專利名稱：純銅高精度半空心型材的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及純銅高精度半空心型材的制造方法，特別是以單動(dòng)擠壓工藝、帶芯棒拉伸工藝生產(chǎn)純銅高精度電工用半空心型材的制造方法，屬于金屬加工、制造技術(shù)領(lǐng)域。
由于上述純銅的這些獨(dú)特性質(zhì)，純銅型材、特別是純銅半空心型材成為近年來(lái)電氣行業(yè)廣泛使用、推廣的一種新型電工材料。由于純銅半空心型材獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，無(wú)論在電氣性能，散熱效果，剛度及方便使用等方面都大大優(yōu)于傳統(tǒng)的矩形母線，在歐美發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家已開始取代矩形母線，如用于大功率高精度高可靠性電柜的C型匯流母線(見圖1)、用于大型水輪發(fā)電機(jī)接線端的叉形銅材(見圖2)、及用于安全滑觸導(dǎo)線的H形滑觸導(dǎo)線(見圖3)。我國(guó)目前僅外資、合資企業(yè)開始引用，純銅半空心型材以進(jìn)口為主。
半空心型材是金屬塑性加工行業(yè)對(duì)一類以較小開口包圍較大空心截面的管狀型材的統(tǒng)稱。
目前可以采用下列方法制備半空心型材對(duì)一些壁厚較薄且相等的半空心型材，可以平板滾軋或折邊成型；對(duì)另一些高溫焊合性良好、且固溶強(qiáng)化的輕金屬或銅合金也可以帶焊合室的組合模在擠壓機(jī)上成型。
但對(duì)于本發(fā)明涉及的電工用純銅半空心型材來(lái)說(shuō)，因其壁厚較厚，甚至壁厚不等，而純銅高溫強(qiáng)度較高(σb850℃≥2Nf/mm)，且焊合不良，故無(wú)法采用上述方法生產(chǎn)。
目前已知的生產(chǎn)純銅半空心型材的方法有(一)以高精度厚壁銅管為母材，經(jīng)金切加工獲得成品；但該方法只能生產(chǎn)較短的、等壁厚的型材，且公差較大，無(wú)法生產(chǎn)異壁的或長(zhǎng)條的型材。
(二)在雙動(dòng)擠壓機(jī)上用固定針生產(chǎn)坯料，再經(jīng)冷拉伸獲得成品。目前極大多數(shù)雙動(dòng)擠壓機(jī)采用隨動(dòng)針工藝生產(chǎn)銅管，即芯棒(針)穿孔后，在擠壓時(shí)隨擠壓軸與鑄錠一起運(yùn)動(dòng)，對(duì)針的強(qiáng)度要求不高。而固定針擠壓是芯棒(針)穿孔后，在擠壓時(shí)，芯棒(針)固定在一定的位置上、與鑄錠有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一種特殊生產(chǎn)工藝；這種工藝對(duì)設(shè)備精度與芯棒(針)的強(qiáng)度要求很高，僅極少生產(chǎn)廠家能夠掌握使用。以上這兩種方法的特點(diǎn)是生產(chǎn)費(fèi)用高、效率低，且由于穿孔針的浮動(dòng)使產(chǎn)品精度難以得到保證，成材率低。如C型母線的成材率一般僅50％左右，使得產(chǎn)品價(jià)格十分昂貴。所以盡管純銅半空心型材有諸多優(yōu)良性能，作為一種理想的電工材料受到設(shè)計(jì)人員的青睞，但僅用于一些重要場(chǎng)合，而未能被廣泛使用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述生產(chǎn)純銅半空心型材方法生產(chǎn)費(fèi)用高、效率低、產(chǎn)品精度難以得到保證、成材率低的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的純銅半空心型材的制造方法，特別是純銅高精度電工用半空心型材的制造方法。按照本發(fā)明提供的方法，通過(guò)改變模具結(jié)構(gòu)解決了目前存在的生產(chǎn)工藝難題，使電工用純銅半空心型材的制備能象普通實(shí)心型材那樣的便于擠壓，象管材那樣的便于拉伸，且精度又大大高于管材。
本發(fā)明提供的純銅高精度電工用半空心型材的制造方法，包括熱擠壓工序、帶芯棒冷拉伸工序和調(diào)直、整形后續(xù)工序，有效利用純銅固有的良好冷熱塑性加工性能、及其制品要以一定的冷加工率來(lái)達(dá)到設(shè)定的使用強(qiáng)度的特性，充分發(fā)揮其加工過(guò)程的塑變范圍，同時(shí)也解決了模具的強(qiáng)度問(wèn)題。
現(xiàn)以典型的半空心型材—C型匯流母線(以下簡(jiǎn)稱C型材)為例，其制造方法說(shuō)明如下1、制備增大開口的V型坯料的熱擠壓工序本發(fā)明改變擠壓模常規(guī)使用的相似形設(shè)計(jì)方法，采用拉開模具開口(即增大舌根截面)，使模具的型腔斷面由C型變形成V型。從而保證了模具的使用強(qiáng)度；同時(shí)增設(shè)舌型模托，進(jìn)一步有效控制模具工作時(shí)的彈性變形，并據(jù)此確定模具舌頭部位的裕量。以硬模擠壓工藝即可獲得尺寸穩(wěn)定的坯料。
2、帶芯棒冷拉伸工序V型坯料變形成C型半空心型材的冷拉伸，采用有定位槽、帶芯棒的卷口冷拉組合模。由于拉桿的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于固定模舌根連接部位的抗彎能力，避免了舌形芯模的失穩(wěn)斷裂；定位槽可保證制品開口的位置公差，其與芯模上鍵的配合公差，又可避免因擠制品公差引起的拉伸變形不均所帶來(lái)的問(wèn)題；冷拉組合模的卷口設(shè)計(jì)可使坯料順滑地進(jìn)入模腔，保證變形均勻。冷拉組合模設(shè)計(jì)的另一特征在于使制品能像普通管材那樣方便地襯芯拉伸，而不必考慮異型材穿模拉伸頭制作的困難，以及因模具強(qiáng)度而受道次加工率的限制。
為了矯正冷拉伸后半空心型材可能產(chǎn)生的彎曲，宜使用可調(diào)模座的拉伸機(jī)拉伸，實(shí)現(xiàn)在線調(diào)直。
3、校直、整形后續(xù)工序冷拉伸后半空心型材制品的輕微彎曲，可在液壓校直機(jī)校直，和配以凸輪式手扳擴(kuò)槽器，進(jìn)行整形。這樣可方便地達(dá)到產(chǎn)品要求的尺寸精度。
本發(fā)明提供的方法采用與現(xiàn)行工藝不同的創(chuàng)新構(gòu)思，以簡(jiǎn)捷的方法解決了純銅高精度電工用半空心型材的生產(chǎn)難題，提供了一套完整而簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝，大大降低了產(chǎn)品對(duì)設(shè)備的要求。本發(fā)明的方法設(shè)計(jì)構(gòu)思新穎、方法實(shí)用，一般管棒型銅加工企業(yè)完全可利用現(xiàn)有裝備用本方法生產(chǎn)純銅半空心型材。在大幅度降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本的同時(shí)，獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。這對(duì)綜合性能優(yōu)良的純銅半空心型材的推廣使用具有積極意義和極大的社會(huì)效益，具有顯著的實(shí)用性。
使用本發(fā)明方法生產(chǎn)的純銅高精度電工用半空心型材，尺寸精度高而穩(wěn)定，由一般熟練工在普通擠壓機(jī)即可生產(chǎn)出精度高于高級(jí)復(fù)動(dòng)擠壓機(jī)以固定針工藝生產(chǎn)的制品。由鑄錠到成品的綜合成材率可達(dá)72％以上，高于此類制品目前一般成材率50％的水平，并可獲得強(qiáng)度大σb≥300N/mm2純銅半空心型材。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法作進(jìn)一步說(shuō)明，但并非限制本發(fā)明方法的使用范圍。
圖1是C型材截面圖；圖2是叉形銅材截面圖；圖3是H形滑觸導(dǎo)線截面圖；圖4是V型熱擠壓模(型腔部分)及其A-A剖面圖；圖5是舌型模托(型腔部分)及其B-B剖面圖；圖6是冷拉組合模及其C-C剖面圖；圖7是帶芯棒冷拉伸工藝示意圖；圖8是液壓校直機(jī)工作示意圖；圖9是凸輪式手扳擴(kuò)槽器工作示意圖。
圖1中，(1)是C型材的開口(相當(dāng)于模具舌根)、(2)C型材的內(nèi)腔(相當(dāng)于模具的舌)、(3)是C型材的截面(相當(dāng)于模具型腔)。
圖4中，(32)是V型熱擠壓模、(4)是V型熱擠壓模型腔、(5)是定位銷孔、(6)是舌根、(7)是舌、舌到舌根(6)所圍的面積為A、(8)是出口錐、(9)是定徑帶、(10)是舌根寬度的斷面，其面積為W；圖5中，(33)是舌型模托、(11)是舌型模托型腔。
圖6中，(12)是芯模、(13)是?？诰砜?、(14)是外模、(15)是定位槽、(16)是鍵(虛線部分)。
圖7中，(17)是拉桿、(18)是拉伸頭、(19)是夾鉗、(20)是坯料、(21)是成品。
圖8中，(22)是液壓缸、(23)是頂頭、(24)是待校直工件、(25)是墊塊、(26)是直尺。
圖9中，(27)是待整形工件、(28)是開口槽、(29)是凸輪、(30)是扳手、(31)是護(hù)板。
C型材的較小開口(1)相當(dāng)于模具舌根，C型材截面(3)相當(dāng)于模具型腔，C型材內(nèi)腔(2)相當(dāng)于模具的舌。作為導(dǎo)電和支承材料，要求C型材的導(dǎo)電率≥96.5％IACS(即56m/Ωmm2)，強(qiáng)度σb≥250N/mm2，彎曲度≤1.5/1000，壁厚公差≤2.5％。由此可見，當(dāng)模具工作時(shí)，較小的舌根無(wú)法承受大面積舌所形成的彎矩而變形，是造成擠壓或拉伸失敗的主要原因。據(jù)此，本工藝在熱擠壓工序，采用符合電工用純銅質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的鑄錠，加熱至850℃左右，在帶水封出口的擠壓機(jī)(單動(dòng)、雙動(dòng)均可)上，用V型熱擠壓模(32)(見圖4)以常規(guī)的型材擠壓工藝生產(chǎn)。由于拉開了開口距離，使模具的型腔由C型變成了V型，在舌(7)面積A略有增加的情況下，大幅度增加了舌根寬度的斷面(10)的面積W，這樣就大大增加了模具的抗彎能力。經(jīng)實(shí)測(cè)與本案相似截面的純銅半空心型材在850℃左右擠壓，當(dāng)3Cr2W8V或Y4類的熱作模具鋼擠壓模厚度為45mm時(shí)，其由模具的舌到舌根(6)所圍的面積A與舌根寬度的斷面(10)的面積w之比值小于1.4，便可順利實(shí)現(xiàn)擠壓。
V型熱擠壓模(32)通過(guò)定位銷孔(5)與舌型模托(33)定位，連成一體。
出口錐(8)用于減少擠壓阻力，保護(hù)擠壓制品不受劃傷。
定徑帶(9)用于確定擠壓制品的尺寸，其寬度一般為10mm左右。
增設(shè)舌型模托(33)(又稱底模)，則可進(jìn)一步減小熱擠壓模工作時(shí)的產(chǎn)生的彈性變形，使擠壓坯料尺寸保持穩(wěn)定。也就是在熱擠壓中，應(yīng)根據(jù)模具材料的許用強(qiáng)度，設(shè)法將半空心型材的模具型腔斷面設(shè)計(jì)成使用強(qiáng)度小于許用強(qiáng)度的常規(guī)型材型腔模具。這樣不但簡(jiǎn)化了模具的制作，也降低了對(duì)擠壓的操作要求，避免了用固定針擠壓時(shí)對(duì)設(shè)備同心度的高要求。采用整體平模(又稱硬模)，使操作工人能方便地根據(jù)壓余帶留型材的尺寸，及時(shí)修正模具，有效控制擠壓制品的尺寸公差。同時(shí)由于水封的急冷隔氧作用，可獲得表面光潔、具有細(xì)小等軸晶粒組織，冷塑性良好的坯料。
純銅在熱加工后，呈退火狀態(tài)，強(qiáng)度很低，只能靠冷塑加工提高強(qiáng)度。對(duì)C型材≥250N/mm2的強(qiáng)度要求。則需要20％左右的冷加工率，而冷拉組合模(見圖6)的型腔尺寸就是產(chǎn)品的截面尺寸。對(duì)C型材而言不可能再以相似的方式將模具根部拉開。因此由拉伸變形產(chǎn)生的壓力，仍將在拉模的舌部產(chǎn)生很大的彎矩，足以破壞細(xì)小的舌根斷面；同時(shí)V型擠壓制品也不能穿過(guò)C型模腔。
本發(fā)明的方法以帶拉桿(17)的芯模(12)取代拉模中的舌，而拉桿(17)的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于較小舌根的抗彎能力，且拉桿(17)縱向定位也很穩(wěn)定，因此也不必考慮芯頭固定強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)品道次加工率的限制。舌根也由此演變?yōu)樾灸Ｉ系逆I(16)，與鍵(16)配合的定位槽(15)又可保證開口位置的偏差，而其配合公差則可減小擠壓坯料公差對(duì)拉伸的不利影響。?？诘木砜谠O(shè)計(jì)(13)增加了坯料進(jìn)入模腔的變形范圍，使V型坯料在無(wú)加工率變形，很少增加強(qiáng)度的情況下，能夠順利進(jìn)入C型變形成形模腔(見圖7)。
由于采用了芯模(12)與外模(14)分離的組合結(jié)構(gòu)，拉伸頭(18)只要鍛成小于外?？讖剑纯纱┻^(guò)?？祝灸Ｒ材芟罄芤粯臃奖愕剡M(jìn)入C型材內(nèi)(見圖7)，而不必很困難地以銑削等方式制作異型材的拉伸引頭。
夾鉗(19)夾住拉伸頭(18)，把坯料(20)拔出冷拉組合模，得到成品(21)。
通過(guò)冷拉組合模得到的半空心型材縱向有很好的剛度，截面因開口造成保持力較差。故冷拉伸后如有較大的彎曲，難以通過(guò)后續(xù)工序矯正。故應(yīng)采用在線調(diào)直，宜使用可調(diào)模座的拉伸機(jī)拉伸，隨時(shí)對(duì)半空心型材較大的彎曲進(jìn)行調(diào)直。
冷拉組合模由于形狀復(fù)雜，工作強(qiáng)度大而不均，其材料宜采用高合金冷作模具鋼制作。
對(duì)半空心型材的輕微彎曲，可在液壓校直機(jī)校直(見圖8)。將待校直工件(24)通過(guò)墊塊(25)放置于直尺(26)上，用液壓缸(22)驅(qū)動(dòng)頂頭(23)對(duì)半空心型材進(jìn)行校直。
如果需要，可以用凸輪式手扳擴(kuò)槽器對(duì)半空心型材進(jìn)行整形(見圖9)。將帶有扳手(30)的凸輪(29)放入待整形工件(27)的開口槽(28)中，扳動(dòng)扳手(30)使凸輪(29)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整開口槽(28)的大小使達(dá)到產(chǎn)品要求的尺寸精度。護(hù)板(31)的作用是保護(hù)待整形工件(27)。
一種純銅高精度半空心型材的制造方法，包括下列工序1、制備增大開口的V型坯料的熱擠壓工序?qū)⒎想姽び眉冦~質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的鑄錠加熱至850℃左右，在帶水封出口的擠壓機(jī)(單動(dòng)、雙動(dòng)均可)上，用V型熱擠壓模(32)以常規(guī)的型材擠壓工藝生產(chǎn)。V型熱擠壓模(32)的型腔為V型，其開口大于C型材要求的開口。其由模具的舌到舌根(6)所圍的面積A與舌根寬度的斷面(10)的面積W之比值小于1.4。
V型熱擠壓模(32)通過(guò)定位銷孔(5)與舌型模托(33)定位，連成一體。
出口錐(8)用于減少擠壓阻力，保護(hù)擠壓制品不受劃傷。
定徑帶(9)用于確定擠壓制品的尺寸，其寬度一般為10mm左右。
V型熱擠壓模(32)設(shè)有舌型模托(33)，舌型模托(33)可以進(jìn)一步有效控制模具工作時(shí)的彈性變形，舌型模托(33)的厚度約為65mm。以硬模擠壓工藝即可獲得尺寸穩(wěn)定的V型坯料。
2、帶芯棒冷拉伸工序V型坯料變形成C型半空心型材的冷拉伸，采用有定位槽帶芯棒的卷口冷拉組合模。冷拉組合模采用芯模(12)與外模(14)分離的組合結(jié)構(gòu)，?？谟心？诰砜?13)，可使坯料順滑地進(jìn)入模腔，保證變形均勻。
芯模(12)帶拉桿(17)，取代拉模中的舌，芯模(12)放入C型材內(nèi)；芯模上的鍵(16)通過(guò)定位槽(15)定位于外模(14)。
將拉伸頭(18)鍛成小于外?？讖剑┻^(guò)模孔；夾鉗(19)夾住拉伸頭(18)，把坯料(20)拔出冷拉組合模，得到成品(21)。
3、校直、整形后續(xù)工序?qū)Π肟招男筒牡妮p微彎曲，可在液壓校直機(jī)校直(見圖8)。將待校直工件(24)通過(guò)墊塊(25)放置于直尺(26)上，用液壓缸(22)驅(qū)動(dòng)頂頭(23)對(duì)半空心型材進(jìn)行校直。
如果需要，可以用凸輪式手扳擴(kuò)槽器對(duì)半空心型材進(jìn)行整形(見圖9)。將帶有扳手(30)的凸輪(29)放入待整形工件(27)的開口槽(28)中，扳動(dòng)扳手(30)使凸輪(29)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整開口槽(28)的大小使達(dá)到產(chǎn)品要求的尺寸精度。
實(shí)施例2、如實(shí)施例1的一種純銅高精度半空心型材的制造方法，但使用可調(diào)模座的拉伸機(jī)拉伸，隨時(shí)對(duì)半空心型材較大的彎曲進(jìn)行調(diào)直。
實(shí)施例3、如實(shí)施例1、2的一種純銅高精度半空心型材的制造方法，但冷拉組合模采用高合金冷作模具鋼制作。
實(shí)施例4、如實(shí)施例1、2、3的一種純銅高精度半空心型材的制造方法，純銅導(dǎo)電率≥96.5％IACS(即56m/Ωmm2)，強(qiáng)度σb≥250N/mm2，彎曲度≤1.5/1000，壁厚公差≤2.5％。
權(quán)利要求
1.純銅高精度半空心型材的制造方法，包括熱擠壓、冷拉伸工序，其特征在于熱擠壓工序是在帶水封出口的擠壓機(jī)(單動(dòng)、雙動(dòng)均可)上，使用V型熱擠壓模(32)進(jìn)行；V型熱擠壓模(32)的型腔為V型，其開口大于C型材要求的開口；由模具的舌到舌根(6)所圍的面積A與舌根寬度的斷面(10)的面積W之比值小于1.4；V型熱擠壓模(32)設(shè)有舌型模托(33)，V型熱擠壓模(32)通過(guò)定位銷孔(5)與舌型模托(33)定位，連成一體；將鑄錠加熱后，以常規(guī)的硬模擠壓工藝制得V型坯料；冷拉伸工序采用有定位槽帶芯棒的卷口冷拉組合模進(jìn)行；冷拉組合模采用芯模(12)與外模(14)分離的組合結(jié)構(gòu)，模口有?？诰砜?13)；芯模(12)帶拉桿(17)，芯模(12)放入C型材內(nèi)；芯模上的鍵(16)通過(guò)定位槽(15)定位于外模(14)；將V型坯料的拉伸頭(18)鍛成小于外?？讖?，穿過(guò)模孔；夾鉗(19)夾住拉伸頭(18)，把坯料(20)拔出冷拉組合模，得到成品(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純銅高精度半空心型材的制造方法，其特征在于該方法還包括將所述的成品(21)在液壓校直機(jī)校直和用凸輪式手扳擴(kuò)槽器進(jìn)行整形；成品(21)在液壓校直機(jī)校直時(shí)，是將待校直工件(24)通過(guò)墊塊(25)放置于直尺(26)上，用液壓缸(22)驅(qū)動(dòng)頂頭(23)校直；用凸輪式手扳擴(kuò)槽器進(jìn)行整形時(shí)，是將帶有扳手(30)的凸輪(29)放入待整形工件(27)的開口槽(28)中，扳動(dòng)扳手(30)使凸輪(29)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整開口槽(28)的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的純銅高精度半空心型材的制造方法，其特征在于冷拉伸工序使用可調(diào)模座的拉伸機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的純銅高精度半空心型材的制造方法，其特征在于冷拉組合模采用高合金冷作模具鋼制作。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的純銅高精度半空心型材的制造方法，其特征在于冷拉組合模采用高合金冷作模具鋼制作。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的純銅高精度半空心型材的制造方法，其特征在于純銅導(dǎo)電率≥96.5％IACS(即56m/Ωmm2)，強(qiáng)度σb≥250N/mm2，彎曲度≤1.5/1000，壁厚公差≤2.5％。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的純銅高精度半空心型材的制造方法，其特征在于純銅導(dǎo)電率96.5％IACS(即56m/Ωmm2)，強(qiáng)度σb≥250N/mm2，彎曲度≤1.5/1000，壁厚公差≤2.5％。
全文摘要
一種純銅高精度半空心型材的制造方法，包括在850℃左右，用V型熱擠壓模(32)擠壓生產(chǎn)V型坯料，并用有定位槽帶芯棒的卷口冷拉組合模冷拉得到半空心型材。V型熱擠壓模(32)的開口大于C型材要求的開口，組合模采用芯模(12)與外模(14)分離的組合結(jié)構(gòu)，模口有?？诰砜?13)，可使坯料順滑地進(jìn)入模腔，保證變形均勻。將拉伸頭(18)鍛成小于外?？讖?，穿過(guò)?？祝粖A鉗(19)夾住拉伸頭(18)，把坯料(20)拔出冷拉組合模，得到成品(21)。如果需要，可以進(jìn)行校直、整形。使用本發(fā)明方法生產(chǎn)的型材，尺寸精度高而穩(wěn)定，強(qiáng)度大，成材率高。
文檔編號(hào)B21C1/00GK1473671SQ0312936
公開日2004年2月11日 申請(qǐng)日期2003年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月18日
發(fā)明者董云偉 申請(qǐng)人:董云偉