二种生产电工用铜母线工艺比较.doc

二种生产电工用铜母线工艺比较段建松（江西人民铜业公司）摘要：本文对二种生产电工用铜母线工艺做了详细的比较，可以供生产铜母线的企业参考，根据市场情况，合理地选择生产方式，以取得最好的效益。关键词：挤压法、CONFORM法技术参数、工艺流程，比较一、前言铜母线，又称紫铜排、矩形铜棒等，其主要用在变压器、电控柜以及输变线路中，它的作用是汇集、分配、传送电能。随着国民经济的发展，铜母线的用量也随之增加。据统计，2006年，我国铜母线生产总量超过20万吨，它已成为电设备中不可缺少的导电材料之一。目前，我国加工企业生产铜母线的方法有几种，本文拟对其中两种生产工艺进行比较，供参考。二、铜母线的技术指标根据铜母线的使用要求，铜母线的主要技术指标为：1、导电率（电阻率或电导率）；2、化学成分；3、机械性能；4、硬度；5、弯曲性能；6、尺寸精度；7、平直度；8、弯曲度；9、表面质量。2.1表一：铜母线的化学成分型号名称化学成分 %Cu+Ag不少于TM铜母线99.902.2表二：铜母线的电性能型号20直流电阻率.mm2/m导电率%IACSTMR0.017241100TMY0.01777972.3表三：铜母线抗拉强度，伸长率，硬度型号抗拉强度N/mm2伸长率%硬度HBTMR20635TMY652.4表四：铜母线厚度、宽度偏差厚度a宽度bb50.0050.00b100100b200.00200.00ba2.800.032.8a4.750.050.084.75a12.500.070.090.120.3012.50a25.000.100.110.130.3025.00a0.150.150.15宽度b偏差b25.000.1325.00b350.1535.50b1000.30100.00b0.3%b2.5表五：铜母线窄边平直度铜母线平直度2.80a15.0050.00b150.002其他规格42.6表六:铜母线宽边平直度铜母线1m长度内平直度所有规格5mm2.7表七：铜母线表面及弯曲性能铜母线表面表面光洁、不应有与良好工业品不相称的任何缺陷，园角、园边处不应有飞边、毛剌及裂口。弯曲性能铜母线宽边弯曲90，表面应不出现裂纹三、铜母线品生产工艺目前，国内生产铜母线的工艺方法有几种，实际生产中，主要有以下两种：1、挤压法；2、CONFORM法3.1挤压法和CONFORM法的解释1、挤压法：利用卧式挤压机生产铜母线拉拨坯料的方法。2、CONFORM法利用连续挤压机生产铜母线拉拨坯料的方法。3.2挤压法的工艺流程挤压法的工艺流程为：水封挤压锭坯加热锯切半连续铸锭水平连续铸锭 入库矫直拉拨酸洗制头检验定尺3.3CONFORM法工艺流程为：制头水封连续挤压制头上引法铸坯入库检验液压拉拨机组 （批量生产线）（小批量生产线）入库检验定尺矫直单链拉拨机 四、挤压法CONFORM法两种生产工艺比较。4.1铜母线的化学成分控制不论是挤压法还是CONFORM法，虽然采用的铸锭生产方式不同，但铜母线的化学成分都必须严格控制，表一是GB/T5585.12005对铜母线化学成分的规定，但实际生产中，为了满足最终产品的导电性能和其它技术性能，对铜母线中微量元素也有很严格的规定，微量元素对铜导电性能的影响见表八：表八：微量元素对铜母线导电性能的影响元素对铜母线导电性能的影响P磷是有效的脱氧剂，但磷会严重地降低铜的导电性能，应严格控制，一般P含量控制在0.002%以下。锑、铋、硫、碲、硒这些元素在铜中固溶度极小，室温下基本不溶于铜，以金属间化合物存在，分布于晶界，对铜导电性能影响不大，但严重恶化铜的塑性加工性能，应该严格控制其含量。砷砷（AS）在铜中有较大的溶度，但却强烈地降低铜的导电率。铁铁在铜中严重地影响铜的导电率，应严格控制。铅铅在铜中固溶度较小，分布于晶内和晶界。微量铅对铜的导电性能影响不大。氧氧在铜 中以CU2O形式存在于晶界，氧含量在60ppm以下，对铜导电性能影响不大。稀土元素在铜中添加一定比例的稀土元素，有助于细化晶粒，提高铜的导电性能。锌微量锌对铜的导电率影响不大，有助于细化晶粒。4.2铜母线的化学成分实际生产中，铜母线的化学成分见表九：表九：铜母线的化学成分材料名称化学成分，%，不大于（注明小于者除外）GU+Ag不小于PAgBiSbASFeNiSnSZnO杂质总和铜母线99.900.0020.0010.0020.0020.0050.0050.0020.0020.0050.060.14.3挤压法CONFORM法铸锭的生产4.3.1挤压法铸锭的生产方式：1、水平连续浇铸；2、半连续浇铸。4.3.2CONFORM法铸锭的生产方式：上引法。4.3.3水平连续浇铸，半连续浇铸，上引法的技术参数。表十：水平连续浇铸，半连续浇铸，上引法的技术参数。浇铸方式水平浇铸半连续浇铸上引法浇铸材料型号TMTMTM铸锭断面15515520浇铸温度11601180116011801101180浇铸速度(米/小时)561012200250冷却水压力（MPa）一次水冷：0.10.2二次水冷：0.150.250.10.200.10.20熔炼炉内焙体保护木炭木炭木炭结晶内熔体保护炭黑保温炉内熔体保护木炭木炭结晶器材料石墨石墨熔铸成品率95%88%98%消耗（元/吨）350400300产品生产规格mm8016580400822铸锭表面质量无裂纹、冷隔、夹杂等无冷隔、裂纹、夹杂等无裂纹、重皮等铸锭质量无疏松、气孔等无疏松、气孔等无疏松、气孔导电率%IACS971009710098101从表十可以看出：三种浇铸方式，产品质量都能满足要求，但仍有区别：1、三种方式铸锭生产的规格范围不同，能满足成品截面积的能力不同。2、三种方式成品率不同，上引法水平连续法半连续浇铸法。3、三种方式生产成本有高低，上引法水平连铸法半连续浇铸法。4.4挤压法，CONFORM法在挤压工序的技术参数。4.4.1挤压法的挤压工作原理1、原理：将经过加热的铸锭放在挤压筒内，从铸锭一端施加压力，使之通过模孔成型的一种压力加工方法。铜母线通常采用卧式正向挤压法。2、主要工艺参数表十一：挤压法的主要工艺参数（以挤制TM11.5120.5为例）工艺参数材料型号TM铸锭规格mm180450挤压制品规格mm11.5120.5挤压比94.8%挤压浓度775900挤压速度m/s0.30.4冷却方式水冷成品率%80生产成本元/吨250300挤制品质量1、表面无划伤。2、尺寸公差符合要求。3、无晶粒粗大现象。导电率974.4.2CONFORM法的工作原理它是一种连续挤压过程，在70年代初由英国的D.格林发明。金属在塑性变形时，完全借助金属与工具接触表面间的摩擦力实现的。这种方法克服了通常挤压法的过程不连续性变形金属与工具接触摩擦所带来的许多不足之处，因此它是对常规的挤压工艺和设备的一次重大的革新。这种方法的工作原理见图1.在可旋转的挤压轮的表面上带有方凹槽，其1/4左右的周长与一被称为挤压靴的导向块相配合，形成一个封闭的正方形空腔。模子被固定在导向块的一端。挤压时，将比正方形空腔断面大一些的圆坯料端头辗细，然后送入空腔中，依靠挤压轮槽与坯料间的摩擦力，将后者夹紧和拉入空腔中。坯料在初始夹紧区中逐渐塑性变形，直到进入挤压区时充满空腔的横断面。金属在挤压轮摩擦力的连续作用下，不断地从模孔中被挤出。1-胚料，2-模子3-导向块4-初始咬入区5挤压区7-制品图1：CONFORM法的工作原理4.4.3CONFORM法的主要工艺参数表十二：CONFORM法主要工艺参数（以挤制11.5120.5为例）工艺参数材料型号TM坯料规格mm20挤制规格mm11120.5挤压轮mm400溢料率 %35成品率 %92生产成本200导电率974.4.3挤压法和CONFORM法的相同之处。相同点：挤压法、CONFORM法都是为拉拨。 生产提供留底坯料，因此，对挤制坯料尺寸控制的要求是相同的。2、挤压坯料的尺寸选择（以成品TMY10120为例）、挤压坯料示意图，形状见图2，尺寸见表十三。图2;挤压胚料横断面示意图表十三：挤压坯料尺寸挤压坯料Rmm凸度值hmm宽amm厚bmmba:11.50120.560.70120.511.50宽（a），厚（b）值的确定要保证成品的质量，挤压坯料尺寸要根据拉拨加工率来确定挤压坯料的a、b值，一般地，宽度裕量要小于厚度裕量，因为矩形不对称，变形时按最小阻力定律，厚度的方向易变形，宽度方向不易变形，特别是a/b（宽厚比）较大时，这种现象更明显，生产中，采用的a、b值见表十三。凸度值（h）的确定：一是使矩形材在宽面上变形较均匀，因为根据最短法线定律，窄面上的金属向中心部分流动受阻后，流向宽面的两端，这样，造成宽面的两端变形大，中部变形小而使表面粗糙，挤压坯料表面的一些小坑等不易去掉，或出现桔皮状；二是可以提高挤压模具的使用寿命，凸度值（h）的大小，可根据矩形材规格及宽厚比的大小来确定，一般在0.11mm之间，实际生产TMY10120铜母线，凸度值（h）见表十三。R角的确定：如上所述，金属在变形时，流向角部的金属最多，若坯料无适当的R角，则角部变形就大，变形极不均匀；另外，模具受变形金属的反作用力作用，在角部易产生应力集中现象，若模具不留R角，则角部易损坏，R角的大小，一般以使拉伸前坯料对角线的长度大于拉伸后制品对角线的长度为宜。实际生产中TMY10120铜母线中采用的R角见表十三。4.4.4挤压法和CONFORM挤压法的不同之处挤压法为热挤压，铸锭加热温度为775900，CONFORM为冷挤压。线杆不需要加热挤压法多为单根或多根挤压，成品率较低，一般为80%，CONFORM为连续挤压，成品率较高，一般为92%。挤压法制品表面氧化较严重，需酸洗后方可拉拨，CONFORM法挤制品表面无氧化色，不需要酸洗即可拉拨。挤压法的生产成本CONFORM法的生产成本。4.5挤压法，CONFORM法拉拨工序的比较。挤压法的拉拨工艺流程：挤制坯料矫直拉拨酸洗制头入库检验定尺CONFORM法的拉拨工艺流程入库检验定尺液压机组拉拨制头挤制坯料451挤压法和CONFORM拉拔工艺参数表十四 拉拢工艺参数挤压法CONFORM法坯料尺寸11.5120.511.5120.5成品尺寸1012010120拉拢延伸系数1.151.15酸洗浓度H2SO4：30%成品率%9298452挤压法和CONFORM法拉抜工序的区别1挤压法拉抜工序中，拉抜料要先进行酸洗，再进行拉抜。由于挤压料为单根，多用单链拉床生产，再矫直，锯切头尾，故生产过程中废料损失大，工序成品率约92%2CONFORM法拉抜料不要酸洗，3吨卷材只需轧头一次，再通过50吨液压拉抜机组，拉抜 矫直 锯切都在一台机组完成，因此，工序操作简单，废料损失小，工序成品率高，约为98%。453挤压法和CONFORM法拉抜工序的区别1挤压法拉抜工序中，拉抜料要先进行酸洗，再进行拉抜。由于挤压料为单根，多用单链拉床生产，再矫直，锯切头尾，故生产过程中废料损失大，工序成品率约92%。2CONFORM法拉抜料不要酸洗，3吨卷材只需轧头一次，再通过50吨液压拉抜机组，拉抜、矫直、锯切都在一台机组完成，因此，工序操作简单，废料损失小，工序成品率高，约为98%。五、结束语1挤压法，CONFORM法生产铜母线，两者都是成熟的生产工艺，国内目前多家企业同时利用这两种工艺方法生产铜母线。2、CONFORM挤压法由于受到技术发展的限制，现能生产截面积3000mm2以下，宽度170mm以下的铜母线，大截面，大宽度的铜母线还需用挤压法生产。3、在断面积3000mm2以下，宽度