◎陈创鑫

锰锌铁氧体成型密度设计

◎陈创鑫

在锰锌铁氧体的变形控制上，成型毛坯密度的控制是首要的也是最基础的因素，本文从整体密度与局部密度的关系入手，对毛坯密度管控进行推导和论述，并对实际生产过程中影响毛坯密度调整的因素进行论述，对制定成型工艺标准起到一个理论指导的作用。

影响锰锌铁氧体变形的因素有多种，包括成型密度控制，烧结辅材平整度，摆坯方式，窑炉温度差异等等，其中，成型密度控制是最基础的因素，也是主要的影响因素.但对于成型密度的控制，缺乏一个有较好指导意义的理论，用于指导成型工艺参数的制定，本人在多年的工作中不断总结和实践，摸索出成型毛坯密度控制的相关理论，以指导生产过程中的工艺标准制定。

理论推导

密度的不均匀性是指生坯成型后在径向和轴向存在的密度分布不一致的情况，局部密度不一致的生坯，经高温烧结后，将因收缩不一致而产生变形，轴向密度不均匀常产生大小头，内缩外扒变形，径向密度不均匀常产生弯腰、拱背、扭曲变形等。下面从整体密度与局部密度的关系入手，逐步推导出密度管控的相关公式和要点。

假设一个生坯可分解为N个局部，那么有：

基本公式：G生坯=V整体＊ρ整体

=V1ρ1+V2＊ρ2+……+ Vn＊ρn

V整体以及各部分的V（体积）均可通过生坯图计算得到对应值，于是，上式其实就是毛坯的整体密度与各部分局部密度的关系式。该公式主要可运用于成型参数设计中的局部密度控制部分。

从以上公式可以看出，在ρ整体确定的情况下，各部分密度是相互关联的，而不是可以随意设置的，如果违背了上述定理，那么，成型是不可能满足要求的，因为这违背了自然规律。

对于一般的毛坯，主要局部密度控制有：ρ底板，ρ中柱，ρ方腿三个部分，那么，如何通过综合考虑，在满足上述公式的情况下，最合理的分配局部密度，使产品达到一个最佳的状态呢？

首先，ρ底板与产品的烧结之后的A尺寸（主要尺寸）有密切关系，尤其是对于EC型产品。根据我们需要的A尺寸，结合模具的对应尺寸，可得到理论收缩率，从而得到对应的成型密度。

3.00＊1.183 = ρ＊L3 ≈ 4.93 （公式1）

其中，3.00为烧结密度在4.84 g/ cm3，收缩率为1.18时的成型毛坯密度，L为需要的收缩率，ρ为需要的收缩率所对应的成型密度。

通过上式，根据我们需要的A尺寸，可计算出对应的收缩率L，代人上式就可以得出我们所需要控制的成型毛坯的ρ底板。

除了ρ底板以外，还有ρ方腿和ρ中柱的控制，一般情况下，考虑到产品烧结收缩时的受力均匀和叠，对装的变形情况等原因，有以下几个限制：

1.方腿和中柱的密度差限制，假定为|ρ方腿-ρ中柱| ≤0.05 g/cm3

2.方腿与底板的密度差限制 假定为|ρ方腿-ρ底板| ≤0.05g/cm3

具体计算时，根据A尺寸和E尺寸的磁芯标准和模具设计尺寸，可计算出整体密度，ρ底板和ρ中柱的理论值，再根据基本公式1，即可大致算出ρ方腿算出各部分的理论中心值之后，根据具体产品的烧结变形或其他具体问题，通过实验权衡所允许的各部分密度差的最大值，就可以定出我们所允许的各部分密度的公差范围，有了中心值和公差范围，就得到最终的工艺标准。

在具体生产中还要结合具体产品的具体压制情况和生产效率等，做一些取舍和权衡，加以修正，才能用理论去指导实际生产，发挥其作用，创造效益。

在成型压制过程中由于各种因素影响，导致各部分密度的实际值与理论值偏差，无法满足工艺下发的标准要求，这是一个现实的问题，根据经验理论，影响实际压制毛坯的局部密度的因素主要有：

模具设计尺寸放矢 这是最主要的影响，模具设计时的底板尺寸，中柱尺寸，方腿尺寸等直接决定了压制后毛坯的各部分密度，所以模具设计是至关重要的一个环节。这里把毛坯压制时不通过顶压等人为调整的初始局部密度分布成为自然局部密度分布，如果设计的理论局部密度分布与自然局部密度分布偏差大，会导致调机困难，甚至无法满足工艺要求；会导致烧结之后各部分尺寸不匹配，也会导致变形等其他不良产生。单纯从成型工序调整是无法实现弥补的，因为成型的调整从一定意义上讲属于反自然规律，所以有较大的有局限性，调整的幅度有限，同时也会有开裂，起层等其他副作用；

开槽，加凸台等工艺调整 其原理是通过改变局部的截面积和深度，改变填料的难易程度，从而在一定程度上改变局部密度的分布。截面积是指与压制方向垂直方向上的面积，增加截面积，填料变得容易，可从一定程度上增加密度；深度是指与压制方向平行方向上的面积，深度加大，在相同时间要填满料的难度增大，所以会降低该部分的密度。该方法有一定的作用，但是也是有局限性，对一些产品该方法是没有作用的，同时该方法会破坏填料的正常分布，导致局部位置密度分布不均匀，出现烧后有的位置尺寸异常超差等情况，不推荐该方法；

（截面积/填料深度）A/H比 不同A/H比的部位其填料难易程度不同，进而局部密度也有差异。截面积越小，填料深度越大的毛坯或部位其填料越困难，密度就会越低。最典型的是UFI系列，或高扁型的产品，竖向推坯由于产品结构的原因，导致填料困难，因此体现在生产上就是料重易变，经常需要调整，通过降低频次可一定程度上改善；同一个毛坯的不同位置也有不同，如对于单发机而言，毛坯中柱截面积较大，容易填料，因此一般密度相对较高，方腿则次之，而底板从填料方面考虑应该密度较高，但是由于压制原理中的摩擦力原因导致底板密度一定程度上降低；粉料参数的影响：不同粉料松装比，颗粒分布，流动性对压制过程中的颗粒分布有着重要的影响，起着根本性的作用。

以上对磁芯在成型过程中的密度控制进行了理论分析，对影响密度分布的因素进行了浅析。在生产过程中，需充分考虑理论和实际的结合应用，一份标准的下发，一定是经过严谨的计算分析，严密的思考权衡得到的，只有这样才能更好的指导生产，保证质量，提高效率。

（作者单位：广东乳源东阳光磁性材料有限公司）