CN113611440A - 一种高强减震异形铜合金超微丝线束及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强减震异形铜合金超微丝线束，包括中心线和绞合设置于中心线外周的多根扇环形超微丝，中心线的截面为正圆形，多根扇环形超微丝的横截面圆心角之和为360°。高强减震异形铜合金超微丝线束中心线与扇环形超微丝以及相邻的扇环形超微丝之间空隙小，线束内微丝之间的有效接触面积增加，导电率、自阻尼抗振性能增大，丝与空气的接触面积减小，提升线束防腐性能。本发明还公开了一种高强减震异形铜合金超微丝线束的生产工艺。

Description

一种高强减震异形铜合金超微丝线束及其生产工艺
技术领域
本发明涉及超微丝技术领域，具体涉及一种高强减震异形铜合金超微丝线束及其生产工艺。
背景技术
医用线束、机器人线束、ABS线束、扬声器线束、汽车线束等领域的轻量化需求使得铜及铜合金超微丝发展迅猛、需求量激增。国内对于线束轻量化(体积小、重量轻)采取的方法是保证线束性能指数不变的前提下减小线径。
国内现有铜及铜合金超微丝(线径0.06mm-0.01mm)以及拉丝原料粗丝(线径1mm-3mm)形线通常为圆形线、正方形线、正六边形线三种，相应的线束由中心形线和外层行线绞合而成，如何进一步提高线束的导电率、阻尼抗震性和防腐性，是本领域技术人员亟待解决的主要技术问题之一。
以扇环形超微丝的拉丝生产断线频率高，单根扇环形超微丝长度通常为数十米或者数百米，均不能满足超微丝绞合生产所需的成品长度要求(单根形线长度最低3万米)。另外，拉丝模具的材质与超微丝材质不匹配，模具损耗大，早期失效频率高，模具使用寿命短。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种高强减震异形铜合金超微丝线束，改善超微丝的导电率、自阻尼抗震性和防腐性能。
为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种高强减震异形铜合金超微丝线束，包括中心线和绞合设置于所述中心线外周的多根扇环形超微丝，所述中心线的截面为正圆形，多根所述扇环形超微丝的横截面圆心角之和为360°。
优选的技术方案为，绞合设置于所述中心线外周的扇环形超微丝数量为5～7，所述扇环形超微丝的绞入率为1.2～1.3。进一步的，绞合设置于中心线外周的多根扇环形超微丝截面一致，更进一步的，绞合设置于中心线外周的扇环形超微丝数量为6。
本发明的目的之二在于提供一种高强减震异形铜合金超微丝线束的生产工艺，包括：以扇环形铜合金粗丝为母线，采用拉丝孔为扇环形的拉丝模具多次拉丝制备扇环形超微丝；所述拉丝模具的拉丝孔沿拉丝方向依次包括压缩区、定径区；
所述拉丝模具的进料铜丝抗拉强度为RmMPa，400≤Rm≤800；
压缩区的锥角为b°，b＝[(500-Rm)/100+21.5]±0.1。
优选的技术方案为，所述拉丝孔沿拉丝方向依次包括入口区、压缩区、定径区、减压区和出口区；
减压区的锥角为c°，c＝[(7*b)/10]±0.1；和/或
入口区的锥角为a°，a＝[(500-Rm)/10+50]±0.1；和/或
出口区的锥角为e°，e＝[(8*b)/10]±0.1。
优选的技术方案为，所述定径区长度为d，所述拉丝模具的进料铜丝环宽为D；
d＝[(2*D)/3+0.15]±0.001。
优选的技术方案为，所述拉丝模具的进料铜丝和出料铜丝的环宽之比为1:(0.96±0.01)，所述拉丝模具的进料铜丝环宽0.01～0.06mm。
优选的技术方案为，所述铜合金粗丝为选自锡铜合金、镁铜合金、银铜合金中的一种，所述锡铜合金和镁铜合金中铜含量为85～95％，所述银铜合金中铜含量为90～95％。进一步的，锡铜合金中锡含量为5～15％，镁铜合金中镁含量为5～15％，银铜合金中银含量为5～10％。上述合金中金属含量均为质量百分比，以合金质量为100％计。
优选的技术方案为，所述拉丝孔的径向截面圆心角为50～73°。进一步的，扇环形横截面圆心角为60°
优选的技术方案为，按质量份数计，所述拉丝工序拉丝液的主要组成为：矿物油5～10份、消泡剂3～6份、溶脂剂6～8份、分散剂6～10份、除菌剂3～7份、羧酸钠盐6～10份、硬化油5～10份、乙醇5～10份、蒸馏水50～75份；pH值为7～9。进一步的，溶脂剂为丙酮，羧酸钠盐为选自C3～C6多元酸中的至少一种。
优选的技术方案为，拉丝速度为500～1700m/min。
进一步的，拉丝模具为高强氧化锆烧结一体成型模具或天然金刚石模具，更进一步的为天然金刚石模具，因为其硬度更高，耐磨性也更为突出，模孔尺寸、角度更加精准，大大提升了拉丝模具的使用寿命与成品合格率。进一步的，拉丝塔轮的轮面为与超微丝表面相一致的弧面，材质为陶瓷，增加塔轮自身使用寿命的同时，减少扇形超微丝表面受损率，也有助于延长单身超微丝的长度。
本发明的优点和有益效果在于：
高强减震异形铜合金超微丝线束采用正圆形中心线和扇环形超微丝绞合制得，中心线与扇环形超微丝以及相邻的扇环形超微丝之间空隙小，线束内微丝之间的有效接触面积增加，导电率、自阻尼抗振性能增大，丝与空气的接触面积减小，提升线束防腐性能；
根据铜丝的抗拉强度确定拉丝模具压缩区和减压区的锥角，减低断线频率和拉丝模具的磨损率，延长拉丝模具的使用寿命。
附图说明
图1是实施例1超微丝线束的横截面结构示意图；
图2是对比例1超微丝线束的横截面结构示意图；
图3是实施例1拉丝模具的立体结构示意图；
图4是图3拉丝模具沿扇环形孔对称面的剖视图；
图5是实施例1超微丝的横截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
锥角
拉丝模具的拉丝孔沿拉丝方向依次包括入口区、压缩区、定径区、减压区和出口区，拉丝孔的径向横截面均为扇环形，具体的，以压缩区为例，拉丝孔的孔周包括与扇环形外环和内环对应的锥面，还包括与扇环形环宽侧边对应的倾斜平面。锥角为上述锥面延长段对应的锥角，即锥面的延长段与拉丝孔中心轴夹角的两倍，也指上述倾斜平面延长段与拉丝孔中心轴夹角的两倍。
“±”表示数值范围，以“b＝[(500-Rm)/100+21.5]±0.1”为例，b的取值范围为{(500-Rm)/100+21.5]－0.1}～{(500-Rm)/100+21.5]+0.1}，拉丝模具参数的c、a、e、d以及拉丝模具的进料铜丝和出料铜丝的环宽之比中的“±”均与上述b公式中“±”的表述相同。
拉丝液的组成
拉丝液的组成中，消泡剂为硅酮类消泡剂和/或丙烯酸酯与环氧丙烷的共聚物，溶脂剂为丙酮和/或乙醚；分散剂为非离子乳化剂(聚氧乙烯型和多元醇型)，或为非离子乳化剂与阴离子乳化剂(磷酸酯盐)组合而成，除菌剂选自六氢三嗪类、吗啉类以及苯骈异噻唑啉酮(BIT)等。拉丝液采用有机碱调节至pH值为7-9，例如单乙醇胺、三乙醇胺、二羟乙基甲胺、二异丙醇胺等。硬化油可溶于溶脂剂中，有助于维持拉丝液稳定的微乳体系；减少矿物油并增加硬化油有利于拉丝液进入扇形模具；羧酸钠盐、分散剂可以加速模具入口处铜粉清洗及沉降，提升拉丝连续性；增加除菌剂、消泡剂有助于控制氧气吸收量，进而防止拉丝液产生菌体而变质；蒸馏水可减少菌落滋生、减少乳化反应正向进行。
实施例
如图2所示，实施例1高强减震异形铜合金超微丝线束包括中心线和绞合设置于中心线1外周的六根尺寸相同的扇环形超微丝2，中心线1的截面为正圆形，多根扇环形超微丝2的横截面圆心角之和为360°，扇环形超微丝2的绞入率为1.2～1.3。中心线截面为0.005mm，扇环形超微丝2内环半径为0.005mm，外环半径为0.015mm。
对比例1
如图2所示，对比例1高强减震异形铜合金超微丝线束采用中心线1和六根设置于中心线外周的外层线3绞合而成，中心线和外层线3的横截面均为正圆形，中心线1截面半径为0.005mm，外层线3截面半径为0.005mm。
与对比例1相比，实施例1抗拉强度提升16％-18％，防振效果提升55％-60％，散股、跳线等质量缺陷几乎为零，导电率提升1％-2％，裸线条件下防氧化能力提升60-70天。
1、拉丝工艺参数对断线频率和模具使用寿命的影响
实施例1超微丝拉丝工艺步骤如下：
s1：准备60°扇环形截面的银铜母线(银含量4.5％、铜含量95.5％)，母线的横截面圆心角为60°，内环半径R1为0.005mm，外环半径R2为0.015mm。
s2：采用下表所示参数的拉丝模具多次拉丝，如图3-5所示，拉丝模具包括依次连接的入口区、压缩区、定径区、减压区、出口区，入口区及压缩区的锥形弧面、定径区的拉丝孔弧面、减压区及出口区的锥形弧面依次连接；入口区的锥角为a°，压缩区的锥角为b°，减压区的锥角为c°，定径区长度为d，出口区的锥角为e°；拉丝模具的进料铜丝环宽为D。模具材质为天然金刚石模具，第一道拉丝简称S1，第二、三……六次拉丝依次简称为S2、S3……S6，拉丝塔轮为陶瓷弧面塔轮，模具参数和铜丝参数见下表：
Figure BDA0003196658550000061
上表中，S1步骤的出料铜丝的尺寸参数和抗拉强度即为S2步骤进料铜丝的尺寸参数和抗拉强度，S2步骤的进料铜丝的尺寸参数即为S1拉丝模具定径区的横截面尺寸。
s2采用以下拉丝液：矿物油7份、硅酮类消泡剂4份、丙酮7份、辛基酚聚氧乙烯醚8份、苯骈异噻唑啉酮5份、柠檬酸钠8份、硬化油8份、乙醇7份、蒸馏水50份；调节pH值为8。
实施例2a-2f
实施例2a基于下表工艺参数，实施例1的S1母线按照S1a工艺参数拉丝，实施例1的S2进料铜丝按照S2a工艺参数拉丝，实施例1的S3进料铜丝按照S3a工艺参数拉丝，实施例1的S4进料铜丝按照S4a工艺参数拉丝，实施例1的S5进料铜丝按照S5a工艺参数拉丝，实施例1的S6进料铜丝按照S6a工艺参数拉丝：
Figure BDA0003196658550000062
Figure BDA0003196658550000071
实施例2b基于下表工艺参数，实施例1的S1母线按照S1b工艺参数拉丝，实施例1的S2进料铜丝按照S2b工艺参数拉丝，实施例1的S3进料铜丝按照S3b工艺参数拉丝，实施例1的S4进料铜丝按照S4b工艺参数拉丝，实施例1的S5进料铜丝按照S5b工艺参数拉丝，实施例1的S6进料铜丝按照S6b工艺参数拉丝：
Figure BDA0003196658550000072
实施例2c基于下表工艺参数，实施例1的S1母线按照S1c工艺参数拉丝，实施例1的S2进料铜丝按照S2c工艺参数拉丝，实施例1的S3进料铜丝按照S3c工艺参数拉丝，实施例1的S4进料铜丝按照S4c工艺参数拉丝，实施例1的S5进料铜丝按照S5c工艺参数拉丝，实施例1的S6进料铜丝按照S6c工艺参数拉丝：
Figure BDA0003196658550000073
Figure BDA0003196658550000081
实施例2d基于下表工艺参数，实施例1的S1母线按照S1d工艺参数拉丝，实施例1的S2进料铜丝按照S2d工艺参数拉丝，实施例1的S3进料铜丝按照S3d工艺参数拉丝，实施例1的S4进料铜丝按照S4d工艺参数拉丝，实施例1的S5进料铜丝按照S5d工艺参数拉丝，实施例1的S6进料铜丝按照S6d工艺参数拉丝：
Figure BDA0003196658550000082
实施例2e基于下表工艺参数，实施例1的S1母线按照S1e工艺参数拉丝，实施例1的S2进料铜丝按照S2e工艺参数拉丝，实施例1的S3进料铜丝按照S3e工艺参数拉丝，实施例1的S4进料铜丝按照S4e工艺参数拉丝，实施例1的S5进料铜丝按照S5e工艺参数拉丝，实施例1的S6进料铜丝按照S6e工艺参数拉丝：
Figure BDA0003196658550000083
Figure BDA0003196658550000091
实施例2f基于下表工艺参数，实施例1的S1母线按照S1f工艺参数拉丝，实施例1的S2进料铜丝按照S2f工艺参数拉丝，实施例1的S3进料铜丝按照S3f工艺参数拉丝，实施例1的S4进料铜丝按照S4f工艺参数拉丝，实施例1的S5进料铜丝按照S5f工艺参数拉丝，实施例1的S6进料铜丝按照S6f工艺参数拉丝：
Figure BDA0003196658550000092
拉丝工艺过程评价方法：
1、以恒定的拉丝米数60万统计断线次数：
Figure BDA0003196658550000093
Figure BDA0003196658550000101
将铜合金粗丝替换为锡铜合金和镁铜合金，拉丝模具的进料铜丝抗拉强度为RmMPa，400≤Rm≤800，如上2a-2f改变a、c、e值，断线频率同样为趋于增加。
2、拉丝液、模具材质对模具使用寿命的影响
实施例2-1和2-2采用现有技术中已知的铜拉丝液：变压器油45份，乳化剂40份，二乙醇胺8份，烷基酚聚氧乙烯醚13份，脂肪酸三甘油酯6.5份，苯丙三氮唑0.4份，苯骈异噻唑啉酮1.5份，有机硅油4份，二乙二醇醚2.5份；拉丝液供给量与实施例1相同；2-1拉丝模具为人造聚晶模具；2-1拉丝模具为高强氧化锆烧结一体成型模具；
实施例3-1和3-2的拉丝液组成为：矿物油7份、硅酮类消泡剂4份、丙酮7份、辛基酚聚氧乙烯醚8份、苯骈异噻唑啉酮5份、甲酸钠8份、硬化油8份、乙醇7份、蒸馏水50份；调节pH值为8；3-1拉丝模具为人造聚晶模具；3-2拉丝模具为高强氧化锆烧结一体成型模具；
实施例2-1、2-2、3-1和3-2均按照实施例1的S6的模具尺寸和工艺参数拉丝，模具使用寿命见下表：
Figure BDA0003196658550000102
Figure BDA0003196658550000111
由上表可知，模具材质对于模具使用寿命有明显的影响，最优为天然金刚石模具，其次为高强氧化锆烧结一体成型模具，人造聚晶模具寿命最短。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高强减震异形铜合金超微丝线束，其特征在于，包括中心线和绞合设置于所述中心线外周的多根扇环形超微丝，所述中心线的截面为正圆形，多根所述扇环形超微丝的横截面圆心角之和为360°。
2.根据权利要求1所述的高强减震异形铜合金超微丝线束，其特征在于，绞合设置于所述中心线外周的扇环形超微丝数量为5～7，所述扇环形超微丝的绞入率为1.2～1.3。
3.一种高强减震异形铜合金超微丝线束的生产工艺，其特征在于，包括：以扇环形铜合金粗丝为母线，采用拉丝孔为扇环形的拉丝模具多次拉丝制备扇环形超微丝；所述拉丝模具的拉丝孔沿拉丝方向依次包括压缩区、定径区；
所述拉丝模具的进料铜丝抗拉强度为RmMPa，400≤Rm≤800；
压缩区的锥角为b°，b＝[(500-Rm)/100+21.5]±0.1。
4.根据权利要求3所述的高强减震异形铜合金超微丝线束的生产工艺，其特征在于，所述拉丝孔沿拉丝方向依次包括入口区、压缩区、定径区、减压区和出口区；
减压区的锥角为c°，c＝[(7*b)/10]±0.1；和/或
入口区的锥角为a°，a＝[(500-Rm)/10+50]±0.1；和/或
出口区的锥角为e°，e＝[(8*b)/10]±0.1。
5.根据权利要求3所述的高强减震异形铜合金超微丝线束的生产工艺，其特征在于，所述定径区长度为d，所述拉丝模具的进料铜丝环宽为D；
d＝[(2*D)/3+0.15]±0.001。
6.根据权利要求3或5所述的高强减震异形铜合金超微丝线束的生产工艺，其特征在于，所述拉丝模具的进料铜丝和出料铜丝的环宽之比为1:(0.96±0.01)，所述拉丝模具的进料铜丝环宽0.01～0.06mm。
7.根据权利要求3所述的高强减震异形铜合金超微丝线束的生产工艺，其特征在于，所述铜合金粗丝为选自锡铜合金、镁铜合金、银铜合金中的一种，所述锡铜合金和镁铜合金中铜含量为85～95％，所述银铜合金中铜含量为90～95％。
8.根据权利要求3所述的高强减震异形铜合金超微丝线束的生产工艺，其特征在于，所述拉丝孔的径向截面圆心角为50～73°。
9.根据权利要求3所述的高强减震异形铜合金超微丝线束的生产工艺，其特征在于，按质量份数计，所述拉丝工序拉丝液的主要组成为：矿物油5～10份、消泡剂3～6份、溶脂剂6～8份、分散剂6～10份、除菌剂3～7份、羧酸钠盐6～10份、硬化油5～10份、乙醇5～10份、蒸馏水50～75份；pH值为7～9。
10.根据权利要求3所述的高强减震异形铜或铜合金超微丝生产工艺，其特征在于，拉丝速度为500～1700m/min。
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