1、概述
　　隨著連續(xù)擠壓技術(shù)的不斷發(fā)展，市場對連續(xù)擠壓產(chǎn)品的需求越來越廣泛。銅排、銅板、銅帶等傳統(tǒng)產(chǎn)品隨著終端用戶相關(guān)行業(yè)和應用領(lǐng)域的拓展，對其寬度、厚度、品質(zhì)不斷提出更高要求。當前市場高低壓配電柜及母線橋架往超薄超寬方面發(fā)展，而應用于集成電路板、電子通訊，變壓器帶等材料的紫銅帶市場，很多大型銅加工企業(yè)也往寬幅板帶方向發(fā)展。大型銅加工企業(yè)近幾年投資上馬的都是650mm寬銅板帶，650mm寬幅板帶投資大，需達到盈虧平衡點的產(chǎn)能高，故所需周轉(zhuǎn)資金大，設備產(chǎn)能需要達到設計產(chǎn)能的70%以上時，生產(chǎn)成本才會控制到較低水平。更多中等規(guī)格銅板帶的生產(chǎn)單位，市場定位與經(jīng)營策略不同，200~400mm寬銅板帶生產(chǎn)線設備投入及周轉(zhuǎn)資金相對較小，面對少批量多批次的市場需求具有靈活多變的競爭優(yōu)勢。近年來，他們需要一些低能耗、環(huán)保、較低投入的工藝裝備來替代上引及水平連鑄、鑄錠熱軋等傳統(tǒng)制坯工藝，再通過高精冷軋法生產(chǎn)高精銅板帶。這些需求也帶動了連續(xù)擠壓生產(chǎn)工藝與設備的快速發(fā)展與更新。本文對超寬銅排（板帶坯）連續(xù)擠壓技術(shù)與裝備予以介紹。


　　2、連續(xù)擠壓技術(shù)原理及在應用中的優(yōu)勢
　　在有色金屬的加工中，擠壓是最主要的方法之一，而連續(xù)擠壓則是擠壓法的一次革命。連續(xù)擠壓技術(shù)來自英國，發(fā)展延伸在中國，在有色金屬塑性加工上，帶來了極大便利。


　　連續(xù)擠壓技術(shù)的原理是，利用槽輪的連續(xù)運動，來替代傳統(tǒng)的擠壓筒，從而實現(xiàn)擠壓筒的無限工作長度，坯料由旋轉(zhuǎn)擠壓輪帶動，在擠壓腔中，由輪槽的摩擦力作用提供變形力，坯料的溫度和所受壓力值升高到閾值后，便會從?？讛D出，并且持續(xù)不間斷進行下去。
　　相對于傳統(tǒng)擠壓法，連續(xù)擠壓技術(shù)更加充分地利用了坯料和工具之間的摩擦力，利用輪槽的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)了無限工作長度。因為不存在潤滑且持續(xù)工作，摩擦力能夠產(chǎn)生高溫和高壓，減少了能耗。連續(xù)擠壓技術(shù)的設備剝離了坯料加熱、軋制等程序，設備緊湊，造價低廉，同時占地面積縮小，廠房建設費用降低。

　　3、無氧高精銅板帶主要技術(shù)要求
　　3.1、Cu+Ag含量≥99.97%，
　　3.2、含氧量≤5ppm，
　　3.3、導電率≥101%IACS，
　　3.4、性能符合GB/T14594-2005標準；


　　4、高精銅板帶生產(chǎn)傳統(tǒng)工藝及優(yōu)缺點
　　高精銅板帶生產(chǎn)傳統(tǒng)工藝為：A. 大錠熱軋卷坯-高精冷軋法；B. 水平連鑄卷坯-高精冷軋法。
　　高精冷軋法的現(xiàn)代工藝技術(shù)基本是：四輥高精軋機作為冷初軋和冷中軋；為獲得精確公差的成品銅帶，精軋工序一般選用多輥高精軋機。退火采用鐘罩式氣體保護退火爐；退火后需進行脫脂清洗磨面鈍化工序，為確保優(yōu)良板型，成品帶材還需要拉彎矯處理。


　　水平或上引連鑄卷坯，工藝流程短，設備投資少，冷軋后殘留鑄造組織，需銑面導致成材率低。


　　大錠熱軋卷坯，工藝成熟，熱軋可充分改變鑄造組織，但工藝流程長，設備投資大。
　　新的連續(xù)擠壓工藝技術(shù)，能結(jié)合上述兩種工藝的優(yōu)點，產(chǎn)品晶粒組織好（媲美熱軋組織）、流程短、成材率高，設備廠房投資少，降低行業(yè)進入門檻。大型連續(xù)擠壓裝備形成帶坯制造新工藝不斷成熟，將成為一種高性價比的全新選擇。

　　5、超寬銅排（板帶坯）連續(xù)擠壓機的研發(fā)
　　5.1、超大擴展變形條件下，連續(xù)擠壓銅帶坯料的新型工裝結(jié)構(gòu)；


　　隨著550、630等大型連續(xù)擠壓機的應用，原有的擠壓成型工裝不斷改進優(yōu)化，銅排的寬度一直在突破，目前極限寬度為320~340mm，由于連續(xù)擠壓的特點決定了擠壓通道內(nèi)中間流速比兩邊流速快而導致產(chǎn)品兩邊和中間的致密度始終有差異，設備制造商和使用單位的工程師一直在這個環(huán)節(jié)上不停地探索并取得一定成效。而且，生產(chǎn)此類寬度的帶坯對工裝模具要求極高，使用到一定噸位就很容易出現(xiàn)：兩邊破裂、模具變形、更換擠壓輪腔體等昂貴工裝配件。
　　針對這些制約條件，在700連續(xù)擠壓機設計時重點優(yōu)化了腔體擴充區(qū)、橋式成型墊、組合模具最佳厚度、堵頭與擠壓輪尺寸配合、壓實輪與擠壓輪尺寸配合、刮刀與擠壓輪尺寸配合；改進了主軸軸向竄動量、擠壓輪冷卻、腔體冷卻、堵頭冷卻、出?？趪娏芾鋮s；這些優(yōu)化設計為生產(chǎn)寬度達到425mm且致密度、晶粒度趨于一致的銅排打下扎實基礎。
　　5.2、高純無氧銅帶坯料的大型連續(xù)擠壓設備設計制造；
　　在擠壓生產(chǎn)過程中，負載變化因素較多，電網(wǎng)、工廠環(huán)境（溫度與粉塵）、電機碳刷磨損、調(diào)速器功率模塊老化、系統(tǒng)潤滑冷卻、原材料、產(chǎn)品寬厚比、擠壓間隙、工裝模具磨損失效、轉(zhuǎn)速變化、甚至工人誤操作等因素都會使主機負載產(chǎn)生較大波動。
　　基于之前各型號設備的設計使用經(jīng)驗，考慮到將來擠壓如引線框架類合金銅帶坯料的需求，有必要為超寬銅排（板帶坯）連續(xù)擠壓機的使用范圍保留有一定空間。
　　這就要求各部件選型和設計都要在合理成本的基礎上考慮足夠的安全系數(shù)！
　　最優(yōu)化的擠壓通道設計建立之后，就需要主機傳動系統(tǒng)能不間斷提供強大的扭矩，更強的鎖靴能力，更穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，以此為原則，大型連續(xù)擠壓設備具體設計要點如下：
　　5.2.1、主軸材料：
　　我們選用的材料為42CrMoA，具有高強度和韌性，淬透性也較好，無明顯的回火脆性，調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，沖擊韌性良好。42CrMoA鍛后進行等溫球化退火；粗加工后調(diào)質(zhì)處理HB280-320；精加工完畢后再局部進行氣體強化氮化工藝HV550~580深度0.25mm，為保持主軸氮化后還具有足夠的韌性，降低氮化加熱溫度同時增加氮化時間。這些措施制作的主軸具有更可靠的綜合機械性能。
　　5.2.2、主軸設計


　　擠壓輪在主軸上能否被有效鎖緊是連續(xù)擠壓機的技術(shù)核心。鎖緊力太大，液壓螺母的軸向預緊力會拉斷主軸；鎖緊力偏小，主軸圓銷槽受力過大，使主軸使用壽命縮短且擠壓輪壽命降低。所以，主軸的設計既要確保擠壓輪能有足夠的鎖緊力，又不能被液壓螺母軸向預緊力拉斷，還要保證擠壓輪合理強度。我們參考了各種機型的主軸最終的破壞形式，設計了主軸各部位直徑最佳尺寸，按照1.7倍的安全系數(shù)進行校核，提高鍛造、機械加工和熱處理工藝標準，在滿足擠壓輪有效鎖緊的同時能確保主軸的安全性。
　　5.2.3、減速機


　　我們采用江蘇泰隆TBP系列模塊化行星減速器（德國弗蘭德flender標準），該廠給我們配套連續(xù)擠壓機行星減速機已經(jīng)有12年，從以前的NBZD系列到現(xiàn)在的TBP系列，熟知我們連續(xù)擠壓機的使用特性。針對超寬銅排（板帶坯）連續(xù)擠壓機的配套，我們與減速機單位行星組工程師選定高安全系數(shù)（1.8倍）的標準型號行星減速機，并進行加強型設計，優(yōu)化設計關(guān)鍵部件；精心選擇軸承、密封等主要標準件；增加齒面寬度；齒根部R角噴丸強化；行星輪、內(nèi)外齒用歐洲標準EN10083/84含鎳量較高的20CrNi2MoA牌號材料進行鍛造。


　　為有效提高加工精度和熱處理工藝標準，所有齒輪的滲碳淬火和氮化處理均使用奧地利愛協(xié)林AICHELIN工業(yè)爐生產(chǎn)線，所有外齒輪和內(nèi)齒圈齒面均使用德國尼爾斯NILES和霍夫勒HOFLER數(shù)控成型磨齒機精密磨齒，接觸面更理想，運轉(zhuǎn)噪音低，性能更加可靠，能承受更高的扭矩。
　　5.2.4、液壓系統(tǒng)：
　　液壓系統(tǒng)動力源采用中航力源液壓股份有限公司生產(chǎn)的力士樂型A2F系列柱塞泵，性能優(yōu)異，可以長時間輸出最高35MPa的壓力；生產(chǎn)大寬厚比的銅帶坯料時，可以將壓緊缸壓力設定為27MPa。系統(tǒng)具有自動保壓功能，壓力傳感器與液控單向閥組成的壓力自動控制回路，用于壓緊缸鎖緊靴座。


　　保壓系統(tǒng)采用德國賀德克HYDAC液控單向閥配備蓄能保壓單元，配以意大利SPEC傳感器與PLC相連接，根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格難易程度在觸摸屏上可以任意設定壓力上下限，達到設定壓力后長時間保壓，泵組電機不工作（低于設定值自動啟動，20秒后又自動保壓），有效鎖緊靴座，保證溢料率平穩(wěn)，節(jié)能的同時提高整個系統(tǒng)元件壽命。
　　5.2.5、直流調(diào)速器與控制：
　　采用派克（原歐陸）“Eurotherm”590P系列 的四象限原裝可逆直流調(diào)速器，有兩組原裝可控硅單獨正反向驅(qū)動直流電機，可靠性更好，有別于不可逆調(diào)速器或者小功率擴容調(diào)速器，在調(diào)速響應速度、扭矩輸出特性、高負載運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性、大功率模塊使用壽命等方面有無可比擬的優(yōu)勢。


　　直流調(diào)速器的控制與監(jiān)控采用通訊模塊的方式，更精確地控制直流電機并實時讀取各種重要數(shù)據(jù)，有效保護調(diào)速器與直流電機。
　　5.2.6、其他主機部件：


　　1.主機底座結(jié)構(gòu)件使用高強度合金鋼板，滿負載運行時整機保持足夠的剛性；
　　2.主軸機架增加鋼板厚度、增加上部筋板、增加焊接寬度、增加整體噴丸工序，重負荷時確保整體不變形；
　　3.改進靴座材料與熱處理，結(jié)構(gòu)尺寸也進一步強化（靴座重量達到4360公斤），擠壓生產(chǎn)時出現(xiàn)的各種極端狀況都能輕松保持足夠的剛性；
　　4.主軸軸承選用瓦軸ZWZ的滿裝內(nèi)圈單擋邊圓柱滾子軸承，并要求增加滾柱長度，內(nèi)外圈增加壁厚，大幅提高軸承的動、靜載荷，以滿足低速重載的連續(xù)擠壓特性；
　　5.為適應各種規(guī)格產(chǎn)品成卷，參考國內(nèi)外新型收卷設備，設計配套了重型無芯收卷機，采用張力調(diào)節(jié)控制，有效解決與主機產(chǎn)品速度的同步性，適用銅排寬度范圍為150～450mm。

　　6、超寬銅排（板帶坯）連續(xù)擠壓機的工藝規(guī)范。
　　6.1、主要技術(shù)指標：

項目	參數(shù)
擠壓機額定扭矩	1100000N.m
調(diào)速范圍	1~5 r/min
裝機容量	380V，三相，650KVA
擠壓銅排產(chǎn)品截面積范圍	銅排500～10000mm2
擠壓產(chǎn)品最大寬度	銅排425mm；銅棒Φ140mm
平均生產(chǎn)效率（擠出成品計重）	2800kg/h
溢料率	5～8％
設備占地（長×寬×高）	42m×7.5m×3m
主機重量	56 t

　　6.2、配套工裝及產(chǎn)品適用范圍：
　　為使設備擴大生產(chǎn)產(chǎn)品范圍，設計了四種工裝系統(tǒng)，以便用戶靈活應對：

項目	內(nèi)容	適用范圍
Ⅰ型工裝	腔體，腔體蓋，組合模具，導料板	寬度300~425mm
Ⅱ型工裝	腔體，腔體蓋，組合模具，側(cè)板，導料板，墊板	寬度200~320mm
Ⅲ型工裝	腔體，腔體蓋，組合模具，側(cè)板，導料板，墊板	寬度 50 ~220mm
Ⅵ型工裝	腔體，腔體蓋，組合模具，側(cè)板，導料板，墊板	直徑?30~?140mm

　　6.3、生產(chǎn)R16x425帶坯工藝要點：
　　6.3.1、優(yōu)質(zhì)的銅桿能保證最終產(chǎn)品的主要技術(shù)要求，同時在擠壓過程中具有優(yōu)良的流動性，對工裝模具的損傷較低，也是超寬銅排連續(xù)擠壓的必要前提。原材料選用高純度的陰極電解銅板，清潔干燥后置入帶惰性氣體除氣隔艙的三體上引連鑄爐，嚴格規(guī)范的上引工藝流程，才能生產(chǎn)出高純度、高導電率、低含氧量的銅桿，為連續(xù)擠壓超寬銅排提供優(yōu)質(zhì)原料。
　　6.3.2、從銅桿被壓實輪壓入擠壓輪到腔體進料口，這個過程要注意：量化壓實輪壓下量；導料板要有效銜接壓入擠壓輪的銅桿適當摩擦軟化銅桿并起到密封作用；優(yōu)化壓實輪與腔體擋料塊的包角，包角過小及過大都會影響銅桿進入腔體進料口的狀態(tài)，從而最終影響產(chǎn)品質(zhì)量。
　　6.3.3、成型墊比擠壓模的功能更重要，作為腔體擴充區(qū)的必要延伸，成型墊的主要職責是無死角地全部接收腔體擴充區(qū)進入的高溫高壓原料，通過成型墊的特殊結(jié)構(gòu)對原料流動進行引導和約束，最大限度地均勻輸送至模具進料口，使進入擠壓模的原材料速度、溫度、力度趨于一致，成型墊和擠壓模使用的高溫合金使擠出產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性更好，產(chǎn)品板型和內(nèi)部品質(zhì)更加可控。
　　6.3.4、控制好擠壓速度（欲速則不達），使原料、產(chǎn)品規(guī)格、壓實輪壓下量、組合模具、工裝材料高溫特性等要素達到最佳匹配，保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下兼顧生產(chǎn)效率和工裝模具使用壽命。
　　6.3.5、其他控制要點：如溢料清除、工裝冷卻、模具冷卻、產(chǎn)品冷卻、收卷牽引力等。
　　6.4、生產(chǎn)R16x425帶坯關(guān)鍵數(shù)據(jù)：
　　6.4.1、設備負載：MFCCE700擠壓機生產(chǎn)R16x425紫銅帶坯時，實測主軸扭矩約750000N.m，為主機額定扭矩68%，主機還有充足的負載空間，連續(xù)生產(chǎn)時設備穩(wěn)定安全。


　　6.4.2、產(chǎn)品尺寸：成型墊和擠壓模材料使用了鎳基高溫合金，高溫狀態(tài)的強韌性保證了成品尺寸的穩(wěn)定性；優(yōu)化設計的成型墊和擠壓模使整個截面的尺寸趨于一致，如圖：



　　6.4.3、金相分析和性能測試：（上海理工大學-材料科學與工程學院-理化實驗室）


　　1）.連續(xù)擠壓后組織為再結(jié)晶組織，無論從樣品截面還是縱向看，都一樣的。從組織上看，無成型的流線狀組織；
　　2）.連續(xù)擠壓后橫截面上兩邊和中間的組織均勻，細小，無明顯的宏觀缺陷，無明顯的鑄造組織形態(tài)，表面光滑平整無氧化，無需表面處理，可以直接進行后續(xù)軋制加工；


　　3）.從材料性能看，硬度約HV60-70，屬于軟態(tài)；抗拉強度Rm與延伸率At比較理想，適合大變形量壓延加工。

　　7、超寬銅排（板帶坯）連續(xù)擠壓機的后續(xù)配套設備的選擇
　　銅板帶坯料擠壓制備后，配套加工開坯用的冷軋機根據(jù)最終產(chǎn)品有兩種選擇：
　　7.1、生產(chǎn)母線槽用超薄銅排，其工藝流程為：上引→擠壓→軋制→退火→拉拔，擠壓后坯料軋制量有限，軋制半成品厚度一般大于2mm，使用二輥軋機即可滿足，避免功能浪費。


　　建議選用：Φ450×500mm二輥可逆軋機，具備兩側(cè)立軋控邊功能，以適應后道拉拔工序。
　　7.2、生產(chǎn)無氧高精度銅板帶，其工藝流程為：上引→擠壓→（銑面）→粗中軋→退火→清洗→精軋→（退火）→清洗→（拉彎矯）→縱剪分切，括號內(nèi)工序根據(jù)產(chǎn)品要求選用。


　　建議選用：Φ220/Φ500×550mm四輥可逆軋機，進行粗中軋工序，以適應后道精軋工序。
　　8、結(jié)論
　　因為能耗低、工藝簡單，產(chǎn)品能夠在長度上不受限制，質(zhì)量穩(wěn)定，連續(xù)擠壓技術(shù)在銅加工中得到廣泛的應用。在諸如銅扁線，銅排等生產(chǎn)上均有獨特優(yōu)勢，可見連續(xù)擠壓技術(shù)相對于傳統(tǒng)擠壓等加工技術(shù)的巨大優(yōu)勢。全新設計的超寬銅排（板帶坯）連續(xù)擠壓機完全能夠替代上引及水平連鑄、鑄錠熱軋等傳統(tǒng)制坯工藝，來生產(chǎn)無氧高精銅板帶。隨著技術(shù)的進步，更多的銅加工領(lǐng)域?qū)⑦\用到連續(xù)擠壓技術(shù)。