CN116422718B - 连续旋压减径加工方法及铜锡铁合金微细线的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及连续旋压减径加工方法，包括以下步骤：S1：矫直工序，将连铸杆坯矫直；S2：扭转工序，通过扭转组件夹紧连铸杆坯并在向后牵引传输的同时连续对其进行扭转，每次扭转角度为90°～180°；S3：环压工序，扭转后的连铸杆坯通过牵引带至环压组件立刻对其连续进行环压减径，使连铸杆坯直径减小；S4：冷却工序；还涉及铜锡铁合金微细线的制造方法，包括以下步骤：无氧熔炼铜锡铁合金工序、无氧铸造工序、热处理工序和拉拔工序，还包括设置在无氧铸造工序和热处理工序之间的连续热扭环压工序；本发明解决了何实现灵活的连续细晶化，并适当降低锡含量减少偏析，是制造高强度铜锡铁合金微细电阻线需要解决的关键技术问题。

Description

连续旋压减径加工方法及铜锡铁合金微细线的制造方法

技术领域

本发明涉及有色金属加工技术领域，尤其涉及一种连续旋压减径加工方法及铜锡铁合金微细线的制造方法。

背景技术

电阻合金其导电率较低，采用铜合金作为发热用的电阻材料，往往需要添加一定比例的合金成份来降低导电率，如果合金成分含量较高的话，材料会具有较高的强度，并且在一定的温度下能够保持稳定的电阻，十分适合用作电热材料。

目前，现有的铜锡合金作为新型的电热合金材料，具有比铜镍更优异的加工性能，但是较高的锡含量会产生偏析，使材料***变脆，影响后续加工；采用细晶化的方法能够去除铸造缺陷并提高韧性，有利于将材料拉制成直径0.1毫米以下的微细丝材。如果采用连续挤压来细化杆坯的晶粒度，对于较硬的铜锡铁合金材料来说会产生挤不动的现象，严重影响挤压的连续性和质量；如果采用热连轧的工艺，设备复杂，体积大，成本较高。

因此，如何实现灵活的连续细晶化，并适当降低锡含量减少偏析，是制造高强度铜锡铁合金微细电阻线需要解决的关键技术问题之一。

发明内容

本发明的目的之一是针对现有技术的不足之处，提供了一种连续旋压减径加工方法，通过将扭转与环压方式相结合，再匹配连铸杆坯的连续式牵引传输，实现连铸杆坯在向后牵引传输的同时完成扭转变形的一级细晶化及环压变形的二级细晶化，该方法灵活可靠，通用性强，尤其适用于硬度高的合金材料微细线的生产加工。

针对以上技术问题，采用技术方案如下：连续旋压减径加工方法，包括以下步骤：

S1：矫直工序，将连铸杆坯矫直；

S2：扭转工序，通过扭转组件夹紧连铸杆坯并在向后牵引传输的同时连续对其进行扭转，每次扭转角度为90°～180°；

S3：环压工序，扭转后的连铸杆坯通过牵引带至环压组件立刻对其连续进行环压减径，使连铸杆坯直径减小；

S4：冷却工序，将形变后的连铸杆坯冷却，得到细晶杆坯。

作为优选，所述连铸杆坯经S3工序进行环压减径后，总下压变形量为10%～20%。

作为优选，所述扭转工序中，所述扭转组件作用在连铸杆坯上的压力为F1，所述环压工序中环压组件作用在连铸杆坯上的压力为F2，满足F1＜F2。

作为优选，所述扭转组件包括：

多个环设于所述连铸杆坯周向上且与第一旋转部同步转动的咬合部；以及

用于控制多个所述咬合部同步动作对连续传输的连铸杆坯进行连续夹紧的第一控制部。

作为优选，所述环压组件与所述扭转组件同轴设置，其包括：

多个与第二旋转部同步转动的环压部；以及

用于控制多个所述环压部在同步转动的过程中间歇式对连铸杆坯进行环压减径，减径后的连铸杆坯在环压部释放后通过牵引向后传输。

作为优选，所述扭转组件的前端还设有对所述S1工序中将连铸杆坯矫直后进行预热的加热组件。

本发明的有益效果：

（1）本发明中通过变形的方式为扭转结合环压方式，且其连铸杆坯的传动是连续式的，其扭转、旋压及传输均为连续的，进而连铸杆坯可以实现连续输出，利用连续式的方式，工作效率大大提高，同时咬合部咬紧连铸杆坯后带动连铸杆坯转动，松开后，环压部立刻继续对其压实，实现连铸杆坯的变径及压平，利用扭转结合旋压的方式能保持连铸杆坯减径一致；另外通用性好，软硬合金皆宜，且没有废料及溢料生产，更适用于连续的微细线材加工。

本发明的目的之二是针对现有技术的不足之处，提供一种铜锡铁合金微细线的制造方法，通过在铜锡合金中添加适量铁并降低锡含量，有助于稳定材料电阻，提高铸造质量并节省锡的成本；并通过结合热扭转环压技术，实现材料的多级连续细晶化，有利于微细线的成型加工。

铜锡铁合金微细线的制造方法，包括以下步骤：无氧熔炼铜锡铁合金工序、无氧铸造工序、热处理工序和拉拔工序，还包括设置在无氧铸造工序和热处理工序之间的连续热扭环压工序，所述连续热扭环压工序的具体步骤上述所述的连续旋压减径加工方法，其中，所述S1工序中将连铸杆坯矫直并预热至500℃以上。

作为优选，所述铜锡铁合金，其成分按重量比为：锡0.4%~6%，铁0.02%~0.5%，余量为铜及微量杂质，其中氧含量低于20PPM，该铜锡铁合金的导电率为10~80%IACS。

作为优选，还包括表面处理工序，该工序设置于所述热处理工序之前或之后；所述热处理工序中退火温度为200℃~800℃，保温时长不低于2小时，自然冷却。

作为优选，所述拉拔工序包括粗拉及精拉工序，均采用带有冷却润滑液的拉丝设备进行减径拉拔，得到成品直径尺寸为0.025～0.3毫米的发热丝用铜锡铁合金微细线。

本发明的有益效果：

（1）本发明中通过铜锡铁三元合金显著的降低锡的使用量，加入特定含量的铁，不仅达到了导电率的要求，还可以明显节省锡的成本，保证了导电的稳定性能，另外减少锡的含量，使得混合成分在混合时熔融更加充分，进而有利于铸造质量，本技术方案通过热扭转环压技术，实现材料的连续细晶化，有利于微细线的加工，该方法简单，灵活可靠，通用性强，可以低成本实现多种高强度铜合金微细线的生产；

（2）本发明中通过将无氧熔炼铜锡铁合金工序中得到的连铸杆坯矫直并预热至500℃左右，使得扭转时加快连铸杆坯内部晶体动态变化，利于细晶化，便于连铸杆坯连续式减径成型。

综上所述，该设备具有低成本、高强度的优点，尤其适用于高强度电阻发热丝用铜锡铁合金细丝的制造。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为连续旋压减径加工方法的工艺流程示意图。

图2为实施例三高强度电阻发热丝用铜锡铁合金微细线的制造方法的工艺流程示意图。

图3为传统方式变形后连铸杆坯的表面结构示意图。

图4为本实施例一通过连续旋压减径加工后得到的连铸杆坯表面结构示意图。

图5为连铸杆坯进行连续旋压减径加工前的断面晶相图。

图6为连铸杆坯经扭转变形后的断面晶相图。

图7为连铸杆坯经环压变形后的断面晶相图。

图8为扭转组件和环压组件的传动状态示意图。

图9为环压组件或扭转组件的内部结构示意图。

图10为咬合部或环压部的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。

实施例一

如图1所示，连续旋压减径加工方法，包括以下步骤：

S1：矫直工序，将连铸杆坯100矫直；

S2：扭转工序，通过扭转组件2夹紧连铸杆坯100并在向后牵引传输的同时连续对其进行扭转，每次扭转角度为90°～180°；

S3：环压工序，扭转后的连铸杆坯100通过牵引带至环压组件3立刻对其连续进行环压减径，使连铸杆坯100直径减小；

S4：冷却工序，将形变后的连铸杆坯100冷却，得到细晶杆坯。

首先需要说明的是，通过将无氧熔炼铜锡铁合金工序中得到的连铸杆坯矫直并预热至500℃左右，使得扭转时加快连铸杆坯内部晶体动态变化，利于细晶化，便于连铸杆坯连续式减径成型。

本申请是采用变形的方式为扭转结合环压方式，且其连铸杆坯100的传动是连续式的，其扭转、旋压及传输均为连续的，进而连铸杆坯可以实现连续输出，一卷线几公里长，利用连续式的方式，工作效率大大提高；另外本技术方案通用性好，软硬合金皆宜，且没有废料及溢料生产。

进一步，所述连铸杆坯100经S3工序进行环压减径后，总下压变形量为10%～20%。

进一步，所述扭转组件2作用在连铸杆坯100上的压力为F1，所述环压工序中环压组件3作用在连铸杆坯100上的压力为F2，满足F1＜F2。其中，S4工序中，优选地，将形变后的连铸杆坯100连续牵引至水槽冷却，提高产线效率，节省成本。

进一步，所述扭转组件2包括：

多个环设于所述连铸杆坯100周向上且与第一旋转部同步转动的咬合部22；以及

用于控制多个所述咬合部22同步动作对连续传输的连铸杆坯100进行连续夹紧的第一控制部23。

在本实施例中，第一旋转部21带动多个所述咬合部22同步转动的过程中在第一控制部23的作用下，对牵引带至环压组件3之前的连铸杆坯100进行间歇式夹紧，连铸杆坯100由咬合部22夹紧时同步进行连续扭转。

需要说明的是，夹紧连铸杆坯100时多个所述咬合部22进料端的夹紧空间直径大于其出料端的夹紧空间直径。

进一步，如图8-10所示，所述环压组件3与所述扭转组件2同轴设置，其包括：

多个与第二旋转部31同步转动的环压部32；以及

用于控制多个所述环压部32在同步转动的过程中间歇式对连铸杆坯100进行环压减径，减径后的连铸杆坯100在环压部32释放后通过牵引向后传输。

需要说明的是，连铸杆坯100由环压部32夹紧时同步进行连续扭转，且环压部成对相对设置，保证在挤压变形过程中，受力更加平稳且均匀。

另外，所述第一旋转部21和第二旋转部31在工作时为连续式转动，由于连铸杆坯100在环压组件3作用下进行环压减径过程中变细长，所述第二旋转部31的转动速度不小于所述第一旋转部21的转动速度，一方面利于保证位于扭转组件2与环压组件3之间这段连铸杆坯的质量，避免发生断裂现象；另一方面提高连铸杆坯经扭转组件3扭转变形细晶化后立即进入环压组件3内进行环压减径，利用扭转变形产生的热量的最大利用，进一步提高环压减径及再次细晶化质量。

扭转组件2的工作原理为：电机通过皮带带动咬合部22旋转，并扭一下松开，咬合部22一张一合，咬合部22合着的时候瞬间扭动，连铸杆坯每扭转一次的行进尺寸不小于其同一时间内的牵引行进距离，进而在扭转过程中实现扭转变形，细化晶粒；

值得说明的是，扭转组件2及环压组件3组合形成模具工装，扭转组件2的第一旋转部21可采用圆环盘结构，咬合部22沿第一旋转部21圆周方向滑动设置若干组，咬合部22在第一旋转部21的驱动下同步转动，转动过程中通过第一控制部23的导向，实现咬合部22向轴心聚拢完成对连铸杆坯100的环抱夹紧工作；其中，如图10所示，为了提高传动的稳定性还可以在第一旋转部内设置弹性结构，用来支撑及导向对应安装的咬合部22；环压组件3的结构与工作原理与扭转组件相同或相似，在此不加以赘述。但所述扭转组件2作用在连铸杆坯100上的压力F1小于所述环压工序中环压组件3作用在连铸杆坯100上的压力F2，环压组件3对经扭转组件2进行一级细晶化后的连铸杆坯100再进行连续环压减径，实现二级细晶化，利于微细线的加工。

本实施例中的扭转组件2及环压组件3的具体结构为本技术方案为了实现该工艺的优选结构，但不仅仅只限于该结构，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术提示下可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

在本实施例中，连铸杆坯前端设置有导向轮1，对连铸杆坯的传动进行定位及导向，咬合部咬紧连铸杆坯后带动连铸杆坯转动，松开后，环压部立刻继续对其环压即下压且同步旋转，实现连铸杆坯的变径及压平，相较于传统纯拉或纯挤的变径方式，该扭转结合环压的方式，产品表面质量一致，减径一致。

进一步，所述扭转组件2的前端还设有对所述S1工序中将连铸杆坯100矫直后进行预热的加热组件。

需要说明的是，加热组件可采用电加热方式，如感应线圈加热，但不局限于该加热方式。

实施例二

如图1-10所示，一种铜锡铁合金微细线的制造方法，包括以下步骤：无氧熔炼铜锡铁合金工序、无氧铸造工序、热处理工序和拉拔工序，还包括设置在无氧铸造工序和热处理工序之间的连续热扭环压工序，所述连续热扭环压工序的具体步骤如上述实施例一中连续旋压减径加工方法，其中，所述S1工序中将连铸杆坯100矫直并预热至500℃以上。

进一步，所述铜锡铁合金，其成分按重量比为：锡0.4%~6%，铁0.02%~0.5%，余量为铜及不可避免的微量杂质，其中氧含量低于20PPM，该铜锡铁合金的导电率为10~80%IACS。

需要说明的是，所述无氧熔炼铜锡铁合金工序中通过采用具有真空或者惰性气体保护的电磁感应加热熔炼炉对铜锡铁合金进行无氧熔炼，然后再经无氧铸造工序通过采用连续无氧下引铸造、连续水平铸造或连续上引铸造方式，铸造得到所述连铸杆坯100。

需要说明的是，连铸杆坯成分按重量百分比为锡2%，铁0.1%，余量为无氧铜，采用上引连铸熔炼铜锡铁合金，按重量比例向铜水中加入锡及铁或铜铁合金，待成分均匀后进行上引连铸形成杆坯。

进一步，还包括表面处理工序，该工序设置于所述热处理工序之前或之后；所述热处理工序中退火温度为200℃~800℃，保温时长不低于2小时，自然冷却。

需要说明的是，表面处理工序用来去除杆坯表面缺陷及氧化物，扭转环压后的连铸杆坯外表面具有螺纹状，如图4所示，但是传统发热丝用铜锡铁合金微细线的制造方法中原本在变径工序就设置有表面处理工序，因此对本工艺本身并未增加其他难度及繁琐工序，但是也可在热处理工序之前设置表面处理工序，通过采用惰性气体保护进行退火处理。

进一步，所述拉拔工序包括粗拉及精拉工序，均采用带有冷却润滑液的拉丝设备进行减径拉拔，得到成品直径尺寸为0.025～0.3毫米的发热丝用铜锡铁合金微细线。

需要说明的是，退火后的线坯进行多道次精拉，形成直径最细可以达到0.025毫米的微细线，其导电率大约在20%IACS左右。

其中，针对连续热扭环压工序中，连铸杆坯连续细晶化过程，其内部晶粒变化参见图5-7所示。

实施例三

如图2所示，本实施提供一种高强度电阻发热丝用铜锡铁合金微细线的制造方法，其中，铜锡铁合金，其成分按重量比为：锡2%，铁0.1%，余量为无氧铜。其加工工艺具体步骤为：

步骤A、采用上引连铸熔炼铜锡铁合金，按重量比例向铜水中加入锡及铁或铜铁合金，待成分均匀后进行上引连铸形成连铸杆坯100；

步骤B、将连铸杆坯100通过矫直后进行连续感应加热到500℃，并通过牵引机进入扭转工序，咬合部22咬合住连铸杆坯100，使连铸杆坯100产生180°扭转，扭转使杆坯材料晶粒破碎并再结晶；扭转后的坯料随即被牵引至环压组件3，环压部同步旋转并往复下压，下压变形量为20%，使连铸杆坯100变细，通过环压可使材料进一步再结晶，焊合内部缺陷，并增加材料密实度；

步骤C、减径后的连铸杆坯100连续牵引至水槽冷却，得到细晶杆坯；

步骤D、对步骤C中得到的细晶杆坯进行表面处理，为剥皮或者车削处理，去除表面氧化物及缺陷；

步骤E、将表面处理后的杆坯进行粗拉，拉制成直径约3毫米的线坯；

步骤F、将上述线坯进行惰性气体保护退火，退火温度为400℃，保温2小时；

步骤G、将退火后的线坯进行多道次精拉，形成直径最细可以达到0.025毫米的微细线，其导电率大约在20%IACS左右。

综上所述，本发明提出的铜锡铁合金技术能够制作出加工性能优异的电热合金微细丝，通过该方法形成了新的高强度材料的连续细晶化技术及模具，有助于提高生产灵活性，降低生产成本，并可以应用于其他多种高强度铜合金微细丝材料的制造。本发明因此具有良好的创新性和实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.铜锡铁合金微细线的制造方法，包括以下步骤：无氧熔炼铜锡铁合金工序、无氧铸造工序、热处理工序和拉拔工序，其特征在于，还包括设置在无氧铸造工序和热处理工序之间的连续热扭环压工序，所述连续热扭环压工序的具体步骤如下：

S1：矫直工序，将连铸杆坯矫直并预热至500℃以上；

S2：扭转工序，通过扭转组件夹紧连铸杆坯并在向后牵引传输的同时连续对其进行扭转，每次扭转角度为90°～180°；

S3：环压工序，扭转后的连铸杆坯通过牵引带至环压组件立刻对其连续进行环压减径，使连铸杆坯直径减小；

S4：冷却工序，将形变后的连铸杆坯冷却，得到细晶杆坯；

所述铜锡铁合金，其成分按重量比为：锡0.4%~6%，铁0.02%~0.5%，余量为铜及微量杂质，其中氧含量低于20PPM，该铜锡铁合金的导电率为10~80%IACS；

所述扭转组件包括：

多个环设于所述连铸杆坯周向上且与第一旋转部同步转动的咬合部；以及

用于控制多个所述咬合部同步动作对连续传输的连铸杆坯进行连续夹紧的第一控制部；

所述环压组件与所述扭转组件同轴设置，其包括：

多个与第二旋转部同步转动的环压部；以及

用于控制多个所述环压部在同步转动的过程中间歇式对连铸杆坯进行环压减径，减径后的连铸杆坯在环压部释放后通过牵引向后传输。

2.根据权利要求1所述的铜锡铁合金微细线的制造方法，其特征在于，所述连铸杆坯经S3工序进行环压减径后，总下压变形量为10%～20%。

3.根据权利要求1所述的铜锡铁合金微细线的制造方法，其特征在于，所述扭转工序中，所述扭转组件作用在连铸杆坯上的压力为F1，所述环压工序中环压组件作用在连铸杆坯上的压力为F2，满足F1＜F2。

4.根据权利要求1-3任一所述的铜锡铁合金微细线的制造方法，其特征在于，所述扭转组件的前端还设有对所述S1工序中将连铸杆坯矫直后进行预热的加热组件。

5.根据权利要求1所述的铜锡铁合金微细线的制造方法，其特征在于，还包括表面处理工序，该工序设置于所述热处理工序之前或之后；所述热处理工序中退火温度为200℃~800℃，保温时长不低于2小时，自然冷却。

6.根据权利要求1所述的铜锡铁合金微细线的制造方法，其特征在于，所述拉拔工序包括粗拉及精拉工序，均采用带有冷却润滑液的拉丝设备进行减径拉拔，得到成品直径尺寸为0.025～0.3毫米的发热丝用铜锡铁合金微细线。