CN101733297A - 软铝导体制备方法及成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明是对电工用软铝导体制备方法及成型装置的改进，其特征是制备先使铝杆通过连续进料送入、充满封闭摩擦熔软空间，并对充满空间铝以持续摩擦，使之升温到再结晶温度以上至半熔融状态，在连续进料挤压下由该熔软空间未端区的成型模具连续挤出。成型装置由一个转动摩擦转轮，及包围部分转轮外周、构成封闭摩擦熔软空间的罩，导体挤出成型模具设置在罩未端区。较现有技术具有：挤出功率消耗小，能够实现同时挤出若干根，生产效率高；所得导体导体截面一致性好，质量稳定，并能实现连续无限长度挤出，铝软化改性与挤出导体一次完成，成型装置结构简单。

Description

软铝导体制备方法及成型装置

技术领域

本发明是对电工用软铝导体制备方法及成型装置的改进，尤其涉及一种生产效率高，型线尺寸精确和机械与电气性能一致的软铝导体制备方法及成型装置。

背景技术

人们为了提高输电铝导体的电导率，以降低传输电能过程中的损耗，通常采用由冷加工变形硬铝导体以加热退火方式(例如350℃)，改变晶粒组织状态，制成软铝导体，使铝导体导电率由61％IACS提高到约63％IACS；此外，为改善输电线路抗风能力，以及提高导体填充系数，减小导线外径，导体截面采用型线结构，可在相同导电截面下减小导线外径约25％。

现有技术软铝导体制备：基本方法为：铝杆经冷变形工艺，例如冷拉-冷轧-精整得到所需导体，再经加热(例如350℃)退火获得软铝导体，例如中国专利CN101174490公开的低弧垂软铝导线，由铝锭拉制出铝丝，再经高温退火处理得到。此种先通过冷拉、拔(轧)工艺制得所需导体，再经加热退火制备软铝导体，不仅工艺过程复杂，需经多道次冷变型工艺，生产效率相对较低，而且加热退火能耗较高，不节能；制线后加热退火是线盘整盘退火，常常会出现盘中心导体和外部导体退火不均匀，易导致晶粒组织不均匀粗大，从而造成导体强度、导电率等的不均匀，生产软铝导体质量不稳定。其次，铝导体在拉、拔(轧)冷加工过程，表面留有润滑油，退火高温易造成表面油脂碳化，退火导体表面呈黑色，影响外观。再就是，铝导体经由多道工艺过程，不可避免会出现碰伤，也会影响生产铝线质量。特别是，通过拉、拔(轧)难以获得小截面(例如10mm2以下)高精度尺寸铝导体。

中国专利CN1866413公开的铝质电磁线制造方法，工艺过程为：加工铝材、挤压成型、退火工艺处理、校直处理等。其型线采用挤压成型，挤压是用铝型材挤压机冷挤压变型，此种制备方法基本同上述现有技术，冷挤压仅是自然状态的金属体，连续通过模具型腔改变截面形状和大小，虽然连续挤压与模具摩擦有一定温升，但实际在生产过程中通过对模具施加润滑剂等加以冷却，限制温升，客观上冷挤压也不可能产生高于铝再结晶的温度，晶粒组织状态没有得到改变，因此冷挤压仅只具有变形作用，为获得软铝导体仍需通过加热退火处理，加热退火的缺陷仍然没有得到克服。

中国专利CN1744236公开的电子绝缘铜、铝圆、扁电磁线的生产方法，将电工铜、铝杆经表面清洗、送入连续挤压机线材生产设备、一次完成线材成型、静电涂装、固化、收线，即制成电子绝缘铜、铝圆、扁电磁线。连续挤压机线材生产设备，同样仅是通过模具型腔改变截面形状和大小的冷挤压，不能同时获得软铝导体。

特别是，上述通过拉、拔(轧)冷变形工艺制备铝导体，一是每道次变形量有限定值，不能由直径较大铝杆一次挤压变形得到所需导体，二是由于铝是在自然状态下通过模具变形，仅是单独改变截面大小和/或形状，并不会使铝晶粒组织状态改变获得软铝，并且冷挤压变形，导体间不能形成连续续接，由于铝杆长度有限，因此所得铝导体为非连续有限长度，不能获得大长度铝导体，也不利于导线制备。因此仍有值得改进的地方。

发明内容

本发明目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种生产效率高，制备能耗低，质量和尺寸一致性好，可获得大长度，且一步同时完成改性软铝和导体制备的软铝导体制备方法。

本发明另一目的在于提供一种用于上述方法，结构简单，能耗低，生产效率高的软铝导体制备成型装置。

本发明第一目的实现，主要改进是使铝杆连续进入并充满一个较大型腔内，通过对其持续摩擦使其升温，产生足以使铝晶粒组织状态改变，至少达到加热退火获得软铝的温度，同时在连续进料的挤压下，使改变了晶粒组织和至少呈易塑的熔软状态铝，通过模腔被连续挤出，获得所需连续长度的软铝导体。克服了现有技术必须先经多道次变形制得所需规格铝导体，再通过加热至少在铝再结晶温度(晶粒组织改变)以上退火，二步法制备软铝导体的不足，实现本发明目的。具体说，本发明软铝导体制备方法，包括制备铝导体和使铝升温退火改变晶粒组织状态得到软铝两个过程，其特征在于制备是先使铝杆通过连续进料送入、充满封闭摩擦熔软空间，并对充满空间铝以持续摩擦，使之升温到再结晶温度以上至半熔融状态，在连续进料挤压下由该熔软空间未端区的成型模具连续挤出。

本发明所说

铝杆连续进料，一是使铝材能充满封闭摩擦熔软空间，能够通过对其的持续摩擦，获得再结晶至半融熔状态以内的温度，使铝晶粒组织状态改变变成软铝晶粒组织；二是同时为已经被摩擦熔软的铝连续挤出提供挤出压力，同时连续进料还有利于熔软的铝自身相互揉搓，有利于晶粒组织均匀。连续进料送入方式无特别限定，可以有多种：例如压力推进、夹紧送入等，其中一种较好为采用夹紧方式依靠摩擦力持续送入，这样可以与对铝持续摩擦升温共用同一装置，减化或省略另设送料装置。进料铝杆截面尺寸，较好为70-315mm²(相当于Φ9.5-Φ20)，或类似等截面的其他几何形状，如果铝杆截面过小，缺乏必要强度，会增加实现连续进料困难，如果截面过大，则需加大摩擦熔软空间和摩擦力，否则有可能造成铝杆中心难以通过摩擦升温达到改变晶粒组织状态，造成“夹心”，影响质量均匀性。技术人员能够理解到，只要摩擦装置允许，截面是可以改变，只需满足单位时间进料和挤出体积相等(为满足充满熔软空间)，其进料和挤出截面可以相同，也可以不相同，即进料铝杆截面可以大于挤出总截面，也可以小于挤出总截面，不同进料/挤出截面比，只是影响挤出速度，两者之间可以灵活调整，上述仅是从经济性角度，提出的一个恰当区间并非极限端值。

摩擦熔软空间，主要是使连续进料铝在此空间内，被持续摩擦使其有足够的时间和空间，能使摩擦产生的热量集聚，达到至少能够获得软铝晶粒组织温度，使由进料硬铝在摩擦热作用下转变成软铝，如果缺少此空间，仅通过挤出模具变形产生热还达不到获得软铝温度，此为本发明一个区别于冷挤压成型的特征之一。熔软空间大小可以根据进料铝杆粗细、挤出截面、摩擦力、进料、挤出速度等试验确定，最小空间以能确保升温铝晶粒组织改变获得软铝；而大的熔软空间，还有利于铝相互揉搓摩擦，有利于获得晶粒组织均匀一致的软铝，确保挤出导体质量的一致性和稳定性。因此此空间理论上可以是越大越好，但空间太大又会使设备体积增加，实际空间大小确定，较好是使铝被摩擦升温至半熔融状态，例如450-550℃，半熔融状态铝，变形抗力较小，有利于减小软铝导体挤出功率消耗，并能获得尺寸精确软铝导体，也有利于所得导体机械、电气性能的一致性。

持续摩擦，其作用主要是通过外力对铝和铝自身以持续摩擦，使其获得至少能改变组织晶相变成软铝的温度，达到对硬铝变软铝的改性，同时至少使铝受热熔软，方便挤出成型。摩擦生热方式可以有多种，例如挤压式摩擦、错动式摩擦，转轮转动摩擦等，技术人员能够理解到通过摩擦能使其升温的其他方式是都可以被采用，本发明一种较好方式，是采用转轮旋转对铝进行持续摩擦，转轮摩擦既可以实现对铝连续摩擦聚热，而且设备相对简单易于实现，同时也可以将进口设计成略小于铝杆截面，通过转轮与铝杆摩擦夹紧实现铝杆的连续进料。其次，转轮旋转摩擦，所需能量相对较小，机械设计相对简单，较为经济。

熔软或半熔融状态，是指铝受热软化成易塑状态(有类似湿泥或加热软化塑料的易塑性)，其中半熔融状态为介于固态与熔融流态之间的一种软化变形抗力较小状态，这样可以在较小外力作用下，成任意形状挤出的一种熔软状态，但又不为完全熔化液流态，完全熔化液流态不利于挤出成型。本发明挤出成型，可以是在获得软铝温度的熔软状态至半熔融状态，但较好为至后者状态，不仅挤出方便，而且所得软铝导体质量一致好，并可以实现铝料续接挤出呈连续大长度。

此外，由于摩擦产生的高温已使铝呈易塑的熔软或半熔融状态，此时挤出既具有较小的变形抗力，又易实现铝导线出模时的尺寸精确控制，因此可以将挤出成型模设计成并列多个或者一个模具上有并列多个成型模孔，可以实现同时挤出若干根导体，以获得高的软铝导体生产效率。试验比较表明，对于挤出7-35mm²的软铝导体，以同时挤出2-5根较为经济合理。

本发明软铝导体制备成型装置，包括有设计截面型腔的挤出成型模具，其特征在于成型装置还包括一个转动摩擦转轮，及包围部分转轮外周、构成封闭摩擦熔软空间的罩，所说挤出成型模具设置在罩未端区。

转轮外包围部分转轮外周罩与转轮间形成的空间，主要是使连续进料铝在此空间内，被转轮持续摩擦，及相互揉搓，其容积至少能使摩擦产生的热量集聚，达到至少能够获得软铝晶粒组织温度，使进料硬铝在摩擦产生热的作用下转变成软铝，以及提供挤出容料空间，此空间存在还有利于熔软的铝产生相互类似挤面团的揉搓，以提高挤出导体组织和性能的均匀性。所形成空间，一种较好是自进料端向出料端由小增大，摩擦熔软空间的逐渐增大，更有利于进入铝杆全截面被摩擦改性，避免“夹心”产生，从而获得晶粒组织均匀一致的软铝。因此转轮外包围罩较好为弧形结构，为确保挤出导体的连续均匀，更好为罩未端挤出模具区有一向外凸出大的空间，例如弧形罩呈靴形，扩大的凸出空间能够存储较多的半熔融铝，更有利于挤出导体各项性能的均匀，及获得连续长度铝导体，同时也有利于多根导体挤出模具的设置。

为方便通过转轮摩擦连续挤压带入铝杆，一种较好是罩的前端与转轮间有不大于(≤)进料铝杆截面的进料口；此外，转轮周面和/或上方罩进口内面，还可加工有凹槽，以增大对铝杆的摩擦接触面，有利于形成高的挤进压力，也更方便通过摩擦转轮使铝杆连续进料。一种更好为罩前端、转轮上方有浮动的压轮，通过压轮对进料铝杆的压紧，可以增加对进料铝的止退，增加连续进料挤压力，可以更好保障铝杆的连续进入。

罩未端区(熔软空间未端区)挤出模具，可以大致有三种方式设置，一种为使挤出导体与连续进料方向大致垂直挤出，一种为使挤出导体与进料方向大致平行形成水平挤出，再一种为介于两者之间，视场地选用。本发明优先采用成水平挤出，此方式有利于系统设备的布置。挤出导体模具模腔，根据要求导体截面形状确定，例如可以是挤出通常的圆形导体，也可以是挤出各种型线导体，还可以是前述两类的空心导体。挤出成型模，可以设计成挤出一根导体，也可以设计成并列挤出多根导体，并列多根导体，可以是多个成型模具并列，也可以是一个模具上设计并列多个成型模孔。本发明根据挤出导体截面，例如7-35mm2软铝导体，较好采用同时并列挤出2-5根导体。

本发明软铝导体制备方法，为先通过机械摩擦产生高温使铝晶粒组织状态改变得到软铝，再在至少熔软状态下通过模具挤出得到软铝导体，一步工艺同时可以获得软铝及成型导体(铝软化改性与挤出导体一次完成)，是本发明制备软铝导体与现有技术先通过多道次冷变形制得铝丝导体，再通过加热退火得到软铝导体二步法最大区别所在，也是对现有技术制备软铝导体最大贡献，拚弃目前唯一采用先制得铝导体，后通过退火工艺获得软铝导体，开创了软铝导体一种全新制备方法。本发明方法，由于铝是在一空间内被持续摩擦和相互揉搓，升温改变铝晶粒组织状态获得软铝，并在铝熔软特别是状态半熔融状态挤出，较现有技术具有：挤出抗变形力小，挤出功率消耗小，能够实现同时挤出若干根，具有很高的生产效率；可以获得冷挤压方法难以得到的表面光亮、小截面、高精度尺寸铝导体，导体截面一致性好，离散性小；铝被持续摩擦和相互摩擦，晶粒组织状态均匀一致性好，质量稳定，电导率可以稳定≥63％(制线后退火软化质量不稳定)，并能实现连续无限长度挤出，和形变截面量没有限定，只要装置允许，任何截面铝杆可以一次变形得到所需截面导体；铝软化、熔软温度通过持续摩擦获得，不需另外加热，能源消耗少。

本发明软铝导体制备成型装置，较现有技术具有：结构简单，并能同时实现自动连续进料，省略了另设连续送料装置，远较冷挤压变形装置简单的多；挤出至少在铝熔软后进行，而且转变成软铝热是由摩擦产生获得，功率消耗少节能，并可以实现大截面铝杆直接一次变形挤出，即一次成型截面变形量无限制，工序省，不需多道次变形，一步工艺可以同时获得软铝和所需导体，并且模具也不易磨损，使用寿命长，模具成本低，同时还能实现若干根同时挤出，生产效率高，所得导体质量稳定。

以下结合若干具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。

附图说明

图1本发明软铝导体制备一种成型装置结构简图。

图2-图7分别为挤出不同形状软铝导体截面示意图。

具体实施方式

实施例1：参见图1，本发明软铝导体成型装置，包括旋转转动的摩擦转轮3，包围大约转轮1/4弧长、未端有扩大区呈靴形的弧形罩2，摩擦转轮与弧形罩进料端开口略小于进料铝杆截面，靴形弧形罩包围转轮空间，自进料口端至靴底逐渐扩大，靴形弧形罩未端区靴底侧面开口，设有导体挤出成型模具4，模具出料口与铝杆进料大致平行，模具上设计有并列4个成型模孔，可以同时挤出4根导体5。摩擦转轮周面有凹槽(图中未显示)，弧形罩前部、摩擦转轮3上方有浮动压轮6，压轮周面也有凹槽(图中未显示)。

软铝导体制备，将清洗过的铝杆1穿过浮动式压轮6，通过摩擦转轮3摩擦带动连续向转轮与靴形弧形罩包围的熔软空间送料，进入熔软空间铝在摩擦转轮旋转的不断摩擦下，并在空间内不断被转轮摩擦和相互揉搓，温度升高至低于铝熔化点温度(约450-550℃)，使铝呈半熔融状态，最后经模具4连续挤出，得到软铝导体5。

实施例2：参见图2-7，如前述，更换挤出出线模具，可以挤出如图所示各种型线导体，其中图为空心导体。

通过改变转轮速度和挤压比(进出铝面积比)，可以实现对熔软空腔内铝的温度和压力的控制。

对于本领域技术人员来说，在本发明构思及实施例的启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合，例如采用其它摩擦生热方式，挤出导体为一根或若干根，铝导体截面的改变，进料铝杆截面和出线截面的不同，等等的非实质性改动，都能实现与上述实施例基本相同功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。

本发明所说导体，包括通常圆导体，各种型线导体，和前述两类各种空心导体，即导体截面形状不限。

Claims (15)

1.软铝导体制备方法，包括制备铝导体和使铝升温退火改变晶粒组织状态得到软铝两个过程，其特征在于制备是先使铝杆通过连续进料送入、充满一封闭摩擦熔软空间，并对充满空间铝以持续摩擦，使之升温到再结晶温度以上至半熔融状态，在连续进料挤压下由该熔软空间未端区的成型模具连续挤出。

2.根据权利要求1所述软铝导体制备方法，其特征在于持续摩擦为转轮旋转摩擦。

3.根据权利要求1或2所述软铝导体制备方法，其特征在于铝杆连续进料为夹紧方式摩擦压入送料。

4.根据权利要求1或2所述软铝导体制备方法，其特征在于摩擦升温至450-550℃。

5.根据权利要求1或2所述软铝导体制备方法，其特征在于同时挤出导体2-5根。

6.软铝导体制备成型装置，包括有设计截面型腔的挤出成型模具，其特征在于成型装置还包括一个转动摩擦转轮，及包围部分转轮外周、构成封闭摩擦熔软空间的罩，所说挤出成型模具设置在罩未端区。

7.根据权利要求6所述制备软铝导体成型装置，其特征在于包围部分转轮外周的罩与转轮间形成的空间，自进料端向出料端由小增大。

8.根据权利要求6所述制备软铝导体成型装置，其特征在于包围部分转轮外周的罩末端挤出模具区有一凸出大空间。

9.根据权利要求6、7或8所述制备软铝导体成型装置，其特征在于包围部分转轮外周的罩前端与转轮间进料口不大于进料铝杆截面。

10.根据权利要求6、7或8所述制备软铝导体成型装置，其特征在于包围部分转轮外周的罩为弧形罩。

11.根据权利要求10所述制备软铝导体成型装置，其特征在于弧形罩呈靴形。

12.根据权利要求6、7或8所述制备软铝导体成型装置，其特征在于转轮周面和/或罩进口端内面有凹槽。

13.根据权利要求6、7或8所述制备软铝导体成型装置，其特征在于罩前端、转轮上方有浮动的压轮。

14.根据权利要求6、7或8所述制备软铝导体成型装置，其特征在于挤出模具有并列多个或一个模具上有并列多个成型模孔。

15.根据权利要求6、7或8所述制备软铝导体成型装置，其特征在于挤出成型模具挤出导体出口与进料方向大致平行成水平挤出。

Images