連續(xù)擠壓產(chǎn)品氣泡原因分析及措施

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(佛山市華鴻銅管有限公司, 廣東 佛山 528234)

文章編號：2096-2983(2017)05-0292-05DOI：10.13258/j.cnki.nmme.2017.05.008

連續(xù)擠壓產(chǎn)品氣泡原因分析及措施

劉 輝,黃路稠

(佛山市華鴻銅管有限公司, 廣東 佛山528234)

針對Conform連續(xù)擠壓機(jī)擠制導(dǎo)電銅排表面產(chǎn)生的“氣泡”問題,運(yùn)用質(zhì)量管理工具“魚刺圖”,對連續(xù)擠壓全過程的人、機(jī)、料、法和環(huán)五大關(guān)鍵要素進(jìn)行排查、分析和梳理,提出了切實(shí)可行的改進(jìn)措施.試驗(yàn)證明,其改進(jìn)措施能有效抑制和減少導(dǎo)電銅排表面氣泡缺陷的產(chǎn)生.

連續(xù)擠壓機(jī); 氣泡; 原因分析; 預(yù)防措施

連續(xù)擠壓是一種新型高效的壓力加工技術(shù),其原理是將傳統(tǒng)壓力加工中做無用功的摩擦力轉(zhuǎn)化為變形的驅(qū)動力,和金屬塑性變形熱一并成為坯料升溫的發(fā)熱源,是一種高效的加工技術(shù),是有色金屬加工技術(shù)的一次革命[1].連續(xù)擠壓技術(shù)具有短流程、低成本、品質(zhì)優(yōu)、高效節(jié)能以及可實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動化等特點(diǎn),在銅加工諸多領(lǐng)域得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用.

導(dǎo)電排和銅母線作為輸變電的導(dǎo)電材料,是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的重點(diǎn)產(chǎn)品之一.隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高,我國電力、電網(wǎng)的改造和建設(shè)速度不斷加快,市場對導(dǎo)電排、銅母線的需求量越來越大,質(zhì)量要求也日益提高.根據(jù)市場需要,公司引進(jìn)具有國際先進(jìn)水平的連續(xù)擠壓技術(shù)(Conform),生產(chǎn)各類銅排(銅母線)、異形材.據(jù)公司內(nèi)部質(zhì)量數(shù)據(jù),2015年度氣泡報(bào)廢量統(tǒng)計(jì)的不合格品檢驗(yàn)數(shù)據(jù),連續(xù)擠壓機(jī)產(chǎn)生氣泡缺陷的報(bào)廢量占不合格品報(bào)廢量的20.58%.連續(xù)擠壓制品表面的“氣泡”缺陷問題,嚴(yán)重影響了生產(chǎn)成本、效率與生產(chǎn)周期.鑒于客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的高要求,減少或避免連續(xù)擠壓產(chǎn)品氣泡的產(chǎn)生,迫在眉睫.

1 產(chǎn)生原因及分析

連續(xù)擠壓銅排產(chǎn)品中的氣泡缺陷按照氣泡出現(xiàn)的時(shí)間分兩種:一種是連續(xù)擠壓出的產(chǎn)品中出現(xiàn)的氣泡,稱為擠壓氣泡,擠壓氣泡缺陷如圖1(a)所示;第二種是連續(xù)擠壓出的產(chǎn)品氣泡沒有暴露出來,產(chǎn)品經(jīng)軋制或拉撥后若對其直接退火,則會在產(chǎn)品表面出現(xiàn)大量氣泡,稱為退火氣泡[2],如圖1(b)所示.氣泡缺陷的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1) 表面存在氣泡缺陷的銅排在后序進(jìn)行軋制或拉拔時(shí)氣泡破裂,氣泡暴露后,在氣泡破裂處產(chǎn)品的表面留下劃痕,最終影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量;(2) 銅排內(nèi)部的氣泡會影響產(chǎn)品的折彎,折彎時(shí)會出現(xiàn)裂紋,存在質(zhì)量隱患;(3) 銅排內(nèi)部的氣泡影響客戶的最終使用,無法滿足工業(yè)的使用要求.

圖1 擠壓氣泡缺陷和退火氣泡缺陷Fig.1 Extrubed bubble and annealing bubble defects

1.1應(yīng)用“魚刺圖”法分析排查“氣泡”產(chǎn)生的主要原因

通過對生產(chǎn)全過程:人、機(jī)、法、料和環(huán)五大要素進(jìn)行排查和分析,分析結(jié)果見圖2.

1.2要因確認(rèn)計(jì)劃

通過分析,找到連續(xù)擠壓氣泡產(chǎn)生的根本原因,要因確認(rèn)計(jì)劃見表1.

1.3確認(rèn)、驗(yàn)證分析

1.3.1銅桿含氣量高

根據(jù)上引連鑄原理,在一定的牽引力作用下,銅液上引結(jié)晶凝固,金屬液在自上而下的凝固過程中,結(jié)晶前沿氣體的過飽和度很高,當(dāng)氣體達(dá)到一定的過飽和度時(shí),能完全依靠自發(fā)形核,長大成氣孔,很容易在鑄桿中形成氣孔.由于鑄造生產(chǎn)的特殊性,熔體流動過程中極容易吸氣,所以在銅熔體中總會有部分H2存在.內(nèi)部殘留微小氣泡的銅排,在經(jīng)過軋制或拉拔后,這些氣泡漸漸接近銅排的表層,如果再對其進(jìn)行高溫退火,這些氣孔就會在熱膨脹力的作用下,脹破銅排表皮,形成氣泡缺陷[3].

圖2 氣泡產(chǎn)生原因分析Fig.2 Analysis of the causes of bubbles

為減少氣泡缺陷的產(chǎn)生,可對上引爐采取如下控制措施:(1) 木炭必須干燥無雜物,不能露銅;(2) 必須合理控制熔煉溫度,溫度越高,銅液中的H2和O2含量增加越多,盡可能采用低溫熔煉為佳,投料時(shí)應(yīng)遵循均勻、統(tǒng)一、少加和勤加的原則,防止銅水溫度過高或過低影響銅桿產(chǎn)品質(zhì)量;(3) 每班定時(shí)對爐口掛渣進(jìn)行清理;(4) 鑄造、制品和器具等要干燥.

確認(rèn)方法及驗(yàn)證:隨機(jī)抽樣7支銅桿進(jìn)行O2含量檢測,O2含量1級的有5支,占71.43%;O2含量2級的有1支占14.29%;O2含量3級的有1支占14.29%.并對不同O2含量級別的銅桿用管式電爐進(jìn)行820 ℃×20 min的高溫退火,O2含量3級的銅桿有清晰可見的鼓泡.故銅桿含氣量高,導(dǎo)致擠制產(chǎn)品產(chǎn)生氣泡,是主要原因之一.

1.3.2銅桿表面有污染或氧化

銅桿在擠壓工序生產(chǎn)前一般都要運(yùn)輸或存放,在此過程中,由于種種原因會導(dǎo)致銅桿表面氧化或者落有灰塵等,進(jìn)入連續(xù)擠壓工序后,產(chǎn)品中會出現(xiàn)氣泡缺陷.

確認(rèn)方法及驗(yàn)證:不同時(shí)段對上引銅桿進(jìn)行全面的跟蹤試驗(yàn),試驗(yàn)跟蹤有氧化的銅桿共有23個(gè)批次,產(chǎn)品表面產(chǎn)生氣泡的有14個(gè)批次,氧化原因?qū)е掠袣馀莸恼?0.87%.銅桿表面正常沒有氧化的共有28個(gè)批次,產(chǎn)品表面有氣泡的有2個(gè)批次,銅桿表面無氧化導(dǎo)致有氣泡的占7.14%.故銅桿表面被污染或氧化,是主要原因之一.

表1 要因確認(rèn)計(jì)劃表Tab.1 Due confirmation schedule

1.3.3銅桿拖地黏附有灰塵油污

放線裝置與輸送裝置有一定的距離,均采用人工穿插方式,故放線距離越遠(yuǎn),人工穿插越輕松.放線裝置沒有緩沖級別,在接銅桿或在擠壓過程中與擠壓速度不匹配時(shí),銅桿會拖地黏附地面的灰塵和油污,該銅桿進(jìn)入連續(xù)擠壓工序后,擠出的產(chǎn)品中會出現(xiàn)氣泡缺陷.

確認(rèn)方法及驗(yàn)證:將黏附有灰塵和油污的銅桿進(jìn)行擠壓,坯料表面有無氣泡缺陷.經(jīng)過驗(yàn)證,銅桿表面黏附有灰塵或油污,擠壓產(chǎn)品表面會產(chǎn)生氣泡,是主要原因之一.

1.3.4連續(xù)擠壓機(jī)輸送裝置損傷銅桿表面

輸送裝置與銅桿接觸處沒有圓滑過渡,造成銅桿二次劃傷,銅桿表面粗糙不平,伴有毛刺,這樣的銅桿進(jìn)入連續(xù)擠壓工序后,在擠出的產(chǎn)品中會出現(xiàn)氣泡缺陷.

確認(rèn)方法及驗(yàn)證:通過輸送裝置,在過程中蓄意對銅桿進(jìn)行二次損傷,觀察擠壓出來的坯料有無氣泡缺陷.經(jīng)過驗(yàn)證,連續(xù)擠壓機(jī)輸送裝置邊角不圓滑如對銅桿造成二次損傷,擠制產(chǎn)品的坯料表面會產(chǎn)生氣泡,是主要原因之一.

1.3.5擠壓輪冷卻水泄漏影響銅桿

擠壓輪冷卻水系統(tǒng)發(fā)生泄漏,沾到銅桿上或溢到擠壓輪凹槽里,使擠出的產(chǎn)品中出現(xiàn)氣泡缺陷[4].

確認(rèn)方法及驗(yàn)證:不同時(shí)段對擠壓輪漏水問題進(jìn)行全面的跟蹤試驗(yàn),試驗(yàn)跟蹤產(chǎn)生氣泡的坯料共有16個(gè)批次,冷卻水溢到擠壓輪凹槽里導(dǎo)致產(chǎn)品表面有氣泡的有9個(gè)批次,擠壓輪漏水導(dǎo)致有氣泡的占56.25%.故擠壓輪冷卻水泄漏影響銅桿,導(dǎo)致坯料表面產(chǎn)生氣泡,是主要原因之一.

1.3.6擠壓輪凹槽包銅區(qū)缺塊、起皺,刮刀刮不干凈,有廢料帶入擠壓輪

擠壓時(shí)由于工作間隙不當(dāng),凹槽包銅區(qū)掉塊、起皺或變形,連續(xù)擠壓時(shí)將氣體帶入,擠出的產(chǎn)品中出現(xiàn)氣泡缺陷.

確認(rèn)方法及驗(yàn)證:不同時(shí)段對擠壓輪凹槽包銅區(qū)缺塊、起皺,刮刀刮不干凈以及有廢料帶入擠壓輪的問題進(jìn)行全面的跟蹤試驗(yàn).有以上缺陷帶入擠壓輪的共有17個(gè)批次,產(chǎn)品表面有氣泡的有5個(gè)批次,此缺陷導(dǎo)致有氣泡的占29.41%.故擠壓輪凹槽包銅區(qū)缺塊、起皺、刮刀刮不干凈以及有廢料帶入擠壓輪,導(dǎo)致坯料表面產(chǎn)生氣泡,是主要原因之一.

1.3.7操作人員操作技能、質(zhì)量培訓(xùn)不夠,責(zé)任心不強(qiáng),質(zhì)量意識淡薄

由于操作人員操作不當(dāng)或責(zé)任心不強(qiáng),發(fā)現(xiàn)問題不停機(jī)處理解決,抱僥幸、馬虎心態(tài)導(dǎo)致產(chǎn)品批量不合格.

確認(rèn)方法及驗(yàn)證:查閱員工培訓(xùn)檔案,在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行測試,均能實(shí)踐操作.在生產(chǎn)現(xiàn)場,查閱生產(chǎn)記錄,記錄填寫不夠完整,沒有做好首檢、中檢和尾檢的自檢工作.在工藝紀(jì)律檢查過程中,巡檢發(fā)現(xiàn)坯料有氣泡是因?yàn)椴僮鞴ぷ詸z力度不夠,如能及時(shí)發(fā)現(xiàn)坯料有氣泡能及時(shí)停機(jī)處理,就能避免產(chǎn)品批量性不合格.故操作人員操作技能、質(zhì)量培訓(xùn)不夠,責(zé)任心不強(qiáng),質(zhì)量意識淡薄,是主要原因之一.

1.4原因梳理

通過以上逐條確認(rèn),梳理出連續(xù)擠壓產(chǎn)品產(chǎn)生氣泡的主要原因是:

(1) 銅桿含氣量高;

(2) 銅桿表面有污染或氧化;

(3) 銅桿拖地黏附有灰塵油污;

(4) 連續(xù)擠壓機(jī)輸送裝置損傷銅桿表面;

(5) 擠壓輪冷卻水泄漏影響銅桿;

(6) 擠壓輪凹槽包銅區(qū)缺塊、起皺,刮刀刮不干凈,有廢料帶入擠壓輪;

(7) 操作人員操作技能、質(zhì)量培訓(xùn)不夠,員工責(zé)任心不強(qiáng),質(zhì)量意識淡薄.

2 制訂措施及實(shí)施

2.1制定改善措施

根據(jù)氣泡產(chǎn)生原因,制訂具體措施,見表2.

表2 防止氣泡產(chǎn)生的措施表Tab.2 Measures to prevent bubbles from being produced

2.2措施實(shí)施

為了減少連續(xù)擠壓坯料產(chǎn)生的氣泡,通過對氣泡產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析,成立了連續(xù)擠壓氣泡攻關(guān)項(xiàng)目小組,由具體負(fù)責(zé)人每天對各生產(chǎn)工序進(jìn)行指導(dǎo)與監(jiān)督,按制定的具體解決措施進(jìn)行管控與預(yù)防,從而減少氣泡缺陷帶來的質(zhì)量問題.

3 結(jié) 論

通過一系列預(yù)防及整改措施,消除了連續(xù)擠壓生產(chǎn)全過程中產(chǎn)生氣泡的不利因素,大大減少了氣泡缺陷的產(chǎn)生,降低了生產(chǎn)成本,提高了生產(chǎn)效率.根據(jù)公司內(nèi)部質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),連續(xù)擠壓機(jī)工序2016年度氣泡缺陷報(bào)廢量比較2015年度氣泡報(bào)廢量減少到8.64%.生產(chǎn)實(shí)踐說明:連續(xù)擠壓擠制產(chǎn)品氣泡產(chǎn)生原因分析到位、生產(chǎn)過程的管控與預(yù)防措施到位,連續(xù)擠壓機(jī)擠壓產(chǎn)品的氣泡得到有效的控制,并達(dá)到了預(yù)期效果,穩(wěn)定、提高了產(chǎn)品綜合質(zhì)量,降低了制造成本.

[1] 徐恒雷.連續(xù)擠壓應(yīng)用過程中常見缺陷淺析與措施[J].有色金屬加工,2010,8(4):31-36.

[2] 張紅云,謝博,張金標(biāo).銅扁線連續(xù)擠壓氣泡缺陷的研究[J].長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,11(2):69-72.

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CausesAnalysisandPrecautionsoftheBubblesoftheExtrudingProductCausedbyContinuousExtrusion

LIU Hui,HUANGLuchou

(Foshan Huahong Copper tube Co., Ltd., Guangdong 528234, China)

This article concerns the problems of the bubbles on the surface of the copper bar extruded by the Conform continuous extrusion machine.By using the “fishbone disgram”,this article analyses and combs the five key elements man,machine,material,method,circle,of the whole process of the continuous extrusion,and put forward feasible improvement measure.Practices illustrate that these precautions are able to control the emergence of the bubbles on the surface of the copper bar caused by continuous extrusion.

continuous extrusion machine; bubbles; causes analysis; precautions

2017-05-26

劉 輝(1963—),男,高級工程師. 研究方向: 銅加工設(shè)備技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)研究. E-mail: 25746367@qq.com

黃路稠(1980—),男,工程師. 研究方向: 銅及銅合金加工生產(chǎn)、質(zhì)量技術(shù)研究. E-mail: huangluchou@163.com

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