CN101380648B - 铜铝复合管成形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜铝复合管成形的方法，该方法将游动芯头技术与连续挤压技术相结合，在单轮双槽连续挤压包覆机上，利用游动芯头，实现在铜管上连续包覆一定厚度的铝或铝合金。游动芯头一方面起支撑铜管、保障芯材强度的作用，从而顺利成形，另一方面在包覆成形过程中芯头可自由游动，达到内孔尺寸和内表面高精度要求，获得了冶金结合的铜铝复合管，达到了连续挤压与游动芯头技术相结合。铜铝复合管外径由阴模内孔尺寸决定。该方法可实现铜铝双金属的冶金复合、工艺简单、节能并可实现连续生产，可有效降低冰箱、空调用换热器成本，具有良好的应用前景。

Description

铜铝复合管成形的方法

技术领域

本发明涉及到一种铜铝复合管，尤其是涉及到一种铜铝复合管的成形方法。

背景技术

铜铝复合管属双金属管。双金属管按其用途常分为以下几类：1)石油、化工领域用耐蚀管，一般内衬管为奥氏体不锈钢、外层为低碳钢：2)抗磨双金属复合管，一般内衬为高铬铸铁、外部采用钢管；3)家装用双金属复合管，一般内衬用钢管，外复铜或铝管；4)换热器用铜铝复合管，目的是以铝代铜，降低成本。

铜管是目前电冰箱、空调换热器用主要部件。在当今世界制造业逐渐向中国转移的背景下，市场竞争日益加剧，降低成本已成为相关生产企业的当务之急。在保证使用性能条件下开发低成本管材是降低成本的关键。以铝部分代铜，开发新型铜铝复合管产品，既可保持铜管的杀菌、环保要求，又可大幅度降低管材，具有良好的市场前景。铜铝复合管是一种内层为铜或铜合金，外层为铝或铝合金，经冶金结合而形成的双金属复合管。它综合了铜铝两种金属的特点，导热、导电，与水相容，耐候、耐久、抗氧化、耐腐蚀，强度较高，具有杀菌、环保特点，且比重小、价格低廉，可替代昂贵的纯铜管，广泛应作空调、冰箱蒸发器和冷凝器、冰箱连接管、风机盘管、太阳能热水管、暖气散热管、铜自来水管等。以空调为例，每使用1吨的铜铝复合管可节约850公斤铜，每台空调因此降低成本120~150元。此外，采用铝铜复合管后，管材与空调的铝翘片间不发生电化学腐蚀，长期使用不降低空调的效果，同时可提高空调的能效比。

目前国内外普遍采用的双金属复合管制造方法为机械贴合(如热挤压、冷拔、冷旋压等)以及涂层法。机械贴合法生产的管材，内外层管未达到牢固的冶金结合，不可避免地存在层间间隙，会形成间隙腐蚀甚至造成管道阻塞，使用的安全性差和使用寿命短。涂层法表面改性的管材，尽管价格低廉，但存在漏涂、碰撞破损等问题，达不到应有的耐蚀作用，且施工要求法兰连接，施工难度大和施工成本高。近年来，陆续有新的双金属复合管制造方法或工艺出现。如中国专利1358946A(申请号：02113245.3)给出了氩弧焊制作不锈钢-碳钢复合管的方法，该方法对材料的焊接性能要求较高，且生产效率低，不适合铜铝复合管的生产。专利1375362A(申请号02114525.3)提出首先在基管与衬管间涂覆钎料，然后冷拉复合，再经中频感应钎焊的方法生产不锈钢-碳钢耐蚀管。该工艺可有效提高双金属管的结合强度，生产效率较高，但对材料焊接性能要求苛刻，不适用于铜铝复合管的制作。专利1565757A(申请号：03131885.1)公开了一种离心铸造生产碳钢-高铬铸铁耐磨复合管的方法，其工艺包括熔炼、铸造、热处理等，工艺流程长，控制复杂、生产成本高。因此，已有的双金属复合管生产方法不适合铜铝复合管产品的制作。

我国在铝铜双金属复合管的开发方面刚刚起步，目前尚未***掌握其复合生产技术，本发明提出一种带游动芯头连续挤压包覆生产铜铝复合管的方法，达到铝铜冶金结合，其工艺简单、生产低成本并可实现连续化。

连续挤压包覆技术可实现无限长铝包铜线的生产，但在铜铝复合管的成形过程中受到铜管强度的限制，无法直接包覆成形。为提高铜管强度，研究者提出以下方式进行改善：1)铜管内灌沙，2)铜管内塞金属棒，3)铜管内注水。试验研究发现铜管内灌沙，不能根本解决铜管在成形过程中压扁的问题，无法顺利进行铝材的包覆；铜管内塞入金属棒(钢棒)后可以顺利实现包覆，但无法脱棒，故不能采用；将铜管内现注满水、后封住端口，再进行挤压包覆，由于挤压包覆过程中局部温度可达500℃以上，导致管内水大量气化，或使端口泻水，其不到提高铜管强度的作用，因而该方法无法应用。

发明内容

本发明的目的是解决现有双金属复合管技术无法进行铜铝复合管的制作以及克服单一连续挤压包覆技术过程中双金属管成形困难等不足，提供一种技术工艺简单、节能并可实现双金属冶金复合并连续生产的铜铝复合管成形方法。

本发明铜铝复合管成形的方法的技术方案是：该方法依次包括如下步骤：

(1)铝杆矫直，作为包覆材；

(2)铜管内外表面清洗，作为芯材，铝杆表面清洗，除去油污及氧化物；

(3)将芯头从铜管一端装入，芯头嵌入铜管；

(4)阳模、阴模装入模腔，模腔装配完成后置入抬起的挤压靴中，预热模腔；

(5)模腔达到预热温度后，放下挤压靴并压紧，再将带有芯头的铜管穿过阳模孔，启动电源，使挤压轮转动，同时铝杆通过挤压轮槽与压紧轮形成的喂料口进入模腔，在挤压轮带动下通过坯料(芯材、包覆材)与挤压轮间的摩擦力在阴模内实现挤压包覆；

(6)铜铝复合管产品由阴模出料口挤出后，经过冷却槽中冷却后，进行除油处理，然后在卷取上收集。

所述的芯头在包覆成形过程中可自由游动，芯头起支撑铜管、保障芯材强度，达到内孔尺寸和内表面高精度要求。

所述的芯头嵌入铜管的距离为2～3mm。

所述的铝杆的直径Φ＝9.5mm。

所述的铜管也可以是铜合金管，所述的铝杆也可以是铝合金杆，所述的铜铝复合管也可以是铜合金铝合金复合管。(觉得5与6、7有点重复，建议删除5)

所述的铜管也可以是铜合金管，所述的模腔预热温度450℃～550℃。

所述的铝杆也可以是铝合金杆，所述的铝杆为两根，且分别在压轮作用下由挤压轮轮槽导入模腔进料口，进而导入腔室，将同时进入腔室并朝出口方向运动的铜管包覆。

一种连续挤压包覆装置，由挤压轮、压轮、挤压靴、模腔、阳模、阴模构成，经过热处理的阳模和阴模装入模腔，两端用螺栓压紧后放入抬起的挤压靴中，挤压靴依液压装置压紧，其特征在于：作为芯材的铜管中设置有芯头，且芯头在包覆成形过程中可自由游动，芯头起支撑铜管、保障芯材强度，达到内孔尺寸和内表面高精度要求，模腔预热温度可以调节。

在单轮双槽连续挤压包覆机上，利用游动芯头，实现在铜管上连续包覆一定厚度的铝。游动芯头一方面起支撑铜管、保障芯材强度的作用，从而顺利成形，另一方面在包覆成形过程中芯头可自由游动，达到内孔尺寸和内表面高精度要求。铜铝复合管外径由阴模内孔尺寸决定。

带游动芯头连续挤压包覆原理如下(见图1)：将前端塞有游动芯头的薄壁铜管沿模孔穿进阳模，作为芯材；经矫直及清洗后的铝杆由连续挤压机喂料口进入，作为包覆材，在挤压轮带动下通过坯料(芯材、包覆材)与挤压轮间的摩擦力在装配于阴模(与阳模一起装配于已预热的模腔中，见图2、图3)内实现挤压包覆，铜铝复合管产品由阴模出料口、阴模螺栓孔后进入冷却和除油装置，最后在卷取设备上收集。

芯材(铜管)与包覆材进入模腔的挤压力及包覆成形所需的压力由芯材、包覆材与挤压轮间的摩擦力来形成，变形所需温度由摩擦机械能转化而来，与常规挤压相比节能30％。由于芯材与包覆材都可成卷供应，因而可保证坯料(芯材或包覆材)连续，从而实现连续生产。参见图1，连续挤压包覆装置由挤压轮、压轮、挤压靴、模腔等构成。

铜铝复合管产品连续挤压包覆具体过程如下：

1)模具装配

将经过热处理的阳模和阴模装入模腔(图2)，两端用螺栓压紧后放入抬起的挤压靴中。最后将挤压靴放下并压紧，最后将挤压靴放下并压紧，见图3。

2)穿芯

首先将游动芯头塞入薄壁铜管前端，然后将带游动芯头的铜管前端沿阳模螺栓孔穿入阳模，直到游动芯头前端进入阴模2~3mm，见图4。

3)模腔预热

预热温度450℃~550℃

4)连续挤压包覆

两根铝杆分别在压轮作用下由挤压轮轮槽导入模腔进料口，进而导入腔室，将同时进入腔室并朝出口方向运动的铜管包覆。

本发明方法将游动芯头技术与连续挤压技术相结合，在单轮双槽连续挤压包覆机上，利用游动芯头，实现在铜管上连续包覆一定厚度的铝或铝合金。游动芯头一方面起支撑铜管、保障芯材强度的作用，从而顺利成形，另一方面在包覆成形过程中芯头可自由游动，达到内孔尺寸和内表面高精度要求，获得了冶金结合的铜铝复合管，达到了连续挤压与游动芯头技术相结合。铜铝复合管外径由阴模内孔尺寸决定。该方法可实现铜铝双金属的冶金复合、工艺简单、节能并可实现连续生产，可有效降低冰箱、空调用换热器成本，具有良好的应用前景。

附图说明

下面以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。

图1本发明连续挤压包覆装置，图中，1为铝杆，2为挤压轮轮槽，3为压轮，4为挤压轮，5为挤压靴，6为模腔。

图2是本发明模腔。

图3是本发明模具装配，图中，1为堵头，进料孔，3为阳模，4为螺栓1，5为螺栓2，6为阴模。

图4是本发明穿芯。图中，1为铜管，2为游动芯头。

具体实施方式

本发明铜铝复合管成形的方法，依次包括如下步骤：

(1)包覆铝杆矫直；

(2)铜管内外表面清洗，包覆铝杆表面清洗，除去油污及氧化物；

(3)将芯头从铜管一端装入，芯头嵌入铜管；

(4)将带有芯头的铜管穿过模孔，同时铝杆由挤压轮槽与压紧轮形成的喂料口进入模腔，在挤压轮带动下通过坯料(芯材、包覆材)与挤压轮间的摩擦力在阴模内实现挤压包覆；

(5)铜铝复合管产品由阴模出料口挤出后，经过冷却槽中冷却后，进行除油处理，然后在卷取上收集，最后包装、入库。

实施例1：原料为两根Φ9.5mm的纯铝杆及一根Φ10mm壁厚为1mm(内径8mm)的紫铜管，配套相应游动芯头，阴模内径Φ12mm，模腔预热温度为500℃，挤压轮转速6rpm。

结果：得到外径Φ12mm、内径为Φ8mm铜铝复合管，尺寸精度±0.05mm，包覆铝厚度1mm，铜管不变形，包覆管内外表面精度良好。

实例2：原料为两根Φ9.5mm的纯铝杆及一根Φ10mm壁厚为2mm(内径6mm)的紫铜管，配套相应游动芯头，阴模内径Φ12mm，模腔预热温度为500℃，挤压轮转速10rpm。

结果：得到外径Φ12mm、内径为Φ8mm铜铝复合管，尺寸精度±0.08mm，包覆铝厚度1mm，铜管减厚、壁厚为1mm，包覆管内外表面精度良好。

实例3：原料为两根Φ9.5mm的纯铝杆及一根Φ8mm壁厚为1mm(内径Φ6mm)的紫铜管，配套相应游动芯头，阴模内径Φ10mm，模腔预热温度为480℃，挤压轮转速10rpm。

结果：得到外径Φ10mm、内径为Φ6mm铜铝复合管，尺寸精度±0.05mm，包覆铝厚度1mm，铜管不变形，包覆管内外表面精度良好。

Claims (7)

1.一种铜铝复合管成形的方法，其特征在于该方法依次包括如下步骤：

(1)铝杆矫直，作为包覆材；

(2)铜管内外表面清洗，作为芯材，铝杆表面清洗，除去油污及氧化物；

(3)将芯头从铜管前端装入，芯头嵌入铜管；

(4)阳模、阴模装入模腔，模腔装配完成后置入抬起的挤压靴中，预热模腔；

(5)模腔达到预热温度后，放下挤压靴并压紧，再将带有芯头的铜管前端穿过阳模孔，启动电源，使挤压轮转动，同时铝杆通过挤压轮槽与压紧轮形成的喂料口进入模腔，在挤压轮带动下，让芯材、包覆材坯料与挤压轮间的摩擦力在阴模内实现挤压包覆；

(6)铜铝复合管产品由阴模出料口挤出后，经过冷却槽中冷却后，进行除油处理，然后在卷取上收集。

2.根据权利要求1所述的铜铝复合管成形的方法，其特征在于：所述的芯头在包覆成形过程中可自由游动，芯头支撑铜管、保障芯材强度，确保内孔尺寸和内表面精度。

3.根据权利要求1所述的铜铝复合管成形的方法，其特征在于：所述的芯头嵌入铜管的距离为2～3mm。

4.根据权利要求1所述的铜铝复合管成形的方法，其特征在于：所述的铝杆的直径Φ＝9.5mm。

5.根据权利要求1所述的铜铝复合管成形的方法，其特征在于：所述的铜管替换为铜合金管，所述的铝杆替换为铝合金杆，所述的铜铝复合管替换为铜合金铝合金复合管。

6.根据权利要求1所述的铜铝复合管成形的方法，其特征在于：所述的铜管替换为铜合金管，所述的模腔预热温度450℃～550℃。

7.根据权利要求1所述的铜铝复合管成形的方法，其特征在于：所述的铝杆替换为铝合金杆，所述的铝杆为两根，且分别在压轮作用下由挤压轮轮槽导入模腔进料口，进而导入模腔，将同时进入模腔并朝出口方向运动的铜管包覆。

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