CN103706741B - 无氧铜材料产品的热锻成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无氧铜材料产品的热锻成型工艺。区别于传统的冷挤压工艺，本发明采用热锻方法加工无氧铜材料，并确定了模具预热温度、料块加热温度、润滑油组方等工艺参数，可用于制备表面光滑、结构复杂、性能优良、含氧量合格的无氧铜精密组件，工艺步骤简单易操作，适合工业化推广，且成品率高，产品各指标优良。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体涉及无氧铜材料产品的热锻成型工艺。
背景技术
无氧铜是指氧含量不大于0.003% (质量分数)，杂质总含量不大于0.03% (质量分数，一号无氧铜TU1)或不大于0.05% (质量分数，二号无氧铜TU2)的纯铜，铜的纯度大于99.95%。无氧铜无氢脆现象，导电率高，加工性能和焊接性能、耐蚀性能和低温性能均好。
由于无氧铜的特性，除了对加工生产无氧铜的原材料要求较高外，同时在无氧铜材料产品的生产加工过程中也要求不能带入杂质和氧气。故目前无氧铜材料产品主要采用冷挤压工艺，以防止加工过程中含氧量增加，即无氧铜料块依次经熔炼、半连续浇铸、挤压、拉抜、冷挤压等传统生产工艺加工成型，冷挤压金属材料在模腔内的流动较为简单，成型的零件偏向简单形状的零件成型，但是若以冷挤压工艺生产形状相对复杂的产品，冷挤压工艺将无法成型或者出现成品率偏低等现象。
锻造是利用锻压设备，通过工具或模具使金属毛坯产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和内部组织的工作的一种压力加工方法。锻造生产是机械制造工业中提供毛坯的主要途径之一。它不但能获得一定的金属零件的形状，而且能改善金属的内部组织，提高金属的力学性能和物理性能。锻造生产的特点是：1）能改善金属的组织，提高金属的力学性能和物理性能；2）节约金属材料和切削加工工时；3）具有较高的劳动生产率；4）有很大的灵活性，可加工精密零部件。热锻是锻造的一种，热锻是将锻坯加热到一定温度后进行的锻造成型工序。锻造加热的目的是提高金属塑性，降低变形抗力，使之易于成型并获得良好的锻后组织。
虽然热锻有如此多优点，但是却鲜有报道利用热锻工艺加工生产无氧铜材料的案例，这主要是因为在热锻工艺中，加热及加热温度范围的控制、无氧铜材料自身的特性、加工过程中氧气的带入、成型后脱模、模具的高磨损性等问题不易把握和控制，从而不仅影响产品的成品率，也将影响成品的质量，这些问题制约了热锻工艺在加工无氧铜材料中的应用。在热锻成型工艺中,模具预热温度过高或过低、料块加热温度不适宜，都将直接导致成品表面起皱、出现双层，不饱满等，甚至模具坏损，料块无法成型，成品裂开，或者料块成渣等不可逆缺陷；冲压力控制不当，将导致料块涨破或者不成形；加工过程若处理不当，还可能在加工过程中带入氧份，使成品含氧量不达标；在加工过程中，摩擦不仅对金属的流动和挤压力有很大影响,而且还对制品的质量起着决定性的作用,降低摩擦的影响必将对热锻成型工艺带来很大好处,而降低摩擦最好的方法是使用具有良好润滑性能的润滑剂。石墨水剂或油剂是常用润滑剂,对精密挤压件,采用石墨与油混合的优质胶状石墨,有利于获得高质量的表面,但是石墨容易沉积在坯料表面,需要进一步进行后处理,去除石墨斑痕,因此,选择合理的润滑油组方也是加工工艺中的一个重要环节。如何确保锻造生产顺利进行，确定关键工艺参数和提高锻件质量将是无氧铜材料热锻加工成型的重要课题。
发明内容
本发明旨在解决现有技术存在的上述不足，目的是提供无氧铜材料产品的热锻成型工艺。该工艺简单易操作，可控性强，成品率高，成品质量优良，生产效率高。
实现上述目的的技术方案是：依据实际生产需要选择合适的模具，于模具内表面均匀涂抹0.6-1.2mm润滑油，将模具置于热锻成型机操作腔体内分两阶段预热，先于0-2s预热至140-220℃，再于2-5s预热至300～400℃；再将受力面直径在10-60mm的无氧铜材料在惰性气体环境中分三阶段加热，于0-3s加热至300～400℃，再于3-6s加热至600-700℃，再于6-9s加热至800-850℃，将加热后的无氧铜材料置于预热后的模具内，在35-135吨的冲压力下冲压成型，无氧铜材料成型后脱去模具，取成品，并将成品放入10-20℃冷水冷却隔氧即得；
其中润滑油由菜籽油、山茶油、玉米油、大豆油、橄榄油组成，且各组分的质量比为12-16:3-7:7-11:2-5:1-3。
其中菜籽油、山茶油、玉米油、大豆油、橄榄油购于江西绿源油脂实业有限公司。
本发明区别于传统的冷挤压工艺，采用热锻工艺加工无氧铜材料，分阶段加热无氧铜材料，使材料在递进过程中逐步形成稳定的加工性能，避免出现瞬间高温而导致的材料性能不稳定，加工成品晶粒尺寸和形态不稳定，甚至出现表面裂纹,表面粗糙和沟槽等缺陷；分阶段预热模具可延长模具使用年限，避免突然升温所导致的模具坏损；同时本发明确定了各阶段的模具预热温度、无氧铜材料的加热温度和加热时间、冲压力大小，确保成品率的同时，确保产品的表面和内部结构性能；优选了润滑油组方和配比，保证金属变形过程中有较低的摩擦系数的同时，起到减小模具磨损,保护模具光洁度，使模具保持硬度及耐磨性的作用，且润滑油粘度不高，易清洗，产品表面无残留，保证产品表面光滑度；另外，本发明将工艺与参数有机结合，可依据实际生产需要，制备表面光滑、结构复杂、性能优良、含氧量合格的无氧铜精密组件，且一步成型，节约劳动和生产成本，提高了生产效率，适合工业化推广。
具体实施例
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，以助于理解本发明的内容。
实施例1：
无氧铜材料产品的热锻成型工艺，具体加工方法如下：依据实际生产需要选择合适的模具，于模具内表面均匀涂抹0.9mm润滑油，将模具置于热锻成型机操作腔体内分两阶段预热，先于1s预热至190℃，再于3s预热至360℃，将受力面直径在35mm的无氧铜材料在惰性气体环境中分三阶段加热，于3s加热至370℃，再于5s加热至640℃，再于8s加热至830℃，将加热后的无氧铜材料置于预热后的模具内，在65吨的冲压力下冲压成型，无氧铜材料成型后脱去模具，取成品，并将成品放入冷水冷却隔氧即得；
其中润滑油由菜籽油、山茶油、玉米油、大豆油、橄榄油组成，且各组分的质量比为14:5:9:3:2。
实施例2：
依据实际生产需要选择合适的模具，于模具内表面均匀涂抹0.6mm润滑油，将模具置于热锻成型机操作腔体内分两阶段预热，先于1s预热至140℃，再于2s预热至300℃，将受力面直径在10mm的无氧铜材料在惰性气体环境中分三阶段加热，于1s加热至300℃，再于3s加热至600℃，再于6s加热至800℃，将加热后的无氧铜材料置于预热后的模具内，在35吨的冲压力下冲压成型，无氧铜材料成型后脱去模具，取成品，并将成品放入冷水冷却隔氧即得；
其中润滑油由菜籽油、山茶油、玉米油、大豆油、橄榄油组成，且各组分的质量比为12:3:7:2:1。
实施例3：
依据实际生产需要选择合适的模具，于模具内表面均匀涂抹1.2mm润滑油，将模具置于热锻成型机操作腔体内分两阶段预热，先于1s预热至220℃，再于5s预热至400℃，将受力面直径在60mm的无氧铜材料在惰性气体环境中分三阶段加热，于3s加热至400℃，再于6s加热至700℃，再于9s加热至850℃，将加热后的无氧铜材料置于预热后的模具内，在135吨的冲压力下冲压成型，无氧铜材料成型后脱去模具，取成品，并将成品放入冷水冷却隔氧即得；
其中润滑油由菜籽油、山茶油、玉米油、大豆油、橄榄油组成，且各组分的质量比为16: 7: 11: 5: 3。
实施例4：
依据实际生产需要选择合适的模具，于模具内表面均匀涂抹0.4mm润滑油，将模具置于热锻成型机操作腔体内分两阶段预热，先于1s预热至120℃，再于2s预热至280℃，将受力面直径在10mm的无氧铜材料在惰性气体环境中分三阶段加热，于1s加热至250℃，再于2s加热至550℃，再于5s加热至780℃，将加热后的无氧铜材料置于预热后的模具内，在30吨的冲压力下冲压成型，无氧铜材料成型后脱去模具，取成品，并将成品放入冷水冷却隔氧即得；
其中润滑油由菜籽油、山茶油、玉米油、大豆油、橄榄油组成，且各组分的质量比为10:2:5:6:1。
实施例5：
依据实际生产需要选择合适的模具，于模具内表面均匀涂抹1.8mm润滑油，将模具置于热锻成型机操作腔体内分两阶段预热，先于3s预热至240℃，再于6s预热至420℃，将受力面直径在60mm的无氧铜材料在惰性气体环境中分三阶段加热，于5s加热至600℃，再于7s加热至750℃，再于10s加热至860℃，将加热后的无氧铜材料置于预热后的模具内，在145吨的冲压力下冲压成型，无氧铜材料成型后脱去模具，取成品，并将成品放入冷水冷却隔氧即得；
其中润滑油由菜籽油、山茶油、玉米油、大豆油、橄榄油组成，且各组分的质量比为18:8:12:2:1。
对比例1
无氧铜材料产品的热锻成型工艺，具体加工方法如下：依据实际生产需要选择合适的模具，于模具内表面均匀涂抹0.9mm润滑油，将模具置于热锻成型机操作腔体内预热至360℃，将受力面直径在35mm的无氧铜材料在惰性气体环境中，于6-10s加热至830℃，将加热后的无氧铜材料置于预热后的模具内，在65吨的冲压力下冲压成型，无氧铜材料成型后脱去模具，取成品，并将成品放入冷水冷却隔氧即得；
其中润滑油由菜籽油、山茶油、玉米油、大豆油、橄榄油组成，且各组分的质量比为14:5:9:3:2。
对比例2
润滑油由菜籽油、玉米油、大豆油组成，且各组分的质量比为14:9:3；
其余同实施例1。
试验例
试验例1 宏观组织检查
选取实施例1-5、对比例1-2制备的试样，进行肉眼观察其宏观组织，并记录结果，结果见表1：
表1 宏观组织观察结果
由上表可知，实施例1-5制备的产品经肉眼观察无明显缺陷，符合要求，而对比例1-2均有不同程度的问题，这主要与其加工过程的工艺、以及润滑油的选择相关，只有合理的工艺方法与工艺参数相互作用，才能提升产品质量，确保产品的稳定性。
试验例2
电真空器件用无氧铜金相评级检验法
分别选取实施例1-5、对比例1制备的产品取样抛光,分别将抛光后的各试样放入氢气炉中退火,于820-850℃保温20min,出炉后不经任何处理，进行显微镜检查，各试样在放大200倍的明场下检验，根据标准图片判定级别，1、2、3级为合格，3级以上为不合格，并对试样金相组织进行观察，结果见表2：
表2 检验结果
由表2可知，实施例1-3评级均为1级，金相组织检测结果合格，这表明实施例1产品含氧量符合标准，且质量优良、稳定，加工性能好，抗压抗腐蚀，可满足卫浴产品要求，且实施例1金相组织较实施例2-3优良，；而实施例4-5、对比例1均有不同程度的缺陷，实施例1-3与实施例4-5之间的区别仅限于工艺参数不同，实施例1-3与对比例1的差异在于工艺步骤不同和方法不同，可见本发明的工艺方法和工艺参数科学合理，适合工业化推广。
Claims (4)
1.无氧铜材料产品的热锻成型工艺，其特征在于： 具体加工方法如下：依据实际生产需要选择合适的模具，于模具内表面均匀涂抹0.6-1.2mm润滑油，将模具置于热锻成型机操作腔体内分两阶段预热，先于0-2s预热至140-220℃，再于2-5s预热至300～400℃，将受力面直径在10-60mm的无氧铜材料在惰性气体环境中分三阶段加热，于0-3s加热至300～400℃，再于3-6s加热至600-700℃，再于6-9s加热至800-850℃，将加热后的无氧铜材料置于预热后的模具内，在35-135吨的冲压力下冲压成型，无氧铜材料成型后脱去模具，取成品，并将成品放入冷水冷却隔氧即得。
2.如权利要求1所述的无氧铜材料产品的热锻成型工艺，其特征在于：润滑油由菜籽油、山茶油、玉米油、大豆油、橄榄油组成，且各组分的质量比为12-16:3-7:7-11:2-5:1-3。
3.如权利要求1所述的无氧铜材料产品的热锻成型工艺，其特征在于：具体加工方法如下：依据实际生产需要选择合适的模具，于模具内表面均匀涂抹0.9mm润滑油，将模具置于热锻成型机操作腔体内分两阶段预热，先于1s预热至190℃，再于3s预热至360℃，将受力面直径在35mm的无氧铜材料在惰性气体环境中分三阶段加热，于3s加热至370℃，再于5s加热至640℃，再于8s加热至830℃，将加热后的无氧铜材料置于预热后的模具内，在65吨的冲压力下冲压成型，无氧铜材料成型后脱去模具，取成品，并将成品放入冷水冷却隔氧即得。
4.如权利要求3所述的无氧铜材料产品的热锻成型工艺，其特征在于：润滑油由菜籽油、山茶油、玉米油、大豆油、橄榄油组成，且各组分的质量比为14:5:9:3:2。
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