CN104439904B - 铜包铝排连续挤压生产工艺及其生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铜包铝排连续挤压生产工艺，依次包括以下步骤：1)、将铝原材送入连续挤压机中，连续挤压机的出料口处连续挤压出铝材；2)、用铜带包覆所述铝材，并将铜带与铝材焊接，得到铜包铝坯材；3)、轧制所述铜包铝坯材，得到铜包铝型材。该生产工艺能长流程连续生产铜包铝型材，颠覆了目前铜包铝复合材料短流程制备加工的概念，且整个生产工艺步骤大大简化，从而减少生产设备的投入量和重复投入量，有效降低生产成本。

Description

铜包铝排连续挤压生产工艺及其生产设备

技术领域

本发明涉及铜包铝排的制造领域，特别是涉及一种铜包铝排连续挤压生产工艺及其生产设备。

背景技术

我国“863计划”将“高性能铜包铝复合导体材料短流程高效制备加工课题的研究”列入目标导向类重点课题。铜包铝排是一种以铝为基体，外层包覆铜的双金属，它将铝的高质量导电性能、低成本能源与铜的高化学稳定性、较低的接触电阻复合为一体的新型导体材料，其将具有优良电气性能的铜包覆在低密度的铝上，以形成铜包铝复合材料，其在保持优良性能的同时又有效降低成本。

铜包铝排复合导体材料具有以下优点：1、良好的导电性：铜、铝积比为25%以上的铜包铝排的交流载流量是纯铜的95%左右；2、重量轻、成本低：其重量只有纯铜排的40%左右，其成本仅为纯铜排的50%左右；3、良好的力学性能：其具有良好的抗拉强度、可弯曲曲性和延伸率；4、牢固的铜铝间结合：两种不同金属材料之间在各种环境温度中达到永久性的原子晶间结合，并且铜层分布均匀，不存在任何物理缺陷；5、在铜层表面镀锡、镀锌、镀银，能保证其抗腐蚀性，表面性能和铜排完全一样；6、最佳的选择性：节省铜材，极大降低生产配套设备，绿色环保，无任何污染；7、良好的金属加工性能：容易弯曲，较铜具有更少的回弹特性，在90°折弯时不起泡，不龟裂，易钻孔、冲孔、切削，可加工成各种异形母排，满足铜排加工、使用的操作要求；8、载流能力强，动热稳定性高，防护等级强，安装灵活，分配电能方便，使用寿命长。所以，铜包铝排是一种用于代替纯铜排、纯铝排的新型材料，其在电线电缆中有着广泛的应用，如用于各类母线槽、配电柜、开关柜、马达控制中心、母线室、变压器等电力设备中。

目前，铜包铝排的制造工艺主要有四种：包覆焊接法；静夜挤压法；轧制复合法；充芯连铸法。但是，所有的铜包铝排制造工艺都必须分两个阶段才能完成：首先是先制造短坯，然后再对短坯经行拉伸、加热、轧制，切头断尾后再切割成定尺母排。故上述工艺必然导致需要两部分的制造设备，其投资成本显而易见的高，且在两个阶段的制造过程中，还不可避免地投入辅助设备（用于去除油污、氧化层、清洗等）、重复使用能源（即重复加热）、工艺过程能源损耗（去除油污、氧化层、清洗等）、以及产生工艺废料（断头和拉伸工艺搭子等）。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种成本低且能源消耗少的铜包铝排连续挤压生产工艺。

为实现上述目的，本发明提供一种铜包铝排连续挤压生产工艺，依次包括以下步骤：

1)、将铝原材送入连续挤压机中，连续挤压机的出料口处连续挤压出铝材；

2)、用铜带包覆所述铝材，并将铜带与铝材焊接，得到铜包铝坯材；

3)、轧制所述铜包铝坯材，得到铜包铝型材。

优选地，所述步骤2)中，铜带包覆铝材的步骤在一封闭箱体中完成，且该封闭箱体中充满有氮气。

优选地，所述步骤3)中，铜包铝坯材在轧制时的温度为200～250℃。

如上所述，本发明涉及的铜包铝排连续挤压生产工艺，具有以下有益效果：

该生产工艺能长流程连续生产铜包铝型材，颠覆了目前铜包铝复合材料短流程制备加工的概念，且整个生产工艺步骤大大简化，从而减少生产设备的投入量和重复投入量，有效降低生产成本。

本发明的另一目的在于提供一种设备投入成本低且生产效率高的铜包铝排连续挤压生产设备。

为实现上述目的，本发明提供一种铜包铝排连续挤压生产设备，依次包括连续挤压机、焊接装置和轧制机组。

进一步地，还包括一用于缠绕扁平状铜带的放线机，所述连续挤压机固定在一支撑座上，且连续挤压机与支撑座之间设有一容铜带通过的空腔，所述连续挤压机和焊接装置之间还设有一卷曲装置。

优选地，所述卷曲装置包括多个沿铜带移动方向分布的卷曲导轮，所述卷曲导轮的圆周面上设有容铜带通过的卷曲环形槽，且多个卷曲导轮的轴线与铜带之间的垂直距离D逐渐减小。

进一步地，所述连续挤压机和焊接装置之间设有一封闭箱体，所述卷曲装置位于封闭箱体中，所述封闭箱体上设有第一进口、第二进口和出口，所述封闭箱体的第一进口与连续挤压机的出料口相连通且相抵靠，所述封闭箱体上还开设有一进气口，该进气口与一氮气供应装置相连接。

优选地，所述封闭箱体内设有电加热器。

进一步地，所述连续挤压机与轧制机组之间设有一支座，所述支座上设有多组沿铜包铝坯材移动方向分布的支撑导件，每组支撑导件包括两个相对设置的支撑导轮，所述支撑导轮的外周面上设有环形槽，两个相对设置的支撑导轮的环形槽之间形成一容铜包铝坯材通过的通道。

优选地，所述连续挤压机的出料口处设有一测速电机。

如上所述，本发明涉及的铜包铝排连续挤压生产设备，具有以下有益效果：

该生产设备能长流程连续生产铜包铝型材，其生产效率高，且生产设备投入量较少，也杜绝了生产设备的重复投入，还能省却在制造坯材阶段的加热设备、清洗设备、牵引行走设备以及专门为制坯添加的辅助设备等，故投资总成本大大减少。

附图说明

图1为本发明中铜包铝排连续挤压生产设备的结构示意图。

图2为本发明中卷曲装置的结构示意图。

图3为图2的A-A向剖视图。

图4为图1的B-B向剖视图。

图5为本发明中铜包铝坯材与支撑导件的结构示意图。

图6为图5的俯视图。

图7为图5的侧视图。

图8为本发明中连续挤压机的结构示意图。

图9为本发明中空心挤压模的结构示意图。

图10为本发明中实心挤压模的结构示意图。

图11为图8中环形加热器的结构示意图。

图12为图11的C-C向剖视图。

元件标号说明

1 铝材 2 连续挤压机

21 出料口 22 支撑座

23 空腔 24 挤压轮

25 主轴 251 进水口

252 出水口 26 空心挤压模

261 第一前模 262 第一后模

263 第一环形挤压通道 264 第二环形挤压通道

265 空心挤压通道 27 实心挤压模

271 第二前模 272 第二后模

273 实心挤压通道 28 环形加热器

281 加热孔 3 铜带

4 铜包铝坯材 5 铜包铝型材

6 封闭箱体 61 第一进口

62 第二进口 63 出口

7 焊接装置 8 轧制机组

9 放线机 11 卷曲导轮

111 卷曲环形槽 12 电加热器

13 支座 14 支撑导轮

141 环形槽 142 通道

15 测速电机 16 圆柱滑轮

17 底座 18 闭合导轮

181 闭合环形槽 19 远红外温度传感器

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种铜包铝排连续挤压生产工艺，依次包括以下步骤：

1)、将铝原材送入连续挤压机2中，连续挤压机2的出料口21处连续挤压出铝材1；

2)、用铜带3包覆所述铝材1，并将铜带3与铝材1焊接，得到铜包铝坯材4；

3)、轧制所述铜包铝坯材4，得到铜包铝型材5。

本实施例中，所述连续挤压机2选用英国BWE公司的CONFORMTM系列挤压机，使用该系列的挤压机后，只要将制造产品的原材料源源不断地送入挤压机，则挤压机就会将产品连续不断地生产出来。故在生产铝材1时，将铝原材源源不断地送入连续挤压机2中，则挤压机就能连续不断地生产出铝材1；生产出的铝材1可以为空心铝材（铝管），也可以为实心铝材（铝棒）；所述铝原材可以选用电工铝杆，也可以选用其他铝质原材料。本发明涉及的生产工艺中，铜包铝型材5能被连续不断地生产出来，进而颠覆了目前铜包铝复合材料短流程制备加工的概念；且整个生产工艺步骤大大简化，减少生产设备的投入量和重复投入量、以及降低能源的消耗，从而有效降低铜包铝型材5的生产成本。

进一步地，见图8，所述连续挤压机2包括挤压轮24和挤压模，所述挤压轮24套在一主轴25上，铝原材从挤压轮24的外周面进入挤压模中，并被挤压成型；所述挤压模有空心挤压模26和实心挤压模27两种不同的结构，分别用于生产空心铝材和实心铝材。见图9，所述空心挤压模26包括第一前模261、第一后模262，所述第一前模261中设有第一环形挤压通道263，第一后模262中设有第二环形挤压通道264，所述第一环形挤压通道263与第二环形挤压通道264连通并形成空心挤压通道265。见图10，所述实心挤压模27包括第二前模271、第二后模272、以及一贯穿第二前模271和第二后模272的实心挤压通道273。

另外，所述连续挤压机2中设有一加热系统，用于加热铝原材，使铝原材在被挤压时处于半熔融的状态，从而提高挤压出的铝材1质量；同时，在设备自带的加热系统和高压挤出产生热量的共同作用下，使挤压出的铝材1的温度保持在400～500℃之间。铝材1与铜带3在焊接时，两种材料结合时的温度必须在一个范围很小的固定值，即在铜铝的等温状态下将铝材1和铜带3焊接，此等温时的温度由控制生产线线速度获得，另外，还通过控制生产线速度使铜包铝坯材4在轧制时的温度保持200～250℃之间。所述生产线线速度是指整个生产线中所有设备的速度，优选地，所述连续挤压机2的出料口21处设有一测速电机15，用于检测成型铝材1的挤出线速度，并将该速度反馈给轧制机组8或其他辅助设备，使轧制机组8的线速度与连续挤压机2的线速度保持一致，故本实施例中，成型铝材1的挤出线速度是设备生产线的线速度控制中心，通过控制连续挤压机2的速度来控制整个生产线的线速度。

本实施例中，所述加热系统为一位于挤压模外周的环形加热器28，如图11和图12所示，所述环形加热器28中设有多个周向均布的加热孔281，每个加热孔281中均设有一电加热管，且电加热管与加热孔281为过盈配合，通过电加热管加热铝原材，使铝原材在被挤压时处于半熔融的状态，并且使挤压出的铝材1的温度为400～500℃。优选地，所述挤压模与环形加热器28之间还设有热电偶，用于检测温度；当温度过高时，系统会自动关闭电加热管。另外，还包括挤压轮冷却系统，所述挤压轮冷却系统包括冷水泵、设在主轴25上的进水口251和出水口252，所述进水口251和出水口252与冷水泵相连接，构成一循环管路；当挤压轮24的温度过高时，挤压轮冷却系统工作，以降低挤压轮24温度，保证连续挤压机2的密封性。

进一步地，如图1所示，从连续挤压机2的出料口21处挤出来的铝材1的表面温度为400～500℃，当挤出线速度为一定值的情况下，若挤出的铝材1暴露在空气中，则铝材1从连续挤压机2的出料口21到达轧制机组8这一过程中，其表面温度会下降很多。为解决铝材表面温度降温速度过快这一问题，在连续挤压机2和焊接装置7之间设置一封闭箱体6，所述封闭箱体6上设有第一进口61、第二进口62和出口63，所述封闭箱体6的第一进口61与连续挤压机2的出料口21相连通且相抵靠，铝材1从连续挤压机2的出料口21出挤出后直接通过第一进口61进入封闭箱体6中，从而使铝材1表面的热量散发在封闭箱体6内而不流失。另外，所述步骤2)中，铜带3包覆铝材1的步骤在所述封闭箱体6中完成，且所述封闭箱体6上还开设有一进气口，该进气口与一氮气供应装置相连接，使该封闭箱体6中充满有氮气；所述铜带3从第二出口63处进入封闭箱体6中，所述铝材1从第一进口61处进入封闭箱体6中，保证铝材1在被铜带3包覆前与空气不接触，从而保证铝材1表面不被氧化，使其与铜带3紧密结合，两者之间无任何缝隙点。优选地，所述封闭箱体6内设有电加热器12，用于加热铜带3；当由挤压出的铝材1散热的热量使封闭箱体6内的温度基本保持温度时，系统关闭所述电加热器12，以减少能源消耗。

本发明还涉及一种铜包铝排连续挤压生产设备，如图1所示，依次包括连续挤压机2、焊接装置7和轧制机组8。所述连续挤压机2用于连续挤压生产铝材1；所述焊接装置7优选采用氩弧焊枪，用于焊接已形成铜包铝坯材4的铜带3和铝材1；所述轧制机组8用于轧制铜包铝坯材4，最终形成铜包铝型材5。整套生产设备的资金投入量较少，也杜绝了生产设备的重复投入，还能省却在制造坯材阶段的加热设备、清洗设备、牵引行走设备以及专门为制坯添加的辅助设备等，故投资总成本大大减少。

进一步地，见图1，还包括一用于缠绕扁平状铜带3的放线机9，所述连续挤压机2固定在一支撑座22上，且连续挤压机2与支撑座22之间设有一容铜带3通过的空腔23，所述连续挤压机2和焊接装置7之间还设有一卷曲装置，该卷曲装置位于所述封闭箱体6中。所述放线机9为一无动力回转盘，铜带3是以被动放线的形式被拖动；在轧制机组8的作用下，缠绕在无动力回转盘上的铜带3被拖动并带入卷曲装置，卷曲装置使扁平的铜带3两侧逐渐卷曲闭合，从而能包覆铝材1；包覆完成后，铜带3在铝材1上呈开口向上的C形，通过氩弧焊枪对呈C形的铜带3在其开口处进行焊接，使铜带3闭合并且使铜带3与铝材1固定连接，从而完成整个包覆焊接过程，形成铜包铝坯材4。

优选地，所述放线机9与连续挤压机2之间还设有多个圆柱滑轮16，多个圆柱滑轮16固定在一底座17上，所述铜带3从圆柱滑轮16的圆周面上通过，再通过连续挤压机2与支撑座22之间的空腔23后，从第二进口62进入封闭箱体6中，多个圆柱滑轮16使铜带3在运行过程中更加平稳。

本实施例中，见图1和图2，所述卷曲装置包括多个沿铜带3移动方向分布的卷曲导轮11，所述卷曲导轮11的圆周面上设有容铜带3通过的卷曲环形槽111，且多个卷曲导轮11的轴线与铜带3之间的垂直距离D逐渐减小。所述卷曲导轮11竖直放置，铜带3从其上方并从卷曲环形槽111中通过，通过卷曲环形槽111的作用使扁平状铜带3的两侧收拢，并且通过控制铜带3与卷曲导轮11之间的垂直距离D来控制铜带3伸入卷曲环形槽111中的深度，使铜带3伸入卷曲环形槽111中的深度逐渐加深，从而使铜带3两侧平稳地收拢卷曲，从而保证铜包铝坯材4的质量。另外，如图2和图3所示，所示卷曲环形槽111的槽壁为一半圆形，以保证铜带3能更好地包覆所述铝材1。

进一步地，所述卷曲装置还包括一位于封闭箱体6的出口63处的闭合导轮18，所述闭合导轮18的圆周面上设有容铜带3通过的闭合环形槽181，铜带3包覆铝材1并从封闭箱体6的出口63处移出，经过闭合导轮18的闭合环形槽181后，铜带3两端收拢，形成所述包覆铝材1且呈开口向上的C形的铜带3，见图1和图4，且所述闭合环形槽181的槽壁为一半圆形，所述闭合导轮18为竖直放置。

进一步地，见图1、图5至图7，所述连续挤压机2与轧制机组8之间设有一支座13，所述支座13上设有多组沿铜包铝坯材4移动方向分布的支撑导件，所述氩弧焊枪位于两组支撑导件之间；每组支撑导件包括两个相对设置的支撑导轮14，所述支撑导轮14的外周面上设有环形槽141，两个相对设置的支撑导轮14的环形槽141之间形成一容铜包铝坯材4通过的通道142，所述支撑导轮14为水平放置。铜带3包覆在铝材1上，在轧制机组8的作用下，铜带3与铝材1一起前移并且从多组支撑导件中通过，所述支撑导件使铜带3和铝材1运行平稳，进而保证焊接质量，提高铜包铝型材5的质量。本实施例中，所述环形槽141的槽壁为一半圆形。优选地，所述支座13上设有一远红外温度传感器19，该远红外温度传感器19位于轧制机组8的入口处，用于测量进入轧制机组8的铜包铝坯材4的温度，并根据远红外温度传感器19的测量值来调整生产线线速度，确保铜包铝坯材4在轧制时的温度保持在200～250℃之间。

综上所述，本发明涉及的铜包铝排连续挤压生产工艺及其生产设备具有以下有益效果：

1、它颠覆了铜包铝复合导体材料短流程制备加工的概念，本发明中，铜包铝复合导体材料完全可以长流程连续制备加工。

2、生产设备的投入量或重复投入量大大减少：省却了在制造坯材阶段的加热设备、清洗设备和牵引行走设备以及专门为制坯添加的辅助设备（去除油污、氧化层和清洗），设备的减少就意味着投资总成本的下降。

3、能源的消耗大幅度降低：节省了重复加热和牵引行走设备的能源消耗，节省了工艺中对坯排加热后长时间保温的能源消耗，节省了辅助设备（去除油污、氧化层和清洗）的能源消耗，此工艺中对铜带的加热功率极小且升温迅速亦极大地节省了消耗能源；再者，连续挤压机挤出实心和空心铝材时使得产品本身迅速升温，也是部分地降低了消耗能源。

4、节省原材料的数量可观：由于连续挤压机生产的铝材是连续挤压的，而不是一节节一段段的，因此，仅在每次生产起始时有一个断头，且没有拉伸这个工艺过程，也就不存在许多的断头和拉伸工艺搭子，由于生产工艺而必须产生的废料相对于现今所有的正在应用的工艺几可视其为零。

5、连续挤压机设备本身具有极高的坚固性，在高的挤压压力下运行的能力以及轮子和模子温度分开控制确保了工装模具在长时间运行期间能保持最佳间隙。

6、自动模具加热（即加热系统）和挤压轮冷却系统确保预热能快速达到正确的起动温度，并在生产过程中保持所需的最佳状态温度，而不需要操作者的干预。

7、产品线速度高：平均线速度90米/分，最大线速度120米/分，符合“时间就是金钱，效率就是生命”这一现今企业广为追求的目标；且线速度调整的范围较大，使得工艺参数比较容易获得且稳定保持。

8、连续挤压机全部采用符合欧洲标准的安全防护措施，按照操作规程进行操作和生产，绝对不会发生人身安全事故，进而保证作业安全。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种铜包铝排连续挤压生产工艺，其特征在于：依次包括以下步骤：

1)、将铝原材送入连续挤压机(2)中，连续挤压机(2)的出料口(21)处连续挤压出铝材(1)；

2)、用铜带(3)包覆所述铝材(1)，并将铜带(3)与铝材(1)焊接，得到铜包铝坯材(4)；所述铜带(3)包覆铝材(1)时，铜带(3)从多个沿铜带(3)移动方向分布的卷曲导轮(11)上的卷曲环形槽(111)中通过，多个卷曲导轮(11)的轴线与铜带(3)之间的垂直距离D沿铜带(3)的移动方向逐渐减小，使得铜带(3)伸入卷曲环形槽(111)中的深度沿铜带(3)的移动方向逐渐加深；

3)、轧制所述铜包铝坯材(4)，得到铜包铝型材(5)。

2.根据权利要求1所述的铜包铝排连续挤压生产工艺，其特征在于：所述步骤2)中，铜带(3)包覆铝材(1)的步骤在一封闭箱体(6)中完成，且该封闭箱体(6)中充满有氮气。

3.根据权利要求1所述的铜包铝排连续挤压生产工艺，其特征在于：所述步骤3)中，铜包铝坯材(4)在轧制时的温度为200～250℃。

4.一种铜包铝排连续挤压生产设备，其特征在于：依次包括连续挤压机(2)、焊接装置(7)和轧制机组(8)，还包括一用于缠绕扁平状铜带(3)的放线机(9)，所述连续挤压机(2)固定在一支撑座(22)上，且连续挤压机(2)与支撑座(22)之间设有一容铜带(3)通过的空腔(23)，所述连续挤压机(2)和焊接装置(7)之间还设有一卷曲装置，所述卷曲装置包括多个沿铜带(3)移动方向分布的卷曲导轮(11)，所述卷曲导轮(11)的圆周面上设有容铜带(3)通过的卷曲环形槽(111)，且多个卷曲导轮(11)的轴线与铜带(3)之间的垂直距离D逐渐减小。

5.根据权利要求4所述的铜包铝排连续挤压生产设备，其特征在于：所述连续挤压机(2)和焊接装置(7)之间设有一封闭箱体(6)，所述卷曲装置位于封闭箱体(6)中，所述封闭箱体(6)上设有第一进口(61)、第二进口(62)和出口(63)，所述封闭箱体(6)的第一进口(61)与连续挤压机(2)的出料口(21)相连通且相抵靠，所述封闭箱体(6)上还开设有一进气口，该进气口与一氮气供应装置相连接。

6.根据权利要求5所述的铜包铝排连续挤压生产设备，其特征在于：所述封闭箱体(6)内设有电加热器(12)。

7.根据权利要求4所述的铜包铝排连续挤压生产设备，其特征在于：所述连续挤压机(2)与轧制机组(8)之间设有一支座(13)，所述支座(13)上设有多组沿铜包铝坯材(4)移动方向分布的支撑导件，每组支撑导件包括两个相对设置的支撑导轮(14)，所述支撑导轮(14)的外周面上设有环形槽(141)，两个相对设置的支撑导轮(14)的环形槽(141)之间形成一容铜包铝坯材(4)通过的通道(142)。

8.根据权利要求4所述的铜包铝排连续挤压生产设备，其特征在于：所述连续挤压机(2)的出料口(21)处设有一测速电机(15)。