张 帆
中色奥博特铜铝业有限公司 山东 临清 252600
摘要：与传统的挤压生产工艺相比，连续挤压技术取消了加热工序，不仅缩短了工艺流程、而且大幅度缩短了生产周期、降低了产品的单位能源消耗。连续挤压技术将压力加工中无用的摩擦力转变为变形的驱动力和加热源，节能效果显著，符合低碳经济的要求。连续挤压技术由于高效、节能、绿色环保、低耗的工艺技术特点，使其迅速的在铜加工行业中推广，尤其是在电工用紫铜材加工领域，连续挤压技术和装备都得到了良好的推广和应用。
关键词：连续挤压技术在铜加工中的应用
前言：连续挤压技术的不断创新，造就了两个具有国际竞争优势的制造产业：铜材连续挤压技术应用产业和连续挤压设备制造产业，为我国有色金属加工行业的发展作出了贡献。
一、连续挤压技术的工作原理
连续挤压技术是由英国斯普林菲尔德实验室提出的塑性加工新技术，被誉为有色金属加工行业的一次技术革命。我国连续挤压技术的发展始于上世纪八十年代中后期，通过引进、吸收、消化得以不断提升。历经30 多年的发展，我国已成为连续挤压技术的设备生产大国和工艺技术应用大国，工艺设备的应用涵盖了铜铝加工等多个行业、领域。从初创时的仿制、改进，到现在的拥有自主知识产权的再创新，我国已形成了完全具有自主知识产权的连续挤压关键技术体系，并已具备国际先进水平。模腔位于挤压轮侧面，坯料在旋转挤压轮的带动下进入挤压腔内，在轮槽摩擦力的作用下，坯料温度升高压力加大，达到一定值后便从模孔中挤出，形成产品。产品的尺寸与形状取决于模具，只需简单地更换模具即可生产出不同规格的产品。近年来连续挤压技术在理论研究、技术创新与设备研发等方面也取得了较多的进展，主要包括：连续挤压金属变形力学理论研究、连续挤压金属塑性变形过程的计算机数值模拟、连续挤压设备三维制图技术与优化设计等。在装备方面的主要技术创新包括：渐变冷却长寿命挤压轮、大扩展比组合式腔体、全自动液压换向增压器、长寿命高温合金连续挤压模具、连续挤压生产线计算机智能控制系统、杆坯料表面清理设备、端驱动前铰式锁靴系统等。
二、连续挤压技术在铜加工中的应用
1．铜扁线制造技术。在铜扁线加工中，传统的工艺为“上引一轧扁一拉拔一退火”，由于生产工序多、周期长、成本高，并且原料尺寸与产品规格有关，从而给多品种、小批量生产模式的生产准备带来困难。国内研发的连续挤压方法生产铜扁线，可采用统一规格的原材料，通过连续挤压一道工序即可生产出符合国家标准的软态铜扁线，是一种短流程节能节材的制造新技术，目前已经得到广泛的工业应用。相对于传统工艺，该技术具有如下特点：①在高温、高压条件下成形，铜杆的内部铸造缺陷如气孔、缩松等可以在连续挤压过程中被消除，获得优良的力学性能、塑性指标和细的晶粒度；②产品表面不易产生传统工艺方法极易出现的翘皮、毛刺等现象，具有良好的表面质量；③组织致密性好，电导率高；④省去了退火工序，显著缩短了生产周期，对于小批量的单批次生产，每吨产品的生产周期从原来的48 h缩短到现在的2．5h；⑤很容易生产b／a大于10(薄而宽)和特殊规格的大断面非标扁线；⑥采用统一规格的12．5 mm的上引无氧铜杆作为坯料，不需要根据不同产品规格来准备不同规格的坯料；⑦整条生产线采用的先进计算机控制系统，生产过程可自动监测和运行，实现了自动化生产，降低了操作工人的劳动强度。
2.铜排(铜母线)制造技术。电工铜排、母线是一种大电流导电产品，适用于高低压电器、开关触头、配电设备、母线槽等电器工程，也广泛用于金属冶炼、电化电镀、化工烧碱等超大电流电解冶炼工程。该产品的断面形状为4个圆角有技术要求的矩形。
按国家标准其宽度范围为16～125 mm，尺寸公差为0．1％～0．3％，直度0．4％，表面光洁平整，因此是精度要求较高的型线产品，同时还必须满足机械性能和导电性能的要求。目前，国内铜母线的生产主要采用轧制和传统挤压两种工艺，如其共性问题是工艺流程长、工序复杂、能耗大、材料利用率低、产品质量难于控制。开发了电工铜排短流程制造新技术和成套设备，工艺流程如大大缩短了工艺流程，可生产产品的最大宽度为170 mm，最大断面积2 000 mm2，覆盖了全部电工铜排(铜母线)产品规格范围，生产率可达l 400 kg／h，达到世界领先水平。
3.大规格铜板带国内铜板带材的市场需求持续快速增长，以及铜加工行业对通过技术创新、发展短流程工艺，提高生产效率、降低生产成本的迫切需求，为采用连续挤压技术生产大规格铜板带起到了重要的推动作用。大规格铜板带连续挤压对连续挤压设备方面最直接的要求就是设备的大型化。连续挤压设备的大型化，不等同于对现有设备的等比例放大，需要突破相应的关键技术，如实现高效扩展变形区在线定向智能加热、靴座位置动态调节等多项新技术的使用，采用系统集成思想，实现全生产线的自动化、信息系统的整合，提高生产效率，减少人力资源的投入。针对实际生产使用中出现的问题改进工装模具的设计与加工，设计和制定合理的生产规范，保证产品质量的稳定。高纯无氧铜带连续挤压新技术与装备开发，其重点任务就是研究解决上述问题。
4．铜镁合金。铜镁合金连续挤压主要用于制造高速列车接触线以及承力索铰线，其中以高速列车接触线为重点应用方向。高速列车接触线主要指时速250公里以上的列车接触线，其中镁的含量约为o．3％～O．5％。随着中国及世界其他发达和发展中国家对高速铁路的需求，极大地促进了铜镁接触线技术和产品的发展。大研制的铜镁合金专用连续挤压设备，成功实现了高速列车接触线坯的连续挤压生产，目前已有多条生产线在国内外企业投入运行。对铜镁合金CuMg0.3 棒料连续挤压微观组织的分析发现，铜镁合金在连续挤压变形过程中，其变形程度大、变形温度高、停留时间短，大部分发生了动态再结晶，挤压成形的铜镁合金板材的晶粒得到极大细化，其相关力学性能得到改善。铜镁合金线材连续挤压扩展变形过程中，腔体入口处流动速度最快，变形温度最高，达到700-800℃。研究挤压轮转速对铜镁合金连续挤压成形过程的影响规律发现，随着挤压轮转速的提升，连续挤压成型过程中金属的变形温度不断升高，等效应力值和挤压轮扭矩不断下降。挤压轮转速从4.5r/min 提升到6.5r/min 时，铜镁合金在挡料块处的温度由765℃增加到775℃，挤压轮转速提升到7.6r/min 时，挡料块处的温度增加到791℃。
5.黄铜合金。黄铜线材具有高强、耐蚀、易切削和低成本等特点，主要应用于制造各种建筑配件、制锁、接插件、端子、镜架、拉链、条帽和弹簧等。作者等人针对目前广泛应用的多种黄铜合金，开展了一系列的连续挤压相关研究，初步掌握了黄铜连续挤压工模具结构、变形速率和变形温度的相互影响规律，尤其针对黄铜变形抗力大、热效应明显、变形温度高等现象，设计合理的工模具结构、针对性的选择工模具材料，以延长工模具使用寿命，降低生产成本，提高生产效率为目标，解决了实际生产过程中遇到的一系列问题，在黄铜线材、棒材、型材等方面都取得了实质性的成果。
结束语：国内外在连续挤压技术理论研究以及工程化应用方面都取得了较多成果，但连续挤压技术在自身发展和应用过程中仍面临许多挑战，如连续挤压技术在成形理论、工具设计、设备性能等方面和在铜、铝合金的应用，无氧铜带的制坯等新领域的开发方面需进一步深入研究。
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