一种磁粉成型加工装置及加工方法与流程

本技术涉及磁铁制造技术的领域，尤其是涉及一种磁粉成型加工装置及加工方法。

背景技术：

1、磁粉成型加工是通过压力、温度和外场等多物理场耦合作用，将磁性粉末致密化为具有特定形状、尺寸和磁性能的坯体的加工过程。成型过程中磁粉的填充均匀性、致密化程度、内应力控制和绝缘包覆层完整性等，会直接影响产品的最终磁性能与服役寿命。

2、现有磁粉成型加工的方法和设备，例如公开号为cn120072505b的一种非晶软磁复合磁粉芯致密化压制方法及设备，设计了上下模双向超声模组、模腔闭环温控系统和伺服液压压力闭环系统，压制过程中在20-40khz的超声振动和100-1200mpa的成型压力内进行匹配。

3、以上磁粉成型加工过程中，磁粉颗粒粒径存在差异，在20-40khz持续高频超声振动下，磁粉粗颗粒会向超声振源方向富集，细颗粒向远离振源的方向迁移，即偏析，最终导致同模腔坯体上下层粒度分布差异较大，使得致密度梯度相差较大，烧结后磁性能出现分层畸变，导致磁粉芯烧结时两端收缩率差距较大，使得磁粉芯容易出现裂纹或分层，对磁粉芯质量造成较大影响。

技术实现思路

1、为了降低对最终成型的磁粉芯质量产生影响，本技术提供一种磁粉成型加工装置及加工方法。

2、第一方面，本技术提供的一种磁粉成型加工装置采用如下的技术方案。

3、一种磁粉成型加工装置，包括向模腔内磁粉施加压力的液压模块、连接于模具以对磁粉进行振动的振动模块、对模腔内的颗粒物进行磁粉粒度和密度均匀检测的差分检测模块、基于差分检测模块所获取的数据对振动模块进行调控的控制模块，振动模块包括连接于上模的上超声波发生器、连接于下模的下超声波发生器和连接于中模的侧超声波发生器，侧超声波发生器围绕中模中心线均匀布置数个。

4、通过采用上述技术方案，通过上、下和周向均布的侧超声波发生器形成三维多向振动能力，突破传统双向超声的成型局限，既能实现磁粉致密化，又可针对轴向和径向粒度偏析实现靶向调控；

5、进行模腔内磁粉粒度/密度均匀性实时检测以实现振动参数动态自适应调控的全流程闭环控制，解决了超声辅助成型特有的磁粉粒度动态偏析行业痛点。

6、可选的，所述差分检测模块包括连接于上模的上检测换能器、连接于下模的下检测换能器和连接于中模的侧检测换能器，侧检测换能器围绕中模中心线均匀布置数个。

7、通过采用上述技术方案，构建轴向和径向三维全覆盖的差分检测体系，通过上下检测换能器实现轴向粒度分层精准识别，通过周向均布的侧检测换能器实现模腔各径向分区的局部偏析精准捕捉，无检测盲区，检测灵敏度与覆盖度远优于单点/单向检测方案；

8、检测换能器与成型超声发生器分体独立设置，避免成型振动对检测信号的干扰，保证差分检测数据的准确性与稳定性，为闭环调控提供了可靠的判定依据。

9、第二方面，本技术提供的一种磁粉成型加工方法采用如下的技术方案。

10、一种磁粉成型加工方法，基于上述的一种磁粉成型加工装置运行，具体包括如下步骤。

11、s1、基于磁粉种类设定基准切换压力、修正区间和目标压力；

12、s2、进行预振匀化以实现磁粉匀化分散；

13、s3、进行初始密度差分检测；

14、s4、梯度预压并同步进行预压段间密度差分检测和预压致密化，并监测切换判据；

15、s5、切换判据达标时进行梯度主压和主压致密化；

16、s6、梯度主压至目标压力后进行恒压保压；

17、s7、恒压保压完成后进行泄压并脱模；

18、s8、退火。

19、通过采用上述技术方案，预振匀化消除初始粒度不均，并在颗粒可自由移动的偏析高发期，即预压段内，同步进行预压段间密度差分检测；颗粒锁死后，即主压段内，专注致密化，兼顾了高致密度与高均匀性；

20、引入预压/主压自适应切换判据，精准锁定粉末从颗粒重排阶段进入塑性变形阶段的临界点，实现防偏析控制与致密化工序的精准解耦，既杜绝了偏析发生，又最大化保证了致密化效率。

21、可选的，所述s2中先启动下超声波发生器进行频率15khz、振幅10μm和时长0.5s的振动，再关闭下超声波发生器并启动侧超声波发生器，进行频率30khz、振幅5μm和时长0.5s的振动。

22、通过采用上述技术方案，先通过低频大振幅的下超声振动破除磁粉搭桥，实现粗颗粒全局重排，再通过高频小振幅的周向侧超声振动实现细颗粒间隙填充和三维匀化分散，从源头消除磁粉初始装填带来的粒度不均，大幅降低后续成型过程的偏析风险；

23、下超声与侧超声分时独立工作，避免多振子同时工作产生的驻波和紊流引发的颗粒分选效应，杜绝预振过程中反而诱发粒度偏析的问题。

24、可选的，所述s4中梯度预压分为四级，每级预压升压幅度为基准切换压力的四分之一。

25、通过采用上述技术方案，四级等幅梯度升压设计，实现了预压段压力的平稳线性提升，避免压力突变导致的颗粒瞬间定向迁移，大幅降低了偏析发生的概率；

26、以基准切换压力为基准设定升压幅度，精准匹配粉末从松散状态到颗粒锁死临界点的压力变化规律，每级升压均处于颗粒可重排的偏析高发期。

27、可选的，所述s4中梯度预压每一级升压完成后进行预压段保压，预压段保压内进行预压段间密度差分检测并在粒度差超出预设阈值时，按预设方案执行靶向补偿，然后进行预压致密化，预压致密化结束后再进行下一级的升压。

28、通过采用上述技术方案，每级预压升压后在保压期内完成差分检测，可精准捕捉每一次压力变化后磁粉的粒度分布动态变化，实时识别偏析趋势，在偏析发生初期即可完成干预，避免偏析进一步扩大形成不可逆的性能缺陷；

29、基于检测结果的靶向补偿机制，可针对偏析发生的具体区域，精准调控对应位置的超声发生器参数，避免全域超声调整带来的二次偏析，防偏析效果更精准且更高效；

30、预压保压期内检测、补偿和致密化的固定时序设计，保证了检测数据不受成型振动干扰，补偿动作完成后再进入致密化工序，闭环控制逻辑严谨，防偏析效果稳定可控，批次一致性强。

31、可选的，所述s5梯度主压分为八级，每级主压升压幅度为（目标压力-基准切换压力）/8。

32、通过采用上述技术方案，八级更精细的梯度升压设计，精准适配粉末进入塑性变形阶段后的致密化规律，压力平稳提升，避免压力突变导致的坯体内部应力集中和微裂纹等缺陷，保证坯体致密度均匀提升；

33、八级梯度设计兼顾了致密化精度与成型效率，每级升压可实现内应力的逐级释放，同时适配工业化连续量产的节奏，在保证产品性能的前提下，最大化提升生产效率。

34、可选的，所述s5中梯度主压每一级升压后进行主压段保压，保压期间进行保压致密化，保压致密化结束后进行下一级升压。

35、通过采用上述技术方案，每级升压后的主压段保压设计，可让粉末在该压力下完成充分的塑性变形，保证坯体各位置致密度均匀提升，避免局部致密化不足导致的密度梯度与磁性能畸变；

36、保压期内同步施加超声振动，可持续降低粉末屈服应力，促进颗粒间的塑性结合，进一步提升坯体致密度，同时逐级释放压制内应力，避免后续脱模开裂或退火后磁性能劣化；

37、分级保压设计实现了内应力的逐级释放，避免了一次性升压保压导致的内应力集中，大幅提升坯体的结构完整性与成型良品率。

38、可选的，所述s6恒压保压时长2-5s，超声频率40khz，振幅10μm，脉冲时序为振动0.2s，暂停0.1s。

39、通过采用上述技术方案，精准匹配的保压时长与超声参数，可在恒压状态下进一步促进粉末的塑性变形，保证坯体整体致密度均匀稳定，同时通过高频超声持续释放坯体内部的残余内应力，为后续脱模与退火后的磁性能优化奠定基础；

40、脉冲式超声时序既保留了超声降应力和促致密的核心效果，又避免了持续高频振动导致的坯体内部颗粒二次迁移和磁粉绝缘包覆层磨损，兼顾了致密度、内应力释放与绝缘性能完整性。

41、可选的，所述s7泄压为五级泄压，每级泄压同步降低超声频率和振幅，每级泄压完成后保压0.3s。

42、通过采用上述技术方案，五级分级泄压设计，避免了瞬间泄压导致的坯体弹性应变能集中爆发，大幅缓解了非晶磁粉特有的弹性后效效应，有效缓解脱模开裂和尺寸超差的行业痛点，显著提升产品尺寸精度与成型良品率；

43、每级泄压同步梯度降低超声频率与振幅，通过微幅超声振动持续促进坯体内部弹性应变能的缓释，让坯体的回弹过程均匀可控，进一步降低坯体回弹率，保证坯体尺寸精度与结构完整性；

44、每级泄压后的保压工序，可让坯体在该压力下完成均匀回弹，避免回弹不均导致的内部应力集中与开裂，同时保证超声缓释效果的充分落地，完美适配高致密度非晶磁粉芯的量产脱模需求。

45、综上所述，本技术包括至少以下有益效果：

46、通过配置由上模、下模连接的双向超声波发生器与中模周向均匀布置的多组侧超声波发生器构成的多维度振动模块，搭配与模具集成的多通道差分检测模块和闭环调控的控制模块，构建了材质参数预设、预振匀化分散、初始密度差分检测、四级梯度预压同步段间密度差分检测与靶向防偏析补偿、双判据自适应切换八级梯度主压、脉冲超声恒压保压、分级梯度泄压同步降幅脱模和成品退火的全流程闭环成型体系，在完整保留超声辅助成型降低磁粉屈服应力、提升成型致密度、降低成型压力核心优势的基础上，还可解决高频超声成型过程中特有的磁粉粒度动态偏析行业痛点，大幅提升了同模腔或同批次磁粉芯的粒度分布均匀性、致密度一致性与尺寸精度，显著降低了成型坯体的脱模开裂率与磁性能波动，有效提高了高端非晶软磁磁粉芯量产的良品率与批次稳定性，同时可适配多品类磁粉的成型需求。