Оптимальное давление прессования для магнитодиэлектриков лежит в интервале 600— 1000 МПа, а для ферритов — 80—200 МПа. Продолжительность выдержки под нагрузкой не влияет на плотность магнитного материала. Обеcпечение равномерной плотности магнитного материала в формованном магнитопроводе осуществляется прессованием в пресс-формах с двойным давлением сверху и снизу. Кроме того, в магнитопроводах из ферритов в случае неравномерной плотности при последующем спекании возникают значительные внутренние напряжения, вызывающие коробление и растрескивание. Для исключения растрескивания магнитопроводов из ферритов проводят следующие технологические мероприятия:
перед спеканием нагревом из них удаляют связку;
при спекании скорость подъема температуры ограничивают 200—300 К/ч из-за быстрого испарения оставшейся связки;
после выдержки при температуре спекания требуется медленное охлаждение со скоростью 50—100 К/ч.
Магнитопроводы с одинаковыми магнитными характеристиками могут быть получены только при одинаковой температуре по всей рабочей зоне печи. Температурный режим поддерживается с точностью ±5 К автоматическим регулированием.
Технологический процесс изготовления деталей методом порошковой металлургии
Четыре основных операции: смешивание, формование, спекание и калибрование.
· Смешивание.
Смешивание – это приготовление однородной механической смеси из металлических порошков различного химического и гранулометрического состава или смеси металлических порошков с неметаллическими.
Формование.
Формование изделий осуществляем путем холодного прессования под большим давлением (30–1000 МПа) в металлических формах. Обычно используются закрытые пресс-формы. Смесь порошков свободно засыпается в полость матрицы, объемная дозировка регулируется ходом нижнего пуансона. Прессование может быть одно- или двусторонним в зависимости от отношения высоты детали к ее диаметру (поперечному размеру). Для формования и калибрования используем прессовое оборудование с механическим, гидравлическим или пневматическим приводом. Полученная прессовка имеет размер и форму готового изделия, а также достаточную прочность для перегрузки и транспортировки к печи для спекания.
· Спекание.
Спекание изделий из однородных металлических порошков производится при температуре, составляющей 70–90% температуры плавления металла. В смесях максимальная когезия достигается вблизи температуры плавления основного компонента, а в цементированных карбидах – вблизи температуры плавления связующего. С повышением температуры и увеличением продолжительности спекания увеличиваются усадка, плотность и улучшаются контакты между зернами. Во избежание окисления спекание проводят в восстановительной атмосфере (водород, оксид углерода), в атмосфере нейтральных газов (азот, аргон) или в вакууме. Прессовка превращается в монолитное изделие, технологическая связка выгорает.
· Калибрование.
При калибровании изделий достигается нужная точность размеров, улучшается качество поверхности и повышается прочность. Примерно 80% нашей продукции проходят эту операцию.
Порошковые изделия готовы к использованию. Однако, для предания заданных свойств, иногда применяются дополнительные операции (пропитка смазками, механическая, термическая, химическая обработка и др.)
Преимущества порошковой металлургии Пять основных преимуществ: безотходность, производительность, высочайшая точность, широкий диапазон свойств, получение уникальных свойств. · Безотходность. Технологию порошковой металлургии можно назвать безотходной. Потери сырья составляют не более 5%. · Производительность. Также экономический эффект можно получить за счет полной автоматизации изготовления деталей на пресс-автоматах (а еще лучше - на роторных линиях). Простые детали можно прессовать свыше 5000 штук в час. · Высочайшая точность. Высокая точность формы и размеров детали обеспечивается особенностями технологии, высокоточным прессовочным и калибровочным пресс-инструментом. Получаем 2-й класс точности (6-7 квалитет) · Широкий диапазон получаемых свойств. Можно регулировать физические, механические, электрические, магнитные и др. свойства производимой продукции. Например, задавать нужные электрические свойства контактов, магнитные свойства магнитопроводов и механические свойства конструкционных деталей. Особенностью порошковой металлургии является возможность изготавливать пористые материалы. Например, можно задавать необходимую пористость для фильтров или самосмазываемых подшипников скольжения. Эксплуатационные характеристики продукции можно сделать более гибкими за счет применения возможностей порошковой металлургии. · Получение уникальных свойств, не достижимых другими традиционными методами. Порошковая технология предоставляет возможности для создания псевдосплавов (из несплавляющихся металлов) и материалов с особыми специальными свойствами, которые нельзя получить, применяя другие известные промышленные методы изготовления. Также она предоставляет возможность получения материалов высокой чистоты.
Технологический процесс изготовления магнитопроводов из ферритов и магнитодиэлектриков
Типовой ТП изготовления магнитопроводов из магнитодиэлектриков включает следующие основные этапы: приготовление порошка магнитного материала, приготовление формовочной смеси, формование, термообработка, пропитка магнитопроводов.
Приготовление порошка магнитного материала осуществляется размолом чистых магнитных материалов (карбонильного железа, альсифера и т. д.).
Приготовление формовочной смеси заключается в том, что порошок магнитного материала смешивают с термопластичной или термореактивной связкой. Термопластичная связка в виде тонкоизмельченного порошка (например, полистирола) или термореактивная — в виде раствора, например бакелитовой смолы в спирте, подается в определенной пропорции с порошком магнитного материала в смеситель, где формовочная смесь тщательно перемешивается для обеспечения полного обволакивания магнитного порошка диэлектрической связкой. Формовочная смесь на основе полистирола после смешивания готова к формованию, а смесь на основе бакелитовой смолы предварительно подсушивается для удаления летучих составляющих на металлических противнях и просеивается, после чего подается на формование.
Формование магнитопроводов осуществляют теми же методами, что и прессование пластмасс, а именно, холодным и горячим прессованием и горячим литьем под давлением. Магнитодиэлектрики с термореактивной связкой обычно формуют холодным и горячим прессованием, а магнитодиэлектрики с термопластичной связкой — литьем под давлением. Холодное прессование проводится при следующих режимах: давление 800—1000 МПа, температура 288—298 К, выдержка под давлением 1—2 с. Режимы горячего прессования формовочной массы на основе полистирола: предварительный нагрев пресс-формы до 453—473 К, давление 400—500 МПа, выдержка под давлением 3—10 мин, охлаждением пресс-формы до 353— 358 К.
Термообработка магнитопроводов проводится в тех случаях, когда используется метод холодного прессования. Отформованные магнитопроводы для полимеризации термореактивной связки помещают в печь с температурой 403—413К и выдерживают 4—8 ч.
Пропитка магнитопроводов проводится с целью повышения влагостойкости и защиты от окисления. При этом используют различные компаунды, кремнийорганические составы, парафин или церизин.
Типовой ТП изготовления магнитопроводов из ферритов включает следующие основные этапы: приготовление порошков соответствующих окислов металлов, приготовление формовочной смеси, формование, термообработка, пропитка магнитопроводов.
Технология изготовления магнитопроводов из ферритов аналогична технологии изготовления деталей из керамики. Формование магнитопроводов осуществляется сухим или сырым прессованием, а также выдавливанием через мундштук. Отпрессованные магнитопроводы спекают в печи с использованием газовой среды в зависимости от состава феррита. Спекание на воздухе с последующим охлаждением в инертной среде проводят для ферритов, содержащих марганец. Спекание в вакууме проводят для марганцево-цинковых ферритов. Конечная температура спекания ферритов 1273—1683 К. Магнитопроводы пропитывают в 80%-ном спиртовом растворе бакелитового лака в течение 30 мин с последующей просушкой в термостате при температуре 413 К в течение 6 ч.
Контроль качества магнитопроводов
Все магнитопроводы подвергают следующим видам контроля: контроль геометрических размеров, внешнего вида, маркировки, массы, контроль магнитных характеристик (магнитной проницаемости и относительного тангенса угла магнитных потерь).
Геометрические размеры магнитопроводов проверяют любым измерительным инструментом, обеспечивающим погрешность измерения, не превышающую установленную ГОСТ 8.051—73. Внешний вид и маркировку проверяют внешним осмотром невооруженным глазом с остротой зрения от 0,8 до 1 и нормальным цветоощущением при освещенности от 60 до 100 лк, сопоставляя с чертежами и образцами внешнего вида. Массу магнитопроводов определяют взвешиванием с погрешностью не более ± 0,5%.
Определение начальной магнитной проницаемости и относительного тангенса угла магнитных потерь рассмотрим на примере кольцевых магнитопроводов из ферритов (см. ГОСТ 14208—77) марок 1000НМ, 1500НМ, 3000НМ, 4000НМ. Начальную магнитную проницаемость определяют измерением коэффициента начальной индуктивности магнитопроводов на одной из частот 1 —100 кГц. Измерение коэффициента начальной индуктивности проводят при помощи мостового измерителя индуктивности (например, низкочастотного измерителя малых индуктивностей ЭМ18-2 или цифрового измерителя индуктивностей ЭМЦ7-2). Магнитопроводы считаются годными, если значения коэффициента начальной индуктивности лежат в пределах, указанных в ТУ.