CN111085558A - 一种铜排生产装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了铜排生产领域内的一种铜排生产装置及其使用方法，针对宽厚比大于1:10的特殊铜排采用了三副模具的连续挤出装置，并在模具的出料口处设置了阻路块，通过阻力法消除铜材在模具型腔中的拉、压应力差，使得铜材在模具型腔内流动均匀，能够有效挤出成型宽厚比大于1:10的特殊铜排，并保证铜排外形完整，边缘无裂缝、缺口等缺陷。

Description

一种铜排生产装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及铜排生产领域，具体涉及一种铜排生产装置及其使用方法。

背景技术

铜排是铜加工材中的一个主要品种。铜排具有较高的机械性能，良好的导电性、导热性，优良的抗腐蚀性、电镀性、钎焊性，美观漂亮的金属光泽及良好的成形加工性能等，因此用它制作的各种输变电、电器装备等在电力领域得到了广泛的应用。

铜排包括常规铜排和异形铜排，常规铜排的截面形状通常为长方形，常规铜排截面的长度与厚度的比例称为宽厚比，一般宽厚比在1:10之内且没有尖角的铜排，生产通常采用连续挤压机挤出成型，连续挤压机通常包括依次设置的挤压轮、进料模、毛坯模具、成品模具、出料模，铜杆经过挤压轮轮面上设置的凹槽，挤压轮转动通过摩擦作用，使得铜杆本身温度升高、软化，并被挤压轮推送进入进料模，再依次经过毛坯模具、成品模具，挤压变成铜排，并从出料模排出。再经水槽冷却，线盘收铜排，经过检测合格后，铜排作为成品，包装入库，或者转入下一道拉拔工序。

而在生产宽厚比大于1:10的铜排时，铜杆向铜排转化的变形量大，加工余量大，这时由于挤出压力不足，铜杆的变形比较小，使得铜材在模具型腔内不能填满，生产的铜排会在边缘产生缺口、裂纹等填不满的缺陷，形成废品，影响产品的成品率和合格率。

发明内容

本发明意在提供一种铜排生产装置，以解决现有技术生产宽厚比大于1:10的铜排存在填不满缺陷的问题。

为达到上述目的，本发明的基础技术方案如下：一种铜排生产装置，包括挤压轮、进料模、毛坯模具、成品模具以及出料模，成品模具的出料口设有阻力块，阻力块的长度为出料口长度的70％-80％，阻力块的厚度尺寸比出料口高度尺寸大10％-25％，阻力块的宽度尺寸为10-15mm。

本方案的原理及优点是：实际应用时，在宽厚比较大的铜排生产中，模具内的流道在长度、宽度相差很大、铜杆受到的阻力也相差很大，模具型腔中加热的铜材流动性十分不均匀，由于铜材在流动时受到模具表面的摩擦力作用，铜材首先充满模具内的型腔阻力小的各地方，不能完全充满模具内的型腔的各个地方，通常铜材在模具型腔中间的流动速度大于边部的流动速度，型腔中部会最先被铜材填充，致使外层金属受到拉附应力作用，中间受到压附应力作用，在铜排表面形成向内扩展的裂纹或缺口。

本方案通过在成品模具的出料口设置阻力块，堵在成品模具的出料口，对流速较快的中间部位铜材进行阻挡，阻力块的厚度大于出料口高度，将出料口封堵部位完全遮挡，保证对出料口封堵部位的铜材进行有效阻挡。阻力块的长度为出料口长度的70％-80％，使得模具的型腔即便在中部受到阻力块封堵后仍具有排出的端口，且可将阻力块设置在出料口中部，使得型腔中的气体以及铜材是从中间向两侧流动排出，排出的端口面积远小于被阻挡的面积，在排出型腔内气体的同时，可降低中部铜材受到的压附应力和两侧铜材受到的拉附应力，进而保证铜材能够有效填满型腔。在铜材填满型腔后，型腔内的铜材通过阻力块两侧的排出端口挤出少量以少量释放压力，并可通过两侧的铜材附加给中部铜材拉附应力，以进一步促进型腔内铜材对阻力块的推挤排出。阻力块提供的阻力主要来源于其宽度方向表面与出料口内壁之间的摩擦力，通过对阻力块宽度尺寸的设置，保障提供的阻力足以使得铜材填满型腔。这样通过设置特定尺寸的阻力块，可有效对宽厚比大于1:10的特殊铜排连续挤出生产过程中模具型腔内铜材流动分布不均产生的填不满缺陷进行改善和解决。

进一步，阻力块嵌设在出料口内。作为优选阻力块的厚度大于出料口的高度，通过嵌设的方式使得阻力块表面与出料口内壁之间为过渡或过盈配合接触，如果模腔内的铜材要从出料口排出，则需要克服阻力块与出料口之间的摩擦阻力将阻力块推开，进一步保证模具型腔内位于中部的铜材受到足够的阻力，保证中部的铜材与边部的铜材能够统一流动速度，消除两者受到的压附应力和拉附应力。

进一步，阻力块的横截面轮廓为椭圆形。作为优选这样模具型腔内中间流速快的铜材率先被阻力块中部的凸起部位阻挡，并在阻力块侧端圆弧形表面的引导下缓慢向两侧流动，先缓解中部铜材受到的压附应力，再逐步消除边部铜材受到的拉附应力，分层次减小中部和边部铜材之间的应力差。在铜材填满型腔后，两侧的铜材会从阻力块两端外侧挤出部分，通过将阻力块横截面轮廓设置为椭圆形，使得铜材与阻力块之间的接触面为平滑的弧面，使得两端挤出的铜材与中部受到阻挡的铜材之间产生更大、更稳定的附加拉应力，使得阻力块左、右两端成为薄弱点，使得铜材填满型腔后阻力块能够更容易、方便的被铜材推挤排出。

进一步，阻力块的上表面和下表面均为圆弧面。作为优选这样阻力块在嵌设到出料口内的时候与出料口的接触面更平滑，更便于嵌入，也不易对模具造成划伤。而且这样设置使得阻力块与出料口内壁之间的接触面积得到限制，不会产生过大的摩擦面，使得铜材填满型腔后阻力块能够有效的被型腔内铜材的压力推挤排出。

进一步，毛坯模具和成品模具之间设有辅助模具，辅助模具的出口尺寸为毛坯模具出口尺寸和成品模具出口尺寸的中间值。现有技术中连续挤压机的标准模具配置均为毛坯模具和成品模具这两副模具的配置，毛坯模具，通常作为所有铜排的毛坯铜材加工，这种毛坯模具由设备厂家提供，主要作用是铜杆经过它后，变成大致两端带弧形的长方形固定尺寸的毛坯铜排，但是尺寸大于成品尺寸。而成品模具是专门设计、制造的模具，一般一个规格的铜排，就有一副专门的成品模具，这样成品的尺寸精度才会高。但是在生产宽厚比超过1:10的铜排时，由于毛坯材料与成品材料之间的变形量大，这样的模具配置无法满足要求。而本方案通过辅助模具将一次比较大的变形(长宽比)，可以变为两次比较小的变形组合形成(总的变形不变)，这样铜排容易成型，增加这一付模具尺寸的关键是平衡前后两次的变形应当基本相当，使得铜材两次变形过程中流动性、表面应力的变化相对均衡。

进一步，辅助模具的厚度为8-12mm。作为优选这样的厚度尺寸在保证铜排变形量得到平衡的同时还有利于对成本的控制，如果针对每一个具体的产品尺寸、形状，第一付毛坯模具专门设计、制造，也可以用两付模具就达到要求，生产出合格的宽厚比超过1：10的铜排产品，但是这样毛坯模具的加工时间是采用本方案辅助模具的10倍，模具的加工价格是本方案辅助模具的20倍。用一个节省时间、价格的辅助模具，就可以达到费时费力专门设计、制造全新毛坯模具的效果。

本发明还提供一种铜排生产装置的使用方法，包括以下步骤：

A、在安装成品模具前，将温度10℃-30℃的阻力块嵌入到成品模具的出料口内，并使得阻力块位于出料口的中部，阻力块左、右两端到出料口内壁的距离相等；

B、将原材料铜杆剪断成20根150mm长的短铜杆，并加热至700℃后放入挤压轮的凹槽中，当加热的短铜杆充满挤压轮的凹槽后，放入生产用的冷态铜杆，驱动挤压轮将冷态铜杆向进料模推送，使得冷态铜杆将加热后的热态铜杆挤入到进料模中；

C、持续用挤压轮将冷态铜杆向进料模推送，使得热态铜杆进入进料模后依次通过毛坯模具、辅助模具和成品模具，并通过阻力块阻挡整体模具型腔中的热态铜；

D、持续用挤压轮将冷态铜杆向进料模推送，使得整体模具型腔中的压力大于阻力块提供的阻力，使得阻力块被从出料口挤出，然后持续用挤压轮将冷态铜杆向进料模推送并将初始挤出的长度1-1.5m产品剪除。

采用本发明提供的铜排生产装置使用上述方法进行铜排的生产加工，可对宽厚比达到1:10以上的铜排进行高质量生产。步骤A中用阻力块对成品模具的出料口进行封堵，在生产中，热态的铜杆在模具型腔中遇见冷态的阻力块，不容易从型腔挤出，形成比较大的阻力，使热态的铜充满了整个模具的型腔，连续从模口挤出，产品合格。步骤B中加热的、软态短铜杆离开挤压轮凹槽，进入模具的型腔，朝着阻力最小的地方移动，模具出口的长度、宽度尺寸相差比较大，阻力不一样，软态铜材可能从成品模具出料口中间部分出来，两端没有，产品就不完整，是废品。当软态铜杆达到出料口时，遇见出料口嵌设的冷态的阻力块，不能顺利从出料口挤出，热态铜材在出料口遇到一个阻力，这个阻力迫使模具型腔内的热铜材重新进行分配，只能在模具型腔内增加压力，并且充满型腔的各个部分，使整个出料口附近铜材受到的阻力基本相当，生产正常进行，后面进入挤压轮凹槽的冷态铜杆，在挤压轮的凹槽内，在高压、高摩擦下受热变成软态铜杆，和前面人工加热的铜杆融合，进而连续进入模具的型腔并保持对型腔的填满状态，从出料口排出的铜排中部和边部的流动速度一致、应力均匀，这样以后的阻力也基本相当，当模具型腔内增加的压力大于出料口的冷态阻力块的阻力后，冷态的阻力块被挤出，软态铜材从出料口各部分出来，两端都有，产品完整。软态铜材从出料口各部分出来的时候，已经把阻力块挤出来了，这一段是废品，以最开始添加的人工加热的短铜杆铜材为主，并含有少量杂质，长度大约1-1.5米左右，以后都是正常产品。

进一步，步骤A中，将阻力块敲击嵌入到出料口内，使得阻力块完全进入出料口。作为优选，这样使得阻力块可有效嵌入在出料口内，保证对型腔内铜材的有效阻挡。

进一步，步骤B中在将加热的短铜杆放入挤压轮之前，对进料模、毛坯模具、辅助模具、成品模具连通形成的模腔进行预热，预热过程中持续向模腔中充入惰性气体。作为优选这样通过预热可保证铜材进入型腔后各部位的流速更加均匀，有利于减少铜排表面波浪纹缺陷的产生；通过同时充入惰性气体，可对预热过程中的模具型腔表面进行抗氧化保护，减少型腔内壁氧化皮的产生，有利于保证挤出铜排的表面质量。

进一步，步骤B中挤压轮运行30s后在接下来30s内完成一次提速和降速，提速幅度为1倍。作为优选，这样通过对挤压轮转速的控制，能够短时间内促进铜材在模具型腔内的流动，可利用初始进入的铜材快速流动对型腔内壁进行冲刷，可对型腔内壁上的氧化皮等杂质进行清理，有利于提高挤出铜排的表面质量。

附图说明

图1为本发明实施例1一种铜排生产装置的剖视图；

图2为本发明实施例1中阻力块的轴测示意图；

图3为图2的A-A剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：进料模1、挤压轮2、冷态铜杆3、进料道4、阻力块5、出料道6、成品模具7、辅助模具8、出料模9、毛坯模具10。

实施例1，基本如附图1所示：一种铜排生产装置，包括挤压轮2、进料模1、毛坯模具10、成品模具7以及出料模9，成品模具7的出料口嵌设有阻力块5，阻力块5为铜块，结合图2和图3所示，阻力块5的横截面轮廓为椭圆形，阻力块5的上表面和下表面均为圆弧面。阻力块5的长度为出料口长度的70％-80％，本实施例中具体的出料口的长度为130mm，阻力块5的长度为95mm。阻力块5的厚度尺寸比出料口高度尺寸大10％-25％，本实施例中具体的出料口高度为10mm，阻力块5的厚度为11mm，阻力块5的宽度尺寸为12mm。

毛坯模具10和成品模具7之间设有辅助模具8，辅助模具8的出口尺寸为毛坯模具10出口尺寸和成品模具7出口尺寸的中间值，辅助模具8的厚度为8-12mm。本实施例中具体的成品模具7的出料口尺寸为130*10，进料口尺寸为150*13。辅助模具8的出料口尺寸为150*13，进料口尺寸为170*17。毛坯模具10的出料口尺寸为170*17，进料口尺寸为200*20。

挤压轮2的轮面上开设有凹槽，进料模1的左侧端设有与挤压轮2的外形轮廓相似的弧形面，毛坯模具10、辅助模具8和成品模具7依次安装在进料模1和出料模9之间，进料模1内设有贯穿的进料道4，进料道4一端与挤压轮2上的凹槽连通，另一端与毛坯模具10、辅助模具8、成品模具7形成的型腔连通，出料模9内设有贯穿的出料道6，出料道6一端与外界连通，另一端与成品模具7的出料口连通。

实施例2，使用实施例1提供的铜排生产装置进行宽厚比大于1:10的铜排的生产方法，包括以下步骤：

A、在安装成品模具7前，将温度10℃-30℃的阻力块5敲击嵌入到成品模具7的出料口内，使得阻力块5完全进入出料口，并使得阻力块5位于出料口的中部，阻力块5左、右两端到出料口内壁的距离相等；

B、对进料模1、毛坯模具10、辅助模具8、成品模具7连通形成的模腔进行预热，预热过程中持续向模腔中充入惰性气体；再将原材料铜杆剪断成20根150mm长的短铜杆，并加热至700℃后放入挤压轮2的凹槽中，当加热的短铜杆充满挤压轮2的凹槽后，放入生产用的冷态铜杆3，驱动挤压轮2将冷态铜杆3向进料模1推送，挤压轮2运行30s后在接下来30s内完成一次提速和降速，提速幅度为1倍，使得冷态铜杆3在挤压轮2的摩擦力作用下将加热后的热态铜杆挤入到进料模1中；

C、持续用挤压轮2将冷态铜杆3向进料模1推送，使得热态铜杆进入进料模1后依次通过毛坯模具10、辅助模具8和成品模具7，并通过阻力块5阻挡整体模具型腔中的热态铜；

D、持续用挤压轮2将冷态铜杆3向进料模1推送，使得整体模具型腔中的压力大于阻力块5提供的阻力，使得阻力块5被从出料口挤出，然后持续用挤压轮2将冷态铜杆3向进料模1推送并将初始挤出的长度1-1.5m产品剪除。

这样利用本发明提供的铜排生产装置及其使用方法，生产宽厚比达到1:10以上的铜排，先在开始生产或者中断生产重新开始前，装配模具的时候将阻力块5安装在成品模具7的出料口上。开始生产后，加热的、软态短铜杆离开挤压轮2凹槽，进入模具的型腔，朝着阻力最小的地方移动，模具出口的长度、宽度尺寸相差比较大，阻力不一样，软态铜材可能从成品模具7出料口中间部分出来，两端没有，产品就不完整，是废品。当软态铜杆达到出料口时，遇见出料口嵌设的冷态的阻力块5，不能顺利从出料口挤出，热态铜材在出料口遇到一个阻力，这个阻力迫使模具型腔内的热铜材重新进行分配，只能在模具型腔内增加压力，并且充满型腔的各个部分，使整个出料口附近铜材受到的阻力基本相当，生产正常进行，后面进入挤压轮2凹槽的冷态铜杆3，在挤压轮2的凹槽内，在高压、高摩擦下受热变成软态铜杆，和前面人工加热的铜杆融合，进而连续进入模具的型腔并保持对型腔的填满状态，从出料口排出的铜排中部和边部的流动速度一致、应力均匀，这样以后的阻力也基本相当，当模具型腔内增加的压力大于出料口的冷态阻力块5的阻力后，冷态的阻力块5被挤出，软态铜材从出料口各部分出来，两端都有，产品完整。软态铜材从出料口各部分出来的时候，已经把阻力块5挤出来了，这一段是废品，以最开始添加的人工加热的短铜杆铜材为主，并含有少量杂质，长度大约1-1.5米左右，以后都是正常产品。

这样一方面采用三副模具的特殊组合，分解宽厚比超过1:10的铜排生产过程中的变形量，通过辅助模具8将传统两副模具的一次大变形调整为两次变形量相当的变形，使得大宽厚比的铜排生产加工过程中的单次加工变形减小，便于铜排的精确成型，也降低了成品模具7的磨损，延长其使用寿命。传统两副模具组合要生产大宽厚比铜排只能采用重新设计更换毛坯模具10、成品模具7的方式，但是模具加工时间是本发明采用辅助模具8的10倍，模具的加工价格是本发明辅助模具8的20倍，本发明用一个节省时间、价格的辅助模具8，就可以达到费时费力专门设计、制造全新毛坯模具10、成品模具7的效果。

而且，针对现有模具组合进行大宽厚比铜排生产存在的流动不均匀，铜材不能填满模具型腔造成铜排边缘有裂缝、缺口等缺陷的问题，特别研发了阻力法，通过在成品模具7的出料口处嵌入冷态的阻力块5，能够使得模具型腔内的铜材流动均匀，铜材前端的阻力均匀，消除模具型腔中铜材中部与边部之间的拉压应力差，使得生产的铜排产品完整，无边缘裂缝、缺口等缺陷。

Claims (10)

1.一种铜排生产装置，包括挤压轮、进料模、毛坯模具、成品模具以及出料模，其特征在于：所述成品模具的出料口设有阻力块，阻力块的长度为出料口长度的70％-80％，阻力块的厚度尺寸比出料口高度尺寸大10％-25％，阻力块的宽度尺寸为10-15mm。

2.根据权利要求1所述的一种铜排生产装置，其特征在于：所述阻力块嵌设在所述出料口内。

3.根据权利要求2所述的一种铜排生产装置，其特征在于：所述阻力块的横截面轮廓为椭圆形。

4.根据权利要求3所述的一种铜排生产装置及其使用方法，其特征在于：所述阻力块的上表面和下表面均为圆弧面。

5.根据权利要求4所述的一种铜排生产装置及其使用方法，其特征在于：所述毛坯模具和所述成品模具之间设有辅助模具，所述辅助模具的出口尺寸为毛坯模具出口尺寸和成品模具出口尺寸的中间值。

6.根据权利要求5所述的一种铜排生产装置及其使用方法，其特征在于：所述辅助模具的厚度为8-12mm。

7.根据权利要求1-6所述的一种铜排生产装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤，

A、在安装成品模具前，将温度10℃-30℃的所述阻力块嵌入到所述成品模具的出料口内，并使得阻力块位于出料口的中部，阻力块左、右两端到出料口内壁的距离相等；

B、将原材料铜杆剪断成若干根150mm长的短铜杆，并加热至700℃后放入挤压轮的凹槽中，当加热的短铜杆充满挤压轮的凹槽后，放入生产用的冷态铜杆，驱动挤压轮将冷态铜杆向进料模推送，使得冷态铜杆将加热后的热态铜杆挤入到进料模中；

C、持续用挤压轮将冷态铜杆向进料模推送，使得热态铜杆进入进料模后依次通过毛坯模具、辅助模具和成品模具，并通过阻力块阻挡整体模具型腔中的热态铜；

D、持续用挤压轮将冷态铜杆向进料模推送，使得整体模具型腔中的压力大于阻力块提供的阻力，使得阻力块被从出料口挤出，然后持续用挤压轮将冷态铜杆向进料模推送并将初始挤出的长度1-1.5m产品剪除。

8.根据权利要求7所述的一种铜排生产装置的使用方法，其特征在于：所述步骤A中，将阻力块敲击嵌入到出料口内，使得阻力块完全进入出料口。

9.根据权利要求8所述的一种铜排生产装置的使用方法，其特征在于：所述步骤B中在将加热的短铜杆放入挤压轮之前，对进料模、毛坯模具、辅助模具、成品模具连通形成的模腔进行预热，预热过程中持续向模腔中充入惰性气体。

10.根据权利要求9所述的一种铜排生产装置的使用方法，其特征在于：所述步骤B中挤压轮运行30s后在接下来30s内完成一次提速和降速，提速幅度为1倍。

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