CN1974868B - 电解用异型空心铜导电板及汇流板的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电解用异型空心铜导电板及汇流板的制备工艺，制备工艺：a、制备铜板：将铜铸锭经燃油炉加热处理后，经二辊可逆式热轧机进行开坯，开轧温度850℃，终轧温度不低于600℃，终轧坯料厚度14.0mm，热轧坯料直接水淬爆掉表层氧化物，冷却到室温后，经四辊精轧机冷轧成12.0mm厚的半硬铜板；b、精整及定尺剪切：将制得的铜板，按所需规格划线，用剪切机按线对铜板的端头剪切，用大型锯切机锯去铜板两边，使板材两端内应力释放，刮净剪切后铜板边缘的毛刺；c、冲制导电筋及汇流板折弯：将剪切后的铜板设置在冲压模具上，作导电板时上模具装两排冲头，采用双排冲制导电筋；制作汇流板采用单侧冲制导电筋，用悬压折弯法将汇流板折弯，即得成品。

Description

电解用异型空心铜导电板及汇流板的制备工艺

一、技术领域：本发明涉及一种导电板及汇流板的制备工艺，尤其是涉及应用于ISA法电解新工艺中使用的空心异形铜导电板及汇流板的制备工艺。

二、背景技术：在铜电解过程中，根据铜电解原理，提高电流密度是获得高品位电解铜的有效途径。现在许多大的铜冶炼企业采用了国外引进的“ISA法电解新工艺”制备高品位电解铜，该工艺突出特点是采用高电流密度电解。一般是整流器的输出电压较低，而输出电流较大，以江西铜业集团贵溪冶炼厂三期技改工程为例，它采用了“ISA法电解新工艺”，按设计要求，整流器输出端额定电压为210伏，额定电流近40000安培，不仅增加了阴、阳极板间极距控制难度，而且为提高电解铜的表面质量，防止长粒子，必须保证装槽后阴、阳极板对称，极距均匀，同极间距为100mm，导电良好，因此，要求空心异型导电板、汇流板具有良好的成型精度，以保证阴、阳极板良好的悬垂性和可靠的导电接触性。

目前国内这种电解用大规格空心铜导电板及汇流板的生产技术尚处空白，传统电解工艺所需导电板及汇流板是直接使用平板或在平板的基础上单个冲制不连续导电包的办法实现的，这种方法生产的导电板及汇流板规格小、成型精度差，仅能满足传统电解工艺使用要求，对于国外引进的“ISA法电解新工艺”所需的大规格带有双排连续导电筋的导电板及汇流板，上述工艺是无法生产的，如何解决国外引进的“ISA法电解新工艺”所需的大规格带有双排连续导电筋的空心异型导电板及汇流板的生产工艺这个难题，在国内一直是个空白。

三、发明内容：

1、发明目的：本发明提供了一种电解用异型空心铜导电板及汇流板的制备工艺，其目的是解决国外引进的“ISA法电解新工艺”所需的大规格带有双排连续导电筋的空心异型导电板及汇流板的生产工艺这个难题，传统的在平板的基础上单个冲制不连续导电包的生产工艺制备的异型铜导电板及汇流板，无法满足国外引进的“ISA法电解新工艺”的要求，现在制备“ISA法电解新工艺”中使用的空心异型铜导电板及汇流板的工艺，在国内尚处空白。

2、技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种电解用异型空心铜导电板及汇流板的制备工艺，其特征在于：该空心导电板及汇流板按下述步骤制备：

a、制备铜板：将铜铸锭经燃油炉加热处理后，经二辊可逆式热轧机进行开坯，开轧温度850℃，终轧温度不低于600℃，终轧坯料厚度14.0mm，热轧坯料直接水淬爆掉表层氧化物，冷却到室温后，经四辊精轧机冷轧成12.0mm厚的半硬铜板，采用一定的加工率将其性能指标严格的控制在δ≥20％，使冲制时不产生裂纹；

b、精整及定尺剪切：将步骤a制得的铜板，在它上面按所需规格划线，用剪切机按线对铜板的端头进行剪切，然后用大型锯切机同时锯去铜板的两边，使板材两端的内应力同时释放，以防铜板侧弯，刮净剪切后铜板边缘的毛刺；

c、冲制导电筋及汇流板折弯：制作导电板及汇流板采用同一工艺方法，即将步骤b剪切处理后的铜板设置在冲压模具上，用3000吨液压机进行整体导电筋冲压成型；制作导电板时上模具装两排冲头，采用双排冲制导电筋；制作汇流板时采用单侧冲制导电筋，用悬压折弯法将汇流板折弯，即得成品。

在步骤b的精整及定尺剪切工艺中，所用导电板的切料宽度要比图纸的理论宽度大5.0mm；汇流板切料宽度要比图纸的理论宽度小17mm；长度剪切采用特号斜刃剪切机；宽度剪切采用大型铜排锯切机，铜板长度方向的两个边同时锯切，锯切后的铜板四个角为90°±2°。

所用模具的设计与制作，采用可拆卸式设计，上模具中安装2根凸模：两凸模的各自长度、安装的相对位置、横断面形状及尺寸是模具制作的关键；1根全长1490mm、另一根全长1540mm，两下模具的凹模全长1800mm，保证四次分段冲压总长度大于5700；两根凸模的起始安装位置必须在同一直线上且相互平行，以此保证每次冲压分界处在导电板装配时恰好位于绝缘板覆盖处，不影响导电性能；凸模断面尺寸的上圆半径为8mm，下弧R为5mm，恰好与金属的弯曲塑性相匹配，保证金属能与模具接触并沿其表面均匀流动，达到所要求的空心筋形状及尺寸。

在制备12.0×260×5700mm的导电板和12.0×465×5700mm汇流板时，选择与板材长度方向上垂直度较好的端面打印出“O”字标记做起始基准面，由导电板“O”字端头计算：划第一点为1385mm，第二点、第三点分别距前一点为1400mm。

上述导电板或汇流板均从模具一端开始，铜板的“O”字端头缩进模具凸模起始端15mm开始冲压，分四次冲压完。

在制备120×448×5700mm汇流板折弯时，为确保195±2.0的尺寸，先确定折弯定位点为185mm，保证其折弯后达到195mm，上模具采用R15的冲头，折弯模具的下凹槽开口度为140mm，冲压行程及参数设备自动控制。

3、优点及效果：通过本发明技术方案的实施，能够很好地解决我国重点铜冶炼技改项目急需的高精度导电材料难题，替代进口，填补国内空白；本发明优点如下：这种空心异型铜导电板及汇流板采用冲制的办法成本低，操作简单，同国外实心异型铜导电板及汇流板相比，不仅能满足不同用户的各种尺寸

要求，而且节约了铜资源，特别是异型板的平直度都能得到良好的控制。

对于发明人负责生产的江西铜业集团贵溪冶炼厂三期、四期工程以及山东阳谷祥光铜业有限公司40万吨阴极铜项目所需这种带有连续导电筋的异型导电板及汇流板，国内还没有生产先例。发明人研制出一种利用3000吨油压机与大型模具配合，分四次整体冲制导电筋的方法，对于汇流板采用液压折弯成型的方法，一次性为其生产出10.0×300×7000毫米超长铜母线2000吨，具有高强度、平直度好、双排连续导电筋的导电板500吨以及高强度、内弧半径完全一致、平直度良好的汇流板100吨，为我国三大重点铜冶炼技改项目的顺利按期投产做出了贡献，从而解决了国外引进的“ISA法电解新工艺”所需高精度导电材料的生产工艺这个难题。

四、附图说明：

附图1为本发明工艺流程图；

附图2为本发明冲压模具组装主视图；

附图2A为本发明冲压模具组装侧视图；

附图3为本发明冲压模具凸模断面结构剖视图；

附图3A为本发明冲压模具凹模断面结构剖视图；

附图4为本发明冲制过程示意图；

附图5为90°折弯的压制模具示意图；

附图5A为导电板90°折弯压制时的示意图；

附图6为本发明制得的导电板的形状示意图；

附图6A为图6的A-A向旋转视图；

附图7为本发明制得的汇流板的形状示意图；

附图8为图7的A-A向旋转视图；

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明详细说明如下。

如附图1所示，本发明电解用异型铜导电板及汇流板的制备工艺，该导电板及汇流板按下述步骤制备：

a、制备铜板：将铜铸锭经燃油炉加热处理后，经二辊可逆式热轧机进行开坯，开轧温度850℃，终轧温度不低于600℃，终轧坯料厚度14.0mm，热轧坯料直接水淬爆掉表层氧化物，冷却到室温后，经四辊精轧机冷轧成12.0mm厚的半硬铜板；

b、精整及定尺剪切：将步骤a制得的铜板，在它上面按所需规格划线，用剪切机按线对铜板的端头进行剪切，然后用大型锯切机同时锯去铜板的两边，保证板材两边内应力同时释放，以防铜板侧弯，刮净剪切后铜板边缘的毛刺；

c、冲制导电包及汇流板折弯：制作导电板及汇流板采用同一工艺方法，即将步骤b剪切处理后的铜板设置在冲压模具上，用3000吨液压机进行整体导电筋冲压成型；制作导电板时上模具装两排冲头，采用双排冲制导电筋；制作汇流板时采用单侧冲制导电筋，用悬压折弯法将汇流板折弯，即得成品。

实施例1：

以发明人负责的江西铜业集团贵溪冶炼厂三期技改工程所需整体异形导电板及汇流板的生产过程为例，对本发明的生产工艺详细说明如下：

1.导电板形状及尺寸公差要求如附图6和图6A，图6及图6A中：L61＝5700mm，L62＝260mm，L63＝130mm，L64＝30mm，L65＝190±0.5，L66＝25±0.5mm，L67＝12mm，L68＝35mm，R61＝15mm，R62＝3mm，

2.汇流板形状及尺寸公差要求如附图8和图8A，图8及图8A中：L81＝5700，L82＝190mm，L83＝35mm，L84＝30mm，L85＝270mm，L86＝25±0.5mm，L87＝12mm，L88＝9mm，R82＝3mm。

3.具体要求如下：

(1)双排导电筋重点保证190±0.5mm其平行度尺寸、平面度尺寸为±1.0mm；

(2)导电筋加工后尺寸最薄厚度L88不小于9.0mm；

(3)汇流板弯曲处内弧半径R81＝15mm，弯角90度，其偏差允许±1°；

(4)导电筋的强度应满足55块阳极和54块阴极的承重要求。

具体生产工艺如附图1所示：

a、制备铜板材：

选择两种规格分别为140×360×550mm和160×460×650mm的铸锭，将铸锭经燃油炉加热处理后，由Ф760二辊可逆式热轧机进行开坯，开轧温度850℃，终轧温度不低于600℃。终轧坯料厚度14.0mm，热轧坯料直接水淬爆掉表层氧化物，冷却到室温后，经四辊精轧机冷轧成12.0mm厚的半硬铜板，经取样对机械性能、外观尺寸公差检测合格后，方可转入下道工序；

b、精整及定尺剪切：

将上述得到的铜板材进行精整及定尺剪切处理，长度剪切时在特号斜刃剪上进行，其剪切最大厚度为16mm厚，剪切前应用特制的模具在铜板上划好剪切线，按线剪切，控制长度为5700+10mm范围内，宽度剪切在大型铜排锯切机上进行。按宽度及其公差的要求调整好两片铣刀之间的距离，铜板长度方向的两个边同时锯切，锯切时应注意切完的板材四个角必须是90°±2°；剪切完的板材毛刺必须刮净，板面平直，不准有划伤、压坑等缺陷。切完后的净尺寸如下：

导电板： ${12.0}^{\±0.18}\×{265}^{\±1.0}\×{5700}_{-0.0}^{+10.0}$ 毫米；

汇流板： ${12.0}^{\±0.18}\×{448}^{+1.0}\×{5700}_{-0.0}^{+10.0}$ 毫米；

3、冲制导电筋及汇流板折弯：

(1).使用设备：3000吨液压机；导电筋的制造为冲压成型；冲压次数：4次；

(2).冲压模具的设计及制造，本发明的专用冲压模具组装图见附图2和图2A，图中：1、压力机工作台；2、下模板；3、顶料装置；4、横向定位装置；5、弹性体；6、上模座；7、上模架；8、压力机上工作台；9、冲头；10、导套；11、压料板；12、制品；13、纵向定位装置；14、下模。其中L₂₁＝1800mm、L₂₂＝2400mm、L₂₃＝600mm、L₂₄＝700～800mm。

冲压模具凸、凹模的断面尺寸描述见附图3和图3A，图3及图3A中：L31＝13mm，L32＝13mm，R31＝5mm，R32＝8mm，R33＝3mm，R34＝15mm；

在附图2上模具上安装两根凸模，1根全长1490mm、另一根全长1540mm；两根凸模的间距为190±0.5mm；由于导电筋全长5700mm；分四次冲制成型，在两次冲压成型的联接处，由于加工硬化及二次变形的需要，在导电筋正面(R＝15mm面上)产生明显的凹形缺陷，此缺陷起名叫“竹节”性缺陷，但此缺陷深度≤0.5mm，长度≤25mm，其中心线必须是在绝缘板的中心线上，而且被绝缘板所全部盖住。不影响导电、更不影响使用。两“竹节”间的距离必须保证为1400±2.0mm范围内；

凹模装配在下模具上，全长为L₂₁＝1800mm；

(3)、冲制导电筋的操作方法：

a.选择与板长度方向上垂直度较好的端面做起始基准面，并在此端用钢印打出“O”字标记；

b.以下模底边线作为起始坐标零位，铜板的“O”字端头缩进凸模具起始端15mm开始冲压。分四次冲压成型；

在冲制导电筋时，在导电板上必须事先划好线，做为移动铜板的标识，其具体划线尺寸如下：

由导电板“O”字端头计算：划第一线为1385mm，第二点、第三点分别距前一点为1400mm，余下料再重复冲压一次即成；

(4)、导电筋冲制过程的金属变形：

导电筋在冲制成型过程中，凸凹模具对铜板的作用力为先弯曲后挤压，使材料填满模具，材料为紫铜、半硬状态、12.0mm厚，机械性能控制在σ_b≥240mm²、≥20％的范围内，冲制单排导电筋所需要的冲压力为1200～1400KN，为保证冲制过程中金属的充分流动，在冲制时，板材表面必须用油给以予充分的润滑；

由于冲制过程的先弯曲后挤压，会使导电筋宽度方向上变窄。冲制单排筋时，宽度方向减少2.5mm，而冲双排筋时宽度方向上将减少5.0mm。这就是260mm宽的异型导电板在没有冲导电包前板材切料宽度为265mm宽的原因，冲制过程如图4所示，图4是1490凸模分次冲压定位示意图注：图4中描述了完成整块异型板冲制的全过程，从上至下分别为第一至第四次，图中标注点部位为每次冲制接口的分界点，其中：L40＝1490mm，L41＝L46＝L4A＝L4E＝25mm，L42＝15mm，L43＝1450mm，L44＝1385mm，L45＝L47＝L4B＝L4F＝65mm，L48＝L4C＝L49＝L4D＝L4G＝1400mm，L4H＝5700mm；

(5)、对汇流板折弯：

采用大型电脑控制的液压折弯机作为制做90°弯曲角的设备，具体操作如下：

汇流板具体下料尺寸是：12.0×448×5700mm，其单侧冲制导电包后，宽度减少2.5mm左右，由448mm减少到445mm。

板材纵向折弯采用的是悬压折弯法。其90°角采用上压模的向下行程深度控制，上压模全长8米，最大上下自由行程为180～200mm。凹槽开口度由80～240mm可调，本发明采用了L52＝140mm开口度，具体折弯时，在12.0mm铜板上先划好定位点，上压模向下移动后，将弯曲的力传给铜板，具体操作见附图5和图5A所示；图中：14、压头；15、载物台；16、底座；L51＝185mm；R51＝140mm，L53＝195mm。

由于12.0mm厚铜板其弯曲后的内圆半径R为15.0mm，大于板厚，而弯曲后的外径为27.0mm，铜板内外侧都得到了自由的、充分的滑移和延伸，折弯后表面光滑，没有裂纹。以压头与板材的接触支点为定点作板材的垂直平分线，弯曲时板材外侧的园弧延此平分线出现了弯曲拉伸变形，分别延长了10mm，使板材的宽度尺寸增加了20mm，所以为了保证折弯后195mm的尺寸，将板材与压头的接触支点定位在距板材边部185mm的位置，板材下料宽度为448mm，小于465mm。

结论：带有双排连续空心导电筋的异型铜导电板、汇流板是“ISA法电解新工艺”所必需的高精度导电材料，传统的在平板的基础上单个冲制不连续导电包的生产工艺制备的异型铜导电板及汇流板，无法满足国外引进的“ISA法电解新工艺”的要求，因此本发明这种空心异型铜导电板及汇流板采用冲制的办法成本低，操作简单，同国外实心异型铜导电板及汇流板相比，不仅能满足不同用户的各种尺寸要求，而且节约了铜资源，特别是异型板的平直度都能得到良好的控制。发明人采用大型锯切机，3000吨液压机、配套吊具、配套大型模具、可控制的大型锻压折弯机，并在全部的生产过程中，合理的控制材料性能及准确的定尺下料，从而实现了生产电解用高强度、高导电性、高平直度的空心异型导电板及汇流板，很好地解决我国重点铜冶炼技改项目急需的高精度导电材料难题，替代进口，填补国内空白。

Claims (1)

1.一种电解用异型空心铜导电板及汇流板的制备工艺，其特征在于：该空心导电板及汇流板按下述步骤制备：

a、制备铜板：将铜铸锭经燃油炉加热处理后，经二辊可逆式热轧机进行开坯，开轧温度850℃，终轧温度不低于600℃，终轧坯料厚度14.0mm，热轧坯料直接水淬爆掉表层氧化物，冷却到室温后，经四辊精轧机冷轧成12.0mm厚的半硬铜板，采用一定的加工率将其性能指标严格的控制在δ≥20％，使冲制时不产生裂纹；

b、精整及定尺剪切：将步骤a制得的铜板，在它上面按所需规格划线，用剪切机按线对铜板的端头进行剪切，然后用大型锯切机同时锯去铜板的两边，使板材两端的内应力同时释放，以防铜板侧弯，刮净剪切后铜板边缘的毛刺；

c、冲制导电筋及汇流板折弯：制作导电板及汇流板采用同一工艺方法，即将步骤b剪切处理后的铜板设置在冲压模具上，用3000吨液压机进行整体导电筋冲压成型；制作导电板时上模具装两排冲头，采用双排冲制导电筋；制作汇流板时采用单侧冲制导电筋，用悬压折弯法将汇流板折弯，即得成品；

在制备12.0×260×5700mm的导电板和12.0×465×5700mm汇流板时，选择与板材长度方向上垂直度较好的端面打印出“O”字标记做起始基准面，由导电板“O”字端头计算：划第一点为1385mm，第二点、第三点分别距前一点为1400mm；

上述导电板或汇流板均从模具一端开始，铜板的“O”字端头缩进模具凸模起始端15mm开始冲压，分四次冲压完；

在步骤b的精整及定尺剪切工艺中，所用导电板的切料宽度要比图纸的理论宽度大5.0mm；汇流板切料宽度要比图纸的理论宽度小17mm；长度剪切采用特号斜刃剪切机；宽度剪切采用大型铜排锯切机，铜板长度方向的两个边同时锯切，锯切后的铜板四个角为90°±2°；

所用模具的设计与制作，采用可拆卸式设计，上模具中安装2根凸模：两凸模的各自长度、安装的相对位置、横断面形状及尺寸是模具制作的关键；1根全长1490mm、另一根全长1540mm，两下模具的凹模全长1800mm，保证四次分段冲压总长度大于5700；两根凸模的起始安装位置必须在同一直线上且相互平行，以此保证每次冲压分界处在导电板装配时恰好位于绝缘板覆盖处，不影响导电性能；凸模断面尺寸的上圆半径为8mm，下弧R为5mm，恰好与金属的弯曲塑性相匹配，保证金属能与模具接触并沿其表面均匀流动，达到所要求的空心筋形状及尺寸；

在制备120×448×5700mm汇流板折弯时，为确保195±2.0的尺寸，先确定折弯定位点为185mm，保证其折弯后达到195mm，上模具采用R15的冲头，折弯模具的下凹槽开口度为140mm，冲压行程及参数设备自动控制。

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