于放置模具（7），上压头（5）位于炉体内腔，其上端与伸入炉体内腔的液压驱动组件中的压杆（2）连接并位于下压头的上方，所述压杆（2）、上压头（5）和下压头（13）的中心线重合，感应线圈（8）位于炉体内腔并安装在与模具（7）的放置位置相适应处。
2.根据权利要求1所述用于制备各向异性热变形稀土永磁体的真空感应热压热变形装置，其特征在于所述炉体（3）上设置有与炉体内腔相通的用于导入冷却气体的充气管接头（21）和用于放出在炉体内腔导热后的冷却气体的放气管接头（20），所述充气管接头和放气管接头上均安装有控制阀。
3.根据权利要求1或2所述用于制备各向异性热变形稀土永磁体的真空感应热压热变形装置，其特征在于还包括温控系统，所述温控系统由光纤红外测温传感器（11）、红外线温度控制器（14）和炉体炉门（12）上的石英玻璃观察窗（10）组成，光纤红外测温传感器（11）安装在炉体外并位于所述石英玻璃观察窗（10）处，红外线温度控制器（14）分别与光纤红外测温传感器（11）和加热系统中的感应加热电源（18）连接。
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说 明 书
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用于制备各向异性热变形稀土永磁体的真空感应热压热变
形装置
技术领域
本实用新型属于真空热压装置领域，特别涉及用于制备各向异性热变形稀土永磁
体的真空感应热压热变形装置。
[0001]
背景技术
在各向异性磁体的制备工艺上，热变形工艺优势明显，但其产量一直有限，不能满
足高性能各向异性Nd-Fe-B磁体及磁粉日益增长的市场需求，其中的重要原因是现有的各向异性热变形磁体制备装置还存在着一些制约热变形磁体大规模稳定生产的因素，如生产设备复杂、生产成本较高、磁体生产的工艺条件难以有效控制、磁体性能无法得到有效保障以及可生产的磁体尺寸较小、生产效率较低等，因而缺乏适用于产业化制备大尺寸高性能各向异性热变形稀土磁体的热压热变形装置。
[0003] 公开号为CN103148704A的发明专利公布了“一种用于制备各向异性粘结钕铁硼的热压-热变形炉”。该装置包括机架、机座、上下油缸、上下压头、模具、感应线圈以及位移传感器，采用感应加热的方式，在一定程度上达到了降低能耗和提高生产效率的目的。但该装置没有快速散热冷却的相关设施，因而磁体热变形后冷却缓慢，其晶粒容易发生长大进而导致磁性能降低。此外，其感应线圈套固定在上压头下方，当进行磁体的热变形时，其下压头及模具将上升到感应线圈内部从而处于感应加热状态，但其上压头仍始终置于感应线圈外部，这将引发磁体上下温度不均从而造成其性能上的不均匀。再者，该装置中并未提及温控系统的设置或其实现方式，而在各向异性磁体的制备过程中，热压/热变形温度是影响磁体性能的关键工艺参数，对其的准确测量和有效控制对于控制磁体微观结构和保证其磁性能十分关键。
[0002]
发明内容
本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于制备各向异性热变形稀
土永磁体的真空感应热压热变形装置，以缩短被热压热变形磁体的冷却时间，保证大尺寸磁体的磁性能和提高生产效率。
[0005] 本实用新型所述用于制备各向异性热变形稀土永磁体的真空感应热压热变形装置，包括支撑体、炉体、施压系统和加热系统，所述施压系统包括上压头、下压头和液压驱动组件，所述加热系统包括感应线圈及与感应线圈连接的感应加热电源，所述炉体为夹层水冷结构，炉体外壁下部设有冷却水进口，炉体外壁上部设置有冷却水出口，炉体的炉门上设有石英玻璃观察窗。
[0006] 炉体安装在支撑体的底座上，下压头位于炉体内腔并固定在炉体底部用于放置模具，上压头位于炉体内腔，其上端与伸入炉体内腔的液压驱动组件中的压杆连接并位于下压头的上方，所述压杆、上压头和下压头的中心线重合，感应线圈位于炉体内腔并安装在与模具的放置位置相适应处。
[0004]
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说 明 书
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上述用于制备各向异性热变形稀土永磁体的真空感应热压热变形装置，所述炉体
上设置有与炉体内腔相通的用于导入冷却气体的充气管接头和用于放出在炉体内腔导热后的冷却气体的放气管接头，放气管接头兼作真空管接头，所述充气管接头和放气管接头上均安装有控制阀。
[0008] 上述用于制备各向异性热变形稀土永磁体的真空感应热压热变形装置，还包括温控系统，所述温控系统由光纤红外测温传感器、红外线温度控制器和炉体炉门上的石英玻璃观察窗组成，光纤红外测温传感器安装在炉体外并位于所述石英玻璃观察窗处，红外线温度控制器分别与光纤红外测温传感器和加热系统中的感应加热电源连接。
[0009] 光纤红外测温传感器通过炉体炉门上的石英玻璃观察窗采集炉内模具/磁体释放的红外辐射信号并传递给温度控制器，红外线温度控制器对接收到的信号进行处理获得炉内的温度信息，并根据炉内的温度信息对感应加热电源的输出功率进行即时自动调节，从而实现对热压/热变形过程工艺温度的有效控制。根据Nd-Fe-B磁体热压热变形的温度范围大约在600～900，℃温控系统的温度测量范围可选择在适当大于工作温度的范围，以满足热压/热变形过程的温控要求，如选用STK412闭环功率型光纤红外线温度控制器，其温度测量范围为400～1200，℃可测最小目标为Φ2mm，重复精度达1℃，并可通过程序设定实现定时加热、定时定温加热以及自动恒温等。[0010] 为满足生产大尺寸磁体的需要，所述感应加热电源的感应电流频率最好为中频，但当磁体产品的质量不超过0.5kg时也可选用超音频，其额定功率≥30kW，具体需根据磁体尺寸及模具情况进行选择，如当稀土永磁产品的质量以0.5kg～1kg为主时，可采用额定功率为60kW，电流频率为1～10kW的中频感应加热电源，如TZZP60型IGBT中频感应加热电源。
[0011] 所述液压驱动组件包括油缸、活塞、活动横梁和压杆，所述活塞安装在油缸中，活动横梁的顶面与活塞杆连接，活动横梁的底面与压杆连接，压杆与上压头连接，在液压控制组件的控制下，液压驱动组件使上压头上下运动，实现对磁粉和磁体加压。[0012] 液压控制组件包括可编程控制器（PLC）、压力传感器和直线位移传感器，直线位移传感器—PLC—液压回路组成的控制回路应能够准确测量及控制压头（即活动横梁）的位置，其精度要求达到0.1mm。磁体的热变形速率是影响其微观结构进而影响磁性能的另一重要因素，也必须得到准确控制，因此工作状态时上压头下压速率的调节精度要求达到0.01mm/s。借助PLC通过对油路阀口进油量等进行调节实现对生产过程中压力、上下位移、速率及保压时间等参数的设定和调节。液压设备的额定压力应略大于在该尺寸条件下磁体在热压热变形过程中达到全致密所需要的压力，该压力值可根据所生产磁体的尺寸进行计算，当制备质量为1kg的稀土永磁体时可选取额定压力为600kN的液压设备。[0013] 本实用新型所述用于制备热变形稀土永磁材料的真空热压热变形装置，热变形模具根据产品的要求可选用热镦粗模具、热正挤压模具和热反挤压模具之一。
[0014] 本实用新型所述用于制备热变形稀土永磁材料的真空热压热变形装置的使用方法：在炉体的夹层中充入冷却水，并使该冷却水进行循环；将需热压的磁粉装入热压模具并将模具安装在位于炉体内的下压头上，操作液压控制组件使液压驱动组件工作，驱动上压头向下运动至模具上端面位置；关闭炉门，启动真空泵对炉体内腔抽真空至10-1Pa，然后启动感应加热电源进行感应加热至特定温度并驱动上压头下行对磁粉施压，热压完成后，
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说 明 书
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上压头上行脱离模具，通过充气管接头向炉体内腔通入冷却用氩气，热交换后的氩气从放气管接头排出，氩气的充入与排放操作直至炉体内腔冷却至脱模温度为止，当炉体内腔冷却至脱模温度后，脱模得各向同性磁体；将所述各向同性磁体放入热变形模具并将模具安装在位于炉体内的下压头上，驱动上压头向下运动至模具上端面位置，关闭炉门，启动真空泵对炉体内腔抽真空至10-1Pa，然后启动感应加热电源进行感应加热至特定温度并驱动上压头下行对磁体施压，热变形完成后，上压头上行脱离模具，通过充气管接头向炉体内腔通入冷却用氩气，热交换后的氩气从放气管接头排出，氩气的充入与排放操作直至炉体内腔冷却至脱模温度为止，当炉体内腔冷却至脱模温度后，脱模得各向异性磁体。[0015] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：[0016] 1、由于本实用新型所述真空感应热压热变形装置的炉体采用双层水冷式结构，且设置有冷却水进出口，可在炉壳夹层中充入循环冷却水，因而在热压/热变形过程中可防止炉体过热，在热压/热变形完成后可带走炉体及其内腔的热量，达到快速降温的目的，进而抑制磁体晶粒长大。同时炉体设有充气管接头和放气管接头，在热压/热变形完成后可向炉内充入流动氩气带走炉体内腔的热量，结合循环冷却水的冷却，大幅度提高了热压/热变形后磁体的冷却速度，缩短了冷却时间，因而可保证大尺寸磁体的磁性能和提高生产效率，适用于磁体的批量生产。[0017] 2、本实用新型所述真空感应热压热变形装置采用光纤红外测温传感器通过石英玻璃观察窗进行热压热变形过程中炉体内的温度检测，不需单独设置测温孔，并能够准确地得到磁体及模具的温度信息，且具有响应快、测温点选取灵活以及不受电磁场干扰等特点；温度控制器分别与光纤红外测温传感器、加热电源连接，实现了对加热功率及磁体温度的精确控制和快速调节，从而可保证磁体微观结构和磁性能。[0018] 3、本实用新型所述真空感应热压热变形装置中热压/热变形工艺参数的设置操作简便，控制精确，易于实现即时监控及自动化生产。附图说明
[0019] 图1为本实用新型所述真空感应热压热变形装置的结构示意图。[0020] 图2为图1中炉体的右视图。
[0021] 图3为本实用新型所述真空感应热压热变形装置中的温控系统和加热系统的工作原理框图。
[0022] 图4为热压时上压头、下压头、模具和磁粉的组合示意图。[0023] 图5为热镦粗时上压头、下压头、模具和磁坯料的组合示意图。[0024] 图6热正挤压时上压头、下压头、模具和磁坯料的组合示意图。[0025] 图7为热反挤压时上压头、下压头、模具和磁坯料的组合示意图。[0026] 图中，1—活动横梁，2—压杆，3—炉体，4—第一密封圈，5—上压头，6—真空表，7—模具，7-1——热压模具，7-2——热镦粗模具，7-3——正挤压模具，7-4——反挤压模具，8—感应线圈，9—磁坯料，10—石英玻璃观察窗，11—光纤红外测温传感器，12—炉门，13—下压头，14—红外线温度控制器，15—真空泵组件，16—底座，17—冷却水进口，18—感应加热电源，19—第二密封圈，20—放气管接头，21—充气管接头，22—冷却水出口，23—液压控制组件，24—直线位移传感器，25—压力传感器，26—油路阀口，27—垫块，28—活塞
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杆，29—油缸，30—磁粉、31—立柱、32—顶板。
具体实施方式
[0027] 下面通过具体实施方式对本实用新型所述用于制备热变形稀土永磁材料的真空热压热变形装置作进一步说明。
本实施例中，所述用于制备热变形稀土永磁材料的真空热压热变形装置的结构如
图1、2所示，包括支撑体、炉体3、施压系统、加热系统、温控系统和真空泵组件15。[0029] 所述支撑体由底座16、四根立柱31和顶板32组合而成，四根立柱将底座和顶板连接成框架结构。炉体3为夹层水冷结构，炉体外壁下部设有冷却水进口17，炉体外壁上部设置有冷却水出口22，炉体的炉门12上设有石英玻璃观察窗10，炉体上还设置有与炉体内腔相通的用于导入冷却气体的充气管接头21和用于放出在炉体内腔导热后的冷却气体的放气管接头20，所述充气管接头和放气管接头上均安装有控制阀。施压系统包括上压头5、下压头13、液压驱动组件和液压控制组件23，所述液压驱动组件包括油缸29、活塞、活动横梁1和压杆2，活动横梁1上设置有四个与立柱31公称尺寸相同且为动配合的孔，所述液压控制组件包括可编程控制器（PLC）、压力传感器24和直线位移传感器25。加热系统包括感应线圈8及与感应线圈连接的感应加热电源18，感应加热电源选用TZZP60型IGBT中频感应加热电源，可加工质量为0.5kg～1kg的稀土永磁产品。温控系统由光纤红外测温传感器11、红外线温度控制器14和炉体炉门12上的石英玻璃观察窗10组成，所述红外线温度控制器14选用STK412闭环功率型光纤红外线控制器。[0030] 各部件或构件的组合方式：炉体3安装在支撑体的底座16上，下压头13位于炉体内腔并固定在炉体底部用于放置模具7，上压头5位于炉体内腔，其上端与伸入炉体内腔的液压驱动组件中的压杆2连接并位于下压头的上方，所述压杆2、上压头5和下压头13的中心线重合，所述活动横梁1套装在四根立柱上，其顶面与活塞28连接，底面与压杆2连接，所述活塞安装在油缸29中，所述第一密封圈4安装在压杆2经过处的炉体内壁；感应线圈8位于炉体内腔并安装在与模具7的放置位置相适应处，感应加热电源18位于炉体之外，通过导线插入炉体内腔与感应线圈8连接，所述第二密封圈19安装在导线插入处的炉体炉壁上；光纤红外测温传感器11安装在炉体外并位于所述石英玻璃观察窗10处，红外线温度控制器14分别与光纤红外测温传感器11和加热系统中的感应加热电源18连接；炉体上设置的放气管接头20兼作真空管接头，真空泵选用机械泵，当对炉体的内腔抽真空时，真空泵通过管件与所述放气管接头20连接。
[0028] [0031]
使用上述热压热变形装置，以1kg（购自麦格昆磁（天津）有限公司）成分为
Nd13.5Fe73Co7.5B6的MQP-C合金快淬粉末为原料经过热压-热镦粗变形制得的各向异性钕铁硼热变形磁体，经AMT-4磁化特性自动测量仪测量，其剩磁为1.405T，矫顽力为699.3A/m，磁能积为372.2kJ/m3。
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