專利名稱：利用無氧銅胚進(jìn)行異型截面空心導(dǎo)線的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電器元件技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體的說，是一種利用無氧銅胚進(jìn)行異型截面空心導(dǎo)線的加工方法。
背景技術(shù)：
空心導(dǎo)線是平波電感的關(guān)鍵部件，整個系統(tǒng)的可靠性在相當(dāng)程度上取決于空心導(dǎo)線的可靠性。平波電感是永磁電力推進(jìn)系統(tǒng)中的核心部件，而平波電感空心導(dǎo)線是制造平波電感的關(guān)鍵部件，其性能包括機械性能、材料性能、可焊接性能、外形尺寸以及通水內(nèi)孔的抗腐蝕特性等，都對平波電感的安裝和使用有直接的影響。國內(nèi)僅僅對普通的方形空心導(dǎo)線有一定的研制能力，例如哈爾濱工業(yè)大學(xué)的實驗和測量設(shè)備，用于研制和測試內(nèi)徑尺寸為2.0mm×6.7mm和2.5mm×9.6mm矩形空心導(dǎo)線。截面為異型的平波電感用空心導(dǎo)線的研制尚未見公開報道。由于異型截面帶通水內(nèi)孔導(dǎo)線的形狀特殊、成型精度和穩(wěn)定性要求高，給制造和工藝帶來很大的難度，因此需對異型截面帶通水內(nèi)孔導(dǎo)線進(jìn)行研制，開發(fā)可焊接性能好、產(chǎn)品均勻性好、表面質(zhì)量好、含氧量和雜質(zhì)低、具有良好的抗沖刷腐蝕性能，以保證平波電感的可靠性和有效性。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，閆愛軍和張全根在《大電機技術(shù)》2004(12)發(fā)表的“發(fā)電機內(nèi)冷水空心導(dǎo)線的腐蝕速率分析”，對發(fā)電機空心導(dǎo)線腐蝕問題″提出了腐蝕速率的計算公式″即采用檢測內(nèi)冷水中銅離子濃度的方法推算出空心銅導(dǎo)線的腐蝕速率″并給出計算實例。盡管該研究對空心導(dǎo)線的腐蝕研究有了進(jìn)一步的認(rèn)識，對沖刷腐蝕進(jìn)行了論述。然而，從國內(nèi)外文獻(xiàn)的分析可以發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外針對的異型截面銅制空心導(dǎo)線加工工藝和方法未見正式報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于填補國內(nèi)外針對異型截面銅制空心導(dǎo)線加工方法的研究空白，提供一種利用無氧銅胚進(jìn)行異型截面空心導(dǎo)線的加工方法，使其保證空心導(dǎo)線的可焊接性能好、產(chǎn)品均勻性好、表面質(zhì)量好、含氧量和雜質(zhì)低、具有良好的抗沖刷腐蝕性能，以保證平波電感的可靠性和有效性。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明涉及的空心導(dǎo)線為異型截面帶通水內(nèi)孔導(dǎo)線的外形，即上下表面為不對稱的特殊形狀，使得其在加工過程中的定位困難，給保證成形精度帶來很大的難度；為了保證加工產(chǎn)品均勻性和導(dǎo)電性好、表面質(zhì)量高。本發(fā)明首先保證冶煉制錠無氧銅的材料特性，利用先穿孔擠壓后拉拔精成形技術(shù)保證其成形精度要求(整個成形過程進(jìn)行計算機建模、有限元分析以確定最優(yōu)的成形工藝)，然后進(jìn)行退火和精整處理；對精整后的帶孔導(dǎo)線進(jìn)行沖刷腐蝕實驗，來確定其腐蝕速率和使用壽命，并利用沖刷實驗結(jié)果其進(jìn)行修正，以形成最終合格的研制產(chǎn)品。
本發(fā)明具體步驟如下(1)冶煉制錠。熔煉鑄錠在無氧熔煉爐中進(jìn)行，保證無氧銅的原材料成分符合GB/T5231標(biāo)準(zhǔn)，含氧量小于30ppm，雜質(zhì)總量不大于0.04％，確保材料在20-150℃時的熱膨脹系數(shù)為23.0/μm.(m.K)-1，20-250℃時為25.3/μm.(m.K)-1；45℃時的比熱容為415/J.(kg.K)-1，電導(dǎo)率為101％IACS退火態(tài)，電阻率ρ≤0.02024Ω·mm2/m。熔煉鑄錠得到圓形實心無氧銅錠。
(2)穿孔擠壓。利用臥式擠壓機對穿孔熱擠壓成形后的導(dǎo)線坯，進(jìn)行1~2道次的縮徑熱擠壓成形，保證其含氧量小于30ppm(利用電真空器件用無氧銅含氧量金相檢驗方法進(jìn)行檢驗)，制造出內(nèi)孔直徑大于空心導(dǎo)線要求帶內(nèi)孔(后續(xù)成形的拉伸會使內(nèi)孔直徑縮小，所以內(nèi)孔直徑必須大于空心導(dǎo)線要求孔徑)外形為異型截面并帶一定加工余量的導(dǎo)線坯。
(3)成形。通過10道次的冷拉拔成形，一方面得到內(nèi)孔直徑為實際要求的尺寸的異型截面空心導(dǎo)線；另一方面通過提高模具的制造精度和模具中圓角半徑的均勻分布，來確?？招膶?dǎo)線的外形尺寸和內(nèi)外表面質(zhì)量。同時，冷拉拔成形還可以強化導(dǎo)線內(nèi)部的組織，去除內(nèi)孔表面的裂紋、毛刺、凹坑、劃傷等缺陷。各道次拉拔成形量的分配，也將通過有限元成形仿真來進(jìn)行計算和優(yōu)化。
(4)退火和精整。經(jīng)過塑性加工成形后的空心導(dǎo)線，將采用無氧連續(xù)退火爐，并在銅管灌入保護(hù)性氣體，在375-650℃的退火溫度下軟化退火，以消除塑性加工內(nèi)應(yīng)力，降低成形過程中產(chǎn)生的彎曲和扭曲變形。退火后的空心導(dǎo)線仍需在整形設(shè)備上進(jìn)行一道精整校直，以保證產(chǎn)品的形狀公差符合要求。
由于平波電感用梯形截面空心導(dǎo)線的加工要求成形精度和穩(wěn)定性高，要求研制產(chǎn)品均勻性和導(dǎo)電性好、表面質(zhì)量高；通水孔內(nèi)徑小，且為壁后厚不對稱的梯形截面，這使得在拉伸成形過程中使用的芯棒半徑小，容易被拉斷，給加工過程帶來困難；同時對于力學(xué)和材料性能要求也很高，要求具有良好的焊接性能、含氧量和雜質(zhì)低，這使得原材料在冶煉過程中的難度加大；在使用環(huán)境溫度、PH值環(huán)境和實際流速的情況下，具有良好的抗沖刷腐蝕性能。
本發(fā)明針異型截面尺寸形狀的空心導(dǎo)線的加工，采用實驗和仿真相結(jié)合的工藝方式，可以使異型截面帶通水內(nèi)孔導(dǎo)線的成品率提高、可焊接性增強、表面質(zhì)量得到提高、氧化物超標(biāo)受到控制，以保證所生產(chǎn)平波電感空心導(dǎo)線的有效性和可靠性，從而保證平波電感的可靠性。本發(fā)明對冶煉制錠、穿孔擠壓、成形、退火和精整采用傳統(tǒng)工藝路線。


圖1為本發(fā)明的整個成形過程的流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
實施例在進(jìn)行空心導(dǎo)線加工之前，保證無氧銅原材料雜質(zhì)總量不大于0.03％，確保材料在20-150℃時的熱膨脹系數(shù)為23.0/μm.(m.K)-1，20-250℃時為25.3/μm.(m.K)-1；45℃時的比熱容為415/J.(kg.K)-1，電導(dǎo)率為101％IACS退火態(tài)，電阻率ρ≤0.02024Ω·mm2/m。熔煉鑄錠得到圓形實心無氧銅錠。在穿孔擠壓階段，利用臥式擠壓機對圓柱銅錠進(jìn)行穿孔擠壓，并保證其含氧量不大于30ppm，內(nèi)圓外梯形導(dǎo)線胚，內(nèi)孔徑小于23mm(空心導(dǎo)線內(nèi)孔直徑為9.5mm)。對內(nèi)圓外梯形導(dǎo)線胚和成形芯棒進(jìn)行計算機建模，并利用有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對拉拔成形工藝進(jìn)行模擬，以確定最優(yōu)的成形工藝和內(nèi)通水孔的定位尺寸。在計算機模擬結(jié)果的指導(dǎo)下，利用立式擠壓機對內(nèi)圓外梯形導(dǎo)線胚進(jìn)行8次拉拔精加工，以形成均勻的梯形截面導(dǎo)線，保證導(dǎo)線角部的厚度不小于直線部分的壁厚，總的壁厚不均勻度小于0.45mm，單面壁厚不均勻度小于0.40mm，錐角傾斜度±0.04°，內(nèi)孔的表面粗糙度Ra≤3.2um，空心導(dǎo)線內(nèi)孔圓處用100倍顯微鏡觀察不允許有大于0.06mm的深折痕或裂紋。對退火后的成形導(dǎo)線胚進(jìn)行精整處理，保證外表面清潔、光滑、均勻、無污染雜物、無氧化皮，裂縫、分層和其他有害缺陷，內(nèi)孔表面無裂紋、毛刺、起皮、氣孔、凹坑、劃傷和跳車痕跡等缺陷，并降低成形加工過程中產(chǎn)生的彎曲和扭曲變形。最后對精整后的導(dǎo)線胚進(jìn)行沖刷腐蝕實驗，確定內(nèi)孔通水導(dǎo)線腐蝕速率和壽命，如果實驗結(jié)果表明腐蝕速率過高，則需調(diào)整拉拔精加工工藝，提高導(dǎo)線胚內(nèi)孔表面質(zhì)量和精度，以保證最終交付產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。
本實施例可以保證空心導(dǎo)線產(chǎn)品的可焊接性能好、產(chǎn)品均勻性好、表面質(zhì)量好、含氧量和雜質(zhì)低、具有良好的抗沖刷腐蝕性能，保證平波電感的可靠性和有效性。
本實施例涉及的空心導(dǎo)線為梯形截面帶通水內(nèi)孔導(dǎo)線的外形，即上下表面為不對稱的特殊形狀，使得其在加工過程中的定位困難，給保證成形精度帶來很大的難度；為了保證加工產(chǎn)品均勻性和導(dǎo)電性好、表面質(zhì)量高，如圖1所示，本發(fā)明首先保證冶煉制錠無氧銅的材料特性，利用先穿孔擠壓后拉拔精成形技術(shù)保證其成形精度要求(整個成形過程進(jìn)行計算機建模、有限元分析以確定最優(yōu)的成形工藝)，然后進(jìn)行退火和精整處理；對精整后的帶孔導(dǎo)線進(jìn)行沖刷腐蝕實驗，來確定其腐蝕速率和使用壽命，并利用沖刷實驗結(jié)果其進(jìn)行修正，以形成最終合格的產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種利用無氧銅胚進(jìn)行異型截面空心導(dǎo)線的加工方法，其特征在于，所述異型截面空心導(dǎo)線，為上下表面不對稱、帶通水內(nèi)孔導(dǎo)線，方法步驟如下(1)冶煉制錠熔煉鑄錠在無氧熔煉爐中進(jìn)行，采用的無氧銅原材料成分符合GB/T5231標(biāo)準(zhǔn)，熔煉鑄錠得到圓形實心無氧銅錠；(2)穿孔擠壓利用臥式擠壓機對穿孔熱擠壓成形后的導(dǎo)線坯，進(jìn)行1~2道次的縮徑熱擠壓成形，保證其含氧量小于30ppm，制造出內(nèi)孔直徑大于空心導(dǎo)線要求帶內(nèi)孔外形為異型截面并帶有加工余量的導(dǎo)線坯；(3)成形通過10道次的冷拉拔成形，一方面得到內(nèi)孔直徑為實際要求的尺寸的異型截面空心導(dǎo)線；另一方面通過提高模具的制造精度和模具中圓角半徑的均勻分布，來確?？招膶?dǎo)線的外形尺寸和內(nèi)外表面質(zhì)量，各道次拉拔成形量的分配通過有限元成形仿真來進(jìn)行計算和優(yōu)化；(4)退火和精整經(jīng)過塑性加工成形后的異型截面空心導(dǎo)線，將采用無氧連續(xù)退火爐，并在銅管灌入保護(hù)性氣體，在375-650℃的退火溫度下軟化退火，以消除塑性加工內(nèi)應(yīng)力，降低成形過程中產(chǎn)生的彎曲和扭曲變形；退火后的異型截面空心導(dǎo)線在整形設(shè)備上進(jìn)行一道精整校直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用無氧銅胚進(jìn)行異型截面空心導(dǎo)線的加工方法，其特征是，步驟(1)中，所述的無氧銅，含氧量小于30ppm，雜質(zhì)總量小于等于0.04％，在20-150℃時的熱膨脹系數(shù)為23.0/μm.(m.K)-1，20-250℃時為25.3/μm.(m.K)-1；45℃時的比熱容為415/J.(kg.K)-1，電導(dǎo)率為101％IACS退火態(tài)，電阻率ρ≤0.02024Ω·mm2/m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用無氧銅胚進(jìn)行異型截面空心導(dǎo)線的加工方法，其特征是，步驟(2)中，所述的縮徑熱擠壓成形，其設(shè)備采用臥式擠壓機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用無氧銅胚加工異型截面空心導(dǎo)線的方法，其特征是，步驟(2)中，所述的保證其含氧量小于30ppm，利用電真空器件用無氧銅含氧量金相檢驗方法進(jìn)行檢驗。
全文摘要
一種電器元件技術(shù)領(lǐng)域的利用無氧銅胚進(jìn)行異型截面空心導(dǎo)線的加工方法。本發(fā)明所述異型截面空心導(dǎo)線，為上下表面不對稱、帶通水內(nèi)孔導(dǎo)線，其在加工過程中的定位困難，給保證成形精度帶來很大的難度；為了保證加工產(chǎn)品均勻性和導(dǎo)電性好、表面質(zhì)量高，本發(fā)明首先保證冶煉制錠無氧銅的材料特性，利用先穿孔擠壓后拉拔精成形技術(shù)保證其成形精度要求，整個成形過程進(jìn)行計算機建模、有限元分析以確定最優(yōu)的成形工藝，然后進(jìn)行退火和精整處理；對精整后的帶孔導(dǎo)線進(jìn)行沖刷腐蝕實驗，來確定其腐蝕速率和使用壽命，并利用沖刷實驗結(jié)果其進(jìn)行修正，以形成最終合格的研制產(chǎn)品。
文檔編號B21C1/00GK1988060SQ200610147639
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者周飛, 彭穎紅, 尹忠慰, 李大永 申請人:上海交通大學(xué)