铜扁线生产的连续挤压工艺.pdf

第5 9 卷第4 期 2007 年11 月 有色金属 N O n f e r r o , 峪M e a h V 0 1 ．5 9 。N o ．4 N o v e m b e r2007 铜扁线生产的连续挤压工艺 牛玉英1 ，宋宝韫1 ，刘元文1 ，康京2 ，高素霞2 1 ．大连交通大学，辽宁大连 116 0 2 8 ； 2 ．保定天威电力线材有限公司，河北保定0 7 10 0 0 摘要介绍铜扁线生产的传统的拉拔方法和连续挤压方法，论述连续挤压方法生产铜扁线所具有的优点。两种工艺方法 所生产的铜扁线的组织比较分析表明，连续挤压法是一种优于传统工艺的铜扁线生产方法。 关键词金属材料；铜扁线；连续挤压；组织 中图分类号T G l 4 6 ．I i ；T G l l 3 ．1 2 ；T G 3 7 9 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 7 0 4 0 0 2 0 0 3 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。目前，生产铜扁 线的工艺方法主要有拉拔法和连续挤压法 即上引 连铸连续挤压法 2 种。其中拉拔法的工艺为 上引连铸轧制 压扁 拉拔退火法，是 传统的铜扁线生产方法。该方法的最后一道工序是 “退火”。由于是冷加工，难以保证扁线的表面质量 和性能，又由于其生产工序多、周期长，原料尺寸又 与产品规格有关，因此给多品种、小批量模式的生产 准备带来困难uJ 。 l铜扁线连续挤压工艺 铜扁线连续挤压是上世纪9 0 年代国际上发展 起来的新技术，它利用单一规格的上引无氧铜盘条 为坯料，在挤压轮的驱动下，通过模具连续挤压出各 种规格的铜扁线。杆料从放线盘放出，经校直后进 入挤压主机，挤出铜扁线，并经过防氧化保护管，进 入及通过冷却槽，吹干后经控制摆臂由收排线机卷 取成盘。国内开发了铜扁线连续挤压技术及成套设 备，并于2 0 0 0 年研制了专门用于生产铜扁线的 T L J 3 0 0 连续挤压机，即以9 1 2 ．5 m m 上引铜杆为坯 料，经连续挤压生产铜扁线。 铜扁线连续挤压的工作原理如图1 所示。挤压 轮在动力的驱动下沿图示的方向旋转，一根铜杆坯 料进入挤压轮轮槽时，在槽壁的摩擦力作用下被牵 引到由挤压轮和模腔形成的挤压腔内，在摩擦力产 收稿日期2 0 0 5 1 2 1 5 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 0 1 7 5 0 1 2 作者简介牛玉英 1 9 7 4 一 ，女，吉林洮甫市人，博士生，主要从事 塑性成型及模拟技术等方面的研究。 生的高压和高温作用下，金属通过模口挤出形成铜 扁线型材。更换不同的模具，即可得到不同尺寸的 铜扁线产品e2 | 。由于是热塑性成形，铜扁线的机械 性能符合要求，不再需要退火。 图1连续挤压原理图 F i g ．1P r i n c i p l eo fC o n t i n u o u sE x t r u s i o n 同传统的铜扁线生产工艺 拉拔法 相比，采用 连续挤压方法生产铜扁线具有以下优点引3 。 1 采 用连续挤压生产铜扁线，铜坯料在挤压模口前的温 度可达6 0 0 ℃以上，压力高达1 0 0 0 M P a 以上，而且 为三向压应力。在这种高温、高压条件下，铜坯料的 原始内部缺陷，如气孔等可以在连续挤压过程中消 除。而拉拔工艺则由于其轴向拉应力的作用，会使 横向缺陷发生并扩展。 2 由于连续挤压铜扁线仅 需一道工序即可将铜盘条直接挤压成铜扁线成品， 使得铜扁线表面不会产生毛刺等表面缺陷，铜扁线 具有良好的表面质量。而传统的拉拔工艺中，铜杆 表面的原始缺陷一般会“遗传”到铜扁线最终成品， 易使扁线表面产生毛刺等缺陷。 3 由于采用单一 的坯料，仅需要简单更换模具就可以生产各种规格 的铜扁线产品，且不需要退火，因此生产周期非常 短，可实现“当天交货”，而不需要库存和准备各种规 格的坯料，大大缩短了生产周期，减少资金的占用， 提高了材料利用率和成品率，特别适合于多品种、小 万方数据 第4 期牛玉英等铜扁线生产的连续挤压工艺2 1 批量的铜扁线的生产特点。 4 经优化的模具材料 和结构可保证产品具有较高的尺寸精度，不仅可以 达到国家标准的要求，而且保证了同批产品具有相 同的尺寸。 5 整条生产线采用的先进计算机控制 系统，生产过程可自动监测和运行，实现了自动化生 产，降低了操作工人的劳动强度。 根据多年的理论研究和实际试验可知，坯料在 连续挤压过程中强烈的三向压应力状态，有利于提 高金属的塑性，消除铸造缺陷，发生再结晶，改善金 属组织结构、细化内部晶粒，从而提高了金属的机械 性能和电性能。 2 连续挤压铜扁线的内部组织分析 试验在国内某厂进行，所选铜扁线是以 1 2 ．5 m m 上引连铸铜杆为坯料经T L J 3 0 0 连续挤压 机组挤压而成。利用显微镜对“上引连铸连续 挤压”工艺生产的铜扁线进行金相组织观察分析。 试样腐蚀后，在显微镜下进行内部组织观察。 上引连铸后的铸态显微结构见图2 。由图2 可以看 出，连续挤压前所用的坯料，其横向和纵向组织晶粒 粗大。 a 一纵向； b 一横向 图2 上引连铸后铸态显微组织X 5 0 F i g ．2 S t r u c t u r eo fU pC a s tT e c h n o l o g yX 5 0 ‘ 图3 和图4 分别为上引铜杆经连续挤压与拉拔 a 所示，边缘部位晶粒平均直径为1 3 ／z m ，如图3 退火后成品铜扁线的显微组织。铸态下，铜杆的组 b 所示。拉拔退火铜扁线，其中心部位晶粒平均直 织为连部有发达的柱状晶，中心为粗大等轴晶。连 径约为1 3 b t m ，如图4 a 所示，而其边缘部位晶粒不 续挤压后，其组织为细小的再结晶组织，且晶粒比较均匀无法评定，如图4 b 所示。 均匀，其中心部位晶粒的平均直径约为8 肛m ，如图3 a 一中心； b 一边缘 图3 连续挤压铜扁线的显微组织2 0 0 F i g ．3 S t r u c t u r eo fc o n t i n u o u se x t r u s i o nc o p p e rs t r i p2 0 0X 上述铜扁线显微组织表明，坯料经连续挤压在4 ，可以看出，经“上引连铸连续挤压”工艺生产 再结晶温度以上发生塑性变形，形成晶粒细小、分布的铜扁线具有晶粒细小、分布均匀的优点。 均匀的动态再结晶组织，完全消除了铸态晶粒组织。在室温下，连续挤压工艺铜扁线的性能指标均 由相同放大倍数下，传统拉拔退火工艺和连续满足铜扁线标准G B 5 5 8 4 8 5 【4 】要求。 挤压工艺生产的铜扁线的显微组织 见图3 和图 万方数据 有色金属 第5 9 卷 3结论 图4 F i g ．4 a 一中心； b 一边缘 拉拔退火铜扁线的显微组织2 0 0X S t r u c t u r eo fd r a w i n ga n n e a lc o p p e rs t r i p2 0 0X “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，性能指标符合铜 扁线标准的要求。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 参考文献 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。因而，“上引连铸连 续挤压”法是优于传统拉拔退火工艺的铜扁线制造 方法。 [ 1 ] ‘电线电缆手册编委会．电线电缆手册[ M ] ．第二版．北京机械工业出版社，2 0 0 1 1 6 1 8 ． [ 2 ] 宋宝韫，于欣，陈吉光．生产铜扁线的最新技术连续挤压．变压器[ J ] ．2 0 0 2 ，3 9 9 3 2 3 3 ． [ 3 ] 宋宝韫．应用连续挤压技术生产铜扁线[ J ] ．电线电缆，2 0 0 1 ， 1 1 7 1 8 ． [ 4 ] 铜扁线[ S ] ．G B 5 5 8 4 1 9 8 5 ． C o n t i n u o u sE x t r u s i o nT e c h n o l o g yo fP r o d u c i n gC o p p e rS t r i p N I UY u - y i n 9 1 ，S O N GB a o - y u n1 ，L I UY u a n ．蝴1 ，K A N Gr i n 9 2 ，G A OS u ．x i a 2 1 ．D a l i a nJ i a o t o n gU n i v e r s i t y ，D a l i a n11 6 0 2 ，L i a o n i n g ，C h i n a ； 2 ．B a o d i n gT i a n z o e iE l e c t r i c a lW i r eC O ．B a o d i n g0 7 1 0 0 0 ，H e b e i ，C h i n a A b s t r a c t T h et r a d i t i o n a ld r a w i n ga n n e a lm e t h o da n dc o n t i n u o u se x t r u s i o nm e t h o df o rp r o d u c i n gc o p p e rs t r i pa r ei n - t r o d u c e d ，a n dt h ea d v a n t a g e so fc o n t i n u o u se x t r u s i o nm e t h o di nc o n t r a s tt oc o n d i t i o n a lt e c h n o l o g ym e t h o da l e d e s c r i b e d ．I ti sc o n c l u d e db ya n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no ft h es t r u c t u r eo fc o p p e rs t r i pp r o d u c e db yt h et w om e t h o d st h a tt h ec o n t i n u o u se x t r u s i o nm e t h o di sab e t t e rm e t h o do fp r o a c i n gc o p p e rs t r i pt h a nc o n d i t i o n a ld r a w i n g a n n e a l sm e t h o d ． K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；c o p p e rs t r i p ；c o n t i n u o u se x t r u s i o n ；s t r u c t u r e 万方数据