CN1988060A - 利用无氧铜胚进行异型截面空心导线的加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种电器元件技术领域的利用无氧铜胚进行异型截面空心导线的加工方法。本发明所述异型截面空心导线，为上下表面不对称、带通水内孔导线，其在加工过程中的定位困难，给保证成形精度带来很大的难度；为了保证加工产品均匀性和导电性好、表面质量高，本发明首先保证冶炼制锭无氧铜的材料特性，利用先穿孔挤压后拉拔精成形技术保证其成形精度要求，整个成形过程进行计算机建模、有限元分析以确定最优的成形工艺，然后进行退火和精整处理；对精整后的带孔导线进行冲刷腐蚀实验，来确定其腐蚀速率和使用寿命，并利用冲刷实验结果其进行修正，以形成最终合格的研制产品。

Description

利用无氧铜胚进行异型截面空心导线的加工方法
技术领域
本发明涉及一种电器元件技术领域的方法，具体的说，是一种利用无氧铜胚进行异型截面空心导线的加工方法。
背景技术
空心导线是平波电感的关键部件，整个系统的可靠性在相当程度上取决于空心导线的可靠性。平波电感是永磁电力推进系统中的核心部件，而平波电感空心导线是制造平波电感的关键部件，其性能包括机械性能、材料性能、可焊接性能、外形尺寸以及通水内孔的抗腐蚀特性等，都对平波电感的安装和使用有直接的影响。国内仅仅对普通的方形空心导线有一定的研制能力，例如哈尔滨工业大学的实验和测量设备，用于研制和测试内径尺寸为2.0mm×6.7mm和2.5mm×9.6mm矩形空心导线。截面为异型的平波电感用空心导线的研制尚未见公开报道。由于异型截面带通水内孔导线的形状特殊、成型精度和稳定性要求高，给制造和工艺带来很大的难度，因此需对异型截面带通水内孔导线进行研制，开发可焊接性能好、产品均匀性好、表面质量好、含氧量和杂质低、具有良好的抗冲刷腐蚀性能，以保证平波电感的可靠性和有效性。
经对现有技术文献的检索发现，闫爱军和张全根在《大电机技术》2004(12)发表的“发电机内冷水空心导线的腐蚀速率分析”，对发电机空心导线腐蚀问题″提出了腐蚀速率的计算公式″即采用检测内冷水中铜离子浓度的方法推算出空心铜导线的腐蚀速率″并给出计算实例。尽管该研究对空心导线的腐蚀研究有了进一步的认识，对冲刷腐蚀进行了论述。然而，从国内外文献的分析可以发现国内外针对的异型截面铜制空心导线加工工艺和方法未见正式报道。
发明内容
本发明的目的在于填补国内外针对异型截面铜制空心导线加工方法的研究空白，提供一种利用无氧铜胚进行异型截面空心导线的加工方法，使其保证空心导线的可焊接性能好、产品均匀性好、表面质量好、含氧量和杂质低、具有良好的抗冲刷腐蚀性能，以保证平波电感的可靠性和有效性。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明涉及的空心导线为异型截面带通水内孔导线的外形，即上下表面为不对称的特殊形状，使得其在加工过程中的定位困难，给保证成形精度带来很大的难度；为了保证加工产品均匀性和导电性好、表面质量高。本发明首先保证冶炼制锭无氧铜的材料特性，利用先穿孔挤压后拉拔精成形技术保证其成形精度要求(整个成形过程进行计算机建模、有限元分析以确定最优的成形工艺)，然后进行退火和精整处理；对精整后的带孔导线进行冲刷腐蚀实验，来确定其腐蚀速率和使用寿命，并利用冲刷实验结果其进行修正，以形成最终合格的研制产品。
本发明具体步骤如下：
(1)冶炼制锭。熔炼铸锭在无氧熔炼炉中进行，保证无氧铜的原材料成分符合GB/T5231标准，含氧量小于30ppm，杂质总量不大于0.04％，确保材料在20-150℃时的热膨胀系数为23.0/μm.(m.K)-1，20-250℃时为25.3/μm.(m.K)-1；45℃时的比热容为415/J.(kg.K)-1，电导率为101％IACS退火态，电阻率ρ≤0.02024Ω·mm2/m。熔炼铸锭得到圆形实心无氧铜锭。
(2)穿孔挤压。利用卧式挤压机对穿孔热挤压成形后的导线坯，进行1~2道次的缩径热挤压成形，保证其含氧量小于30ppm(利用电真空器件用无氧铜含氧量金相检验方法进行检验)，制造出内孔直径大于空心导线要求带内孔(后续成形的拉伸会使内孔直径缩小，所以内孔直径必须大于空心导线要求孔径)外形为异型截面并带一定加工余量的导线坯。
(3)成形。通过10道次的冷拉拔成形，一方面得到内孔直径为实际要求的尺寸的异型截面空心导线；另一方面通过提高模具的制造精度和模具中圆角半径的均匀分布，来确保空心导线的外形尺寸和内外表面质量。同时，冷拉拔成形还可以强化导线内部的组织，去除内孔表面的裂纹、毛刺、凹坑、划伤等缺陷。各道次拉拔成形量的分配，也将通过有限元成形仿真来进行计算和优化。
(4)退火和精整。经过塑性加工成形后的空心导线，将采用无氧连续退火炉，并在铜管灌入保护性气体，在375-650℃的退火温度下软化退火，以消除塑性加工内应力，降低成形过程中产生的弯曲和扭曲变形。退火后的空心导线仍需在整形设备上进行一道精整校直，以保证产品的形状公差符合要求。
由于平波电感用梯形截面空心导线的加工要求成形精度和稳定性高，要求研制产品均匀性和导电性好、表面质量高；通水孔内径小，且为壁后厚不对称的梯形截面，这使得在拉伸成形过程中使用的芯棒半径小，容易被拉断，给加工过程带来困难；同时对于力学和材料性能要求也很高，要求具有良好的焊接性能、含氧量和杂质低，这使得原材料在冶炼过程中的难度加大；在使用环境温度、PH值环境和实际流速的情况下，具有良好的抗冲刷腐蚀性能。
本发明针异型截面尺寸形状的空心导线的加工，采用实验和仿真相结合的工艺方式，可以使异型截面带通水内孔导线的成品率提高、可焊接性增强、表面质量得到提高、氧化物超标受到控制，以保证所生产平波电感空心导线的有效性和可靠性，从而保证平波电感的可靠性。本发明对冶炼制锭、穿孔挤压、成形、退火和精整采用传统工艺路线。
附图说明
图1为本发明的整个成形过程的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
在进行空心导线加工之前，保证无氧铜原材料杂质总量不大于0.03％，确保材料在20-150℃时的热膨胀系数为23.0/μm.(m.K)-1，20-250℃时为25.3/μm.(m.K)-1；45℃时的比热容为415/J.(kg.K)-1，电导率为101％IACS退火态，电阻率ρ≤0.02024Ω·mm2/m。熔炼铸锭得到圆形实心无氧铜锭。在穿孔挤压阶段，利用卧式挤压机对圆柱铜锭进行穿孔挤压，并保证其含氧量不大于30ppm，内圆外梯形导线胚，内孔径小于23mm(空心导线内孔直径为9.5mm)。对内圆外梯形导线胚和成形芯棒进行计算机建模，并利用有限元模型进行网格划分，对拉拔成形工艺进行模拟，以确定最优的成形工艺和内通水孔的定位尺寸。在计算机模拟结果的指导下，利用立式挤压机对内圆外梯形导线胚进行8次拉拔精加工，以形成均匀的梯形截面导线，保证：导线角部的厚度不小于直线部分的壁厚，总的壁厚不均匀度小于0.45mm，单面壁厚不均匀度小于0.40mm，锥角倾斜度±0.04°，内孔的表面粗糙度Ra≤3.2um，空心导线内孔圆处用100倍显微镜观察不允许有大于0.06mm的深折痕或裂纹。对退火后的成形导线胚进行精整处理，保证外表面清洁、光滑、均匀、无污染杂物、无氧化皮，裂缝、分层和其他有害缺陷，内孔表面无裂纹、毛刺、起皮、气孔、凹坑、划伤和跳车痕迹等缺陷，并降低成形加工过程中产生的弯曲和扭曲变形。最后对精整后的导线胚进行冲刷腐蚀实验，确定内孔通水导线腐蚀速率和寿命，如果实验结果表明腐蚀速率过高，则需调整拉拔精加工工艺，提高导线胚内孔表面质量和精度，以保证最终交付产品的可靠性和稳定性。
本实施例可以保证空心导线产品的可焊接性能好、产品均匀性好、表面质量好、含氧量和杂质低、具有良好的抗冲刷腐蚀性能，保证平波电感的可靠性和有效性。
本实施例涉及的空心导线为梯形截面带通水内孔导线的外形，即上下表面为不对称的特殊形状，使得其在加工过程中的定位困难，给保证成形精度带来很大的难度；为了保证加工产品均匀性和导电性好、表面质量高，如图1所示，本发明首先保证冶炼制锭无氧铜的材料特性，利用先穿孔挤压后拉拔精成形技术保证其成形精度要求(整个成形过程进行计算机建模、有限元分析以确定最优的成形工艺)，然后进行退火和精整处理；对精整后的带孔导线进行冲刷腐蚀实验，来确定其腐蚀速率和使用寿命，并利用冲刷实验结果其进行修正，以形成最终合格的产品。

Claims (4)

1、一种利用无氧铜胚进行异型截面空心导线的加工方法，其特征在于，所述异型截面空心导线，为上下表面不对称、带通水内孔导线，方法步骤如下：
(1)冶炼制锭：熔炼铸锭在无氧熔炼炉中进行，采用的无氧铜原材料成分符合GB/T5231标准，熔炼铸锭得到圆形实心无氧铜锭；
(2)穿孔挤压：利用卧式挤压机对穿孔热挤压成形后的导线坯，进行1~2道次的缩径热挤压成形，保证其含氧量小于30ppm，制造出内孔直径大于空心导线要求带内孔外形为异型截面并带有加工余量的导线坯；
(3)成形：通过10道次的冷拉拔成形，一方面得到内孔直径为实际要求的尺寸的异型截面空心导线；另一方面通过提高模具的制造精度和模具中圆角半径的均匀分布，来确保空心导线的外形尺寸和内外表面质量，各道次拉拔成形量的分配通过有限元成形仿真来进行计算和优化；
(4)退火和精整：经过塑性加工成形后的异型截面空心导线，将采用无氧连续退火炉，并在铜管灌入保护性气体，在375-650℃的退火温度下软化退火，以消除塑性加工内应力，降低成形过程中产生的弯曲和扭曲变形；退火后的异型截面空心导线在整形设备上进行一道精整校直。
2、根据权利要求1所述的利用无氧铜胚进行异型截面空心导线的加工方法，其特征是，步骤(1)中，所述的无氧铜，含氧量小于30ppm，杂质总量小于等于0.04％，在20-150℃时的热膨胀系数为23.0/μm.(m.K)-1，20-250℃时为25.3/μm.(m.K)-1；45℃时的比热容为415/J.(kg.K)-1，电导率为101％IACS退火态，电阻率ρ≤0.02024Ω·mm2/m。
3、根据权利要求1所述的利用无氧铜胚进行异型截面空心导线的加工方法，其特征是，步骤(2)中，所述的缩径热挤压成形，其设备采用卧式挤压机。
4、根据权利要求1所述的利用无氧铜胚加工异型截面空心导线的方法，其特征是，步骤(2)中，所述的保证其含氧量小于30ppm，利用电真空器件用无氧铜含氧量金相检验方法进行检验。
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