CN101342548A

CN101342548A - 一种锌及锌合金线材的加工方法

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Publication number: CN101342548A
Application number: CNA2008100631821A
Authority: CN
Inventors: 钱国统; 戴国水
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2009-01-14

Abstract

一种锌及锌合金线材的加工方法，属于金属防腐喷涂和金属化薄膜电容器端面喷金用有色金属材料的制备技术领域，以纯锌或锌合金坯杆为原料，在Conform挤压机上进行，其特征在于所述模穴与挤压轮外圆表面的运转间隙为0.2mm～0.75mm，所述槽封块与挤压轮外圆表面的运转间隙为0.4mm～0.75mm，所述堵头和模穴的工作温度为150～400℃，所述槽封块的工作温度为100～250℃，所述挤压模孔的定径长度为1～6mm；所述挤压轮的旋转速度可为3～9r/min。本发明通过深入研究、反复试验和优化设计，实现了Conform挤压技术在锌及合金线材上的加工应用，为锌及合金线材的加工提供了一种新的途径。

Description

一种锌及锌合金线材的加工方法

技术领域

本发明涉及一种锌及锌合金线材的加工方法，属于金属防腐喷涂和金属化薄膜电容器端面喷金用有色金属材料的制备技术领域。

背景技术

与铜和铝相比，纯锌具有相对较低的熔点，且其它物理性能也有较大的差异，锡锌和锌铝等含锌类合金不仅熔点较低，且熔程较宽，固、液相线之间的温度有时相差上百度。因此，其加工技术与单一熔点的铜和铝有色金属材料相比有明显的差别。防腐喷涂行业中常用的有色合金线材一般为锌铝合金，并添加其它少量的改良元素，包括：铜、镁、钛和混合稀土中的一种或数种。电子行业中金属化薄膜电容器端面喷金材料，常用的有色合金线材为锡锌合金，并添加少量其它的改良元素，包括：锑、铜、铋、银、铟、镍、镓、磷、铬、钛、钴、锗和混合稀土中的一种或数种。上述两个行业也常使用纯度较高的纯锌线材作为喷涂或喷金材料，或在纯锌中添加微量的改良元素，如：镍、铝、铁和镁，成为微合金化的高强度锌丝，以满足不同工况的需要，上述前两类有色合金的共同特点都是以锌为主要成分，且熔程较宽。现有的加工技术一般都采用将该两类锌合金或纯锌先制成粗坯杆，然后通过轧制和拉伸工艺，加工成直径为Φ0.5-Φ5mm的线材。该加工工艺设备数量多、投资大、占地面积广、能耗大、工序复杂，成材率也相对较低，操作人员劳动强度大，轧制后的线材表面有毛刺、起皮等缺陷，必须通过十个单道次以上的拉伸工艺，才能达到成品线材表面光滑无毛刺和起皮要求。

Conform连续成型挤压机(Continuous Extrusion Forming-Conform，简称Conform挤压机)是近几年发展起来的一种新型有色金属加工技术，相关技术资料在2008年出版的《有色金属挤压与拉拔技术》和《世界有色金属材料》杂志2008年第2期中有详细的介绍和报道，该技术主要靠挤压摩擦力作用提供挤压动力，实现连续挤压的目的。目前仅在铜和铝材料的加工中得到推广应用，具有节能、工效高、成材率高、工艺流程短等独特的优势。但是由于受到坯料咬入困难、坯料组织一致性不佳、连续挤压持续时间不稳定及小线径出线恒张力收卷困难等各种原因的限制，人们对该技术在锌及其合金线材加工中的应用，还没有进行深入的研究。

发明内容

本发明的目的是为锌及锌合金线材提供一种高效的加工方法，该方法可用于锡锌合金、锌铝合金等含锌合金线材以及纯锌线材的制备。

本发明为一种锌及锌合金线材的加工方法，以纯锌或锌合金坯杆为原料，在由压轮、挤压轮、挤压靴、槽封块、挤压模、堵头、模穴等组成的Conform挤压机上进行，坯杆进入挤压轮上的环形槽后，在摩擦力的夹持作用下，随挤压轮的转动而向前运转，进入到由挤压轮槽、槽封块、堵头、模穴组成的腔内，直到碰到堵头，在堵头前面的附近区域，坯杆达到屈服并充满环形槽，最后将坯杆从挤压型腔经挤压模孔挤出成挤压制品，收卷后经拉伸，即成为成品线材，其特征在于所述模穴与挤压轮外圆表面的运转间隙为0.2mm～0.75mm，所述槽封块与挤压轮外圆表面的运转间隙为0.4mm～0.75mm，所述堵头和模穴的工作温度为150～400℃，所述槽封块的工作温度为100～250℃，所述挤压模孔的定径长度为1～6mm。

所述挤压轮的旋转速度可为3～9r/min。

所述纯锌或锌合金坯杆在进入挤压轮上的环形槽前还可预加热，加热后的坯杆温度为80～350℃。

所述纯锌坯杆的锌含量可为坯杆重量百分比的99.95％以上，杂质含量不大于0.05％。所述锌合金坯杆可包括以下三种类型：第一类为锡锌合金线材，除添加锡元素外，还添加改良元素包括：锑、铜、铋、银、铟、镍、镓、磷、铬、钛、钴、锗和混合稀土中的任一种或数种；第二类为锌铝合金线材，除添加铝元素外，还添加改良元素包括：铜、镁、钛和混合稀土中的任一种或数种；第三类为微合金化锌线材，添加微量元素包括：镍、铝、铁和镁中的任一种或数种；上述三种材料的锌含量按坯杆重量百分比均为20～99.85％，杂质含量不大于0.1％。

所述纯锌或锌合金坯杆的截面可为圆形或椭圆形或U字形，其截面面积不大于360mm²。

所述经挤压模孔挤出的挤压制品可为1～10根，但挤压比大于1。

所述挤压制品收卷后的拉伸数可为1～10道。

所述挤压制品的线径可为2～8mm。

本发明所述的Conform挤压机，其模穴与挤压轮外圆表面运转间隙应予控制，见附图2所示T。运转间隙过小，挤压轮与模穴表面会磨损严重，且易造成主机运转不正常；运转间隙过大，则导致挤压轮与模穴摩擦阻力过大，引起设备运行电流过大，泄漏料增加，废料增多，影响成品率。经试验比较，运转间隙T控制在0.2mm～0.75mm为佳。试验表明此运转间隙不会发生硬摩擦现象，此时材料泄漏率可控制在3％以下，挤压铜或铝的泄漏率则为5％。

本发明所述的Conform连续挤压机，其槽封块与挤压轮外圆表面运转间隙应予控制，见附图2所示t。运转间隙过小，挤压轮与模穴表面会磨损严重，且易造成主机运转不正常；运转间隙过大，则导致挤压轮与模穴摩擦阻力过大，引起设备运行电流过大，泄漏料增加，废料增多，影响成品率。经试验比较，运转间隙t控制在0.4mm～0.75mm为佳，不仅不会发生硬摩擦现象，实现最低的降低泄漏率，试验表明，还可以有效地解决因向挤压靴两侧和上端大量泄漏而导致停机处理的难题。

本发明所述的Conform挤压机，在挤压过程中由于摩擦作用，而产生大量的热量，因此其挤压靴需进行循环冷却，以控制挤压靴中堵头(包括模穴)的温度，否则会影响正常连续挤压。如果挤压靴上的堵头(包括模穴)温度接近坯杆液相线，则泄漏量会大量增加；如果温度过低，则容易造成模腔内压力升高，使模穴裂损。试验表明，正常挤压时挤压靴中堵头(包括模穴)的温度控制在150～400℃，实验表明在此温度下挤压，挤压膜使用寿命最长。

本发明所述的Conform连续挤压机，其挤压靴需进行内循环冷却，以控制挤压靴中槽封块的温度。否则会影响正常连续挤压。如果挤压靴中的槽封块温度接近坯杆液相线，则泄漏量会大量增加，易造成连续挤压停顿；如果温度过低，则容易造成模腔内压力升高，使模穴裂损。试验表明，正常挤压时挤压靴中槽封块的温度控制在100～250℃时，向挤压靴两侧和上端泄漏的材料最少，可以将停机处理泄漏料的次数减至最低。

本发明所述的Conform挤压机，对挤压模进行了改进设计，使挤压模出线的挤压制品线径，可以根据成品线径进行选择，以获得最佳的吨产品能耗化，如果成品线径较粗，可以是一根，如果成品线径较细，可以是多根，但挤压比＞1。

本发明所述的Conform挤压机，其挤压制品线径与最终成品线径有密切关系。挤压制品线径过细，则影响产量，并增加挤压力；挤压制品线径过粗，则出线收卷后的拉伸道次增加，影响生产效率。经试验，挤压制品线径最细可达到Φ2mm，最粗达到Φ8mm，可以最大限度发挥Conform连续挤压加工本发明所述材料的优势。

本发明所述的Conform挤压机，其挤压轮旋转速度对挤压制品表面质量有密切关系。挤压轮转速过高，虽可提高产量，但挤压制品表面形成结瘤和粘料，使表面质量明显下降；挤压轮转速过低，虽表面质量明显有所提高，但产量受到限制。试验表明适合的挤压轮旋转速度为3～9r/min。

本发明所述的Conform挤压机，试验表明其挤压模出线孔定径长度(见附图2所示F)与挤压制品表面质量和其寿命也有密切关系。定径F长度过长，虽然可以延长挤压模的寿命，提高挤压制品的表面质量，但挤压速度受到限制，模穴内模腔压力和温度也易升高，致损坏模具，并使泄漏量增加。经反复试验，挤压模孔定径长度F可根据挤压不同合金成分的坯杆和挤压制品线径，在1～6mm范围内选择。

本发明所述的Conform连续挤压机，其坯杆可以视不同合金成分，选择加热或不加热进行连续挤压，加热时坯杆温度控制在80～350℃。

本发明通过深入研究、反复试验和优化设计，实现了Conform挤压技术在锌及合金线材上的加工应用，解决了相关的工艺技术难题，克服了现有技术中存在的不足，充分发挥了连续挤压机节能、工效高、成材率高、工艺流程短等独特的优势，为锌及合金线材的加工提供了一种新的途径。并与现有技术相比，还具有以下突出优点和积极效果：

1、在相同的挤压比前提下，可以挤压多根与成品线径相近的挤压制品，其节能效果和工效更高。

2、成材率更高，本发明采用的连续挤压技术泄漏率小于3％(连续挤压铜和铝材料的泄漏率一般为5％)，因而材料的利用率高达97.5％左右，比现有技术提高了6％。

3、组织性能一致性更佳，本发明由于挤压过程各项参数稳定，挤压制品组织性能和均匀性明显优于现有技术，使成品的质量更佳。

4、工艺流程短，本发明可以直接将坯杆挤压成接近于成品线径的挤压制品，经一道拉伸即可达到成品的质量要求，大幅度缩短了工艺流程，配置的设备也大幅度减少，使生产线占地面积减少一半以上。

5、大大降低员工的劳动强度和改善生产环境。

附图说明

图1是本发明所述Conform连续挤压原理图；

图2是本发明所述模穴和槽封块与挤压轮外圆表面的结构示意图。

具体实施方式

本发明在由压轮1、挤压轮3、挤压靴4、槽封块5、挤压模6、堵头8、模穴7等组成的Conform挤压机上进行，槽封块5、挤压模6、堵头8和模穴7均安装在挤压靴4内，挤压时挤压靴4固定不动，而挤压轮3顺时钟旋转，挤压轮3外圆表面与槽封块5、堵头8和模穴7存在有一定运转间隙，以免硬摩擦，挤压工作原理如下所述：挤压轮3上加工有一条环形槽，也称为轮槽，轮槽内表面加工成一定的粗糙度以实现一定的摩擦力，坯杆2进入该槽后，被压轮1紧压在轮槽内而咬入，坯杆2在摩擦力的夹持作用下，随挤压轮3的转动而向前运转，进入到由轮槽、槽封块5、堵头8、模穴7组成的近似于四周密封的腔内，直到碰到堵头8，在堵头前面的附近区域，坯杆2达到屈服并充满轮槽，使得槽壁和坯杆间的摩擦力增大，变形区的压力和温度进一步升高，最后达到将坯杆从挤压模模孔挤出所需的压力和温度，将物料从挤压型腔经挤压模孔挤出，随着坯杆不断喂入，使挤压过程连续进行下去，从挤压模挤出的物料即为挤压制品9，挤压模出线可以是一根，也可以是多根，但坯杆截面面积与多根挤压制品截面面积之和的比值大于1(既挤压比＞1)，其挤压制品线径范围为Φ2mm～Φ8mm。收卷后经1～10道次的精拉伸，即成为成品线材。

以下结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明不限于下述实施例，在实际加工时，可根据不同的实际情况，选择下述实施例中的技术参数和坯杆成分，或除下述实施例以外的技术参数和坯杆成分，但均不以任何形式限制本发明的范围：

实施例1：采用锌铝合金为坯杆，其成分为：铝15％、混合稀土(RE)0.05％，锌余量，杂质含量不大于0.1％，坯杆直径为φ13±0.4mm，挤压轮与模穴运转间隙T为0.35±0.15mm，挤压轮与槽封块运转间隙t为0.55±0.15mm，挤压模出3根线，挤压模定径长度F为3.5mm，挤压制品线径为Φ3.35mm，挤压转速为7r/min，正常挤压过程中，堵头(包括模穴)温度控制在200～250℃，槽封块温度控制在150～200℃，挤压靴循环冷却水压力为0.1MPa，坯杆加热200℃，挤压制品收卷后，经一道次精拉伸后，即为成品，泄漏率为2.7％，本实施例材料用于金属防腐处理。

实施例2：采用锡锌合金为坯杆，其成分为：锡60％、锑1.1％、铜0.1％、混合稀土(RE)0.05％，锌余量，杂质含量不大于0.1％，坯杆截面采用U字形，挤压轮与模穴运转间隙T为0.4±0.15mm，挤压轮与槽封块运转间隙t为0.6±0.15mm，挤压模出2根线，挤压模定径长度F为1.5mm，挤压制品线径为Φ4.8mm，挤压转速为6r/min，正常挤压过程中，堵头(包括模穴)温度控制在150～200℃，槽封块温度控制在100～150℃，挤压靴循环冷却水压力为0.1MPa，坯杆不加热，挤压制品收卷后，经二道次精拉伸后，即为成品。泄漏率为2.5％，本实施例材料用于金属化薄膜电容器端面喷金。

实施例3：采用微合金化锌材料为坯杆，其成分为：镍0.05％，其余为锌，杂质含量不大于0.1％，坯杆直径为φ13mm±0.4，坯杆经加热到200℃后进行挤压，挤压轮与模穴间隙调T为0.6±0.15mm，挤压轮与槽封块运转间隙t为0.6±0.15mm，挤压模出1根线，挤压模定径长度F为4mm，挤压制品线径为Φ8.0mm，挤压转速为4r/min，正常挤压过程中，堵头(包括模穴)温度控制在250～350℃，槽封块温度控制在200～250℃，挤压靴循环冷却水压力为0.1MPa，挤压制品收卷后，经五道次精拉伸后，即为成品，泄漏率为2.5％，本实施例材料用于金属防腐处理。

实施例4：采用纯锌为坯杆，杂质含量不大于0.05％，坯杆直径为12.8mm±0.4，坯杆经加热到200℃后进行挤压，挤压轮与模穴运转间隙T为0.35±0.15mm，挤压轮与槽封块运转间隙t为0.6±0.15mm，挤压模出5根线，挤压模定径长度F为2mm，挤压制品线径为Φ3mm，挤压转速为8r/min，正常挤压过程中，堵头(包括模穴)温度控制在250～330℃，槽封块温度控制在200～250℃，挤压靴循环冷却水压力为0.1MPa，挤压制品收卷后，经三道次精拉伸后，即为成品，泄漏率为2.55％，可用于金属化薄膜电容器端面喷金。

对比例：上述实施例1、2、3、4对应的坯杆通过现有技术的轧制和拉伸工艺，加工成直径为Φ0.5-Φ5mm的线材。

上述实施例与对比例的物理性能参数见下表，从下表的对比参数可见，采用本发明制备的产品力学性能和电阻率均优于对比例。

Claims

1、一种锌及锌合金线材的加工方法，以纯锌或锌合金坯杆为原料，在由压轮、挤压轮、挤压靴、槽封块、挤压模、堵头、模穴等组成的Conform挤压机上进行，坯杆进入挤压轮上的环形槽后，在摩擦力的夹持作用下，随挤压轮的转动而向前运转，进入到由挤压轮槽、槽封块、堵头、模穴组成的腔内，直到碰到堵头，在堵头前面的附近区域，坯杆达到屈服并充满环形槽，最后将坯杆从挤压型腔经挤压模孔挤出成挤压制品，收卷后经拉伸，即成为成品线材，其特征在于所述模穴与挤压轮外圆表面的运转间隙为0.2mm～0.75mm，所述槽封块与挤压轮外圆表面的运转间隙为0.4mm～0.75mm，所述堵头和模穴的工作温度为150～400℃，所述槽封块的工作温度为100～250℃，所述挤压模孔的定径长度为1～6mm。

2、按权利要求1所述一种锌及锌合金线材的加工方法，其特征在于所述挤压轮的旋转速度为3～9r/min。

3、按权利要求1所述一种锌及锌合金线材的加工方法，其特征在于所述纯锌或锌合金坯杆在进入挤压轮上的环形槽前还预加热，加热后的坯杆温度为80～350℃。

4、按权利要求1所述一种锌及锌合金线材的加工方法，其特征在于所述纯锌坯杆的锌含量为坯杆重量百分比的99.95％以上，杂质含量不大于0.05％。

5、按权利要求1所述一种锌及锌合金线材的加工方法，其特征在于所述锌合金坯杆可包括以下三种类型：第一类为锡锌合金线材，除添加锡元素外，还添加改良元素包括：锑、铜、铋、银、铟、镍、镓、磷、铬、钛、钴、锗和混合稀土中的任一种或数种；第二类为锌铝合金线材，除添加铝元素外，还添加改良元素包括：铜、镁、钛和混合稀土中的任一种或数种；第三类为微合金化锌线材，添加微量元素包括：镍、铝、铁和镁中的任一种或数种；上述三种材料的锌含量按坯杆重量百分比均为20～99.85％，杂质含量不大于0.1％。

6、按权利要求1或2或3所述一种锌及锌合金线材的加工方法，其特征在于所述纯锌或锌合金坯杆的截面为圆形或椭圆形或U字形，其截面面积不大于360mm²。

7、按权利要求1所述一种锌及锌合金线材的加工方法，其特征在于所述经挤压模孔挤出的挤压制品为1～10根，但挤压比大于1。

8、按权利要求1所述一种锌及锌合金线材的加工方法，其特征在于所述挤压制品收卷后的拉伸数为1～10道。

9、按权利要求1所述一种锌及锌合金线材的加工方法，其特征在于所述挤压制品的线径为2～8mm。