摘要:本文簡述了連續(xù)擠壓技術(shù)在銅加工中的應用,重點介紹了該技術(shù)在無氧銅帶、銅排、異型銅排、無氧銅棒、接觸線、銅扁線等領域的應用。

關鍵詞: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　　　文獻標識碼: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)從開始時的仿制、改進,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)擠壓輪的帶動下進入擠壓腔內(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、計算機等行業(yè)中有廣泛的應用,如光纜、同軸射頻電纜、計算機微型散熱器、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,在電學性能、含氧量、化學成分、機械性能、尺寸公差精度、板型精度、表面粗糙度及邊部質(zhì)量等各方面都有嚴格的要求。含氧量超標、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、建設周期長等缺點。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,但存在生產(chǎn)效率低的缺點,單條線年生產(chǎn)能力為2千噸左右,在工藝穩(wěn)定性、質(zhì)量方面尚有待進一步改進和完善[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。該工藝的關鍵是利用擴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,力博集團投產(chǎn)的630連續(xù)擠壓機生產(chǎn)帶坯寬度可達320mm。

該工藝生產(chǎn)無氧銅帶具有以下特點:

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***節(jié)能的優(yōu)點;

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)榧毿【鶆虻脑俳Y(jié)晶組織,平均晶粒尺寸0.020mm;③ .純度高,含氧量低,導電率高。Cu+Ag≥99.97%,導電率≥ 101%IACS,含氧量≤ 8ppm。

2.2銅排(銅母線)及異型銅排

銅排是一種大電流導電銅材,用于高低壓電器、開關觸頭、配電設備、母線槽等電器設備,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、***節(jié)能、產(chǎn)品組織致密、晶粒細小,機械性能和導電性能優(yōu)越的優(yōu)點。異型銅排是制造直流電機、勵磁電機、電機放大機的換向器、高低壓電器開關觸頭以及輸配電安裝用導體的主要原材料。模具設計是連續(xù)擠壓技術(shù)生產(chǎn)異型銅排關鍵,異型銅排擠壓模具的形狀和尺寸的設計,不只是按成品形狀和尺寸的投影式放大,需重點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、***節(jié)能、含氧量低、綜合性能好、設備投資少和組織生產(chǎn)靈活等優(yōu)點。

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)品使用時會產(chǎn)生連續(xù)細小的離線火花,降低了機車的取流質(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)拉拔機冷拉成型。該方法的優(yōu)點是連鑄連軋坯為熱軋線坯,完全消除了鑄造組織,為細小的等軸晶粒。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晶組織、晶粒分布均勻和良好的機械性能,各種性能均優(yōu)于傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的接觸線,指標明顯高于標準[6]。

連續(xù)擠壓法生產(chǎn)銅鋁復合接觸線(圖4),其主要應用在有軌及磁懸浮列車等領域。該技術(shù)的關鍵是通過合理的模具設計,實現(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,其導電性能、抗拉強度、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,給多品種、小批量生產(chǎn)模式的生產(chǎn)準備帶來困難。

“上引連鑄-連續(xù)擠壓”工藝生產(chǎn)的銅扁線具有較好的細晶組織,晶粒分布均勻,性能指標完全符合要求。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***節(jié)能、投資少、產(chǎn)品性能好等一系列優(yōu)點廣泛應用在銅加工領域。

來源：中國知網(wǎng)  作者：姚幼甫

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