CN106269969A - 一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺 - Google Patents

一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺，包括以下步骤：1）以高纯阴极铜为原料，采用熔炼装置上引铜杆；2）连续挤压无氧铜棒；3）将无氧铜棒表面疏松的组织进行铣面；4）采用液压拉拔机对无氧铜棒进行拉拔变形；5）采用分切设备对无氧铜棒进行分切。本发明生产的电真空器件用无氧铜棒纯度高、氧含量低、导电性能高、表面质量高，该工艺流程短、高效、节能。

Description

一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺
技术领域
本发明涉及有色金属加工技术领域，尤其涉及一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺。
背景技术
电真空器件在雷达通讯系统、电气设备、成像器件和探测器件等领域有广泛的应用。电真空器件材料是电真空器件技术发展的物质基础，电真空器件的技术、指标是否先进，产品的质量能否得到保证，除设计、制造工艺外，材料的性能也是一个重要因素，而且往往是决定性因素。
铜及铜合金具有高导电、导热性能，以及良好的延展性，易于加工等特点，而且真空密封性能优异，即使很薄也不会漏气，这对电真空器件尤为重要。另外，它还具有优异的焊接性能，几乎所有液态焊料都能良 好地对其表面进行润湿，而无须镀镍。因此，铜及铜合金是电真空器件广泛采用的金属之一。
电真空器件用无氧铜棒一般采用以下生产工艺方法：
真空炉熔炼—铸锭—加热—挤压—拉拔—分切
传统的电真空器件用无氧铜棒生产工艺存在投资规模大、成材率低、产品长度有限、生产效率低、能耗大、产品氧含量不稳定等缺点。
中国专利CN200910154705.8提供了一种高纯高导无氧铜棒的加工工艺，由于在挤压过程中挤压比较小，铜棒的致密度不足，在铜棒后续的加工过程中容易在表面产生气泡，不能满足电真空器件的使用。
发明内容
针对现有生产工艺存在的不足，本发明设计了一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺。利用该工艺生产的电真空器件用无氧铜棒具有氧含量低、焊接性能优异、塑性加工性能高、导电性能高、表面质量高等优点，而且该工艺流程短、高效、节能。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
上引连铸—连续挤压—铣面—拉拔—分切
本发明的技术方案是：
1.上引连铸
以高纯阴极铜为原料，将高纯阴极铜预热烘干后在熔炼装置中进行熔化，采用木炭及石墨鳞片覆盖铜液表面，采用牵引机组上引铜杆。
所述的上引连铸铜杆的成分组成为：Cu+Ag≥99.99%， O≤0.0003%。
进一步设置为：结晶器出水温度控制在35℃～40℃，熔炼炉的温度为1166℃~1170℃，采用烘干的木碳覆盖，保证熔炼炉的还原气氛；木炭粒度为20mm~28mm，覆盖厚度160mm~180mm。保温炉的温度为1156℃~1160℃，采用石墨磷片覆盖，其覆盖厚度50mm~60mm。
熔炼装置包括熔炼炉、保温炉，在熔化炉与保温炉之间设有隔仓，熔化炉、隔仓和保温炉之间通过流沟相连，流沟高出炉底200mm，可促进铜液流动的均匀性，可以起到除渣的效果。在隔仓内安装有在线除气装置，通过在线除气装置向铜液内充入99.996%的惰性气体，并通过受控的旋转石墨轴和转子，将计量的惰性气体压入铜液中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中，从而达到除气、脱氧的目的，气源出口压力0.25MPa，流量0.8Nm3/h，转子转速控制在220~250r/min。
用牵引机组离合式真空上引铜杆，然后铜杆进入收线装置。引杆速度250～280mm/min，引杆直径Ф35mm，冷却循环出水温度35℃～40℃。
制备的无氧铜杆纯度为Cu+Ag≥99.99%、氧含量小于0.0003%、导电率≥101.5%IACS。
2.连续挤压
以步骤1制备的无氧铜杆为原料，采用连续挤压机组制备无氧铜棒，连续挤压机转速为3-3.5r/min。挤压轮与腔体的间隙值为1.0-1.1mm。
无氧铜棒在扩展挤压装置中挤压成型，扩展挤压装置包括一级导流模具11、二级导流模具12、通道模具13、一级阻流模具14、二级阻流模具15、成型模具16等组成。
一级导流模具11和二级导流模具12为圆形导流截面，一级导流角21的角度为130°~150°，二级导流角22的角度为30°~70°。
一级阻流模具14和二级阻流模具15为圆形阻流截面，一级阻流角23的角度为20°~50°，二级阻流角24的角度为50°~80°。
通道模具13安装在一级阻流模具14和二级导流模具12之间，通道模具13的厚度大于25mm。通道模具13的直径H1是成型模具16直径H2的1.5~2倍，即H1=（1.5~2）H2。成型模具16的定径带长度为10~15mm。
3. 铣面
将连续挤压制备的无氧铜棒进行铣面切削，将铜棒表面疏松的组织进行铣面去除、切削，无氧铜棒外表面铣面的厚度为0.2~1.0mm。
4.拉拔
采用液压拉拔机对无氧铜棒进行拉伸变形，进行一道次拉伸变形，拉伸变形系数为1.15，拉拔模具的模角范围为7°，拉拔模具的模孔工作带长度为7mm。拉拔后铜棒的抗拉强度为275～285MPa，延伸率为10%～15%。
5.分切
采用分切设备按照客户合同要求长度对无氧铜棒进行分切。
采用上述技术方案，具有以下优势：
1.采用高纯阴极铜为原料， Cu+Ag≥99.99%、氧含量小于0.0003%、导电率≥101.5%IACS。
2.采用铣面工艺，将连续挤压表面疏松的组织进行切削去除，同时进行大挤压比进行扩展变形，采用拉伸变形，铜棒致密度高。
3.本发明流程短、高效、节能。本发明与传统工艺相比节省了铸锭加热、热挤压等工序，有益效果是节约能耗50%以上，成材率达到80%以上。
附图说明：
图1为本发明所述的扩展挤压装置的结构示意图：
图中：11 为一级导流模具；12为二级导流模具；13 为通道模具；14 为一级阻流模具；15 为二级阻流模具；16 为成型模具；21为一级导流角；22为二级导流角；23为一级阻流角；24 为二级阻流角。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
本实施例1一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺包括如下步骤：
上引连铸—连续挤压—铣面—拉拔—分切
具体的步骤为：
1.上引连铸
以高纯阴极铜为原料，将高纯阴极铜预热烘干后在熔炼装置中进行熔化，采用木炭及石墨鳞片覆盖铜液表面，采用牵引机组上引铜杆。
进一步设置为：结晶器出水温度控制在35℃～40℃，熔炼炉的温度为1170℃，采用烘干的木碳覆盖，保证熔炼炉的还原气氛；木炭粒度为20mm，覆盖厚度180mm。保温炉的温度为1160℃，采用石墨磷片覆盖，其覆盖厚度60mm。
熔炼装置包括熔炼炉、保温炉，在熔化炉与保温炉之间设有隔仓，熔化炉、隔仓和保温炉之间通过流沟相连，流沟高出炉底200mm，可促进铜液流动的均匀性，可以起到除渣的效果。在隔仓内安装有在线除气装置，通过在线除气装置向铜液内充入99.996%的惰性气体，并通过受控的旋转石墨轴和转子，将计量的惰性气体压入铜液中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中，从而达到除气、脱氧的目的，气源出口压力0.25MPa，流量0.8Nm3/h，转子转速控制在250r/min。
用牵引机组离合式真空上引铜杆，然后铜杆进入收线装置。引杆速度260mm/min，引杆直径Ф35mm，冷却循环出水温度35℃～40℃。
制备的无氧铜杆纯度为Cu+Ag为99.995%、氧含量0.0002%、导电率为101.6%IACS。
2.连续挤压
以步骤1制备的无氧铜杆为原料，采用连续挤压机组挤压无氧铜棒，连续挤压机转速为3r/min。挤压轮与腔体的间隙值为1.1mm。
无氧铜棒在扩展挤压装置中挤压成型，扩展挤压装置如图1所示，包括一级导流模具11、二级导流模具12、通道模具13、一级阻流模具14、二级阻流模具15、成型模具16等组成。
一级导流模具11和二级导流模具12为圆形导流截面，一级导流角21的角度为150°，二级导流角22的角度为50°。
一级阻流模具14和二级阻流模具15为圆形阻流截面，一级阻流角23的角度为25°，二级阻流角24的角度为50°。
通道模具13安装在一级阻流模具14和二级导流模具12之间，通道模具13的厚度35mm。通道模具13的直径H1是成型模具16直径H2的2倍，成型模具16的定径带长度为10mm。
3. 铣面
将连续挤压的铜棒进行铣面切削，将铜棒表面疏松的组织进行铣面去除，无氧铜棒外表面铣面的厚度为0.5mm。
4.拉拔
采用液压拉拔机对无氧铜棒进行拉伸变形，进行一道次拉伸变形，拉伸变形系数为1.15，拉拔模具的模角范围为7°，拉拔模具的模孔工作带长度为7mm。拉拔后铜棒的抗拉强度为275～285MPa，延伸率为10%～15%。
5.分切
采用分切设备按照客户合同要求尺寸对无氧铜棒进行分切。
性能测试及分析
通过本领域公知的技术对实施例1进行性能测试，并对测试结果进行分析，得出如下结论：实施例1生产的电真空器件用无氧铜棒各项性能优异，完全满足使用，Cu+Ag为99.995%、氧含量0.0002%、导电率为101.6%IACS；抗拉强度为275～285MPa，延伸率为10%～15%。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺，其特征在于包括以下步骤：
1）上引连铸：以高纯阴极铜为原料，将高纯阴极铜预热烘干后在熔炼装置中进行熔化，采用木炭及石墨鳞片覆盖铜液表面，采用牵引机组上引铜杆；
2）连续挤压：以步骤1）制备的无氧铜杆为原料，采用连续挤压机组制备无氧铜棒，无氧铜棒在扩展挤压装置中挤压成型；
3）铣面：将步骤2）制备的无氧铜棒进行铣面，将无氧铜棒表面疏松的组织进行去除、切削；
4）拉拔：采用液压拉拔机对步骤3）制备无氧铜棒进行拉拔变形，进行一道次拉拔变形；
5）分切：采用分切设备对无氧铜棒进行分切。
2.如权利要求1所述一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺，其特征在于：所述步骤1）中结晶器出水温度控制在35℃～40℃，熔炼炉的温度为1166℃~1170℃，覆盖木炭粒度为20mm~28mm，厚度160mm~180mm；保温炉的温度为1156℃~1160℃，采用石墨磷片覆盖，其覆盖厚度50mm~60mm；熔炼装置中安装线除气装置，气体出口压力0.25MPa，流量0.8Nm3/h，转子转速控制在220~250r/min。
3.如权利要求1所述一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺，其特征在于：所述步骤2）中连续挤压机转速为3-3.5r/min，挤压轮与腔体的间隙值为1.0-1.1mm。
4.如权利要求1所述一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺，其特征在于：所述步骤2）中无氧铜棒在扩展挤压装置中挤压成型，扩展挤压装置包括一级导流模具（11）、二级导流模具（12）、通道模具（13）、一级阻流模具（14）、二级阻流模具（15）、成型模具（16）等组成。
5.如权利要求1所述一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺，其特征在于：所述步骤2）中一级导流模具（11）和二级导流模具（12）为圆形导流截面，一级导流角（21）的角度为130°~150°，二级导流角（22）的角度为30°~70°；一级阻流模具（14）和二级阻流模具（15）为圆形阻流截面，一级阻流角（23）的角度为20°~50°，二级阻流角（24）的角度为50°~80°；通道模具（13）安装在一级阻流模具（14）和二级导流模具（12）之间，通道模具（13）的厚度大于25mm；通道模具（13）的直径H1是成型模具（16）直径H2的1.5~2倍；成型模具（16）的定径带长度为10~15mm。
6.如权利要求1所述一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺，其特征在于：所述步骤3）中无氧铜棒外表面铣面的厚度为0.2~1.0mm。
7.如权利要求1所述一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺，其特征在于：所述步骤4）中无氧铜棒的拉拔变形系数为1.15，拉拔模具的模角范围为7°，拉拔模具的模孔工作带长度为7mm。
8.如权利要求1所述一种电真空器件用无氧铜棒的生产工艺，其特征在于：制备的无氧铜棒Cu+Ag≥99.99%、氧含量小于0.0003%、导电率≥101.5%IACS、抗拉强度为275～285MPa，延伸率为10%～15%。
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