紫铜空心导线成型工艺研制

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摘要：文章对矩形管材游动拉伸时拉伸模模角与芯球锥角的角度差应比圆形管材游动拉伸时拉伸模模角与芯球锥角的角度差大这一现象进行了重点分析讨论，同时对其他工艺参数也进行了分析。

关键词：紫铜空心导线；矩形管材；成型工艺；芯球锥角角度；光亮退火

中图分类号：TG356 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）11-0035-03

1 概述

紫铜因具有良好的导电性能，在电子行业应用极其广泛。随着我国能源工业的高速发展，国内各大电机厂需要大量紫铜空心导线，用来制作发电机定子线圈。20世纪，该产品大量从国外进口，随着产品试验成功，紫铜空心导线生产现已国产化。

1.1 紫铜空心导线技术要求

1.1.1 紫铜空心导线截面形状及尺寸。

1.1.2 紫铜空心导线的技术要求。

牌号：TU2

规格及公差：9.9×4.7×1.35，圆盘供应

状态：M态

化学成分：符合GB5231规定

含氧量：符合YB731中规定的一、二、三级

机械性能：Am≥220MPa，A≥30%

电阻率：不大于0.01724Ω・mm2/m（20℃）

晶粒度：0.025～0.055

脆性试验：在200倍显微镜下观看，无汽泡及晶间裂纹

内、外表面粗糙度：Ra≤1.6um

弯曲试验：弯曲90度试验无裂纹

气密性试验：合格

涡流探伤：（人工缺口深度0.165mm）合格

1.2 工艺分析

该产品的质量要求很高，特别是内外表面粗糙度、R角、尺寸公差、晶粒度等要求高，对于生产小矩形管材来说，一般的方法是满足不了要求的，因此本试验工艺选用“铸锭挤压轧制退火拉伸退火”方法，挤压、轧制工序为制造产品的过程阶段，按要求提供合格坯料即可，退火是为了保证产品的机械性能、导电性能、晶粒度以及弯曲试验要求，难点是产品的尺寸公差控制、R角、表面粗糙度，关键在于拉伸阶段，产品尺寸公差、R角、表面粗糙度等要靠拉伸工序来保证。

由于该产品内外表面质量、R角、尺寸公差要求严格，且成卷供货，若采用短芯球或长芯杆拉伸，则不能满足长度（成卷供货）的要求；若采用空拉，则不能满足内外表面质量、R角、尺寸公差的要求，因而，只能选择游动芯球拉伸。

游动芯球圆盘拉伸的特点是：既能实现衬拉（有芯球），又可不受产品长度的限制，因此在解决了该产品内外表面质量、R角、尺寸公差问题的同时，实现了盘圆拉伸。

因此，研究TU2、规格为9.9mm×4.7mm×1.35mm、圆盘、M态紫铜空心导线成型工艺，重点是拉伸工序工艺参数。

2 紫铜空心导线试验所用原材料及采用设备

2.1 原材料

符合GB5231要求的TU2铸锭，规格为∮145×300。

其他要求：铸锭表面光滑，无裂纹、分层、夹杂、起皮、氧化皮等缺陷。

2.2 采用设备

试验采用的主要设备有：1200吨卧式挤压机、LG30轧管机、圆盘拉伸机、真空退火炉等。

3 紫铜空心导线工艺确定及试验步骤

3.1 工艺制定

3.1.1 关键工序拉伸加工率的确定。根据资料，纯铜的塑性良好，拉伸总加工率不限，游动拉伸道次加工率可高达40%以上，本试验道次加工率控制在25%～35%。

3.1.2 拉伸工具的确定。由1.2工艺分析可知，该产品拉伸的关键在于能否实现游动芯球拉伸。游动芯球拉伸在普通圆管上应用较多，在方管上应用较少，没有成熟的经验可借鉴，关键是模具角度及芯球锥角的选择，因此本试验选择两套工具来进行，然后根据试验结果进行比对分析，筛选最科学的工具完成产品的生产。

根据资料，工具合理设计范围为：拉伸模角度13°～16°，芯球角度为9°～11°，材质选择硬质合金为宜。

本试验，圆管拉伸工具参数为：拉伸模角度13°，芯球角度10.5°。成品拉伸设计两套工具，分别为：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°。工具材料均为硬质合金。

3.1.3 退火工艺确定。挤压紫铜管坯经轧制及拉伸后产生硬化，继续拉伸变形抗力增大，为消除硬化，提高塑性变形能力，采用中间退火消除之，通过反复变形及再结晶退火，也使晶粒得到细化。为保证产品的技术要求，提高产品表面质量，采用成品退火。退火一律采用真空，避免氧化退火后酸洗质量不佳造成的表面质量不好。根据资料，退火工艺参数选择如下：

中间退火260℃～280℃/40～60分

成品退火340℃～360℃/40～60分

3.1.4 剂选择。根据资料，要实现游动芯球拉伸，必须满足：

摩擦角

因此，能否实现游动芯球拉伸，除工具因素外，也是关键因素，质量不好，会造成摩擦力过大，使芯球与管材同时移动，芯球不能游动会卡在管材变形区内，迫使管材拉断；质量好，不仅能实现游动拉伸，而且可提高管材的表面质量，还能降低拉伸力而节约能源。为实现这些效果，试验选择粘度较大且有足够表面活性的剂――植物油。

3.2 试验步骤

综上所述，产品（9.9×4.7×1.35矩形管）试验步骤如下：

方案一

工艺流程及变形规格参数：铸锭（∮145×300）挤压（∮44×4.5）轧制（∮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（过渡矩形管12×6×1.6）拉伸（成品矩形管9.9×4.7×1.35）退火检查成品。

其他参数见表1。

方案二

工艺流程及变形规格参数：同方案一。

其他参数见表1：

4 产品试验结果及分析讨论

4.1 产品试验结果

4.1.1 第一次试验及结果。按方案一，试验结果见

从表2看出，按方案一的工艺流程及工艺参数进行的试验，产品的各项技术指标虽符合要求，但拉伸不顺畅，拉断90%。

4.1.2 第二次试验及结果。按方案二，试验结果见

从表2看出，在与方案一工艺流程相同的条件下，通过成品拉伸模模角的变化，即芯球锥角角度不变、拉伸模角度增大，使成品矩形管拉伸模角度与芯球锥角的角度差变大，其他参数仍与方案一相同，拉伸顺利，产品各项技术指标完全符合要求。

试验结果表明，采用方案一试验，虽然产品各项技术指标符合紫铜空心导线的要求，但拉伸不顺利；采用方案二试验，不但产品各项技术指标符合紫铜空心导线的要求，且拉伸顺利。

4.2 分析讨论

方案二能够使生产顺利进行，并且产品各项技术指标符合紫铜空心导线的技术要求。

分析如下：

4.2.1 方案二拉伸顺利原因分析。方案二整个试验过程顺畅，说明采用的整体工艺流程及参数控制合理。

方案一与方案二的区别仅在于：方案二中，在方案一各工艺参数不变的条件下，拉伸模角度增大，即增加了矩形成品管拉伸模角度与芯球锥角的角度差，这种角度差也比圆形管材游动拉伸时拉伸模角度与芯球锥角的角度差大。

游动芯球拉伸特点：拉伸时芯球在管材内做前后移动，始终处于平衡状态。

矩形管拉伸不同于圆形管拉伸，圆形管拉伸时，若偶尔芯球产生上下左右摆动甚至轻微扭动对拉伸都没有多大影响，而矩形管则不同，模具、产品、芯球都是矩形，理论上模具、矩形管及芯球的对角线横向上必须重合才能使矩形管各侧面金属相对较均匀地变形，但绝对重合是做不到的，芯球在移动中稍微偏移，芯球的四个棱角与管材内壁的四个平面就会接触，变形变得极不均匀，造成芯球移动困难，严重时卡在产品内使产品拉断。因此，在芯球角度不变情况下，增加模具角度，即增加它们的角度差，可使变形区长度缩短，同时使变形区入口处对芯球的压力减小，有利于芯球向后移动，不会被卡在产品内而使产品断裂。

同时，根据资料介绍，在相同工艺条件下，模具角度在合理范围内越大，变形区相对越短，摩擦力越小，从而使拉拔力减小，降低了产品被拉断的风险性。

综上所述，矩形管材游动拉伸时拉模角度与芯球锥角角度差应比圆形管材游动拉伸的拉模角度与芯球锥角角度差大，这样才能使拉伸顺利进行。

4.2.2 组织性能等指标合格。根据资料，紫铜的再结晶温度为230℃。本实验中中间产品软化退火工艺选择较低的温度，即250℃～280℃/40～60min，消除了加工硬化，提高了材料塑性，使继续加工变得容易，同时又使晶粒控制得较小，使产品表面细腻光滑，改善了产品的表面质量。本试验成品软化退火工艺选择340℃～360℃/40～60min，使得变形后的金属实现了完全再结晶，达到软化，塑性极好，所以弯曲试验合格，同时机械性能、电阻率也合格；在此保温温度及保温时间下，材料再结晶后的晶粒尺寸与空心紫铜导线的晶粒度要求完全吻合，晶粒度检验合格。

4.2.3 尺寸公差、R角、表面粗糙度、长度符合要求。尺寸公差是靠模具保证的，现阶段，线切割技术在切割金属上的应用，模具尺寸足以能够满足产品尺寸公差及R角的要求。

由于实现衬拉，使产品内外表面光洁，满足了内、外表面粗糙度要求，同时也使涡流探伤、气密性试验合格。

矩形管游动拉伸，实现了长的矩形管圆盘生产，满足用户对产品长度的要求。

5 结语

（1）紫铜空心导线生产工艺采用“铸锭挤压轧管退火拉伸退火”方式是可行的。挤压、轧制工序为制造产品的过程阶段，按要求提供合格坯料即可；拉伸采用游动芯球，加工率控制在25%～35%之间，可实现产品圆盘

供应。

（2）通过增加中间软化退火，250℃～280℃/40～60min，消除加工硬化，提高塑性，继续变形容易，产品表面质量良好；成品通过340℃～360℃/40～60min退火，能够满足紫铜空心导线各项技术指标要求。

（3）矩形管游动拉伸时拉伸模角度与芯球锥角的角度差比圆形管材游动拉伸时拉伸模角度与芯球锥角的角度差大。本试验中，紫铜空心导线成品前圆管游动拉伸，拉伸模角度选择13°、芯球角度选择10.5°；成品管游动拉伸，拉伸模角度选择15°、芯球角度选择10.5°。

（4）拉伸剂选择粘度较大，同时又具有足够表面活性的植物油，有利于实现游动拉伸。

参考文献

[1]温景林.金属挤压与拉拔工艺学[M].沈阳：东北大学出版社，1985.

[2]重有色金属材料加工手册[M].北京：冶金工业出版社，1979.

作者简介：王宏君（1964―），河北青龙人，沈阳有色金属加工有限公司挤压车间主任，工程师，研究方向：铜及铜合金、镍及镍合金管棒型材加工；于丙宏（1965―），辽宁凤城人，沈阳有色金属加工有限公司总经理，工程师，研究生，研究方向：铜及铜合金、镍及镍合金管棒型材加工。