粉末冶金圆环形磁毂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种粉末冶金圆环形磁毂及其制备方法，其特征在于它由圆环构成，圆环的内直径为204.75mm，圆环的外直径为213mm，圆环的高度为24mm，在圆环的内壁上设有断面为矩形的矩形磁齿，矩形磁齿的宽度为3mm，相邻矩形磁齿之间的距离为10.8mm，矩形磁齿共有46个，在相邻矩形磁齿之间的圆环的内壁上设有深为0.01-0.2mm、宽为1-3mm的凹槽；所述的圆环及其矩形磁齿的成分组成为：纯铁粉的重量为100份，润滑剂的重量为0.5-1份。经制作模具、混料、压制成形、烧结和精整为成品。该磁毂，大大的提高了磁导率，使饱和磁感应强度达到了硅钢片制作的磁毂的水平。

权利要求

1.一种粉末冶金圆环形磁毂，其特征在于它由圆环构成，圆环的内直径为204.75mm，圆环的外直径为213mm，圆环的高度为24mm，在圆环的内壁上设有断面为矩形的矩形磁齿，矩形磁齿的宽度为3mm，相邻矩形磁齿之间的距离为10.8mm，矩形磁齿共有46个，在相邻矩形磁齿之间的圆环的内壁上设有深为0.01-0.2mm、宽为1-3mm的凹槽；所述的圆环及其矩形磁齿的成分组成为：纯铁粉的重量为100份，润滑剂的重量为0.5-1份；所述的纯铁粉，其中铁含量≥98.36％、碳含量0.05-0.10％、硅含量0.05-0.12％、锰含量0.10-0.30％、磷含量0.03-0.05％、硫含量0.03-0.05％、盐酸不溶物含量0.10-0.30％。

2.根据权利要求1所述的粉末冶金圆环形磁毂，其特征在于：所述的润滑剂为硬脂酸锌。

3.一种如权利要求1所述的粉末冶金圆环形磁毂的制备方法，其特征在于由以下生产步骤完成：

(1)、制作模具：模具包括模套、芯棒、上模冲、下模冲和模架；模套的模腔的内直径尺寸按圆环的外直径乘以膨胀系数确定，高度是圆环高度的4倍，内表面光洁度为0.8，材料为Cr12M0V，表面硬度为HRC61-63，置于模架上；芯棒的外直径与圆环的内直径相近，圆环的内直径乘以膨胀系数确定，表面光洁度为0.8，材料为Cr12M0V，表面硬度为HRC61-63，且在芯棒的外壁上设有与粉末冶金圆环形磁毂内壁上的矩形磁齿和凹槽相啮合的凸楞；上、下模冲为与粉末冶金圆环形磁毂断面相同的圆环和圆环底盘构成，上、下模冲相同，方向相反，其内壁上设有与圆环内壁上的矩形磁齿和凹槽一样的凸楞；模架为三层浮动，底层为一平板，作为水平的工作台使用；

(2)、混料：以纯铁粉为原料，称其重量100份，外加0.5-1份的润滑剂，采用双锥混料机，混料40-50分钟；

(3)、压制成形：采用YZ79-315压机，三上两下模架压制，将与加入润滑剂的混合纯铁粉放入模套与芯棒之间的模腔内，采用上、下模冲同时从上、下方向对模腔内的纯铁粉进行3

冲压，冲压力为8吨/cm，最后在模架下拉力的作用下用下模冲将成形的坯件顶出；

(4)、烧结：采用网带炉烧结，在烧结炉内铺有水平的耐火瓷板，每块耐火瓷板的边长大于坯件的外直径，将坯件垂直的放置在耐火瓷板上，烧结温度为1127-1133℃，高温烧结

40-60分钟，随炉冷却；

(5)、精整加工：采用YZ79-500压机，两上两下模架压制，通过高精度模具保证整形产品的精度。

说明书

粉末冶金圆环形磁毂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电动机磁毂的改进，具体地说是一种粉末冶金圆环形磁毂及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着电动车的普及，其导磁磁毂构件的研制开发也越来越重视。目前在电动车上所使用的导磁磁毂构件，包括硅钢片和铜线构成，硅钢片可组装成所需的磁齿状，对硅钢片进行绝缘层处理，铜线缠绕在硅钢片的磁齿上，当铜线通电后，导磁构件即会产生磁场。采用硅钢片制作导磁构件的优点是饱和磁感应强度高。但也存在以下不足：一是铁损失大，容易发热；二是使用频率低，一般只能工作在20KHZ以下，工作效率低；三是体积大，较重，安装不方便；四是废弃后不易回收利用，可导致严重的公害。为了改变硅钢片导磁磁毂的不足，近年来，出现了采用软磁复合材料代替硅钢片的报导，如发明专利“一种软磁复合材料及由其制作导磁构件的生产工艺”，专利号为：200510031614.7，这种软磁材料包括92-99％的含铁原料、0.5-5％的绝缘剂、0.5-3％的润滑剂，经混合、成形、固化、防锈或精整、在800-1100℃下烧结工艺制成成品；所述的含铁原料其含铁量为80-99.8％，显然，含纯铁量偏低，影响了导磁性能，达不到高饱和磁感应强度的要求。为了提高含纯铁量，也有采用纯铁粉的报导，如发明专利“用软磁复合材料制造的电机电器及其制造方法”，专利号为：03128171.0，这种软磁复合材料包括80-90％的纯铁粉、5-13％的绝缘剂、3-7％的润滑剂，经混合、压制成形、在1100-1300℃加热炉中烧结2-3个小时，冷却，即为成品，显然，这一种软磁复合材料含纯铁量仍偏低，也达不到高饱和磁感应强度的要求。试验证明：当纯铁原料含量低于90％时，其磁饱和率远远不能满足导磁构件的性能要求。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种不仅体积小、重量轻、便于安装、可回收利用，而且工作效率和饱和磁感应强度均有大幅度提高的粉末冶金圆环形磁毂。

[0004] 本发明的另一目的在于提供一种完全采用纯铁粉生产导磁构件的粉末冶金圆环形磁毂制备方法。

[0005] 为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：该粉末冶金圆环形磁毂，其特征在于它由圆环构成，圆环的内直径为204.75mm，圆环的外直径为213mm，圆环的高度为24mm，在圆环的内壁上设有断面为矩形的矩形磁齿，矩形磁齿的宽度为3mm，相邻矩形磁齿之间的距离为10.8mm，矩形磁齿共有46个，在相邻矩形磁齿之间的圆环的内壁上设有深为0.01-0.2mm、宽为1-3mm的凹槽；所述的圆环及其矩形磁齿的成分组成为：纯铁粉的重量为
100份，润滑剂的重量为0.5-1份。

[0006] 所述的纯铁粉，其中铁含量≥98.36％、碳含量0.05-0.10％、硅含量0.05-0.12％、锰含量0.10-0.30％、磷含量0.03-0.05％、硫含量0.03-0.05％、盐酸不溶物含量0.10-0.30％，采用山东莱钢集团粉末冶金有限公司生产的FHY80.27铁粉。

[0007] 所述的润滑剂为硬脂酸锌。

[0008] 该粉末冶金圆环形磁毂制备方法是：

[0009] (1)、制作模具：模具包括模套、芯棒、上模冲、下模冲和模架；模套的模腔的内直径尺寸按圆环的外直径乘以膨胀系数确定，高度是圆环高度的4倍，内表面光洁度为0.8，材料为Cr12M0V，表面硬度为HRC61-63，置于模架上，主要确定粉末冶金圆环形磁毂的外形；芯棒的外直径与圆环的内直径相近，圆环的内直径乘以膨胀系数确定，表面光洁度为0.8，材料为Cr12M0V，表面硬度为HRC61-63，且在芯棒的外壁上设有与粉末冶金圆环形磁毂内壁上的矩形磁齿和凹槽相啮合的凸楞，以使粉末冶金圆环形磁毂的圆环及其内壁上的矩形磁齿和凹槽定型；上、下模冲为与粉末冶金圆环形磁毂断面相同的圆环和圆环底盘构成，上、下模冲相同，方向相反，其内壁上设有与圆环内壁上的矩形磁齿和凹槽一样的凸楞；模架为三层浮动，底层为一平板，作为水平的工作台使用。

[0010] (2)、混料：以纯铁粉为原料，称其重量100份，外加0.5-1份的润滑剂，采用双锥混料机，混料40-50分钟，使其均匀混合，纯铁粉是山东莱钢集团粉末冶金有限公司生产的FHY80.27铁粉。

[0011] (3)、压制成形：采用YZ79-315压机，三上两下模架压制，将与加入润滑剂的混合纯铁粉放入模套与芯棒之间的模腔内，采用上、下模冲同时从上、下方向对模腔内的纯铁粉3
进行冲压，冲压力为8吨/cm，最后在模架下拉力的作用下用下模冲将成形的坯件顶出。

[0012] (4)、烧结：采用网带炉烧结，在烧结炉内铺有水平的耐火瓷板，每块耐火瓷板的边长大于坯件的外直径，将坯件垂直的放置在耐火瓷板上，烧结温度为1127-1133℃，高温烧结40-60分钟，随炉冷却。在这个烧结过程中，所加入的润滑剂挥发掉。

[0013] (5)、精整加工：采用YZ79-500压机，两上两下模架压制，通过高精度模具保证整形产品的精度。

[0014] 通过以上配比和制备工艺成型的粉末冶金圆环形磁毂，经过检测，其技术指标如下：

[0015] 平均密度：＞6.0-6.2/cm3；

[0016] 烧结硬度：HB50-60。

[0017] 以下是硅钢叠片与粉末冶金环形磁毂主要技术指标对比：

[0018] 硅钢叠片与粉末冶金环形磁毂主要技术指标对比表

[0019]粉末冶金环形磁毂 硅钢叠片
磁导率 3维/中等 2维/高
饱和磁通 3维/高 2维/高
电阻率 3维/高 1维/高

[0020] 硅钢叠片：厚度0.65mm；密度7.6g/cm3；样品为环形模压叠片。

[0021] 粉末冶金磁毂：密度6.1g/cm3；样品为环形。

[0022] 另外，图7给出了硅钢叠片与粉末冶金环形磁毂磁感应强度与磁场强度的磁滞回线对比图，其中图7(a)为粉末冶金环形磁毂的磁滞回线；(b)为硅钢叠片的磁滞回线。

[0023] 图8给出了粉末冶金环形磁毂与硅钢叠片的损耗对比图。

[0024] 从对比可以看出：由于粉末冶金环形磁毂纯铁粉的材料结构，使其具备了优异的电磁性能；粉末冶金环形磁毂由高纯度的铁粉压制而成，微观结构均匀一致，使其电磁性能表现出各向同性的优点；在三维方向上表现均一的高饱和磁通、低涡流损耗和足够的材料强度，使其更趋近于理想的磁场物质。

[0025] 本发明的有益效果在于：由于采用了高比例的纯铁粉和低比例的碳，所以大大的提高了磁导率，使饱和磁感应强度达到了硅钢片制作的磁毂的水平。由于只用了含碳的纯铁粉，使加工更加减化，提高了生产效率。由于产品是通过专用模具定型生产，所以产品精度高，是电动车上的专用磁毂。

附图说明

[0026] 图1、给出了本发明一个实施例的粉末冶金圆环形磁毂俯视示意图。

[0027] 图2、为本发明沿图1A-A剖视示意图。

[0028] 图3、为本发明的成套模具中的模套俯视示意图。

[0029] 图4、为本发明的成套模具中的芯棒俯视示意图。

[0030] 图5、为本发明沿图4B-B剖视示意图。

[0031] 图6、为本发明的成套模具中的上模冲俯视示意图。

[0032] 图7、为本发明的硅钢叠片与粉末冶金环形磁毂磁感应强度与磁场强度的磁滞回线对比图。

[0033] 图8、为本发明与硅钢片的磁场频率与磁损耗关系比较示意图。图中：虚线为粉末冶金环形磁毂曲线，实线为硅钢片曲线。

具体实施方式

[0034] 实施例1

[0035] 参照附图1、2制备本发明。图1、2给出了本发明所要制备的一个粉末冶金圆环形磁毂的实施例。该粉末冶金圆环形磁毂，其特征在于它由圆环1构成，圆环1的内直径为204.75mm，圆环1的外直径为213mm，圆环1的高度为24mm，在圆环1的内壁上设有断面为矩形的矩形磁齿2，矩形磁齿2的宽度为3mm，相邻矩形磁齿2之间的距离为10.8mm，矩形磁齿2共有46个，在相邻矩形磁齿2之间的圆环1的内壁上设有深为0.2mm、宽为2mm的凹槽3；所述的圆环1及其矩形磁齿2的成分组成为：纯铁粉的重量为100份，润滑剂的重量为0.8份。

[0036] 所述的纯铁粉，其中铁含量≥98.36％、碳含量0.05-0.10％、硅含量0.05-0.12％、锰含量0.10-0.30％、磷含量0.03-0.05％、硫含量0.03-0.05％、盐酸不溶物含量0.10-0.30％，采用山东莱钢集团粉末冶金有限公司生产的FHY80.27铁粉。

[0037] 所述的润滑剂为硬脂酸锌。

[0038] 一种如上所述的实施例1的粉末冶金圆环形磁毂的制备方法，包括以下生产步骤：

[0039] (1)、制作模具：图3、4、5、6给出了专用模具图。模具包括模套6、芯棒4、上模冲5和模架。模套6模腔的内直径尺寸按圆环1的外直径乘以膨胀系数确定，高度是圆环1高度的4倍，内表面光洁度为0.8，材料为Cr12M0V，表面硬度为HRC61-63，置于模架上，主要确定粉末冶金圆环形磁毂的外形；芯棒4的外直径与圆环1的内直径相近，根据圆环1的内直径乘以膨胀系数确定，表面光洁度为0.8，材料为Cr12M0V，表面硬度为HRC61-63，且在芯棒4的外壁上设有与粉末冶金圆环形磁毂内壁上的矩形磁齿2和凹槽3相啮合的凸楞，以使粉末冶金圆环形磁毂的圆环1及其内壁上的矩形磁齿2和凹槽3定型；上、下模冲5为与粉末冶金圆环形磁毂断面相同的圆环和圆环底盘构成，上、下模冲5相同，方向相反，其内壁上设有与圆环1内壁上的矩形磁齿2和凹槽3一样的凸楞；模架为三层浮动，底层为一平板，作为水平的工作台使用。

[0040] (2)、混料：以纯铁粉为原料，称其重量100份，外加0.8份的润滑剂，采用双锥混料机，混料45分钟，使其均匀混合，纯铁粉是山东莱钢集团粉末冶金有限公司生产的FHY80.27铁粉。

[0041] (3)、压制成形：采用YZ79-315压机，三上两下模架压制，将混合纯铁粉放入模腔3
内，采用上、下模冲同时从上、下方向对模腔内的纯铁粉进行冲压，冲压力为8吨/cm，最后在模架下拉力的作用下用下模冲5将成形的坯件顶出。

[0042] (4)、烧结：采用网带炉烧结，在烧结炉内铺有水平的耐火瓷板，每块耐火瓷板的边长大于粉末冶金圆环形磁毂外直径5cm，将坯件垂直的放置在耐火瓷板上，烧结温度为1130℃，高温烧结45分钟，随炉冷却。在这个烧结过程中，所加入的润滑剂挥发掉。

[0043] (5)、精整加工：采用YZ79-500压机，两上两下模架压制，通过高精度模具保证整形产品的精度。

[0044] 通过以上配比和制备工艺成型的粉末冶金圆环形磁毂，在一炉内，随机抽样100个，经过检测，其技术指标如下：

[0045] 平均密度：6.10

[0046] 平均烧结硬度：HB60。

[0047] 实施例2

[0048] 粉末冶金磁毂的形状和制备工艺步骤同实施例1。但在配比上及有区间限定的地方做了改进：所述的圆环1及其矩形磁齿2的成分组成为：纯铁粉的重量为100份，润滑剂的重量为1份。

[0049] 相邻磁齿2之间的圆环1的内壁上设有的凹槽3深度改为0.1mm、宽度改为3mm。经混料、装模压制成形、烧结、冷却、精整加工成产品。在混料步骤中，以纯铁粉为原料，称其重量100份，外加1份的润滑剂，采用双锥混料机，混料50分钟。在烧结步骤中，烧结温度为1133℃，高温烧结60分钟，随炉冷却。在这个烧结过程中，所加入的润滑剂挥发掉。

[0050] 按以上配比和工艺制备的磁毂，在一炉内，随机抽样100个，经过检测，其技术指标如下：

[0051] 平均密度：6.15

[0052] 平均烧结硬度：HB55。

[0053] 实施例3

[0054] 粉末冶金磁毂的形状和制备工艺同实施例1，但在配比上及有区间限定的地方做了改进：所述的圆环1及其矩形磁齿2的成分组成为：纯铁粉的重量为100份，润滑剂的重量为0.5份。

[0055] 相邻磁齿2之间的圆环1的内壁上设有的凹槽3深度改为0.15mm、宽度改3mm。经混料、装模压制成形、烧结、冷却、精整加工成产品。在混料步骤中，以纯铁粉为原料，称其重量100份，外加0.5份的润滑剂，采用双锥混料机，混料40分钟。在烧结步骤中，烧结温度为1127℃，高温烧结40分钟，随炉冷却。在这个烧结过程中，所加入的润滑剂挥发掉。

[0056] 按以上配比和工艺制备的磁毂，在一炉内，随机抽样100个，经过检测，其技术指标如下：

[0057] 平均密度：6.01

[0058] 平均烧结硬度：HB50。