直角通道連續擠壓裝置的製作方法
2023-05-09 20:06:56
本實用新型涉及一種直角通道連續擠壓裝置，主要用於大長度高強高導銅鉻鋯合金接觸線的連續性生產。
背景技術：
隨著電子信息技術的發展，對銅合金導電材料的綜合使用性能要求越來越高，要求其在保持高強度（硬度）、韌性、耐磨性的同時，仍保持較高的導電性、導熱性、耐寒性、無鐵磁性等特性。這些優良的特性，使銅合金逐漸成為電力、信息、交通、能源、輕工及航天航空等高科技領域中使用的重要金屬材料。很多場合很少以純銅的形式應用，這是因為純銅的強度較低（230～300 MPa），冷加工後雖然可以達到400 MPa以上，但伸長率僅為2%，在加熱或一定溫度下使用時，其強化效果很容易消失。所以，純銅僅能應用於受力不大的電力、電器、電子的導電體、散熱體、裝飾件等。在保持純銅的一些優良性能的前提下，儘可能提高銅的強度（硬度）和耐磨性，隨即高強度高導電性銅合金逐漸被研發出來。
目前高速電氣化鐵路採用Cu-Mg、Cu-Sn合金接觸線，該類線材均是以喪失導電率為前提的，而時效強化型銅合金如Cu-Cr-Zr等，是利用時效強化析出納米級粒子來提高材料強度，並且保證了材料的強度，此類材料有突出的強度和導電率的匹配關係，但是此類合金存在生產控制困難、成本高、大批量生產質量不穩定等難點。
銅鉻鋯合金作為一種高強度、高導電、高軟化溫度的合金材料，其優異的性能已被廣泛地應用在國民經濟的許多重要領域。這種材料以銅為基，添加金屬鉻和金屬鋯，由於鉻和鋯在高溫熔煉鑄造條件下與氧的親和力極強，在熔煉和鑄造過程中極易氧化揮發，因而，生產難度較大。一般情況下需要採用真空熔煉和鑄造的方法，以減少氧化和揮發，保證產品最終具有符合要求的化學成分。然而，此種方式生產周期長，由於是一爐一鑄，長度重量和形狀都受到限制，且真空生產成本高、產量小，很難建立連續化工業生產規模。
技術實現要素：
本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術提供一種直角通道連續擠壓裝置，它實現了銅鉻鋯合金接觸線的連續性生產，而不受爐體容量大小的影響，可生產任意長度、符合成分要求的銅鉻鋯合金接觸線，能夠滿足未來高速鐵路發展的需求。
本實用新型解決上述問題所採用的技術方案為：一種直角通道連續擠壓裝置，它包括第一擠壓模具，所述第一擠壓模具包括第一擠壓腔體，所述第一擠壓腔體前側設置有第一進料通道，所述第一擠壓腔體上方設置有第一衝道、第二衝道和第三衝道，所述第一衝道、第二衝道和第三衝道內均設置有與各自匹配的衝頭，所述第一衝道沿豎直方向布置，所述第二衝道和第三衝道左右對稱布置於第一衝道兩側，所述第一衝道為兩個體積，所述第二衝道和第三衝道為一個體積，所述第二衝道和第三衝道呈120°夾角，所述擠壓腔體下方設置有直角出料通道，所述直角通道出料口位於第一衝道正下方。
所述直角出料通道外側設置有水冷系統。
與現有技術相比，本實用新型的優點在於：
1、本實用新型實現了銅鉻鋯合金接觸線的連續性生產，而不受爐體容量大小的影響，可生產任意長度、符合成分要求的銅鉻鋯合金接觸線，能夠滿足未來高速鐵路發展的需求；
2、本實用新型採用直角通道連續擠壓，可使銅合金經大塑性變形之後，晶粒更加均勻，更加細小。
附圖說明
圖1為應用本實用新型的一種大長度高強高導銅鉻鋯合金接觸線的生產工藝中非真空熔煉裝置的結構示意圖。
圖2為應用本實用新型的一種大長度高強高導銅鉻鋯合金接觸線的生產工藝中在線連續固溶強化裝置的結構示意圖。
圖3為應用本實用新型的一種大長度高強高導銅鉻鋯合金接觸線的生產工藝中在線連續水淬裝置的結構示意圖。
圖4為本實用新型一種直角通道連續擠壓裝置的結構示意圖。
圖5為本實用新型一種直角通道連續擠壓裝置另一實施例的結構示意圖。
圖6 為圖5的A-A剖視圖。
圖7為圖5的B-B剖視圖。
圖8為圖5的C-C剖視圖。
其中：
第一體爐1
第二體爐2
第三體爐3
連接通道4
石墨狼牙棒自勻器5
通電線圈6
投料通道7
加料裝置8
蓋板9
氬氣進口10
調壓器11
加磷碳口12
結晶器13
第一外筒體14
罩式電磁加熱裝置15
第一旋轉鋼筒16
第一進料口17
第一出料口18
第二外筒體19
進水口20
出水口21
水冷卻循環系統22
第二進料口23
第二出料口24
網孔板25
第二旋轉鋼筒26
第一擠壓模具27
第一進料通道28
直角出料通道29
第一擠壓腔體30
第一衝道31
第二衝道32
第三衝道33
水冷系統34
第二擠壓模具35
第二擠壓空腔36
第二進料通道37
中心出料通道38
第一直角通道39
第一豎直通道39.1
第一水平通道39.2
第二直角通道40
第二豎直通道40.1
第二水平通道40.2
逆向循環冷卻系統41
進料加壓通道42。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
本實施例中的一種大長度高強高導銅鉻鋯合金接觸線的生產工藝，它包括以下工藝步驟：
步驟一、非真空熔煉
向非真空熔煉裝置內按比例投放標準陰極銅、銅鉻中間合金和銅鋯中間合金進行銅鉻鋯合金的熔煉；
所述非真空熔煉裝置的結構如圖1所示，它包括第一體爐1、第二體爐2和第三體爐3，所述第二體爐2和第三體爐3之間設置有連接通道4，所述連接通道4中部設置有石墨狼牙棒自勻器5，所述石墨狼牙棒自勻器5兩側的連接通道4外側均繞置有通電線圈6；
所述第一體爐1頂部設置有加料通道7，所述加料通道7內設置有加料裝置8，所述第一體爐1前端設置有蓋板9；
所述第一體爐1、第二體爐2和第三體爐3頂部均設置有氬氣進口10和調壓器11；
所述第二體爐2和第三體爐3頂部均設置有加磷碳口12；
所述第三體爐3上方設置有上引連鑄機，所述上引連鑄機的結晶器13伸入第三體爐3內；
第一體爐中，加料裝置加完料後，爐液上方的空間（氬氣室）內充滿氬氣，保持氣壓在1.02個標準大氣壓的微正壓，如果超過1.02個標準大氣壓，調壓器自動釋放氣體自動調節，若氣壓不足1.02個標準大氣壓的微正壓，自動補氣充氬氣，通過該技術，可以使爐水與空氣隔絕，而鋯與惰性氣體氬氣不發生反應，從而保證鉻與鋯不與外界的氣體發生反應。同時也可以將附著在銅板上的水氣和其他氣體吹出氬氣室。等到銅板完全加入第一體爐中時，關閉蓋板。
第三體爐中，加磷碳口可以在加好磷片和木碳後關閉，加磷碳的目的使爐氣中的雜質氣體可以充分反應，達到除氧，除氫的目的。第二體爐中，類似。調壓器的功能相同。
此步驟是在現有三體爐的基礎進一步創新和改良，由於第一體爐和第二體爐經過電磁攪拌後，內部的合金成份分布依然不均勻，呈現出既分散又積聚的特點，一部分的合金成份的濃度高，呈棗核狀多處分布，一部份合金成分的濃度低，造成這種棗核式分布的原因是由於合金爐液溶劑的粘度大，即爐液中溶劑的金屬陽離子之間的金屬鍵能高，加入的合金元素擴散的阻力大，合金元素不容易均勻擴散，就像油中加入芝麻一樣，雖然經過攪拌，但仍不能均勻擴散，它不同於氯化鈉溶於水中那樣均勻擴散而形成穩定的溶液。為解決合金元素均勻擴散的問題，採用爐水經過第二體爐與第三體爐的連接通道時，增加通電線圈產生的渦流進行充分攪拌，並經過石墨狼牙棒自勻器時，由於石墨狼牙棒自勻器上的多個尖刺作用下，棗核式的合金元素爐水會被破碎並重新分布，使加入合金元素均勻化。
步驟二、上引連鑄
採用上引連續鑄造方式製備銅鉻鋯合金連續鑄杆；
步驟三、在線連續固溶強化
採用在線連續固溶強化裝置在960~1000℃之間在線連續固溶強化0.5~2小時，然後採用在線連續水淬裝置冷卻至室溫；
如圖2所示，所述在線連續固溶強化裝置包括第一外筒體14，所述第一外筒體14內壁上設置有罩式電磁加熱裝置15，所述第一外筒體14中心設置有第一旋轉鋼筒16，所述第一外筒體14的上部和下部分別設置有第一進料口17和第一出料口18；
所述第一外筒體14上部還設置有氬氣進口10和調壓器11；
銅鉻鋯合金連續鑄杆從第一進料口進入後繞置於第一旋轉鋼筒上，固溶強化後再從第一出料口出來；
本申請採用罩式電磁加熱裝置，而不宜用電阻加熱法，因為電阻絲不能接觸銅杆，與旋轉的鋼筒上的銅合金杆發生摩擦，會損壞電阻絲，只能通過氣體進行熱傳導，而作為保護氣的氬氣熱傳性極低，從而使加熱效果極差；
罩式電磁加熱裝置的另一個優點是熱處理過程中，溫度可以控制在一定範圍裡，但由於空氣的導熱較強，會形成空氣對流，從而導致熱量分布不均勻，從而導致被加熱元件加熱不均勻，從而使被加熱元件溫度不均勻（雖然銅合金是熱的良導體，但這種溫度不均勻的現象仍然突出），而利用該裝置加熱可以呈加熱元件的四周，再加上鋼筒上的銅合金鑄杆在不停旋轉，可以使銅合金杆均勻加熱；
另外由於使用氬氣作保護氣，由於氬氣的導熱性低，可以極大的降低由於氣體的對流產生的熱量分布不均衡現象，從而提高元件加熱的均勻性；
此裝置對比傳統將整盤的銅杆以固定的方式進行電阻加熱的方法，具有極大的優勢。
如圖3所示，所述在線連續水淬裝置包括第二外筒體19，所述第二外筒體19上部和下部分別設置有出水口21和進水口20，所述第二外筒體19外部設置有水冷卻循環系統22，所述水冷卻循環系統22通過管路分別與進水口20和出水口21相連接，所述第二外筒體19內部設置有上下兩個網孔板25，所述上下兩個網孔板25位於進水口20和出水口21之間，所述上下兩個網孔板25之間設置有第二旋轉鋼筒26，所述第二外筒體19上設置有第二進料口23和第二出料口24，所述第二進料口23和第二出料口24位於上下兩個網孔板25之間，所述第二進料口23位於第二出料口24上方；
連續均勻水冷卻，若不採用網孔形式，中間的水流會比邊緣的水流速度較快，這樣就會形成銅杆水冷卻不均勻，從而使銅合金內部組織結構出現較大差異，若採網孔結構水冷卻，中間的水流速度不會出現層流現象，從而達到連續均勻水冷卻的效果，從而使銅合金幹均勻冷卻，使得銅銅鉻鋯內部組結構均勻。
步驟四、直角通道連續擠壓
採用直角通道連續擠壓裝置進行連續擠壓處理，得到銅鉻鋯合金連續接觸線杆坯；
所述連續擠壓裝置有以下兩個實施例：
實施例一：
如圖4所示，所述直角通道連續擠壓裝置包括第一擠壓模具27，所述第一擠壓模具27包括第一擠壓腔體30，所述第一擠壓腔體30前側設置有第一進料通道28，所述第一擠壓腔體30上方設置有第一衝道31、第二衝道32和第三衝道33，所述第一衝道31、第二衝道32和第三衝道33內均設置有與各自匹配的衝頭，所述第一衝道31沿豎直方向布置，所述第二衝道32和第三衝道33左右對稱布置於第一衝道31兩側，所述第一衝道31為兩個體積，所述第二衝道32和第三衝道33為一個體積，所述第二衝道32和第三衝道33呈120°夾角，所述擠壓腔體30下方設置有直角出料通道29，所述直角出料通道29的進料口位於第一衝道31正下方；
所述直角出料通道29外側設置有水冷系統34；
連續鑄杆經過連續擠壓機擠壓到腔體時，銅合金處於軟化狀態，便於在腔體內充滿擠壓。當腔體充滿狀態時，第一衝道內的衝頭向下運動（2個體積），進行擠壓，與此同時，擠壓輪進料口進料2個體積，第二衝道和第三衝道內的衝頭分別向後退1個體積，從而保證腔體始終處於充滿狀態，並使填充料進入直角通道，進行擠壓，並進行冷卻。
當第一衝道內的衝頭向下運動擠壓完成時，此時第二衝道和第三衝道內的衝頭已退至頂部，與此同時開始向下進行擠壓，擠壓輪進料2個體積的坯料，第一衝道內的衝頭向後退出2個體積。由於形成往復循環的過程，從而達到實現大長度直角等通道連續擠壓的工藝；第二衝道和第三衝道內的衝頭進行擠壓時形成的合力，與第一衝道內的衝頭進行擠壓的力的效果是等同的。
實施例二：
如圖5~圖8所示，所述直角通道連續擠壓裝置包括第二擠壓模具35，所述第二擠壓模具35包括第二擠壓腔體36，所述第二擠壓腔體36前側設置有第二進料通道37和上下左右四條進料加壓通道42，每個進料加壓通道42內均設有與各自匹配的衝頭，所述第二擠壓腔體36後側設置有中心出料通道38，所述第二進料通道37和中心出料通道38與第二擠壓腔體36位於同一中心線上，所述四條進料加壓通道42與第二擠壓腔體36中心線呈一定夾角，所述中心出料通道38包括前後兩段，中心出料通道38前段外側設置有逆向循環冷卻系統41，中心出料通道38後段設置有第一直角通道39和第二直角通道40，所述第一直角通道39位於第二直角通道40前側；
所述第一直角通道39包括第一豎直通道39.1和第一水平通道39.2，所述第二直角通道40包括第二豎直通道40.1和第二水平通道40.2，所述第一豎直通道39.1、第一水平通道39.2、第二豎直通道40.1和第二水平通道40.2呈十字型布置，第一豎直通道39.1、第一水平通道39.2、第二豎直通道40.1和第二水平通道40.2內均設置有與各自匹配的衝頭。
步驟五、時效處理
連續擠壓後的銅鉻鋯合金接觸線杆坯採用時效處理裝置在400~500℃之間時效處理3~5小時，然後採用在線連續水淬裝置冷卻至室溫；
所述時效處理裝置的結構與固溶強化裝置相同。
步驟六、冷拔成型
對銅鉻鋯合金連續接觸線杆坯進行多道次冷拉拔，製成銅鉻鋯合金連續接觸線。
除上述實施例外，本實用新型還包括有其他實施方式，凡採用等同變換或者等效替換方式形成的技術方案，均應落入本實用新型權利要求的保護範圍之內。