王宏君　于丙宏

摘要：文章對(duì)矩形管材游動(dòng)拉伸時(shí)拉伸模模角與芯球錐角的角度差應(yīng)比圓形管材游動(dòng)拉伸時(shí)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(diǎn)分析討論，同時(shí)對(duì)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(xiàn)；矩形管材；成型工藝；芯球錐角角度；光亮退火

中圖分類(lèi)號(hào)：TG356 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(guó)能源工業(yè)的高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)各大電機(jī)廠(chǎng)需要大量紫銅空心導(dǎo)線(xiàn)，用來(lái)制作發(fā)電機(jī)定子線(xiàn)圈。20世紀(jì)，該產(chǎn)品大量從國(guó)外進(jìn)口，隨著產(chǎn)品試驗(yàn)成功，紫銅空心導(dǎo)線(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)已國(guó)產(chǎn)化。

1.1 紫銅空心導(dǎo)線(xiàn)技術(shù)要求

1.1.1 紫銅空心導(dǎo)線(xiàn)截面形狀及尺寸。

1.1.2 紫銅空心導(dǎo)線(xiàn)的技術(shù)要求。

牌號(hào)：TU2

規(guī)格及公差：9.9×4.7×1.35，圓盤(pán)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(jí)

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(yàn)：在200倍顯微鏡下觀(guān)看，無(wú)汽泡及晶間裂紋

內(nèi)、外表面粗糙度：Ra≤1.6um

彎曲試驗(yàn)：彎曲90度試驗(yàn)無(wú)裂紋

氣密性試驗(yàn)：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(duì)于生產(chǎn)小矩形管材來(lái)說(shuō)，一般的方法是滿(mǎn)足不了要求的，因此本試驗(yàn)工藝選用“鑄錠→擠壓→軋制→退火→拉伸→退火”方法，擠壓、軋制工序?yàn)橹圃飚a(chǎn)品的過(guò)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(yàn)要求，難點(diǎn)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(lái)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(zhǎng)芯桿拉伸，則不能滿(mǎn)足長(zhǎng)度（成卷供貨）的要求；若采用空拉，則不能滿(mǎn)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(dòng)芯球拉伸。

游動(dòng)芯球圓盤(pán)拉伸的特點(diǎn)是：既能實(shí)現(xiàn)襯拉（有芯球），又可不受產(chǎn)品長(zhǎng)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(wèn)題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了盤(pán)圓拉伸。

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

2 紫銅空心導(dǎo)線(xiàn)試驗(yàn)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(wú)裂紋、分層、夾雜、起皮、氧化皮等缺陷。

2.2 采用設(shè)備

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

3 紫銅空心導(dǎo)線(xiàn)工藝確定及試驗(yàn)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(dòng)拉伸道次加工率可高達(dá)40%以上，本試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)游動(dòng)芯球拉伸。游動(dòng)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(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)可借鑒，關(guān)鍵是模具角度及芯球錐角的選擇，因此本試驗(yàn)選擇兩套工具來(lái)進(jìn)行，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)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(jì)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(yàn)，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(jì)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(guò)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(rùn)滑劑選擇。根據(jù)資料，要實(shí)現(xiàn)游動(dòng)芯球拉伸，必須滿(mǎn)足：

摩擦角<芯球錐角<模角

因此，能否實(shí)現(xiàn)游動(dòng)芯球拉伸，除工具因素外，潤(rùn)滑也是關(guān)鍵因素，潤(rùn)滑質(zhì)量不好，會(huì)造成摩擦力過(guò)大，使芯球與管材同時(shí)移動(dòng)，芯球不能游動(dòng)會(huì)卡在管材變形區(qū)內(nèi)，迫使管材拉斷；潤(rùn)滑質(zhì)量好，不僅能實(shí)現(xiàn)游動(dòng)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(shí)現(xiàn)這些效果，試驗(yàn)選擇粘度較大且有足夠表面活性的潤(rùn)滑劑——植物油。

3.2 試驗(yàn)步驟

綜上所述，產(chǎn)品（9.9×4.7×1.35矩形管）試驗(yàn)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(guò)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(jiàn)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(jiàn)表1：

4 產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果及分析討論

4.1 產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果

4.1.1 第一次試驗(yàn)及結(jié)果。按方案一，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)

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(yàn)，產(chǎn)品的各項(xiàng)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(yàn)及結(jié)果。按方案二，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)

從表2看出，在與方案一工藝流程相同的條件下，通過(guò)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全符合要求。

試驗(yàn)結(jié)果表明，采用方案一試驗(yàn)，雖然產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合紫銅空心導(dǎo)線(xiàn)的要求，但拉伸不順利；采用方案二試驗(yàn)，不但產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合紫銅空心導(dǎo)線(xiàn)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合紫銅空心導(dǎo)線(xiàn)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(gè)試驗(yàn)過(guò)程順暢，說(shuō)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(dòng)拉伸時(shí)拉伸模角度與芯球錐角的角度差大。

游動(dòng)芯球拉伸特點(diǎn)：拉伸時(shí)芯球在管材內(nèi)做前后移動(dòng)，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(shí)，若偶爾芯球產(chǎn)生上下左右擺動(dòng)甚至輕微扭動(dòng)對(duì)拉伸都沒(méi)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(duì)角線(xiàn)橫向上必須重合才能使矩形管各側(cè)面金屬相對(duì)較均勻地變形，但絕對(duì)重合是做不到的，芯球在移動(dòng)中稍微偏移，芯球的四個(gè)棱角與管材內(nèi)壁的四個(gè)平面就會(huì)接觸，變形變得極不均勻，造成芯球移動(dòng)困難，嚴(yán)重時(shí)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(zhǎng)度縮短，同時(shí)使變形區(qū)入口處對(duì)芯球的壓力減小，有利于芯球向后移動(dòng)，不會(huì)被卡在產(chǎn)品內(nèi)而使產(chǎn)品斷裂。

同時(shí)，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(duì)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(xiǎn)性。

綜上所述，矩形管材游動(dòng)拉伸時(shí)拉模角度與芯球錐角角度差應(yīng)比圓形管材游動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(shí)又使晶?？刂频幂^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(yàn)成品軟化退火工藝選擇340℃～360℃/40～60min，使得變形后的金屬實(shí)現(xiàn)了完全再結(jié)晶，達(dá)到軟化，塑性極好，所以彎曲試驗(yàn)合格，同時(shí)機(jī)械性能、電阻率也合格；在此保溫溫度及保溫時(shí)間下，材料再結(jié)晶后的晶粒尺寸與空心紫銅導(dǎo)線(xiàn)的晶粒度要求完全吻合，晶粒度檢驗(yàn)合格。

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

由于實(shí)現(xiàn)襯拉，使產(chǎn)品內(nèi)外表面光潔，滿(mǎn)足了內(nèi)、外表面粗糙度要求，同時(shí)也使渦流探傷、氣密性試驗(yàn)合格。

矩形管游動(dòng)拉伸，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)的矩形管圓盤(pán)生產(chǎn)，滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品長(zhǎng)度的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）紫銅空心導(dǎo)線(xiàn)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?yàn)橹圃飚a(chǎn)品的過(guò)程階段，按要求提供合格坯料即可；拉伸采用游動(dòng)芯球，加工率控制在25%～35%之間，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品圓盤(pán)

供應(yīng)。

（2）通過(guò)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(guò)340℃～360℃/40～60min退火，能夠滿(mǎn)足紫銅空心導(dǎo)線(xiàn)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求。

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

（4）拉伸潤(rùn)滑劑選擇粘度較大，同時(shí)又具有足夠表面活性的植物油，有利于實(shí)現(xiàn)游動(dòng)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(yáng)：東北大學(xué)出版社，1985.

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

作者簡(jiǎn)介：王宏君（1964—），河北青龍人，沈陽(yáng)有色金屬加工有限公司擠壓車(chē)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(yáng)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）