紫銅空心導(dǎo)線成型工藝研制

王宏君　于丙宏

摘要：文章對矩形管材游動拉伸時拉伸模模角與芯球錐角的角度差應(yīng)比圓形管材游動拉伸時拉伸模模角與芯球錐角的角度差大這一現(xiàn)象進(jìn)行了重點分析討論，同時對其他工藝參數(shù)也進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：紫銅空心導(dǎo)線；矩形管材；成型工藝；芯球錐角角度；光亮退火

中圖分類號：TG356 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）11-0035-03

1 概述

紫銅因具有良好的導(dǎo)電性能，在電子行業(yè)應(yīng)用極其廣泛。隨著我國能源工業(yè)的高速發(fā)展，國內(nèi)各大電機(jī)廠需要大量紫銅空心導(dǎo)線，用來制作發(fā)電機(jī)定子線圈。20世紀(jì)，該產(chǎn)品大量從國外進(jìn)口，隨著產(chǎn)品試驗成功，紫銅空心導(dǎo)線生產(chǎn)現(xiàn)已國產(chǎn)化。

1.1 紫銅空心導(dǎo)線技術(shù)要求

1.1.1 紫銅空心導(dǎo)線截面形狀及尺寸。

1.1.2 紫銅空心導(dǎo)線的技術(shù)要求。

牌號：TU2

規(guī)格及公差：9.9×4.7×1.35，圓盤供應(yīng)

狀態(tài)：M態(tài)

化學(xué)成分：符合GB5231規(guī)定

含氧量：符合YB731中規(guī)定的一、二、三級

機(jī)械性能：Am≥220MPa，A≥30%

電阻率：不大于0.01724Ω·mm2/m（20℃）

晶粒度：0.025～0.055

脆性試驗：在200倍顯微鏡下觀看，無汽泡及晶間裂紋

內(nèi)、外表面粗糙度：Ra≤1.6um

彎曲試驗：彎曲90度試驗無裂紋

氣密性試驗：合格

渦流探傷：（人工缺口深度0.165mm）合格

1.2 工藝分析

該產(chǎn)品的質(zhì)量要求很高，特別是內(nèi)外表面粗糙度、R角、尺寸公差、晶粒度等要求高，對于生產(chǎn)小矩形管材來說，一般的方法是滿足不了要求的，因此本試驗工藝選用“鑄錠→擠壓→軋制→退火→拉伸→退火”方法，擠壓、軋制工序為制造產(chǎn)品的過程階段，按要求提供合格坯料即可，退火是為了保證產(chǎn)品的機(jī)械性能、導(dǎo)電性能、晶粒度以及彎曲試驗要求，難點是產(chǎn)品的尺寸公差控制、R角、表面粗糙度，關(guān)鍵在于拉伸階段，產(chǎn)品尺寸公差、R角、表面粗糙度等要靠拉伸工序來保證。

由于該產(chǎn)品內(nèi)外表面質(zhì)量、R角、尺寸公差要求嚴(yán)格，且成卷供貨，若采用短芯球或長芯桿拉伸，則不能滿足長度（成卷供貨）的要求；若采用空拉，則不能滿足內(nèi)外表面質(zhì)量、R角、尺寸公差的要求，因而，只能選擇游動芯球拉伸。

游動芯球圓盤拉伸的特點是：既能實現(xiàn)襯拉（有芯球），又可不受產(chǎn)品長度的限制，因此在解決了該產(chǎn)品內(nèi)外表面質(zhì)量、R角、尺寸公差問題的同時，實現(xiàn)了盤圓拉伸。

因此，研究TU2、規(guī)格為9.9mm×4.7mm×1.35mm、圓盤、M態(tài)紫銅空心導(dǎo)線成型工藝，重點是拉伸工序工藝參數(shù)。

2 紫銅空心導(dǎo)線試驗所用原材料及采用設(shè)備

2.1 原材料

符合GB5231要求的TU2鑄錠，規(guī)格為∮145×300。

其他要求：鑄錠表面光滑，無裂紋、分層、夾雜、起皮、氧化皮等缺陷。

2.2 采用設(shè)備

試驗采用的主要設(shè)備有：1200噸臥式擠壓機(jī)、LG30軋管機(jī)、圓盤拉伸機(jī)、真空退火爐等。

3 紫銅空心導(dǎo)線工藝確定及試驗步驟

3.1 工藝制定

3.1.1 關(guān)鍵工序拉伸加工率的確定。根據(jù)資料，純銅的塑性良好，拉伸總加工率不限，游動拉伸道次加工率可高達(dá)40%以上，本試驗道次加工率控制在25%～35%。

3.1.2 拉伸工具的確定。由1.2工藝分析可知，該產(chǎn)品拉伸的關(guān)鍵在于能否實現(xiàn)游動芯球拉伸。游動芯球拉伸在普通圓管上應(yīng)用較多，在方管上應(yīng)用較少，沒有成熟的經(jīng)驗可借鑒，關(guān)鍵是模具角度及芯球錐角的選擇，因此本試驗選擇兩套工具來進(jìn)行，然后根據(jù)試驗結(jié)果進(jìn)行比對分析，篩選最科學(xué)的工具完成產(chǎn)品的生產(chǎn)。

根據(jù)資料，工具合理設(shè)計范圍為：拉伸模角度13°～16°，芯球角度為9°～11°，材質(zhì)選擇硬質(zhì)合金為宜。

本試驗，圓管拉伸工具參數(shù)為：拉伸模角度13°，芯球角度10.5°。成品拉伸設(shè)計兩套工具，分別為：第一套拉伸模角13°，芯球角度10.5°；第二套拉伸模角15°，芯球角度10.5°。工具材料均為硬質(zhì)合金。

3.1.3 退火工藝確定。擠壓紫銅管坯經(jīng)軋制及拉伸后產(chǎn)生硬化，繼續(xù)拉伸變形抗力增大，為消除硬化，提高塑性變形能力，采用中間退火消除之，通過反復(fù)變形及再結(jié)晶退火，也使晶粒得到細(xì)化。為保證產(chǎn)品的技術(shù)要求，提高產(chǎn)品表面質(zhì)量，采用成品退火。退火一律采用真空，避免氧化退火后酸洗質(zhì)量不佳造成的表面質(zhì)量不好。根據(jù)資料，退火工藝參數(shù)選擇如下：

中間退火260℃～280℃/40～60分

成品退火340℃～360℃/40～60分

3.1.4 潤滑劑選擇。根據(jù)資料，要實現(xiàn)游動芯球拉伸，必須滿足：

摩擦角<芯球錐角<模角

因此，能否實現(xiàn)游動芯球拉伸，除工具因素外，潤滑也是關(guān)鍵因素，潤滑質(zhì)量不好，會造成摩擦力過大，使芯球與管材同時移動，芯球不能游動會卡在管材變形區(qū)內(nèi)，迫使管材拉斷；潤滑質(zhì)量好，不僅能實現(xiàn)游動拉伸，而且可提高管材的表面質(zhì)量，還能降低拉伸力而節(jié)約能源。為實現(xiàn)這些效果，試驗選擇粘度較大且有足夠表面活性的潤滑劑——植物油。

3.2 試驗步驟

綜上所述，產(chǎn)品（9.9×4.7×1.35矩形管）試驗步驟如下：

方案一

工藝流程及變形規(guī)格參數(shù)：鑄錠（∮145×300）→擠壓（∮44×4.5）→軋制（∮30×2.1）→退火→拉伸（∮24.5×1.9）→拉伸（∮19.4×1.65）→退火→拉伸（15.3×1.55）→拉伸（∮11.7×1.5）→退火→拉伸（過渡矩形管12×6×1.6）→拉伸（成品矩形管9.9×4.7×1.35）→退火→檢查→成品。

其他參數(shù)見表1。

方案二

工藝流程及變形規(guī)格參數(shù)：同方案一。

其他參數(shù)見表1：

4 產(chǎn)品試驗結(jié)果及分析討論

4.1 產(chǎn)品試驗結(jié)果

4.1.1 第一次試驗及結(jié)果。按方案一，試驗結(jié)果見

從表2看出，按方案一的工藝流程及工藝參數(shù)進(jìn)行的試驗，產(chǎn)品的各項技術(shù)指標(biāo)雖符合要求，但拉伸不順暢，拉斷90%。

4.1.2 第二次試驗及結(jié)果。按方案二，試驗結(jié)果見

從表2看出，在與方案一工藝流程相同的條件下，通過成品拉伸模模角的變化，即芯球錐角角度不變、拉伸模角度增大，使成品矩形管拉伸模角度與芯球錐角的角度差變大，其他參數(shù)仍與方案一相同，拉伸順利，產(chǎn)品各項技術(shù)指標(biāo)完全符合要求。

試驗結(jié)果表明，采用方案一試驗，雖然產(chǎn)品各項技術(shù)指標(biāo)符合紫銅空心導(dǎo)線的要求，但拉伸不順利；采用方案二試驗，不但產(chǎn)品各項技術(shù)指標(biāo)符合紫銅空心導(dǎo)線的要求，且拉伸順利。

4.2 分析討論

方案二能夠使生產(chǎn)順利進(jìn)行，并且產(chǎn)品各項技術(shù)指標(biāo)符合紫銅空心導(dǎo)線的技術(shù)要求。

分析如下：

4.2.1 方案二拉伸順利原因分析。方案二整個試驗過程順暢，說明采用的整體工藝流程及參數(shù)控制合理。

方案一與方案二的區(qū)別僅在于：方案二中，在方案一各工藝參數(shù)不變的條件下，拉伸模角度增大，即增加了矩形成品管拉伸模角度與芯球錐角的角度差，這種角度差也比圓形管材游動拉伸時拉伸模角度與芯球錐角的角度差大。

游動芯球拉伸特點：拉伸時芯球在管材內(nèi)做前后移動，始終處于平衡狀態(tài)。

矩形管拉伸不同于圓形管拉伸，圓形管拉伸時，若偶爾芯球產(chǎn)生上下左右擺動甚至輕微扭動對拉伸都沒有多大影響，而矩形管則不同，模具、產(chǎn)品、芯球都是矩形，理論上模具、矩形管及芯球的對角線橫向上必須重合才能使矩形管各側(cè)面金屬相對較均勻地變形，但絕對重合是做不到的，芯球在移動中稍微偏移，芯球的四個棱角與管材內(nèi)壁的四個平面就會接觸，變形變得極不均勻，造成芯球移動困難，嚴(yán)重時卡在產(chǎn)品內(nèi)使產(chǎn)品拉斷。因此，在芯球角度不變情況下，增加模具角度，即增加它們的角度差，可使變形區(qū)長度縮短，同時使變形區(qū)入口處對芯球的壓力減小，有利于芯球向后移動，不會被卡在產(chǎn)品內(nèi)而使產(chǎn)品斷裂。

同時，根據(jù)資料介紹，在相同工藝條件下，模具角度在合理范圍內(nèi)越大，變形區(qū)相對越短，摩擦力越小，從而使拉拔力減小，降低了產(chǎn)品被拉斷的風(fēng)險性。

綜上所述，矩形管材游動拉伸時拉模角度與芯球錐角角度差應(yīng)比圓形管材游動拉伸的拉模角度與芯球錐角角度差大，這樣才能使拉伸順利進(jìn)行。

4.2.2 組織性能等指標(biāo)合格。根據(jù)資料，紫銅的再結(jié)晶溫度為230℃。本實驗中中間產(chǎn)品軟化退火工藝選擇較低的溫度，即250℃～280℃/40～60min，消除了加工硬化，提高了材料塑性，使繼續(xù)加工變得容易，同時又使晶粒控制得較小，使產(chǎn)品表面細(xì)膩光滑，改善了產(chǎn)品的表面質(zhì)量。本試驗成品軟化退火工藝選擇340℃～360℃/40～60min，使得變形后的金屬實現(xiàn)了完全再結(jié)晶，達(dá)到軟化，塑性極好，所以彎曲試驗合格，同時機(jī)械性能、電阻率也合格；在此保溫溫度及保溫時間下，材料再結(jié)晶后的晶粒尺寸與空心紫銅導(dǎo)線的晶粒度要求完全吻合，晶粒度檢驗合格。

4.2.3 尺寸公差、R角、表面粗糙度、長度符合要求。尺寸公差是靠模具保證的，現(xiàn)階段，線切割技術(shù)在切割金屬上的應(yīng)用，模具尺寸足以能夠滿足產(chǎn)品尺寸公差及R角的要求。

由于實現(xiàn)襯拉，使產(chǎn)品內(nèi)外表面光潔，滿足了內(nèi)、外表面粗糙度要求，同時也使渦流探傷、氣密性試驗合格。

矩形管游動拉伸，實現(xiàn)了長的矩形管圓盤生產(chǎn)，滿足用戶對產(chǎn)品長度的要求。

5 結(jié)語

（1）紫銅空心導(dǎo)線生產(chǎn)工藝采用“鑄錠→擠壓→軋管→退火→拉伸→退火”方式是可行的。擠壓、軋制工序為制造產(chǎn)品的過程階段，按要求提供合格坯料即可；拉伸采用游動芯球，加工率控制在25%～35%之間，可實現(xiàn)產(chǎn)品圓盤

供應(yīng)。

（2）通過增加中間軟化退火，250℃～280℃/40～60min，消除加工硬化，提高塑性，繼續(xù)變形容易，產(chǎn)品表面質(zhì)量良好；成品通過340℃～360℃/40～60min退火，能夠滿足紫銅空心導(dǎo)線各項技術(shù)指標(biāo)要求。

（3）矩形管游動拉伸時拉伸模角度與芯球錐角的角度差比圓形管材游動拉伸時拉伸模角度與芯球錐角的角度差大。本試驗中，紫銅空心導(dǎo)線成品前圓管游動拉伸，拉伸模角度選擇13°、芯球角度選擇10.5°；成品管游動拉伸，拉伸模角度選擇15°、芯球角度選擇10.5°。

（4）拉伸潤滑劑選擇粘度較大，同時又具有足夠表面活性的植物油，有利于實現(xiàn)游動拉伸。

參考文獻(xiàn)

[1]溫景林.金屬擠壓與拉拔工藝學(xué)[M].沈陽：東北大學(xué)出版社，1985.

[2]重有色金屬材料加工手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1979.

作者簡介：王宏君（1964—），河北青龍人，沈陽有色金屬加工有限公司擠壓車間主任，工程師，研究方向：銅及銅合金、鎳及鎳合金管棒型材加工；于丙宏（1965—），遼寧鳳城人，沈陽有色金屬加工有限公司總經(jīng)理，工程師，研究生，研究方向：銅及銅合金、鎳及鎳合金管棒型材加工。

（責(zé)任編輯：周 瓊）