一種銅包鋁雙金屬復(fù)合線材的生產(chǎn)設(shè)備及工藝的制作方法
【專利摘要】一種銅包鋁雙金屬復(fù)合線材的生產(chǎn)設(shè)備及工藝，屬于金屬材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】。設(shè)備由加熱元件、鋁液控溫坩堝、芯部金屬澆注塞棒、測溫儀、壓力機(jī)構(gòu)、擠壓桿、空心穿孔針、擠壓筒、擠壓模具、冷卻裝置、水槽、張力機(jī)構(gòu)和收卷機(jī)組成。工藝為將銅坯放入擠壓筒，鋁錠放入控溫坩堝，擠壓筒外部的加熱元件升溫到指定溫度后，保溫，在壓力機(jī)構(gòu)的作用下，擠壓桿下移，對擠壓筒內(nèi)的銅坯進(jìn)行穿孔擠壓，形成包覆層銅管；當(dāng)銅管擠出模具時(shí)，拉開芯部金屬鋁液的澆注塞棒，由于管內(nèi)負(fù)壓的作用，鋁液被吸入銅管中凝固，在冷卻裝置和水槽進(jìn)一步冷卻后通過張力機(jī)構(gòu)，最后，在收卷機(jī)上進(jìn)行卷曲收集。本發(fā)明設(shè)備簡單，工藝流程短，適用于大規(guī)模生產(chǎn)；制備的銅包鋁線材外形尺寸精確，芯部金屬無鑄造缺陷，外層金屬銅與芯部金屬鋁之間的界面清潔無污染，形成良好的冶金結(jié)合。
【專利說明】一種銅包鋁雙金屬復(fù)合線材的生產(chǎn)設(shè)備及工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明提供的一種銅包鋁雙金屬復(fù)合線材的生產(chǎn)設(shè)備及工藝，屬于金屬材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
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[0002]銅包招雙金屬復(fù)合線材(Copper clad aluminum, CCA)是在招芯線外表面同心包覆銅層，使兩種金屬在界面形成原子間的冶金結(jié)合形成一個(gè)整體金屬線材，保證使用性能的前提下，同時(shí)具備兩種金屬的優(yōu)點(diǎn)。銅包鋁雙金屬復(fù)合線材具有導(dǎo)電性好、密度小，質(zhì)地軟、耐蝕性好、易釬焊、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，是純銅芯電纜的新型替代產(chǎn)品。特別在高頻傳輸時(shí)，由于“集膚效應(yīng)”的作用，電流集中在導(dǎo)體的表面層傳輸，應(yīng)用銅包鋁線不但可以降低使用成本，而且會(huì)保證良好的信號(hào)傳輸質(zhì)量。如果把直徑較小的銅包鋁雙金屬復(fù)合線材作為輕型電磁線應(yīng)用于航空航天、儀表線圈、計(jì)算機(jī)、電子設(shè)備和音響線圈中，則具有更高的附加值。目前銅包鋁雙金屬復(fù)合線材的加工方法很多，大體可分為固-固相復(fù)合法和液-固相復(fù)合法兩大類(見:徐高磊等，有色金屬加工，Vol.37，N0.4 (2008)，p.6)。固-固相復(fù)合法包括軋制復(fù)合，側(cè)向擠壓復(fù)合，連續(xù)擠壓復(fù)合，拉拔復(fù)合等；液-固相復(fù)合法包括充芯連鑄，水平連鑄直接復(fù)合成形(見:謝建新等，一種包復(fù)材料水平連鑄直接復(fù)合成形設(shè)備與工藝，中國專利:ZL200610112817.3)等。固-固相復(fù)合法雖然可以保證良好的外形尺寸要求，但界面結(jié)合強(qiáng)度難以達(dá)到牢固的冶金給合；液_固相復(fù)合法中的充芯連鑄法是采用上下兩個(gè)加熱設(shè)備，使芯部金屬與外層金屬分別在上下兩個(gè)加熱器中熔化，在兩個(gè)加熱器中的溫度達(dá)到規(guī)定的溫度時(shí)，在電機(jī)動(dòng)力牽引的引錠桿的作用下，牽引外層金屬液進(jìn)入結(jié)晶器，在結(jié)晶器和導(dǎo)流管中形成外層金屬管，芯部金屬液隨之進(jìn)入外層金屬管中，然后在一定的拉速下實(shí)現(xiàn)芯部金屬和外層金屬的復(fù)合。水平連鑄直接復(fù)合成形的基本原理與充芯連鑄法相似，不同的是引錠桿的引出方向由豎直變?yōu)樗?，因此增加了制品的長度。由于液-固相復(fù)合法中的外層銅管是鑄造銅管，其存在鑄造固有的一些組織缺陷，如疏松，縮孔或收縮不均等，影響銅包鋁雙金屬復(fù)合線材的質(zhì)量，對截面外形復(fù)雜的雙金屬復(fù)合線材難以加工。本發(fā)明提出一種新型的銅包鋁雙金屬復(fù)合線材的生產(chǎn)設(shè)備及工藝，穿孔擠壓結(jié)合連鑄充芯的方法克服了上述的不足，不僅使外層的銅管具有擠壓組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)，外層銅管的擠出，使管內(nèi)形成的負(fù)壓，在形成鋁芯時(shí)有效地避免了補(bǔ)縮不足的情況出現(xiàn)。通過擠壓模具的設(shè)計(jì)，夕卜層銅管截面形狀不再受任何的限制。外層銅與鋁芯間的界面為冶金結(jié)合，從而保證了結(jié)合的強(qiáng)度。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種銅包鋁雙金屬復(fù)合線材的生產(chǎn)設(shè)備及工藝，可以實(shí)現(xiàn)銅包鋁雙金屬線材的短流程制備，設(shè)備簡單，節(jié)能，生產(chǎn)效率高，適用于大規(guī)格工業(yè)化生產(chǎn)。穿孔擠壓結(jié)合連鑄充芯的方法不僅使外層的銅管具有擠壓組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)，外層銅管的擠出，使管內(nèi)形成的負(fù)壓，在形成鋁芯時(shí)有效地避免了補(bǔ)縮不足的情況出現(xiàn)。通過擠壓模具的設(shè)計(jì)，外層銅管截面形狀不再受任何的限制。外層銅與鋁芯間的界面為牢固的冶金結(jié)合，從而保證了結(jié)合的強(qiáng)度。
[0004]本發(fā)明的設(shè)備由加熱元件1、鋁液控溫坩堝2、芯部金屬澆注塞棒3、測溫儀4、壓力機(jī)構(gòu)5、擠壓桿7、空心穿孔針8、擠壓筒10、擠壓模具11、冷卻裝置13、水槽14、張力機(jī)構(gòu)15和收卷機(jī)16組成。鋁液控溫坩堝2嵌入到擠壓筒10內(nèi)的擠壓桿7中，鋁液控溫坩堝2流出口與穿孔針8的中心孔相接。穿孔針8與擠壓桿7連接，擠壓模具11安裝在擠壓筒10的底部，鋁液控溫坩堝2流出孔的中心、空心穿孔針8的中心和擠壓模具11模孔的中心在同一條軸線上；擠壓筒10的外部裝有加熱元件1，水槽14安裝在冷卻裝置13的下部，張力機(jī)構(gòu)15設(shè)置在水槽14與收卷機(jī)16之間。
[0005]本發(fā)明的工藝過程為將銅坯放入擠壓筒10，鋁錠放入控溫坩堝2，擠壓筒10外部的加熱元件I升溫到700-950°C，保溫10-200min，在壓力機(jī)構(gòu)5的作用下，擠壓桿7下移，對擠壓筒10內(nèi)的銅坯進(jìn)行穿孔擠壓，形成包覆層銅管，擠壓速度為I?600mm/min，擠壓比為5?30，管材的截面為圓形、方形、星形、扁形或復(fù)雜的異形截面；當(dāng)銅管擠出模具時(shí)，拉開芯部金屬鋁液的澆注塞棒3，由于管內(nèi)負(fù)壓的作用，鋁液被吸入銅管中凝固，在冷卻裝置13和水槽14進(jìn)一步冷卻后通過張力機(jī)構(gòu)15，最后，在收卷機(jī)16上進(jìn)行卷曲收集。卷曲收集速度與擠壓管材產(chǎn)品的擠出速度保持一致，冷卻方式可以采用水冷(噴水速度為1-2000_/s)或風(fēng)冷(風(fēng)速為l-5000mm/s)。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0007]1.裝有芯部金屬鋁液的控溫坩堝2鑲嵌入擠壓桿7上表面中，控溫坩堝2的流出口與穿孔針8的中心孔相連形成鋁液的澆注通道；在穿孔擠壓形成銅管的同時(shí)，鋁液通過澆注通道注入銅管的內(nèi)部，熔合并凝固，實(shí)現(xiàn)銅包鋁雙金屬復(fù)合線材的直接成形。本發(fā)明的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，工藝流程短，便于操作，節(jié)能環(huán)保。
[0008]2.鋁液的控溫坩堝2鑲嵌入擠壓桿7上表面中，可以實(shí)現(xiàn)銅包鋁雙金屬復(fù)合線材中芯部金屬鋁液與外層金屬銅同時(shí)加熱，有效的減少加熱元件的數(shù)量和降低能源的消耗。
[0009]3.擠壓形成的外層金屬銅管相對于鑄造銅管，內(nèi)部組織與尺寸精度更加的完好和精確，除可成形圓管、方管外，還可成形星形管、扁管和復(fù)雜形狀的異形截面管材。
[0010]4.芯部金屬鋁液進(jìn)入澆注通道后，不會(huì)再與外部的空氣接觸，沒有氧化物生成；穿孔擠出的銅管內(nèi)表面為新鮮表面，也不與外部的空氣接觸，不會(huì)形成氧化物。因此，獲得的銅包鋁界面為完全清潔的復(fù)合界面。
[0011]5.穿孔擠壓形成的銅管在擠出模具時(shí)內(nèi)部形成負(fù)壓，隨著管的長度增加，內(nèi)部負(fù)壓力增加，鋁液在負(fù)壓的作用下會(huì)被吸入到銅管的內(nèi)部，形成負(fù)壓鑄造，提高了芯部金屬鋁的凝固組織的性能，去除了普通鑄造時(shí)的內(nèi)部缺陷，如縮孔，疏松等。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明:
[0013]圖1為本發(fā)明的一種設(shè)備示意圖。其中，加熱元件1，芯部金屬控溫坩堝2，芯部金屬澆注塞棒3，測溫儀4，壓力機(jī)構(gòu)5，芯部金屬液6，擠壓桿7，空心穿孔針8，包覆層金屬9，擠壓筒10，擠壓模具11，芯部金屬固液界面12，冷卻裝置13，水槽14，張力機(jī)構(gòu)15，收卷機(jī)16?！揪唧w實(shí)施方式】:
[0014]圖1為本發(fā)明設(shè)備的一種【具體實(shí)施方式】。其設(shè)備由壓力機(jī)構(gòu)5，擠壓筒10，擠壓桿7，擠壓模具11，包覆層金屬9，空心穿孔針8，加熱元件I和測溫儀4構(gòu)成外層金屬銅管擠壓系統(tǒng)；控溫坩堝2，芯部金屬澆注塞棒3，空心穿孔針8，加熱元件I，測溫儀4，冷卻裝置13和水槽14構(gòu)成芯部金屬鋁液的澆注凝固系統(tǒng)；由張力機(jī)構(gòu)15和收卷機(jī)16構(gòu)成產(chǎn)品的收集系統(tǒng)。加熱元件I采用電阻加熱或感應(yīng)加熱方式?？販刿釄?和澆注塞棒3采用耐火材料或金屬陶瓷。擠壓筒10、擠壓桿7、擠壓模具11和空心穿孔針8采用熱作模具鋼。冷卻裝置13采用水冷或風(fēng)冷方式。壓力機(jī)構(gòu)5采用普通的壓力機(jī)或?qū)ｉT的擠壓機(jī)。
[0015]成形工藝實(shí)施例1:銅包鋁雙金屬復(fù)合線材的直徑10mm，包覆層銅金屬厚度2mm。測溫儀4采用熱電偶直接測溫；加熱元件I采用電阻絲直接加熱?？販刿釄?和澆注塞棒3采用剛玉制成。冷卻裝置13采用水冷，噴水速度1000mm/s ;壓力機(jī)構(gòu)5采用普通的壓力機(jī)。芯部金屬控溫坩堝2的溫度控制在900°C，保溫60min。擠壓比為20，穿孔擠壓速度為300mm/min,當(dāng)銅管擠出模具時(shí),打開燒注塞棒3,打開冷卻裝置13 ;打開張力機(jī)構(gòu)15,調(diào)節(jié)收卷的速度與產(chǎn)品擠出的速度一致，獲得外形尺寸精確，界面結(jié)合良好，內(nèi)部無明顯鑄造組織缺陷的銅包鋁雙金屬復(fù)合線材。
[0016]成形工藝實(shí)施例2:銅包鋁雙金屬復(fù)合線材的直徑5mm，包覆層銅金屬厚度1mm。測溫儀4采用熱電偶直接測溫；加熱元件I采用感應(yīng)加熱。控溫坩堝2和澆注塞棒3采用耐火材料制成。冷卻裝置13采用風(fēng)冷，風(fēng)速3000mm/s ;壓力機(jī)構(gòu)5采用普通的壓力機(jī)。芯部金屬控溫坩堝2的溫度控制在950°C，保溫120min。擠壓比為30，穿孔擠壓速度為10mm/min，當(dāng)銅管擠出模具時(shí)，打開澆注塞棒3，打開冷卻裝置13 ;打開張力機(jī)構(gòu)15，調(diào)節(jié)收卷的速度與產(chǎn)品擠出的速度一致，獲得外形尺寸精確，界面結(jié)合良好，內(nèi)部無明顯鑄造組織缺陷的銅包鋁雙金屬復(fù)合線材。
【權(quán)利要求】
1.一種銅包鋁雙金屬復(fù)合線材成形設(shè)備，由加熱元件1、鋁液控溫坩堝2、芯部金屬澆注塞棒3、測溫儀4、壓力機(jī)構(gòu)5、擠壓桿7、空心穿孔針8、擠壓筒10、擠壓模具11、冷卻裝置13、水槽14、張力機(jī)構(gòu)15和收卷機(jī)16組成；其特征在于:鋁液控溫坩堝2嵌入到擠壓筒10內(nèi)的擠壓桿7中，鋁液控溫坩堝2流出口與穿孔針8的中心孔相接。穿孔針8與擠壓桿7連接，擠壓模具11安裝在擠壓筒10的底部，鋁液控溫坩堝2流出孔的中心、空心穿孔針8的中心和擠壓模具11?？椎闹行脑谕粭l軸線上；擠壓筒10的外部裝有加熱元件1，水槽14安裝在冷卻裝置13的下部，張力機(jī)構(gòu)15設(shè)置在水槽14與收卷機(jī)16之間。
2.一種用權(quán)利要求1所述設(shè)備成形銅包鋁雙金屬復(fù)合線材工藝，其特征在于:將銅坯放入擠壓筒10，鋁錠放入控溫坩堝2，擠壓筒10外部的加熱元件I升溫到指定溫度后，保溫，在壓力機(jī)構(gòu)5的作用下，擠壓桿7下移，對擠壓筒10內(nèi)的銅坯進(jìn)行穿孔擠壓，形成包覆層銅管；當(dāng)銅管擠出模具時(shí)，拉開芯部金屬鋁液的澆注塞棒3，由于管內(nèi)負(fù)壓的作用，鋁液被吸入銅管中凝固，在冷卻裝置13和水槽14進(jìn)一步冷卻后通過張力機(jī)構(gòu)15，最后，在收卷機(jī)16上進(jìn)行卷曲收集。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅包鋁雙金屬復(fù)合線材成形工藝，其特征在于加熱元件I升溫到 700-950°C，保溫 10-200min。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅包鋁雙金屬復(fù)合線材成形工藝，其特征在于銅管的擠壓速度為I?600mm/min,擠壓比為5?30,管材的截面為圓形、方形、星形、扁形或復(fù)雜的異形截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅包鋁雙金屬復(fù)合線材成形工藝，其特征在于冷卻方式可以采用水冷或風(fēng)冷，水冷時(shí)噴水速度為l-2000mm/s，風(fēng)冷時(shí)風(fēng)速為l-5000mm/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅包鋁雙金屬復(fù)合線材成形工藝，其特征在于卷曲收集速度與擠壓管材產(chǎn)品的擠出速度保持一致。
【文檔編號(hào)】B22D11/04GK104138922SQ201410289005
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】劉彬彬 申請人:湖南大學(xué)