探討漆包線生產(chǎn)對(duì)銅導(dǎo)體質(zhì)量的要求

鄭 穎

(江蘇大通機(jī)電有限公司，江蘇淮安223238)

0 引言

漆包線主要由銅導(dǎo)體和漆膜組成，漆包線生產(chǎn)工序主要由拉絲、漆包、在線檢測(cè)、收線組成。在生產(chǎn)過程中絕大部分的生產(chǎn)廠家把生產(chǎn)控制的重點(diǎn)放在漆包工序上，對(duì)于拉絲工序較為忽視，對(duì)此研究不夠。經(jīng)過國(guó)內(nèi)外專家長(zhǎng)時(shí)間的摸索和實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)銅桿的質(zhì)量對(duì)漆包線質(zhì)量的影響程度超過60%。在此本人將在生產(chǎn)實(shí)踐中得出的關(guān)于銅桿對(duì)漆包線生產(chǎn)影響的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下，供同行參考。

1 漆包線生產(chǎn)流程及特點(diǎn)

漆包線生產(chǎn)是一種連續(xù)性、24h不間斷的生產(chǎn)模式。其生產(chǎn)線長(zhǎng)達(dá)幾百米，銅線從拉絲穿模到收線一氣呵成，任何一個(gè)地方出現(xiàn)異常都會(huì)影響到整條生產(chǎn)線的生產(chǎn);既使微小的波動(dòng)，都會(huì)使整條生產(chǎn)線停產(chǎn)。隨著現(xiàn)代漆包機(jī)設(shè)備的持續(xù)改進(jìn)，以?shī)W地利MAG為代表的設(shè)備廠家不斷提高設(shè)備DV參數(shù)，從原來20左右到目前的150，提高了單條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力，因此對(duì)配套的原輔材料提出了更高的要求:由于速度提高，單頭拉絲產(chǎn)生的銅粉量將是原來的5倍以上，而拉絲清洗和冷卻的改善卻無法有效解決銅粉量倍增的弊端。

2 漆包線生產(chǎn)存在的主要問題

2.1 斷線

這是生產(chǎn)中最常出現(xiàn)，也是影響最大的問題。每次斷線后都必須重新開機(jī)，重新穿模，不但降低生產(chǎn)效率，影響質(zhì)量的穩(wěn)定性，還產(chǎn)生大量廢線，增加生產(chǎn)成本，造成大量浪費(fèi)。在設(shè)備正常的情況下，其主要原因就是銅桿的弱點(diǎn)斷裂，弱點(diǎn)隨著冷變形程度的增加而成長(zhǎng)，到一定程度它會(huì)產(chǎn)生多種的斷線，如中間爆裂、夾雜物斷線、氣泡斷線、V型裂紋斷線等。

2.2 粒子

對(duì)于漆包線生產(chǎn)，如何控制好質(zhì)量，粒子始終是最難解決的問題，且無法杜絕。如何減少粒子，避免大粒子、成串粒子出廠，保持漆包線質(zhì)量的一致性，成為生產(chǎn)廠家每年QC的重點(diǎn)項(xiàng)目;對(duì)于粒子，特別是高速漆包機(jī)，銅桿質(zhì)量是關(guān)鍵因素，如銅桿的銅粉量、毛刺都是產(chǎn)生粒子的主要因素。

2.3 漆包線的適用性

對(duì)于目前國(guó)內(nèi)大部分使用漆包線的廠商來說，特別是采取手工嵌線的廠家，要想減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少嵌線過程中對(duì)漆包線的損傷，就必須使漆包線對(duì)繞線裝置具有很好的適用性。隨著繞線裝置速度的提高，漆包線適用性就更為關(guān)鍵，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的繞線裝置很容易擦傷線表面，影響漆包線的絕緣性能。漆包線的適用性很大程度上取決于銅桿的適用性，因此要提高漆包線適用性就要從銅桿開始著手研究。

3 銅桿質(zhì)量的改進(jìn)

3.1 銅桿的選擇

目前國(guó)內(nèi)外電纜行業(yè)中，使用量最多的是無氧桿和低氧桿。無氧桿采用了上引法的生產(chǎn)工藝，含氧量在10 ppm以下，其組織晶粒粗大，晶粒尺寸有時(shí)甚至?xí)_(dá)到幾個(gè)毫米，因此需要更高的退火功率，使其基本單相組織韌性更好，因此具有一定的缺陷。

低氧桿采用了連鑄連軋的生產(chǎn)工藝，經(jīng)過了熱軋，鑄造組織已經(jīng)破碎，細(xì)小雜質(zhì)顆?？梢约?xì)化到微米級(jí)范圍;在8 mm桿時(shí)已有再結(jié)晶的形式出現(xiàn)，因此具有更好的加工性能，含氧量控制在200～400 ppm范圍內(nèi)，其柔軟度、回彈角、繞線性能更為優(yōu)越。隨著美國(guó)南線設(shè)備(Southwire)的進(jìn)一步改進(jìn)(國(guó)內(nèi)大的銅桿廠多數(shù)采用了這種設(shè)備)，對(duì)銅桿質(zhì)量的保證起到了很好的作用。根據(jù)漆包線生產(chǎn)的特點(diǎn)，特別是生產(chǎn)0.5 mm以上規(guī)格時(shí)低氧桿具有明顯優(yōu)勢(shì)。但一般都對(duì)銅桿生產(chǎn)廠家提出了苛刻的要求，以保證銅桿質(zhì)量的一致性，銅桿廠家也都根據(jù)他們的生產(chǎn)特點(diǎn)進(jìn)行了挑選，在線燙傷檢測(cè)裝置是一個(gè)很好的手段，用較少燙傷缺陷且在一定生產(chǎn)時(shí)段內(nèi)的銅桿來滿足漆包線生產(chǎn)的要求［1］。

3.2 銅桿扭絞分等

銅桿斷線的主要因素有含氧量和夾雜物。由于低氧桿含氧主要以氧化銅的形式存在晶界的附近，也就是經(jīng)常說的“皮下”，這就對(duì)材料的韌性產(chǎn)生負(fù)面影響，從圖1可以看出降低含氧量可以降低斷線率。

圖1 斷線率—銅桿含氧量圖

夾雜物斷線主要原因有耐火材料、鐵雜質(zhì)、H-13材料，這三者占夾雜物斷線的80%以上。在拉絲加工過程中當(dāng)加工直徑縮小到夾雜物直徑的兩倍時(shí)，斷線就會(huì)發(fā)生［2］。通過扭絞使內(nèi)部的缺陷得以完全的暴露，達(dá)到提前控制的作用。

3.2.1 TR8.0銅桿扭絞分等

先將TR8.0銅桿進(jìn)行雙向扭轉(zhuǎn)10轉(zhuǎn)，檢測(cè)銅桿的銅粉含量，對(duì)于超標(biāo)的銅桿拒絕使用;同時(shí)對(duì)銅桿供應(yīng)商提出要求，必須小于5 mg達(dá)到優(yōu)質(zhì)桿的水平。銅粉含量高將會(huì)直接導(dǎo)致第一道涂漆模堵模斷線、成串粒子、大黑個(gè)粒子。

同時(shí)對(duì)扭絞后的表面，根據(jù)裂紋的情況進(jìn)行判定，不允許有明顯的裂紋，否則做退貨處理。再加做雙向扭轉(zhuǎn)15轉(zhuǎn)，看表面質(zhì)量來判定銅桿的等級(jí)(見表1)，根據(jù)漆包工序的特點(diǎn)進(jìn)行區(qū)別使用。

表1 TR8.0扭絞判定

3.2.2 TR2.5等其它規(guī)格扭絞分等

在以上實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)于要求特別高的產(chǎn)品，對(duì)中間的TR2.5半成品進(jìn)一步做扭絞實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行分等(見表2)。根據(jù)分等情況在漆包車間進(jìn)行分機(jī)臺(tái)、分客戶的使用，做到優(yōu)質(zhì)優(yōu)用。

表2 TR2.45扭絞判定

總之，經(jīng)過分等的挑選，可以將銅桿的優(yōu)劣做一個(gè)排查、排序，同時(shí)可以實(shí)時(shí)對(duì)拉絲生產(chǎn)工序進(jìn)行調(diào)整，使所生產(chǎn)的產(chǎn)品始終保證在二等以上，杜絕生產(chǎn)三等產(chǎn)品。一旦發(fā)現(xiàn)低等銅桿立即停產(chǎn)調(diào)整，避免不良產(chǎn)品流到漆包工序。這在很大程度上減少了漆包工序出現(xiàn)毛刺、空心斷的問題，從而減少了漆包線生產(chǎn)的斷線和粒子。

3.3 模具控制

3.3.1 模具的選擇

在選擇和采購(gòu)模具時(shí)，我們結(jié)合了銅線伸長(zhǎng)率、截面減縮率(r)、眼膜壓縮角(2α)，進(jìn)行Wistreich參數(shù)(Δ)計(jì)算。根據(jù)Δ值來進(jìn)行模具選擇，使模具和我們的生產(chǎn)設(shè)備做到最佳的配合(見圖2)。

圖2 模具中的走線圖［3］

在實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)Δ≤3.0時(shí)，可以選擇到理想的模具。

3.3.2 套模管理

我們對(duì)于大拉設(shè)備采用了套模管理，整套使用、整套更換，定時(shí)維護(hù);不同規(guī)格、不同的模具品種采取不同的噸位管理，到噸位的模具一律重新擴(kuò)孔或者報(bào)廢，做到使用的模具都處在完好狀態(tài)。減少了因?yàn)槟＞咴蛟斐傻臄嗑€和模具對(duì)銅桿的不良影響。

3.4 改善銅桿適用性

3.4.1 控制拉絲預(yù)先變形度

通過控制預(yù)先變形度(見圖3)，當(dāng)達(dá)到臨界變形度時(shí):由于只有部分晶粒變形，變形極不均勻，再結(jié)晶晶粒相差懸殊，易互相吞并和長(zhǎng)大，再結(jié)晶后晶粒特別粗大。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在這種狀態(tài)下的銅桿，回彈角非常小，漆包線的服帖性特別好，能很好地滿足自動(dòng)高速繞線和嵌線的要求，漆包線的適用性得到極大的提高。同時(shí)在這個(gè)臨界點(diǎn)附近有兩個(gè)很陡的下降，正常生產(chǎn)中應(yīng)該予以回避，否則就會(huì)造成柔軟度的波動(dòng)。

圖3 再結(jié)晶退火后的晶粒度與預(yù)先變形程度圖

從圖3同時(shí)也可以看出，在變形度相當(dāng)大(超過90%)的再結(jié)晶時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)晶粒粗大的情況。但是從圖4可以看出，隨著預(yù)變形量的變大，所需要的退火溫度不斷上升，特別是變形量超過90%時(shí)，所需要的退火溫度急劇上升，現(xiàn)有設(shè)備很難做到將銅桿完全軟化，達(dá)到預(yù)定的要求，同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益也不是最好。

圖4 退火溫度—預(yù)變形量圖

3.4.2 調(diào)整導(dǎo)輪

在長(zhǎng)期的漆包線生產(chǎn)中，機(jī)臺(tái)導(dǎo)輪過多，且經(jīng)過導(dǎo)輪時(shí)不是一個(gè)方向，有的時(shí)候是順時(shí)針，有時(shí)是逆時(shí)針，這樣對(duì)漆包線回彈角影響較大。經(jīng)過流程梳理(見圖5)，在行線的方向上能減少的導(dǎo)輪都盡可能減少，同時(shí)對(duì)于行線彎角大的導(dǎo)輪在空間允許的情況下盡量變大、盡量輕。經(jīng)過以上導(dǎo)輪梳理后，我們對(duì)漆包線生產(chǎn)所有經(jīng)過導(dǎo)輪的情況進(jìn)行了分析，按圖5中所過導(dǎo)輪的編號(hào)做表3，從中可以看出經(jīng)過18個(gè)導(dǎo)輪后，線的回彈角從26°增加到了33°，對(duì)于彎角大的單個(gè)導(dǎo)輪對(duì)回彈角的影響會(huì)超過0.5°。

圖5 漆包線生產(chǎn)導(dǎo)輪走線圖

表3 導(dǎo)輪—伸率、回彈關(guān)系表

3.4.3 改善中間退火

許多生產(chǎn)廠家為了降低成本，一般都不關(guān)注半成品的軟化，甚至有的廠家采取半成品不退火的生產(chǎn)模式。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，這樣對(duì)后續(xù)的漆包線柔軟性有一定的影響，在生產(chǎn)中必須選擇適當(dāng)?shù)倪M(jìn)線和延伸率，才能保證成品的適用性。因此我們針對(duì)客戶要求對(duì)進(jìn)線的伸率進(jìn)行控制，注重半成品的退火，取得了較好的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

我們?cè)阢~桿的選擇中發(fā)現(xiàn)，低氧桿有明顯的優(yōu)勢(shì)，特別是生產(chǎn)0.5 mm以上規(guī)格，加工性能明顯比無氧桿有優(yōu)勢(shì);通過扭絞的分等，使銅桿的好壞在漆包生產(chǎn)前就得到了確認(rèn)，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性;對(duì)模具的控制，提高了銅桿拉絲過程的穩(wěn)定性，從而保證了最終銅桿的質(zhì)量;解決了漆包生產(chǎn)中的60%的影響因素——銅桿，漆包線的質(zhì)量也同時(shí)得到了大大的提高。而通過預(yù)變形量的控制可以使導(dǎo)體的回彈角最小，控制過橋?qū)л喌臄?shù)量、角度，半成品退火的控制使最終退火能夠順利地進(jìn)行，從而達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)效果，使導(dǎo)體得到最佳軟化的效果，提高了漆包線的適應(yīng)性，滿足了高速繞線和人工嵌線的要求。

今后，我們將在拉絲過程、大拉配模、扭絞分等細(xì)化等方面做進(jìn)一步的探討。

［1］衛(wèi)紅凡.淺談低氧銅桿和無氧銅桿的性能及應(yīng)用［J］.機(jī)械管理開發(fā)，2005(6):54-55.

［2］黃崇祺.銅、鋁導(dǎo)體生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)及有關(guān)問題的探討［J］.電線電纜，2004(3):3-12.

［3］Dr Per Enghag，Lars Persson.An overview of wire-drawing dies and die-working technology［J］.Wire Industry，1999(3):197-205.

［4］嚴(yán)云芳，毛和璜.光亮圓銅桿常見質(zhì)量缺陷及控制方法［J］.江蘇冶金，2000(2):69-71.