CN107983787B - 生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷材料拉拔模具及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷材料拉拔模具及制造方法，结构包括模具本体、通槽，材质为碳化硅陶瓷。所述碳化硅陶瓷材料由下述重量份的成分组成：碳化硅占50～60％、硅占25％～32％、纳米碳黑占4％～7％，酚醛树脂占12％～17％。所述的拉拔模具结构可以有效消除铜铝复合坯中的铜和铝材质之间的间隙，便于铜铝复合坯的后续加工；使用本发明制造方法制成的碳化硅陶瓷拉拔模具，质量轻、硬度高、耐磨损性能优良，寿命较长，表面光洁，加工线材质量优良。

Description

生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷材料拉拔模具及制造方法
技术领域
本发明属于拉拔模具技术领域，涉及一种生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷材料拉拔模具及制造方法。
背景技术
拉拔线材作为重要的金属制品，需求量巨大，如各种金属导线、钢帘线等增强材料、金属钉和各种线材制品。铜铝复合排就是拉拔线材中的一种，其俗称为铜包铝排，具有良好的导电性、可靠性，且密度小，其出现的意义主要是为了降低铜材的消耗。我国属于贫铜富铝的国家，铜矿资源70％依靠进口，因此国家863计划里大力倡导厂家研发新型铜铝复合材料，以此来降低我国对于铜材的消耗，达到“以铝节铜”的战略目的。铜铝复合排的出现符合国家的战略需求，符合社会节能降耗的理念，也符合各企业降低成本的诉求。
作为铜铝复合排线材制造的重要工具—拉拔模具需求量巨大。金属丝经过拉拔模孔被压缩，从而获得所需的尺寸和形状，在这个过程中，模具与线材之间摩擦剧烈，模具使用一段时间后就会失去精度，就需要修配和更换，否则得到的线材力学性能及表面质量无法达到工艺要求。而且现有的拉拔模具不能很好的消除铜铝材质之间的间隙，不利于金属线材的后续加工。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷材料拉拔模具及制造方法，提供一种高强耐磨、完全消除铜铝材质之间的间隙的拉拔模具。
技术方案
一种生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷材料拉拔模具，其特征在于包括模具本体2和通槽1；所述通槽1包括模具本体2两个端面的出料槽11和进料槽12，两者通过过渡圆弧相连通；所述进料槽呈椭圆锥台状，两腰夹角介于16°～18°之间，外端直径大于内端直径，且外端设有圆倒角；所述出料槽呈槽键状，外端、内端直径相同；所述通槽长度∶模具的直径为2/5～3/5，通槽宽度∶通槽长度为1/5～1/4。
一种用于所述拉拔模具的碳化硅陶瓷材料，其特征在于材料的重量份组份为：50～60％的碳化硅、25％～32％的硅、4％～7％的纳米碳黑，12％～17％的酚醛树脂；组合物中各组分的重量百分比之和为100％。
所述碳化硅粉末的碳化硅含量≥99.8％，粒径5μm≤d50≤10μm。
所述硅粉的硅含量≥99％，粒径1μm≤d50≤5μm。
所述酚醛树脂为HRJ-16008，固含量90％～95％。
一种利用所述碳化硅陶瓷材料制作生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷材料拉拔模具的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将50～60％的碳化硅、25％～32％的硅和4％～7％的纳米碳黑，在室温下并采用氩气保护进行混合和球磨；
步骤2：将固溶体粉末装入事先制备的石墨模具中，在压力机作用下预紧；所述石墨模具包括上模具和下模具，上模具和下模具的高度等于所制备的碳化硅陶瓷材料拉拔模具的高度，且内部形状为所制备的碳化硅陶瓷材料拉拔模具的映射模，与模具本体2相应的部位为空心结构，与通槽1相应的部分为实体结构；
步骤3：将12～17份的酚醛树脂在压力泵的作用下吸入装有固溶体粉末的石墨模具中；
步骤4：对静置后的粉末冷压成型，获得具有所需形状的致密毛坯；所述冷压成型的压力为20～40MPa，保压时间为20-30分钟；
步骤5：将所述冷压毛坯及模具放入热压烧结炉内进行真空热压烧结成型，烧结温度为1700℃～1800℃，并保温30～50分钟，烧结过程中保持烧结压力70～80MPa，保压时间为60～80分钟；所述烧结炉内的真空度为10-2Pa；
步骤6：冷却后去除表面模壳材料；
步骤7：利用B4C作为研磨介质将制备的拉拔模具进行外圆及内孔研磨处理。
有益效果
本发明提出的一种生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷材料拉拔模具及制造方法，结构包括模具本体、通槽，材质为碳化硅陶瓷。所述碳化硅陶瓷材料由下述重量份的成分组成：碳化硅占50～60％、硅占25％～32％、纳米碳黑占4％～7％，酚醛树脂占12％～17％。所述的拉拔模具结构可以有效消除铜铝复合坯中的铜和铝材质之间的间隙，便于铜铝复合坯的后续加工；使用本发明制造方法制成的碳化硅陶瓷拉拔模具，质量轻、硬度高、耐磨损性能优良，寿命较长，表面光洁，加工线材质量优良。
与现有技术相比，本发明所述的拉拔模具可以有效消除铜铝复合坯中的铜和铝材质之间的间隙，便于铜铝复合坯的后续加工。
由于该拉拔模具的主要成分是碳化硅，因而具有密度低，比强度、比刚度高、硬度高以及优良的耐磨损性能，它可以减轻拉拔模具的重量，提高比强度和比刚度，并有效提高模具的耐磨性；采用了纳米碳黑以提高反应活性，可以进一步降低烧结温度；反应烧结过程中由纳米碳黑生成的二次碳化硅连接一次碳化硅，同时由于形成的二次碳化硅晶粒细小附着在一次碳化硅表面，改善了表面冲击情况下材料的表现。使用本方法制成的生产铜铝复合排用碳化硅拉拔模具，使用寿命较长，表面光洁、加工线材质量优良。
附图说明
图1：本发明拉拔模具示意图
图2：图1的A-A的剖面图
图3：图1的B-B的剖面图
图4：石墨模具的上模具示意图
图5：石墨模具的上模具剖视图
图6：石墨模具的下模具示意图
图7：石墨模具的下模具剖视图
附图标记：1、通槽，2、模具本体，11、出料槽，12、进料槽，13、过渡圆弧，14、圆导角
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
一种生产铜铝复合排用拉拔模具，包括模具本体、通槽：
(1)所述通槽1位于所述模具本体2中心位置，所述通槽1包括进料槽12和出料槽11，两者通过过渡圆弧13相连通；
(2)所述进料槽12呈椭圆锥台状，两腰夹角α介于16°～18°，外端直径大于内端直径，且外端设有圆倒角14；
(3)所述出料槽11呈槽键状，外端、内端直径相同。
所述通槽长度∶模具的直径为2/5，通槽宽度∶通槽长度为1/5。
利用所述碳化硅陶瓷材料制作生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷材料拉拔模具的方法步骤如下：
实施例1：
步骤1：将50％的碳化硅、32％的硅和6％的纳米碳黑，在室温下并采用氩气保护进行混合和球磨；所述的混合和球磨步骤在行星式研磨机中进行，球磨24小时。球磨机转速480r/min，进行干燥处理，得到固溶体粉末；
步骤2：将固溶体粉末装入事先制备的石墨模具中，在压力机作用下预紧；所述石墨模具包括上模具和下模具，上模具和下模具的高度等于所制备的碳化硅陶瓷材料拉拔模具的高度，且内部形状为所制备的碳化硅陶瓷材料拉拔模具的映射模，与模具本体2相应的部位为空心结构，与通槽1相应的部分为实体结构；
步骤3：将12％份的酚醛树脂在压力泵的作用下吸入装有固溶体粉末的石墨模具中；
步骤4：对静置后的粉末冷压成型，获得具有所需形状的致密毛坯；所述冷压成型的压力为20MPa，保压时间为20分钟；
步骤5：将所述冷压毛坯及模具放入热压烧结炉内进行真空热压烧结成型，烧结温度为1700℃，并保温50分钟，烧结过程中保持烧结压力80MPa，保压时间为60～80分钟；所述烧结炉内的真空度为10-2Pa；
步骤6：冷却后去除表面模壳材料；
步骤7：利用B4C作为研磨介质将制备的拉拔模具进行外圆及内孔研磨处理。
将制备的拉拔模具进行热装配。
通过上述方法获得的拉拔模具，其各种性能指标见下表。
实施例2：
生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷拉拔模具，由下述重量份的成分组成：碳化硅粉53份、硅粉30份、纳米碳黑粉4份，酚醛树脂13份。
具体步骤为与实施例1大体相同，不同之处在于：
冷压成型时，成型压力为30MPa，保压时间为25分钟；
热压烧结时，烧结温度为1750℃，并保温45分钟，烧结过程中保持烧结压力75MPa，保压时间为70分钟。
通过上述方法获得的拉拔模具，其各种性能指标见上表。
实施例3：
生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷拉拔模具，由下述重量份的成分组成：碳化硅粉56份、硅粉25份、纳米碳黑粉5份，酚醛树脂14份。
步骤为与实施例1大体相同，不同之处在于：
冷压成型时，成型压力为35MPa，保压时间为25分钟；
热压烧结时，烧结温度为1750℃，并保温40分钟，烧结过程中保持烧结压力75MPa，保压时间为75分钟。
通过上述方法获得的拉拔模具，其各种性能指标见上表。
实施例4：
生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷拉拔模具，由下述重量份的成分组成：碳化硅粉59份、硅粉25份、纳米碳黑粉4份，酚醛树脂12份。
具体步骤为与实施例1大体相同，不同之处在于：
冷压成型时，成型压力为40MPa，保压时间为30分钟；
热压烧结时，烧结温度为1800℃，并保温35分钟，烧结过程中保持烧结压力70MPa，保压时间为80分钟。
通过上述方法获得的拉拔模具，其各种性能指标见上表。
采用了上述技术方案后，可以制造出生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷材料构成的拉拔模具，它包括前期化合物粉末的真空热压法制备和后续的机械制备。这些粉末经冷热压成型后能够获得高的强度、硬度和良好的耐磨性，是近乎完全致密的烧结体复合陶瓷材料，密度高于3.0g/cm3，维氏硬度大于2600kg.mm-2，抗弯强度大于490MPa，抗压强度大于2200MPa，弹性模量大于400GPa。
当使用本发明的拉拔模具时候，将铜铝复合坯放置到所述进料槽12中，使得所述铜铝复合坯穿过所述出料槽11并露出一定的长度，再用拉拔机咬住露出的铜铝复合坯，拉拔机启动动力后将所述铜铝复合坯从所述拉拔模具中拉出，这样就完全消除所述铜铝复合坯中的铜、铝材质之间的间隙，便于所述铜铝复合坯的后续加工。

Claims (4)

1.一种制作生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷材料拉拔模具的方法，其特征在于包括模具本体(2)和通槽(1)；所述通槽(1)包括模具本体(2)两个端面的出料槽(11)和进料槽(12)，两者通过过渡圆弧相连通；所述进料槽呈椭圆锥台状，两腰夹角介于16°～18°之间，外端直径大于内端直径，且外端设有圆倒角；所述出料槽呈槽键状，外端、内端直径相同；所述通槽长度∶模具的直径为2/5～3/5，通槽宽度∶通槽长度为1/5～1/4；
材料的重量份组份为：50～60％的碳化硅、25％～32％的硅、4％～7％的纳米碳黑，12％～17％的酚醛树脂；组合物中各组分的重量百分比之和为100％；
所述方法的具体步骤如下：
步骤1：将50～60％的碳化硅、25％～32％的硅和4％～7％的纳米碳黑，在室温下并采用氩气保护进行混合和球磨；
步骤2：将固溶体粉末装入事先制备的石墨模具中，在压力机作用下预紧；所述石墨模具包括上模具和下模具，上模具和下模具的高度等于所制备的碳化硅陶瓷材料拉拔模具的高度，且内部形状为所制备的碳化硅陶瓷材料拉拔模具的映射模，与模具本体(2)相应的部位为空心结构，与通槽(1)相应的部分为实体结构；
步骤3：将12～17％的酚醛树脂在压力泵的作用下吸入装有固溶体粉末的石墨模具中；
步骤4：对静置后的粉末冷压成型，获得具有所需形状的致密毛坯；所述冷压成型的压力为20～40MPa，保压时间为20-30分钟；
步骤5：将所述冷压毛坯及模具放入热压烧结炉内进行真空热压烧结成型，烧结温度为1700℃～1800℃，并保温30～50分钟，烧结过程中保持烧结压力70～80MPa，保压时间为60～80分钟；所述烧结炉内的真空度为10-2Pa；
步骤6：冷却后去除表面模壳材料；
步骤7：利用B4C作为研磨介质将制备的拉拔模具进行外圆及内孔研磨处理。
2.根据权利要求1所述制作生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷材料拉拔模具的方法，其特征在于：所述碳化硅粉末的碳化硅含量≥99.8％，粒径5μm≤d50≤10μm。
3.根据权利要求1所述制作生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷材料拉拔模具的方法，其特征在于：所述硅粉的硅含量≥99％，粒径1μm≤d50≤5μm。
4.根据权利要求1所述制作生产铜铝复合排用碳化硅陶瓷材料拉拔模具的方法，其特征在于：所述酚醛树脂为HRJ-16008，固含量90％～95％。
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