摘要:本文简述了连续挤压技术在铜加工中的应用,重点介绍了该技术在无氧铜带、铜排、异型铜排、无氧铜棒、接触线、铜扁线等领域的应用。
关键词:连续挤压;无氧铜带;铜排;异型铜排;无氧铜棒;接触线
中图分类号:TG 375.25 文献标识码:A 文章编号:1671- 6795(2010)02- 0030- 03
连续挤压技术是20世纪70年代初由英国原子能管理局(UKAEA)斯普林菲尔德研究所格林(D.Green)先生提出的塑性加工新方法,被誉为有色金属加工技术的一次***。我国的连续挤压技术经历了20多年的发展,已经从开始时的fangzhi、改进,到拥有自主产权的再创新,已经成为国际上连续挤压技术和装备的制造大国和应用大国[1]。
1.连续挤压技术的工作原理
连续挤压技术的工作原理如图1所示[1]:模腔位于挤压轮侧面,坯料在旋转挤压轮的带动下进入挤压腔内,在轮槽摩擦力的作用下,坯料温度升高压力加大,达到一定值后便从模孔中挤出,形成产品。产品的尺寸与形状取决于模具,只需简单地更换模具即可生产出不同规格的产品。
连续挤压包覆的基本原理如图2所示[1]:连续挤压包覆技术在连续挤压工艺方法的基础上,将靴座置于挤压轮的上部,这样允许芯线穿过型腔,从而使包覆材料直接或间接地包覆在芯线上,并与芯线同时从模口挤出,形成包覆产品。
2.连续挤压技术在铜加工中的应用
2.1无氧铜带
无氧铜带用于制作高端产品组件,在电力、电器、通讯、电子、计算机等行业中有广泛的应用,如光缆、同轴射频电缆、计算机微型散热器、柔软印刷电路板等
无氧铜带属于技术含量高并具有特殊性能的材料,在电学性能、含氧量、化学成分、机械性能、尺寸公差精度、板型精度、表面粗糙度及边部质量等各方面都有严格的要求。含氧量超标、含氧量分布不均匀一直困扰着无氧铜带的生产。
传统的无氧铜带的生产方法主要有两种:立式半连铸或全连铸-热轧法-冷轧法和水平连铸-冷轧法。***种工艺存在生产流程长、能耗高、投资大、建设周期长等缺点。第二种工艺减少了加热等工序,具有流程短、节能、投资少等优点,但存在生产效率低的缺点,单条线年生产能力为2千吨左右,在工艺稳定性、质量方面尚有待进一步改进和完善[2]。
连续挤压法是采用Υ 20～Υ 30mm的无氧铜杆为原料,经连续挤压扩展变形获得带坯,再通过冷轧、退火、表面处理等工序生产无氧铜带的一种加工方法。该工艺的关键是利用扩展变形获得大宽度的带坯,是在带材生产中的创新[3]。目前,力博集团投产的630连续挤压机生产带坯宽度可达320mm。
该工艺生产无氧铜带具有以下特点:
① .连续挤压技术将压力加工中无用的摩擦力转变为变形的驱动力和加热源,带坯直接挤压成型,减少了加热、热轧、铣面等工序,具有高效节能的优点;
② .上引铜杆的铸态组织经过连续挤压工序转变为细小均匀的再结晶组织,平均晶粒尺寸0.020mm;③ .纯度高,含氧量低,导电率高。Cu+Ag≥99.97%,导电率≥ 101%IACS,含氧量≤ 8ppm。
铜排是一种大电流导电铜材,用于高低压电器、开关触头、配电设备、母线槽等电器设备,也广泛用于金属冶炼、电化电镀、化工烧碱等超大电流冶炼或电解设备[4]。
国内制造铜排的传统方法有两种:轧制法和传统挤压法。这两种方法的不足是工艺流程长、工序长、能耗大、成材率低、质量难控制。连续挤压技术生产铜排的生产工艺是:上引铜杆
-连续挤压-拉伸精整-定尺锯切,该工艺与传统方法相比具有流程短、投资少、高效节能、产品组织致密、晶粒细小,机械性能和导电性能优越的优点。异型铜排是制造直流电机、励磁电机、电机放大机的换向器、高低压电器开关触头以及输配电安装用导体的主要原材料。模具设计是连续挤压技术生产异型铜排关键,异型铜排挤压模具的形状和尺寸的设计,不只是按成品形状和尺寸的投影式放大,需重点考虑高度与宽度的比值和内外夹角。
2.3无氧铜棒
无氧铜棒广泛应用在电真空器件中,由于电真空器件在制造过程中要在氢气中密封,因此对含氧量有严格的控制。目前广泛采用的无氧铜棒生产工艺是:熔炼-半连续铸造-热挤压-拉拔,连续挤压技术生产无氧铜棒的工艺是:上引连铸-连续挤压-拉拔;该技术生产无氧铜棒具有流程短、高效节能、含氧量低、综合性能好、设备投资少和组织生产灵活等优点。
2.4接触线
接触线是一种传输电力的裸线,通过它与受电弓的直接接触将电能从牵引变电所传输给受电设备,是电气化铁路接触网的主要元件。随着我国铁路向高速、电气化方向的发展,对接触线的性能提出了越来越高的要求。铜及铜合金接触线材料已由纯铜发展为铜银合金、铜锡合金、铜镁合金等,生产铜及铜合金接触线的方法主要有:上引连铸-拉拔法,连铸连轧-拉拔法,连续挤压法[5]。上引连铸-拉拔法的一般工艺为上引铸造-多道次拉拔-轧制-退火-多道次拉拔-成品。这种工艺生产的铸杆品质好,含氧量低,成本低;缺点是产品组织晶粒粗大,有未完全破碎的铸造组织。产品使用时会产生连续细小的离线火花,降低了机车的取流质量和接触线的寿命。
连铸连轧-拉拔法是采用连铸连轧生产线生产出Υ 20mm的线坯,再经拉拔机冷拉成型。该方法的优点是连铸连轧坯为热轧线坯,完全消除了铸造组织,为细小的等轴晶粒。但采用这种方法制造的接触线含氧量高,易在晶界上形成脆性的氧化亚铜,造成接触线抗弯折性能不良、抗疲劳性能差。
连续挤压法生产接触线即采用Υ 16mm的上引无氧铜杆为坯料,经连续挤压扩展成型为Υ 22mm或Υ 24mm的杆坯,再经过轧制和冷拔成型,制成截面为120mm 2或150mm 2的接触线。连续挤压法生产的接触线具有较好的细晶组织、晶粒分布均匀和良好的机械性能,各种性能均优于传统工艺生产的接触线,指标明显高于标准[6]。
连续挤压法生产铜铝复合接触线(图4),其主要应用在有轨及磁悬浮列车等领域。该技术的关键是通过合理的模具设计,实现铝合金与铜坯料之间冶金结合的“半包覆”成型.
2.5铜扁线
铜扁线是制造变压器所用电磁线的主要材料,其导电性能、抗拉强度、延展性、表面质量直接影响到变压器绕组的性能和制造质量。
传统的铜扁线加工方法是:轧制-拉拔-退火,其工艺工序多、周期长、成本高,并且原料尺寸与产品规格有关,给多品种、小批量生产模式的生产准备带来困难。
“上引连铸-连续挤压”工艺生产的铜扁线具有较好的细晶组织,晶粒分布均匀,性能指标完全符合要求。省去了退火工序,不仅节省电能还彻底避免了退火过程中炉温不均匀导致的产品性能变化,可保证产品的性能沿整个长度均匀一致,具有良好的表面质量,而且大大地提高了生产效率,降低了生产成本和生产周期。
3.结论
连续挤压技术以其高效节能、投资少、产品性能好等一系列优点广泛应用在铜加工领域。