摘要:本文簡述了連續(xù)擠壓技術(shù)在銅加工中的應(yīng)用,重點(diǎn)介紹了該技術(shù)在無氧銅帶、銅排、異型銅排、無氧銅棒、接觸線、銅扁線等領(lǐng)域的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:連續(xù)擠壓;無氧銅帶;銅排;異型銅排;無氧銅棒;接觸線
中圖分類號:TG 375.25 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671- 6795(2010)02- 0030- 03
連續(xù)擠壓技術(shù)是20世紀(jì)70年代初由英國原子能管理局(UKAEA)斯普林菲爾德研究所格林(D.Green)先生提出的塑性加工新方法,被譽(yù)為有色金屬加工技術(shù)的一次***。我國的連續(xù)擠壓技術(shù)經(jīng)歷了20多年的發(fā)展,已經(jīng)從開始時(shí)的fangzhi、改進(jìn),到擁有自主產(chǎn)權(quán)的再創(chuàng)新,已經(jīng)成為國際上連續(xù)擠壓技術(shù)和裝備的制造大國和應(yīng)用大國[1]。
1.連續(xù)擠壓技術(shù)的工作原理
連續(xù)擠壓技術(shù)的工作原理如圖1所示[1]:模腔位于擠壓輪側(cè)面,坯料在旋轉(zhuǎn)擠壓輪的帶動(dòng)下進(jìn)入擠壓腔內(nèi),在輪槽摩擦力的作用下,坯料溫度升高壓力加大,達(dá)到一定值后便從模孔中擠出,形成產(chǎn)品。產(chǎn)品的尺寸與形狀取決于模具,只需簡單地更換模具即可生產(chǎn)出不同規(guī)格的產(chǎn)品。
連續(xù)擠壓包覆的基本原理如圖2所示[1]:連續(xù)擠壓包覆技術(shù)在連續(xù)擠壓工藝方法的基礎(chǔ)上,將靴座置于擠壓輪的上部,這樣允許芯線穿過型腔,從而使包覆材料直接或間接地包覆在芯線上,并與芯線同時(shí)從�？跀D出,形成包覆產(chǎn)品。
2.連續(xù)擠壓技術(shù)在銅加工中的應(yīng)用
2.1無氧銅帶
無氧銅帶用于制作高端產(chǎn)品組件,在電力、電器、通訊、電子、計(jì)算機(jī)等行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用,如光纜、同軸射頻電纜、計(jì)算機(jī)微型散熱器、柔軟印刷電路板等
無氧銅帶屬于技術(shù)含量高并具有特殊性能的材料,在電學(xué)性能、含氧量、化學(xué)成分、機(jī)械性能、尺寸公差精度、板型精度、表面粗糙度及邊部質(zhì)量等各方面都有嚴(yán)格的要求。含氧量超標(biāo)、含氧量分布不均勻一直困擾著無氧銅帶的生產(chǎn)。
傳統(tǒng)的無氧銅帶的生產(chǎn)方法主要有兩種:立式半連鑄或全連鑄-熱軋法-冷軋法和水平連鑄-冷軋法。***種工藝存在生產(chǎn)流程長、能耗高、投資大、建設(shè)周期長等缺點(diǎn)。第二種工藝減少了加熱等工序,具有流程短、節(jié)能、投資少等優(yōu)點(diǎn),但存在生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn),單條線年生產(chǎn)能力為2千噸左右,在工藝穩(wěn)定性、質(zhì)量方面尚有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善[2]。
連續(xù)擠壓法是采用Υ 20～Υ 30mm的無氧銅桿為原料,經(jīng)連續(xù)擠壓擴(kuò)展變形獲得帶坯,再通過冷軋、退火、表面處理等工序生產(chǎn)無氧銅帶的一種加工方法。該工藝的關(guān)鍵是利用擴(kuò)展變形獲得大寬度的帶坯,是在帶材生產(chǎn)中的創(chuàng)新[3]。目前,力博集團(tuán)投產(chǎn)的630連續(xù)擠壓機(jī)生產(chǎn)帶坯寬度可達(dá)320mm。
該工藝生產(chǎn)無氧銅帶具有以下特點(diǎn):
① .連續(xù)擠壓技術(shù)將壓力加工中無用的摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃蔚尿?qū)動(dòng)力和加熱源,帶坯直接擠壓成型,減少了加熱、熱軋、銑面等工序,具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn);
② .上引銅桿的鑄態(tài)組織經(jīng)過連續(xù)擠壓工序轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小均勻的再結(jié)晶組織,平均晶粒尺寸0.020mm;③ .純度高,含氧量低,導(dǎo)電率高。Cu+Ag≥99.97%,導(dǎo)電率≥ 101%IACS,含氧量≤ 8ppm。
銅排是一種大電流導(dǎo)電銅材,用于高低壓電器、開關(guān)觸頭、配電設(shè)備、母線槽等電器設(shè)備,也廣泛用于金屬冶煉、電化電鍍、化工燒堿等超大電流冶煉或電解設(shè)備[4]。
國內(nèi)制造銅排的傳統(tǒng)方法有兩種:軋制法和傳統(tǒng)擠壓法。這兩種方法的不足是工藝流程長、工序長、能耗大、成材率低、質(zhì)量難控制。連續(xù)擠壓技術(shù)生產(chǎn)銅排的生產(chǎn)工藝是:上引銅桿
-連續(xù)擠壓-拉伸精整-定尺鋸切,該工藝與傳統(tǒng)方法相比具有流程短、投資少、高效節(jié)能、產(chǎn)品組織致密、晶粒細(xì)小,機(jī)械性能和導(dǎo)電性能優(yōu)越的優(yōu)點(diǎn)。異型銅排是制造直流電機(jī)、勵(lì)磁電機(jī)、電機(jī)放大機(jī)的換向器、高低壓電器開關(guān)觸頭以及輸配電安裝用導(dǎo)體的主要原材料。模具設(shè)計(jì)是連續(xù)擠壓技術(shù)生產(chǎn)異型銅排關(guān)鍵,異型銅排擠壓模具的形狀和尺寸的設(shè)計(jì),不只是按成品形狀和尺寸的投影式放大,需重點(diǎn)考慮高度與寬度的比值和內(nèi)外夾角。
2.3無氧銅棒
無氧銅棒廣泛應(yīng)用在電真空器件中,由于電真空器件在制造過程中要在氫氣中密封,因此對含氧量有嚴(yán)格的控制。目前廣泛采用的無氧銅棒生產(chǎn)工藝是:熔煉-半連續(xù)鑄造-熱擠壓-拉拔,連續(xù)擠壓技術(shù)生產(chǎn)無氧銅棒的工藝是:上引連鑄-連續(xù)擠壓-拉拔;該技術(shù)生產(chǎn)無氧銅棒具有流程短、高效節(jié)能、含氧量低、綜合性能好、設(shè)備投資少和組織生產(chǎn)靈活等優(yōu)點(diǎn)。
2.4接觸線
接觸線是一種傳輸電力的裸線,通過它與受電弓的直接接觸將電能從牽引變電所傳輸給受電設(shè)備,是電氣化鐵路接觸網(wǎng)的主要元件。隨著我國鐵路向高速、電氣化方向的發(fā)展,對接觸線的性能提出了越來越高的要求。銅及銅合金接觸線材料已由純銅發(fā)展為銅銀合金、銅錫合金、銅鎂合金等,生產(chǎn)銅及銅合金接觸線的方法主要有:上引連鑄-拉拔法,連鑄連軋-拉拔法,連續(xù)擠壓法[5]。上引連鑄-拉拔法的一般工藝為上引鑄造-多道次拉拔-軋制-退火-多道次拉拔-成品。這種工藝生產(chǎn)的鑄桿品質(zhì)好,含氧量低,成本低;缺點(diǎn)是產(chǎn)品組織晶粒粗大,有未完全破碎的鑄造組織。產(chǎn)品使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生連續(xù)細(xì)小的離線火花,降低了機(jī)車的取流質(zhì)量和接觸線的壽命。
連鑄連軋-拉拔法是采用連鑄連軋生產(chǎn)線生產(chǎn)出Υ 20mm的線坯,再經(jīng)拉拔機(jī)冷拉成型。該方法的優(yōu)點(diǎn)是連鑄連軋坯為熱軋線坯,完全消除了鑄造組織,為細(xì)小的等軸晶粒。但采用這種方法制造的接觸線含氧量高,易在晶界上形成脆性的氧化亞銅,造成接觸線抗彎折性能不良、抗疲勞性能差。
連續(xù)擠壓法生產(chǎn)接觸線即采用Υ 16mm的上引無氧銅桿為坯料,經(jīng)連續(xù)擠壓擴(kuò)展成型為Υ 22mm或Υ 24mm的桿坯,再經(jīng)過軋制和冷拔成型,制成截面為120mm 2或150mm 2的接觸線。連續(xù)擠壓法生產(chǎn)的接觸線具有較好的細(xì)晶組織、晶粒分布均勻和良好的機(jī)械性能,各種性能均優(yōu)于傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的接觸線,指標(biāo)明顯高于標(biāo)準(zhǔn)[6]。
連續(xù)擠壓法生產(chǎn)銅鋁復(fù)合接觸線(圖4),其主要應(yīng)用在有軌及磁懸浮列車等領(lǐng)域。該技術(shù)的關(guān)鍵是通過合理的模具設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)鋁合金與銅坯料之間冶金結(jié)合的“半包覆”成型.
2.5銅扁線
銅扁線是制造變壓器所用電磁線的主要材料,其導(dǎo)電性能、抗拉強(qiáng)度、延展性、表面質(zhì)量直接影響到變壓器繞組的性能和制造質(zhì)量。
傳統(tǒng)的銅扁線加工方法是:軋制-拉拔-退火,其工藝工序多、周期長、成本高,并且原料尺寸與產(chǎn)品規(guī)格有關(guān),給多品種、小批量生產(chǎn)模式的生產(chǎn)準(zhǔn)備帶來困難。
“上引連鑄-連續(xù)擠壓”工藝生產(chǎn)的銅扁線具有較好的細(xì)晶組織,晶粒分布均勻,性能指標(biāo)完全符合要求。省去了退火工序,不僅節(jié)省電能還徹底避免了退火過程中爐溫不均勻?qū)е碌漠a(chǎn)品性能變化,可保證產(chǎn)品的性能沿整個(gè)長度均勻一致,具有良好的表面質(zhì)量,而且大大地提高了生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期。
3.結(jié)論
連續(xù)擠壓技術(shù)以其高效節(jié)能、投資少、產(chǎn)品性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用在銅加工領(lǐng)域。