钕铁硼永磁生产模具的改造

摘要：在生产和教学实践过程中，发现我校校办厂压型模具选用的材料成本过高，型腔的结构有缺陷。通过对模具的改进，达到了提高产品质量，降低生产成本，创造经济效益的目的。

关键词：组合式；型腔；互换性

中图分类号：TQ172.7文献标识码：A

文章编号：1674-1145（2009）05-0168-02

压型模具是影响稀土永磁产品质量的一个重要因素。在生产实习教学过程中，发现压型模具型腔容易损坏，从而影响产品质量, 维修模具困难，增加生产成本，给学校造成不少的经济损失。在教学过程中，通过细心观察及调查研究，把模具的型腔由整体式改为组合式，进行针对性的改进，改进后的型腔由侧板、模板和调整板组合装配而成。模具的材料由无磁钢改用不锈钢和模具钢。侧板具有互换性，根据产品规格不同来选择合适的模板和调整板，然后装配成不同大小的型腔来进行生产。解决了压型模具在材料选用和结构上的不足，降低了生产成本。

一、问题的提出

我校和中国科学院三环公司合作创建的广东肇庆三环京粤磁材有限责任公司，专业生产各种牌号的钕铁硼稀土永磁材料，产品具有高磁能积、高剩磁、高矫顽力以及良好的稳定性，能满足微型、高效能的永磁器件的要求，广泛应用于电机、电声、磁吸、磁疗、计算机、通信设备等各个领域。钕铁硼稀土永磁材料、元件的制造过程是由选料—→配料—→合金熔炼—→制粉—→压型—→烧结与回火—→机加工—→电镀—→成品等工序组成。压型工序是其中一道重要工序。压型模具原有型腔的材料使用牌号为：7MnCrAl2VWM0无磁钢，切割加工成整体式，型腔内镶嵌无磁硬质合金。压型时取向磁场要求达13500GS以上，制作模具的材料使用无磁钢或无磁硬质合金，目的是使磁场传递的完全性，保证粉末取向排列充分，保证取向磁场的强度，从而保证毛坯成型前取向的饱和性，这是保证产品质量的条件之一。以生产56mm×51mm×31mm规格毛坯的模具为例，模具型腔在设计时用无磁钢加工成整体式，型腔内镶嵌NiW无磁硬质合金，如图1所示。无磁硬质合金的硬度高达62HRC以上，但脆性大。毛坯压型时的压力很大，常取3～5Mpa左右的压力。在装配、调试模具及生产过程中，由于型腔受力不均匀或上下模的走位，容易造成型腔内镶嵌的无磁硬质合金崩裂而损坏模具。压型模具的型腔加工成整体式，材料损耗大，维修模具困难，镶嵌650元/公斤无磁硬质合金，加工成本高。生产一套56mm×51mm×31mm规格毛坯的模具，成本高达6000元左右。型腔内镶嵌的无磁硬质合金崩裂时，如果重新加工镶嵌，生产成本将大大增加，如果不更换，毛坯容易产生裂纹，又会影响产品质量。为了减小模具的退模力，型腔工作面还做成一定斜面，使毛坯退模容易，减少毛坯的崩裂。整体式型腔的斜度较小，斜度只有1：600，退模力较大，毛坯退模时容易产生崩裂，经过反复跟踪检测，各种规格的毛坯的崩缺率达4%，严重影响了产品质量。由于生产每一种规格毛坯都要制作配套的模具型腔，材料价格不断上涨，模具型腔容易碰裂损坏。这样不但使模具的制造成本上升，而且模具的维修周期长，影响生产效率，严重影响了生产，给校办公司造成很大的损失。

二、问题的解决

产品质量好，生产成本低，是每个企业保持竞争能力的重要因素。随着年产量超过500吨生产规模的不断扩大，产品品种的不断更新、增加，相应配套的模具的数量必定随之增加。只有对模具进行适当的改进，才能适应生产发展的要求。作为一名生产实习指导教师，通过参观学习和总结经验，认识到只有把压型模具的型腔进行改进，选用低成本、低消耗的材料，才能降低模具制造成本，才能提高公司的竞争力。通过反复研究、试验和细心观察，我把模具的型腔由整体式改为组合式，进行针对性的改进，每套模具的型腔由侧板、模板和调整板各2块组合装配而成。模具的材料由无磁钢改用不锈钢和模具钢。以生产56mm×51mm×31mm规格毛坯的模具为例，模具侧板的材料由无磁钢改用Cr12MoV模具钢，如图2所示。侧板上开有两条宽30mm，深10mm的直槽，用来安装调整板。每条槽上各钻削3个ф20mm和ф14mm的阶梯孔，用来安装固定调整板的内六角螺钉。另外侧板上还加工有两条宽25mm，深20mm的型槽，用来搭接固定模具型腔的压板。侧板上形成型腔的一面磨成1：500的斜面，表面粗糙度值达0.8um。侧板具有互换性，根据产品规格不同来选择合适的模板和调整板，然后装配成不同大小的型腔来进行生产。模板使用牌号为1Cr18Ni9不锈钢，两个配合面的斜度为1：600，而形成型腔的一面磨成1：500的斜面，表面粗糙度值达0.8um，如图3所示。调整板的材料同样用1Cr18Ni9不锈钢加工，在30mm宽度方向上钻削3个M12螺纹孔，用来连接侧板，达到固定模板形成型腔的目的，加工螺纹孔时必须与侧板进行配钻，如图4所示。调整板上的型槽同样是用来搭接固定型腔的压板。不同模具调整板30mm宽度尺寸保持不变，而调整板的长度尺寸及模板尺寸可根据产品规格不同而不同。压制毛坯时侧板承受的压力相对较大，而用Cr12MoV模具钢加工的侧板，硬度约为25HRC，为了减小侧板的变形，必须进行真空热处理，热处理后的硬度可达62HRC，有较高的强度和耐磨性，从而达到生产工艺要求。以制作56mm×51mm×31mm规格毛坯的模具为例，如果材料使用无磁钢或无磁硬质合金设计加工模具，模具型腔做成整体式，成本费用会高达6000多元。而采用组合式型腔，用Cr12MoV模具钢和1Cr18Ni9不锈钢加工模具，成本约为2000元，节约成本约4000元。组合式型腔的侧板具有互换性，制造一套规格接近的新模具时，根据产品要求只需加工模板和调整板就可以了，从而节约了模具制造成本。在生产过程中，根据生产计划和生产毛坯规格要求，把侧板和配套的模板与调整板装配型腔去进行生产，灵活、有效地调配生产进度。如果某规格的模具暂不使用时，可以把模板和调整板拆下存放，而侧板可以重新和其他规格的模板与调整板装配进行生产。可见，侧板的使用率提高了，而模具的制作成本却降低了。在生产过程中遇上模板突然损坏时，可以迅速更换同规格模板继续生产，保证了生产的连续性、有序性。保证了客户订单的交货日期，使公司避免了不必要的经济损失。

装配、调试模具须小心谨慎，以免损坏型腔的工作面。装配时将侧板放在平台上，把调整板顺着测板的凹槽用木头轻轻敲入去，小心敲坏配合面。调整板完全装配到槽中后，把模板的垂直配合面紧贴调整板装配到型腔内，保证垂直度。然后用M12×25内六角螺钉把调整板慢慢旋紧，螺钉的旋合要对称、交替进行，从而把模板锁紧牢固，形成组合式型腔。装配后的型腔不允许有松动，配合面贴合均匀完全，保证装配质量。制作生产56 mm×51mm×31mm规格毛坯的模具改进后的组合式型腔装配图，如图5所示。用Cr12MoV模具钢和1Cr18Ni9不锈钢加工的组合式型腔，材料虽有少许吸磁，但对取向磁场的强度影响不大，同样能保证毛坯成型前取向的饱和性。组合式型腔的斜面有所改善，减小了退模力，毛坯退模时造成的崩裂料减少了，经过跟踪检测，各种规格的毛坯的崩缺率减少为1%，提高了产品质量。制造模具型腔的材料有较好的耐磨性、韧性，很少发生型腔崩裂现象。当模板与侧板因各种原因损坏工作面时，可以快速维修保养或更换，而耗损的成本并不多。用组合式型腔压制出的毛坯的初始密度与整体式型腔压制出的毛坯相比较，并没有太大的分别，同样达3.5g/cm3，过等静压后可达到4.0g/cm3以上。烧结出炉的毛坯光泽鲜亮，致密性好，毛坯产品的性能稳定性好，磁能积、剩磁、矫顽力等质量指标均符合要求。生产56mm×51mm×31mm规格毛坯的模具改进前后毛坯的性能及模具的成本比较（见表1）。

可见，模具改进后不但降低了产品崩缺率，而且节约了模具的制造成本，从而为学校校办公司创造了效益，模具的改进收到了预期的效果。

三、结果与体会

通过对校办工厂压型工序模具的改进，提高了产品合格率，降低了模具的制造成本，节约了不必要的浪费，为学校创造了效益。对于模具型腔的改进及使用，产品的各项质量指标都达到性能要求。随着生产规模的扩大，产品规格的增加，模具的数量也随之增加。如果按原设计加工新模具，每年模具的制造成本估计将达30多万元。而采用新版结构加工模具，模具的制造成本约为10万元，节约成本20万元。随着模具改进后的成效的不断深入影响，得到了同行的认同与推广使用。

参考文献

[1]张道行．机修钳工[M]．北京：中国劳动出版社，2002．

[2]单小君．金属材料与热处理[M]．北京：中国劳动社会保障出版社，2005．

[3]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2004.

作者简介：梁汝科，广东怀集人，供职于广东省肇庆市高级技工学校，研究方向：生产实习教学。