二種生產電工用銅母線工藝比較
 
發布日期:2015/6/13   瀏覽次數: 1206
 

二種生產電工用銅母線工藝比較

         摘要:本文對二種生產電工用銅母線工藝做了詳細的比較,可以供生產銅母線的企業參考,根據市場情況,合理地選擇生產方式,以取得最好的效益。

關鍵詞:擠壓法、CONFORM法·技術參數、工藝流程,比較一、前言

銅母線,又稱紫銅排、矩形銅棒等,其主要用在變壓器、電控櫃以及輸變線路中,它的作用是匯集、分配、傳送電能。隨著國民經濟的發展,銅母線的用量也隨之增加。據統計,2006年,我國銅母線生產總量超過20萬噸,它已成為電設備中不可缺少的導電材料之一。目前,我國加工企業生產銅母線的方法有幾種,本文擬對其中兩種生產工藝進行比較,供參考。

二、銅母線的技術指標

根據銅母線的使用要求,銅母線的主要技術指標為:1、導電率(電阻率或電導率);2、化學成分;3、機械性能;4、硬度;5、彎曲性能;6、尺寸精度;7、平直度;8、彎曲度;9、表麵質量。

 

2.1表一:銅母線的化學成分

 

型號

名稱

化學成分   %

Cu+Ag不少於

TM

銅母線

99.90

2.2表二:銅母線的電性能

 

型號

20直流電阻率

Ω.mm2/m

導電率

%IACS

TMR

0.017241

100

TMY

0.01777

97

2.3表三:銅母線抗拉強度,伸長率,硬度

 

型號

抗拉強度

N/mm2

伸長率

%

硬度

HB

TMR

206

35

TMY

65

2.4表四:銅母線厚度、寬度偏差

厚度a

寬度b

 

b50.00

50.00b100

100b200.00

200.00b

a2.80

±0.03

2.8a4.75

±0.05

±0.08

4.75a12.50

±0.07

±0.09

±0.12

±0.30

12.50a25.00

±0.10

±0.11

±0.13

±0.30

25.00a

±0.15

±0.15

±0.15

 

寬度b

偏差

 

 

 

b25.00

±0.13

 

 

 

25.00b35

±0.15

 

 

 

35.50b100

±0.30

 

 

 

100.00b

±0.3%b

 

 

 

2.5表五:銅母線窄邊平直度

銅母線

平直度

2.80a15.00

50.00b150.00

2

其他規格

4

2.6表六:銅母線寬邊平直度

銅母線

1m長度內平直度

所有規格

5mm

2.7表七:銅母線表麵及彎曲性能

銅母線表麵

表麵光潔、不應有與良好工業品不相稱的任何缺陷,園角、園邊處不應有飛邊、毛剌及裂口。

彎曲性能

銅母線寬邊彎曲90°,表麵應不出現裂紋

三、銅母線品生產工藝

目前,國內生產銅母線的工藝方法有幾種,實際生產中,主要有以下兩種:

1、擠壓法;2、CONFORM法

3.1擠壓法和CONFORM法的解釋

1、擠壓法:利用臥式擠壓機生產銅母線拉撥坯料的方法。

2、CONFORM法利用連續擠壓機生產銅母線拉撥坯料的方法。

3.2擠壓法的工藝流程

擠壓法的工藝流程為:

半連續鑄錠

 

鋸切

錠坯加熱

擠壓

水封

 


水平連續鑄錠

 

           

 

入庫

 

酸洗

拉撥

定尺

檢驗

矯直

製頭

 

 


3.3CONFORM法工藝流程為:

上引法鑄坯

製頭

液壓拉撥機組

檢驗

連續擠壓

水封

製頭

入庫

 

 


                            (批量生產線)

(小批量生產線)

 

 

入庫

 


檢驗

 

定尺

 

矯直

 


單鏈拉撥機

 

                                              

 

四、擠壓法CONFORM法兩種生產工藝比較。

4.1銅母線的化學成分控製

不論是擠壓法還是CONFORM法,雖然采用的鑄錠生產方式不同,但銅母線的化學成分都必須嚴格控製,表一是GB/T5585.1—2005對銅母線化學成分的規定,但實際生產中,為了滿足最終產品的導電性能和其它技術性能,對銅母線中微量元素也有很嚴格的規定,微量元素對銅導電性能的影響見表八:

表八:微量元素對銅母線導電性能的影響

元素

對銅母線導電性能的影響

P

磷是有效的脫氧劑,但磷會嚴重地降低銅的導電性能,應嚴格控製,一般P含量控製在0.002%以下。

 

銻、鉍、硫、碲、硒

這些元素在銅中固溶度極小,室溫下基本不溶於銅,以金屬間化合物存在,分布於晶界,對銅導電性能影響不大,但嚴重惡化銅的塑性加工性能,應該嚴格控製其含量。

砷(AS)在銅中有較大的溶度,但卻強烈地降低銅的導電率。

鐵在銅中嚴重地影響銅的導電率,應嚴格控製。

鉛在銅中固溶度較小,分布於晶內和晶界。微量鉛對銅的導電性能影響不大。

氧在銅 中以CU2O形式存在於晶界,氧含量在60ppm以下,對銅導電性能影響不大。

稀土元素

在銅中添加一定比例的稀土元素,有助於細化晶粒,提高銅的導電性能。

微量鋅對銅的導電率影響不大,有助於細化晶粒。

4.2銅母線的化學成分

實際生產中,銅母線的化學成分見表九:

表九:銅母線的化學成分

 

 

材料名稱

化學成分,%,不大於(注明小於者除外)

GU+Ag

不小於

P

Ag

Bi

Sb

AS

Fe

Ni

Sn

S

Zn

O

雜質總和

銅母線

99.90

0.002

0.001

0.002

0.002

0.005

0.005

0.002

0.002

0.005

0.06

0.1

4.3擠壓法·CONFORM法鑄錠的生產

4.3.1擠壓法鑄錠的生產方式:1、水平連續澆鑄;2、半連續澆鑄。

4.3.2CONFORM法鑄錠的生產方式:上引法。

4.3.3水平連續澆鑄,半連續澆鑄,上引法的技術參數。

表十:水平連續澆鑄,半連續澆鑄,上引法的技術參數。

澆鑄方式

水平澆鑄

半連續澆鑄

上引法澆鑄

材料型號

TM

TM

TM

鑄錠斷麵

φ155

φ155

φ20

澆鑄溫度℃

11601180

11601180

1101180

澆鑄速度(/小時)

56

1012

200250

冷卻水壓力(MPa

一次水冷:0.10.2

二次水冷:0.150.25

0.10.20

0.10.20

熔煉爐內焙體保護

木炭

木炭

木炭

結晶內熔體保護

——

炭黑

——

保溫爐內熔體保護

木炭

——

木炭

結晶器材料

石墨

——

石墨

熔鑄成品率

95%

88%

98%

消耗(元/噸)

350

400

300

產品生產規格mm

φ80~φ165

φ80~φ400

φ8~φ22

鑄錠表麵質量

無裂紋、冷隔、夾雜等

無冷隔、裂紋、夾雜等

無裂紋、重皮等

鑄錠質量

無疏鬆、氣孔等

無疏鬆、氣孔等

無疏鬆、氣孔

導電率%IACS

97100

97100

98101

從表十可以看出:

三種澆鑄方式,產品質量都能滿足要求,但仍有區別:

1、三種方式鑄錠生產的規格範圍不同,能滿足成品截麵積的能力不同。

2、三種方式成品率不同,上引法>水平連續法>半連續澆鑄法。

3、三種方式生產成本有高低,上引法<水平連鑄法<半連續澆鑄法。

4.4擠壓法,CONFORM法在擠壓工序的技術參數。

4.4.1擠壓法的擠壓工作原理

1、原理:將經過加熱的鑄錠放在擠壓筒內,從鑄錠一端施加壓力,使之通過模孔成型的一種壓力加工方法。

銅母線通常采用臥式正向擠壓法。

2、主要工藝參數

表十一:擠壓法的主要工藝參數(以擠製TM11.5×120.5為例)

 

工藝參數

材料型號

TM

鑄錠規格mm

φ180×450

擠壓製品規格mm

11.5×120.5

擠壓比

94.8%

擠壓濃度

775900

擠壓速度m/s

0.30.4

冷卻方式

水冷

成品率%

80

生產成本元/

250300

擠製品質量

1、表麵無劃傷。

2、尺寸公差符合要求。

3、無晶粒粗大現象。

導電率

97

4.4.2CONFORM法的工作原理

它是一種連續擠壓過程,在70年代初由英國的D.格林發明。金屬在塑性變形時,完全借助金屬與工具接觸表麵間的摩擦力實現的。這種方法克服了通常擠壓法的過程不連續性變形金屬與工具接觸摩擦所帶來的許多不足之處,因此它是對常規的擠壓工藝和設備的一次重大的革新。

這種方法的工作原理見圖1.在可旋轉的擠壓輪的表麵上帶有方凹槽,其1/4左右的周長與一被稱為擠壓靴的導向塊相配合,形成一個封閉的正方形空腔。模子被固定在導向塊的一端。擠壓時,將比正方形空腔斷麵大一些的圓坯料端頭輾細,然後送入空腔中,依靠擠壓輪槽與坯料間的摩擦力,將後者夾緊和拉入空腔中。坯料在初始夾緊區中逐漸塑性變形,直到進入擠壓區時充滿空腔的橫斷麵。金屬在擠壓輪摩擦力的連續作用下,不斷地從模孔中被擠出。1-胚料,2-模子3-導向塊4-初始咬入區5擠壓區7-製品

圖1:CONFORM法的工作原理

4.4.3CONFORM法的主要工藝參數

表十二:CONFORM法主要工藝參數(以擠製11.5×120.5為例)

 

工藝參數

材料型號

TM

坯料規格mm

φ20

擠製規格mm

11×120.5

擠壓輪mm

400

溢料率   %

35

成品率   %

92

生產成本

200

導電率

97

4.4.3擠壓法和CONFORM法的相同之處。

相同點:擠壓法、CONFORM法都是為拉撥。

        生產提供留底坯料,因此,對擠製坯料尺寸控製的要求是相同的。

2、擠壓坯料的尺寸選擇(以成品TMY10×120為例)

①、擠壓坯料示意圖,形狀見圖2,尺寸見表十三。

 

圖2;擠壓胚料橫斷麵示意圖

表十三:擠壓坯料尺寸

擠壓坯料

R

mm

度值h

mm

a

mm

bmm

b×a:11.50×120.5

6

0.70

120.5

11.50

②寬(a),厚(b)值的確定

要保證成品的質量,擠壓坯料尺寸要根據拉撥加工率來確定擠壓坯料的a、b值,一般地,寬度裕量要小於厚度裕量,因為矩形不對稱,變形時按最小阻力定律,厚度的方向易變形,寬度方向不易變形,特別是a/b(寬厚比)較大時,這種現象更明顯,生產中,采用的a、b值見表十三。

度值(h)的確定:

一是使矩形材在寬麵上變形較均勻,因為根據最短法線定律,窄麵上的金屬向中心部分流動受阻後,流向寬麵的兩端,這樣,造成寬麵的兩端變形大,中部變形小而使表麵粗糙,擠壓坯料表麵的一些小坑等不易去掉,或出現桔皮狀;二是可以提高擠壓模具的使用壽命,度值(h)的大小,可根據矩形材規格及寬厚比的大小來確定,一般在0.1~1mm之間,實際生產TMY10×120銅母線,度值(h)見表十三。

④R角的確定:

如上所述,金屬在變形時,流向角部的金屬最多,若坯料無適當的R角,則角部變形就大,變形極不均勻;另外,模具受變形金屬的反作用力作用,在角部易產生應力集中現象,若模具不留R角,則角部易損壞,R角的大小,一般以使拉伸前坯料對角線的長度大於拉伸後製品對角線的長度為宜。實際生產中TMY10×120銅母線中采用的R角見表十三。

4.4.4擠壓法和CONFORM擠壓法的不同之處

①擠壓法為熱擠壓,鑄錠加熱溫度為775℃~900℃,CONFORM為冷擠壓。線杆不需要加熱

②擠壓法多為單根或多根擠壓,成品率較低,一般為80%,CONFORM為連續擠壓,成品率較高,一般為92%。

③擠壓法製品表麵氧化較嚴重,需酸洗後方可拉撥,CONFORM法擠製品表麵無氧化色,不需要酸洗即可拉撥。

④擠壓法的生產成本>CONFORM法的生產成本。

4.5擠壓法,CONFORM法拉撥工序的比較。

①擠壓法的拉撥工藝流程:

製頭

 

酸洗

 

入庫

 

擠製坯料

矯直

檢驗

定尺

拉撥

 

 

 

 

 


②CONFORM法的拉撥工藝流程

擠製坯料

 

入庫

 

製頭

液壓機組拉撥

定尺

檢驗

 

 


4·5·1擠壓法和CONFORM拉拔工藝參數

表十四  拉攏工藝參數

 

擠壓法

CONFORM

坯料尺寸

11.5×120.5

11.5×120.5

成品尺寸

10×120

10×120

拉攏延伸係數

1.15

1.15

酸洗濃度

H2SO430%

——

成品率%

92

98

4·5·2擠壓法和CONFORM法拉抜工序的區別

1·擠壓法拉抜工序中,拉抜料要先進行酸洗,再進行拉抜。由於擠壓料為單根,多用單鏈拉床生產,再矯直,鋸切頭尾,故生產過程中廢料損失大,工序成品率約92%

2·CONFORM法拉抜料不要酸洗,3噸卷材隻需軋頭一次,再通過50噸液壓拉抜機組,拉抜 矯直 鋸切都在一台機組完成,因此,工序操作簡單,廢料損失小,工序成品率高,約為98%。

4·5·3擠壓法和CONFORM法拉抜工序的區別

1·擠壓法拉抜工序中,拉抜料要先進行酸洗,再進行拉抜。由於擠壓料為單根,多用單鏈拉床生產,再矯直,鋸切頭尾,故生產過程中廢料損失大,工序成品率約92%。

2·CONFORM法拉抜料不要酸洗,3噸卷材隻需軋頭一次,再通過50噸液壓拉抜機組,拉抜、矯直、鋸切都在一台機組完成,因此,工序操作簡單,廢料損失小,工序成品率高,約為98%。

五、結束語

1擠壓法,CONFORM法生產銅母線,兩者都是成熟的生產工藝,國內目前多家企業同時利用這兩種工藝方法生產銅母線。

2、CONFORM擠壓法由於受到技術發展的限製,現能生產截麵積3000mm2以下,寬度170mm以下的銅母線,大截麵,大寬度的銅母線還需用擠壓法生產。

3、在斷麵積3000mm2以下,寬度170mm以下的銅母線,從以上兩種生產方式比較不難看出,CONFORM法具有較大的優勢,一是生產成本低,二是成品率高。三是環保無汙染,因此,該生產工藝值得推廣。

 
 

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