CN105689425B - 一种金属包覆线材的成形装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属包覆线材的成形装置及方法，包括主机、放线装置和牵引装置，主机包括机架、水平并排且可转动地设置在机架上的两个工作辊、位于两个工作辊上面中间位置的结晶器、设置在结晶器上面的中间包、设置在两个工作辊下面中间位置的模座和设置在模座上的挤压模具。本发明采用在结晶器的两个弧面与两个工作辊的辊槽之间设置两个结晶腔和在中间包、结晶器以及模座中心各设置有一个供芯线穿过的通道的结构，通过两个结晶腔将包覆层金属液连续冷却凝固成大小相同的两股金属流，两股金属流汇合时将芯线包覆，然后一起挤出模孔得到金属包覆线材，因此采用本发明生产金属包覆线材具有工艺流程短、产品质量好、适应性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于金属包覆线材制造技术领域，具体是涉及一种金属包覆线材的成形装置及方法。
背景技术
金属包覆线材的结构特点是以一种材料作芯线，外面包覆另一种金属。目前已开发的金属包覆线材有铜包铝线、铜包钢线、铝包钢线、铝包碳纤维线等。这些金属包覆线材综合了两种材料的特性，因而具有良好的综合物理力学性能，在电力、交通、通讯、电子电器等领域具有广阔的应用前景。
铝包钢线最早主要采用铝粉轧制法、铝带压合法生产，这些方法在产品质量、生产效率和成本等方面都不能满足大规模应用的要求。铜包钢线的生产方法有焊管法、热浸镀和电镀法等。由于焊管法的生产工艺复杂，使产品在成本和性能方面都没有竞争优势。热浸镀和电镀法因环境污染问题的限制，难以获得大规模的发展。
铜包铝线早期主要采用铝线镀铜法生产，工艺虽然较为简便，但镀层性能较差，镀层与芯线同心度差，难以满足同轴电缆的使用要求，目前国内已不再生产。铜包铝线的生产方法还有轧辊压接法和包覆焊接法。这两种方法均采用后续拉拔加工与扩散热处理的复合工艺过程来获得所需的尺寸和性能，对工艺设计要求较高，主要缺点是产品质量的稳定性和一致性较差。
金属包覆线材的生产方法还有连续挤压包覆、铸拉复合、反向凝固、静液挤压、双结晶器连铸、充芯连铸等。连续挤压包覆属于固固相结合，铸拉复合、反向凝固和静液挤压属于液固相复合，而双结晶器连铸和充芯连铸属于液液相复合。这些方法一般需要经历坯料和芯线的预制成形、表面处理、预热等工序，所需设备比较复杂，对工艺控制非常严格，因而生产工序较多、工艺流程较长，生产效率较低。
公开号为CN85100076A的中国专利申请公开了一种生产包覆导线的连续挤压工艺，其技术方案是利用两个轧轮把芯线和包覆金属线条同时送入挤压模，一次挤压成包覆导线。该方法由于采用固态金属线条作为包覆材料，因而需要先采用其它方法制备好固态的金属线条，经过表面处理和预热等工序后，再进行连续挤压包覆成形，这就增加生产工序。另外，由于需要同时送入两条包覆金属线条，如果两根金属线条的尺寸不能完全一致或者送入速度产生差异，都会导致芯线发生偏心，难以获得同心同轴的包覆导线。
发明内容
本发明的目的是针对现有金属包覆线材生产方法存在的不足，提供了一种工艺流程短、生产效率高，能极大地提高产品质量的金属包覆线材的成形装置及方法。
本发明的目的是按如下技术方案实现的：
本发明所述的金属包覆线材的成形装置，其特点是：包括主机、放线装置和牵引装置，所述主机包括机架、水平并排且可转动地设置在机架上的两个工作辊、位于两个工作辊上面中间位置的结晶器、设置在结晶器顶面上的中间包、设置在两个工作辊下面中间位置的模座和设置在模座上的挤压模具，其中所述两个工作辊的表面上相对应的位置处各设置有一个环形辊槽，所述结晶器的上部两端各设置有一个流道，所述结晶器的中心位置设置有一个供芯线穿过的通道，所述结晶器的下部设置有两个各与一个工作辊位于同一侧的弧面，所述两个弧面的外端各设置有一个与结晶器一体连接的弧形辊槽侧封块，所述各工作辊的环形辊槽与其位于同一侧的弧面之间共同形成有一个结晶腔，所述两个结晶腔各与一个流道相连通，所述中间包的炉膛的底部两端各设置有一个出液口，所述两个出液口各与一个流道相连通，所述中间包的炉膛中心位置设置有一个供芯线穿过的通孔，所述通孔与结晶器上的通道相连通，所述模座的上部设置有两个各与一个工作辊位于同一侧的弧形面，所述各弧形面的中间位置各设置有一个与模座一体连接的弧形辊槽侧封条，所述两个弧形辊槽侧封条的中间位置安装有所述的挤压模具，所述模座的中心位于挤压模具的下面设置有一个供芯线穿过的孔道，所述放线装置位于主机的上方，所述牵引装置位于主机的下方，所述放线装置的放线端、中间包上的通孔中心、结晶器上的通道中心、挤压模具上的模孔中心和牵引装置的收线端处于同一垂直线上。
其中，上述两个工作辊的直径相同，两个工作辊上的环形辊槽的宽度和深度相同。
上述结晶器上的两个流道的尺寸相同，且流道的宽度与工作辊上的环形辊槽的宽度相同。
上述结晶器下部的两个弧面的弧面直径与两个工作辊的直径相同，两个弧面的弧面包角相同且均为60~120°，两个弧形辊槽侧封块的宽度和高度与工作辊上的环形辊槽的宽度和深度相同。
上述中间包上的两个出液口的尺寸相同，且与结晶器上的流道的尺寸相同。
上述模座上部的两个弧形面的弧面直径与两个工作辊的直径相同，两个弧形面的包角相同且均为30~60°，两个弧形辊槽侧封条的宽度和高度分别与工作辊上的环形辊槽的宽度和深度相同。
上述结晶器靠近各弧面的位置以及各工作辊上靠近辊面的位置分别设置有冷却水孔。
本发明所述的金属包覆线材的成形方法，其特点是包括如下步骤：
第一步：将包覆层金属加热熔化成金属液，对金属液进行精炼除气除渣后，将金属液的温度控制在700~1550℃；
第二步：通过放线装置对芯线进行放线，芯线依次穿过中间包上的通孔、结晶器上的通道和挤压模具上的模孔后与牵引装置连接，并使放线装置与牵引装置之间的芯线形成500~1500牛的张力；
第三步：启动主机，使主机上的两个工作辊作相对转动且转速相同，转速均为10~30转/分钟，再接通水阀，使主机上的结晶器和两个工作辊上分别设置的冷却水孔通入冷却水，结晶器上的冷却水流量为1~5升/分钟，两个工作辊上的冷却水流量分别为5~10升/分钟；
第四步：将包覆层金属液转移到中间包内，金属液分别由中间包上设置的出液口及结晶器上对应设置的流道分别流进两个工作辊上的环形辊槽，在旋转工作辊的作用下，金属液分别进入两个结晶腔内，在两个结晶腔内，包覆层金属液被逐渐冷却凝固成大小相同的两股金属流，两股金属流在挤压模具上汇合后将芯线包覆，然后一起挤出模孔，冷却后得到金属包覆线材。
本发明采用在结晶器的两个弧面与两个工作辊的辊槽之间设置两个结晶腔以及在中间包、结晶器以及模座中心各设置有一个供芯线穿过的通道的结构，通过两个结晶腔将包覆层金属液连续冷却凝固成大小相同的两股金属流，两股金属流汇合时将芯线包覆，然后一起挤出模孔得到金属包覆线材。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明实现了包覆层金属的铸造、包覆与挤压过程的一体化和连续化，与现有技术相比，本发明的生产工序更少，工艺流程更短，可以提高金属包覆线材的生产效率和降低生产成本；
（2）本发明将包覆层金属液连续冷却凝固成大小相同的两股金属流，然后通过两股金属流的汇合将芯线包覆，该过程是高温密封环境下进行，可以确保获得复合界面良好且同心同轴的金属包覆线材；
（3）采用本发明可以生产铜包钢、铜包铝、铝包钢、铝包碳纤维等各种金属包覆线材，通过更换挤压模具即可生产出直径大小不同的金属包覆线材，因此本发明具有生产灵活性好、适应性强的优点。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的使用状态结构示意图。
图2是本发明所述主机的剖面结构示意图。
图3是本发明的使用状态剖面结构示意图。
图4是本发明所述两个工作辊的结构示意图。
图5是本发明所述结晶器的俯视结构示意图。
图6是本发明所述结晶器的仰视结构示意图。
图7是本发明所述中间包的结构示意图。
图8是本发明所述模座的结构示意图。
具体实施方式
如图1-图8所示，本发明所述的金属包覆线材的成形装置，包括主机1、放线装置2和牵引装置3，所述主机1包括机架11、水平并排且可转动地设置在机架11上的两个工作辊12、位于两个工作辊12上面中间位置的结晶器13、设置在结晶器13顶面上的中间包14、设置在两个工作辊12下面中间位置的模座15和设置在模座15上的挤压模具16，其中所述两个工作辊12的表面上相对应的位置处各设置有一个环形辊槽121，所述结晶器13的上部两端各设置有一个流道131，所述结晶器13的中心位置设置有一个供芯线4穿过的通道132，所述结晶器13的下部设置有两个各与一个工作辊12位于同一侧的弧面133，所述两个弧面133的外端各设置有一个与结晶器13一体连接的弧形辊槽侧封块134，所述各工作辊12的环形辊槽121与其位于同一侧的弧面133之间共同形成有一个结晶腔135，所述两个结晶腔135各与一个流道131相连通，所述中间包14的炉膛141的底部两端各设置有一个出液口142，所述两个出液口142各与一个流道131相连通，所述中间包14的炉膛141中心位置设置有一个供芯线4穿过的通孔143，所述通孔143与结晶器13上的通道132相连通，所述模座15的上部设置有两个各与一个工作辊12位于同一侧的弧形面151，所述各弧形面151的中间位置各设置有一个与模座15一体连接的弧形辊槽侧封条152，所述两个弧形辊槽侧封条152的中间位置安装有所述的挤压模具16，所述模座15的中心位于挤压模具16的下面设置有一个供芯线4穿过的孔道153，所述放线装置2位于主机1的上方，所述牵引装置3位于主机1的下方，所述放线装置2的放线端、中间包14上的通孔143中心、结晶器13上的通道132中心、挤压模具16上的模孔中心和牵引装置3的收线端处于同一垂直线上。
其中，上述两个工作辊12的直径相同，两个工作辊12上的环形辊槽121的宽度和深度相同。
上述结晶器13上的两个流道131的尺寸相同，且流道131的宽度与工作辊12上的环形辊槽121的宽度相同。
上述结晶器13下部的两个弧面133的弧面直径与两个工作辊12的直径相同，两个弧面133的弧面包角相同且均为60~120°，两个弧形辊槽侧封块134的宽度和高度与工作辊12上的环形辊槽121的宽度和深度相同。安装时，所述的两个弧形辊槽侧封块134是插入到与其对应的工作辊12的环形辊槽121内。
上述中间包14上的两个出液口142的尺寸相同，且与结晶器13上的流道131的尺寸相同。
上述模座15上部的两个弧形面151的弧面直径与两个工作辊12的直径相同，两个弧形面151的包角相同且均为30~60°，两个弧形辊槽侧封条152的宽度和高度分别与工作辊12上的环形辊槽121的宽度和深度相同。安装时，所述的两个弧形辊槽侧封条152是插入到与其对应的工作辊12的环形辊槽121内。
上述结晶器13靠近各弧面133的位置以及各工作辊12上靠近辊面的位置分别设置有冷却水孔6。
本发明所述的金属包覆线材的成形方法，包括以下步骤：
第一步：将包覆层金属加热熔化成金属液，对金属液进行精炼除气除渣后，将金属液的温度控制在700~1550℃；
第二步：通过放线装置2对芯线4进行放线，芯线4依次穿过中间包14上的通孔143、结晶器13上的通道132和挤压模具16上的模孔后与牵引装置3连接，并使放线装置2与牵引装置3之间的芯线4形成500~1500牛的张力；
第三步：启动主机1，使主机1上的两个工作辊12作相对转动且转速相同，转速均为10~30转/分钟，再接通水阀，使主机1上的结晶器13和两个工作辊12上的冷却水孔6通入冷却水，结晶器13上的冷却水流量为1~5升/分钟，两个工作辊12上的冷却水流量分别为5~10升/分钟；
第四步：将包覆层金属液转移到中间包14内，金属液分别由中间包14上设置的出液口142及结晶器13上对应设置的流道131分别流进两个工作辊12上的环形辊槽121，在旋转工作辊12的作用下，金属液分别进入两个结晶腔135内，在两个结晶腔135内，包覆层金属液被逐渐冷却凝固成大小相同的两股金属流，两股金属流在挤压模具16上汇合后将芯线4包覆，然后一起挤出模孔，冷却后得到金属包覆线材5。
本发明的工作原理如下：
当包覆层金属液转移到中间包后，金属液通过设置在中间包的炉膛底部的两个出液口和设置在结晶器上的两个流道分别流进两个工作辊的辊槽，在旋转工作辊施加给金属液的摩擦力作用下，金属液分别进入两个结晶腔，在结晶腔里，金属液被逐渐冷却凝固成大小相同的两股金属流，在旋转工作辊施加的摩擦挤压力作用下，两股金属流继续向下移动，并在挤压模具的上面位置处汇合，同时将芯线包覆，然后一起挤出模孔，冷却后得到金属包覆线材。
实施例1：
采用本发明生产铜包钢线，方法如下：
第一步：将纯铜锭加热熔化成纯铜液，用DFC-500型精炼剂对纯铜液进行精炼除气除渣，然后将纯铜液的温度控制在1550℃；
第二步：通过放线装置2对直径1毫米的H08钢丝进行放线，钢丝依次穿过中间包14上的通孔143、结晶器13上的通道132和挤压模具16的模孔后与牵引装置3连接，并使放线装置2与牵引装置3之间的钢丝形成1500牛的张力；
第三步：启动主机1，使两个工作辊12作相对转动且转速相同，转速均为10转/分钟，再接通水阀，使结晶器13和两个工作辊12上的冷却水孔6通入冷却水，结晶器13上的冷却水流量为3升/分钟，两个工作辊12上的冷却水流量分别为7升/分钟；
第四步：将纯铜液转移到中间包14内，纯铜液分别由中间包14上的两个出液口142和结晶器13上的两个流道131分别流进两个工作辊12上的辊槽121，在旋转工作辊12作用下，纯铜液分别进入两个结晶腔135内，在两个结晶腔135内，纯铜液被逐渐冷却凝固成大小相同的两股纯铜流，两股纯铜流在挤压模具16上面汇合后将钢丝包覆，然后一起挤出模孔，冷却后得到直径3毫米的铜包钢线。
实施例2：
采用本发明生产铜包铝线，方法如下：
第一步：将H80黄铜锭加热熔化成铜合金液，用DFC-500型精炼剂对铜合金液进行精炼除气除渣，然后将铜合金液的温度控制在1450℃；
第二步：通过放线装置2对直径1.5毫米的1050铝合金线进行放线，铝合金线依次穿过中间包14上的通孔143、结晶器13上的通道132和挤压模具16的模孔后，与牵引装置3连接，并使放线装置2与牵引装置3之间的铝合金线形成1000牛的张力；
第三步：启动主机1，使两个工作辊12作相对转动且转速相同，转速均为15转/分钟，再接通水阀，使结晶器13和两个工作辊12上的冷却水孔6通入冷却水，结晶器13上的冷却水流量为5升/分钟，两个工作辊12上的冷却水流量分别为10升/分钟；
第四步：将铜合金液转移到中间包14内，铜合金液分别由中间包14上的两个出液口142及结晶器13上的两个流道131分别流进两个工作辊12上的辊槽121，在旋转工作辊12作用下，铜合金液分别进入两个结晶腔135内，在两个结晶腔135内，铜合金液被逐渐冷却凝固成大小相同的两股铜合金流，两股铜合金流在挤压模具16上面汇合后将铝合金线包覆，然后一起挤出模孔，冷却后得到直径5毫米的铜包铝线。
实施例3：
采用本发明生产铝包钢线，方法如下：
第一步：将6201铝合金锭加热熔化成铝合金液，用六氯乙烷精炼剂对铝合金液进行精炼除气除渣，然后将铝合金液的温度控制在700℃；
第二步：通过放线装置2对直径0.5毫米的Q235钢丝进行放线，钢丝依次穿过中间包14上的通孔143、结晶器13上的通道132和挤压模具16的模孔后，与牵引装置3连接，使放线装置2与牵引装置3之间的钢丝形成500牛的张力；
第三步：启动主机1，使两个工作辊12作相对转动且转速相同，转速均为30转/分钟，再接通水阀，使结晶器13和两个工作辊12上的冷却水孔6通入冷却水，结晶器13上的冷却水流量为1升/分钟，两个工作辊12上的冷却水流量分别为5升/分钟；
第四步：将铝合金液转移到中间包14内，铝合金液分别由中间包14上的两个出液口142及结晶器13上的两个流道131分别流进两个工作辊12上的辊槽121，在旋转工作辊12作用下，铝合金液分别进入两个结晶腔135内，在两个结晶腔135内，铝合金液被逐渐冷却凝固成大小相同的两股铝合金流，两股铝合金流在挤压模具16上面汇合后将钢丝包覆，然后一起挤出模孔，冷却后得到直径2.5毫米的铝包钢线。
实施例4：
采用本发明生产铝包碳纤维线，方法如下：
第一步：将纯铝锭加热熔化成纯铝液，用六氯乙烷精炼剂对纯铝液进行精炼除气除渣，然后将纯铝液的温度控制在760℃；
第二步：通过放线装置2对直径0.5毫米的碳纤维线进行放线，碳纤维线依次穿过中间包14上的通孔143、结晶器13上的通道132和挤压模具16的模孔后，与牵引装置3连接，使放线装置2与牵引装置3之间的碳纤维线形成1500牛的张力；
第三步：启动主机1，使两个工作辊12作相对转动且转速相同，转速均为20转/分钟，再接通水阀，使结晶器13和两个工作辊12上的冷却水孔6通入冷却水，结晶器13上的冷却水流量为2升/分钟，两个工作辊12上的冷却水流量分别为6升/分钟；
第四步：将纯铝液转移到中间包14内，纯铝液分别由中间包14上的两个出液口142及结晶器13上的两个流道131分别流进两个工作辊12上的辊槽121，在旋转工作辊12作用下，纯铝液分别进入两个结晶腔135内，在两个结晶腔135内，纯铝液被逐渐冷却凝固成大小相同的两股纯铝流，两股纯铝流在挤压模具16上面汇合后将碳纤维线包覆，然后一起挤出模孔，冷却后得到直径2毫米的铝包碳纤维线。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
Claims (2)
1.一种金属包覆线材的成形装置，其特征在于：包括主机（1）、放线装置（2）和牵引装置（3），所述主机（1）包括机架（11）、水平并排且可转动地设置在机架（11）上的两个工作辊（12）、位于两个工作辊（12）上面中间位置的结晶器（13）、设置在结晶器（13）顶面上的中间包（14）、设置在两个工作辊（12）下面中间位置的模座（15）和设置在模座（15）上的挤压模具（16），其中所述两个工作辊（12）的表面上相对应的位置处各设置有一个环形辊槽（121），所述结晶器（13）的上部两端各设置有一个流道（131），所述结晶器（13）的中心位置设置有一个供芯线（4）穿过的通道（132），所述结晶器（13）的下部设置有两个各与一个工作辊（12）位于同一侧的弧面（133），所述两个弧面（133）的外端各设置有一个与结晶器（13）一体连接的弧形辊槽侧封块（134），所述各工作辊（12）的环形辊槽（121）与其位于同一侧的弧面（133）之间共同形成有一个结晶腔（135），所述两个结晶腔（135）各与一个流道（131）相连通，所述中间包（14）的炉膛（141）的底部两端各设置有一个出液口（142），所述两个出液口（142）各与一个流道（131）相连通，所述中间包（14）的炉膛（141）中心位置设置有一个供芯线（4）穿过的通孔（143），所述通孔（143）与结晶器（13）上的通道（132）相连通，所述模座（15）的上部设置有两个各与一个工作辊（12）位于同一侧的弧形面（151），所述各弧形面（151）的中间位置各设置有一个与模座（15）一体连接的弧形辊槽侧封条（152），所述两个弧形辊槽侧封条（152）的中间位置安装有所述的挤压模具（16），所述模座（15）的中心位于挤压模具（16）的下面设置有一个供芯线（4）穿过的孔道（153），所述放线装置（2）位于主机（1）的上方，所述牵引装置（3）位于主机（1）的下方，所述放线装置（2）的放线端、中间包（14）上的通孔（143）中心、结晶器（13）上的通道（132）中心、挤压模具（16）上的模孔中心和牵引装置（3）的收线端处于同一垂直线上。
2.一种金属包覆线材的成形方法，该方法采用上述权利要求1所述的金属包覆线材的成形装置，其特征在于包括以下步骤：
第一步：将包覆层金属加热熔化成金属液，对金属液进行精炼除气除渣后，将金属液的温度控制在700~1550℃；
第二步：通过放线装置（2）对芯线（4）进行放线，芯线（4）依次穿过中间包（14）上的通孔（143）、结晶器（13）上的通道（132）和挤压模具（16）上的模孔后与牵引装置（3）连接，并使放线装置（2）与牵引装置（3）之间的芯线（4）形成500~1500牛的张力；
第三步：启动主机（1），使主机（1）上的两个工作辊（12）作相对转动且转速相同，转速均为10~30转/分钟，再接通水阀，使主机（1）上的结晶器（13）和两个工作辊（12）上分别设置的冷却水孔（6）通入冷却水，结晶器（13）上的冷却水流量为1~5升/分钟，两个工作辊（12）上的冷却水流量分别为5~10升/分钟；
第四步：将包覆层金属液转移到中间包（14）内，金属液分别由中间包（14）上设置的出液口（142）及结晶器（13）上对应设置的流道（131）分别流进两个工作辊（12）上的环形辊槽（121），在旋转工作辊（12）的作用下，金属液分别进入两个结晶腔（135）内，在两个结晶腔（135）内，包覆层金属液被逐渐冷却凝固成大小相同的两股金属流，两股金属流在挤压模具（16）上汇合后将芯线（4）包覆，然后一起挤出模孔，冷却后得到金属包覆线材（5）。
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