1、概述
　　隨著連續(xù)擠壓技術(shù)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)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(yīng)用領(lǐng)域的拓展，對(duì)其寬度、厚度、品質(zhì)不斷提出更高要求。當(dāng)前市場(chǎng)高低壓配電柜及母線橋架往超薄超寬方面發(fā)展，而應(yīng)用于集成電路板、電子通訊，變壓器帶等材料的紫銅帶市場(chǎng)，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(dá)到盈虧平衡點(diǎn)的產(chǎn)能高，故所需周轉(zhuǎn)資金大，設(shè)備產(chǎn)能需要達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能的70%以上時(shí)，生產(chǎn)成本才會(huì)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(chǎng)定位與經(jīng)營策略不同，200~400mm寬銅板帶生產(chǎn)線設(shè)備投入及周轉(zhuǎn)資金相對(duì)較小，面對(duì)少批量多批次的市場(chǎng)需求具有靈活多變的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。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(dòng)了連續(xù)擠壓生產(chǎn)工藝與設(shè)備的快速發(fā)展與更新。本文對(duì)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(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)
　　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(yùn)動(dòng)，來替代傳統(tǒng)的擠壓筒，從而實(shí)現(xiàn)擠壓筒的無限工作長度，坯料由旋轉(zhuǎn)擠壓輪帶動(dòng)，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(huì)從?？讛D出，并且持續(xù)不間斷進(jìn)行下去。
　　相對(duì)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(shí)現(xiàn)了無限工作長度。因?yàn)椴淮嬖跐櫥页掷m(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(shè)備剝離了坯料加熱、軋制等程序，設(shè)備緊湊，造價(jià)低廉，同時(shí)占地面積縮小，廠房建設(shè)費(fèi)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(dǎo)電率≥101%IACS，
　　3.4、性能符合GB/T14594-2005標(biāo)準(zhǔn)；


　　4、高精銅板帶生產(chǎn)傳統(tǒng)工藝及優(yōu)缺點(diǎn)
　　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(jī)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(jī)。退火采用鐘罩式氣體保護(hù)退火爐；退火后需進(jìn)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(shè)備投資少，冷軋后殘留鑄造組織，需銑面導(dǎo)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(shè)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(diǎn)，產(chǎn)品晶粒組織好（媲美熱軋組織）、流程短、成材率高，設(shè)備廠房投資少，降低行業(yè)進(jìn)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(jià)比的全新選擇。

　　5、超寬銅排（板帶坯）連續(xù)擠壓機(jī)的研發(fā)
　　5.1、超大擴(kuò)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(jī)的應(yīng)用，原有的擠壓成型工裝不斷改進(jìn)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(diǎn)決定了擠壓通道內(nèi)中間流速比兩邊流速快而導(dǎo)致產(chǎn)品兩邊和中間的致密度始終有差異，設(shè)備制造商和使用單位的工程師一直在這個(gè)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(duì)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(duì)這些制約條件，在700連續(xù)擠壓機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)優(yōu)化了腔體擴(kuò)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(shí)輪與擠壓輪尺寸配合、刮刀與擠壓輪尺寸配合；改進(jìn)了主軸軸向竄動(dòng)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(shè)計(jì)為生產(chǎn)寬度達(dá)到425mm且致密度、晶粒度趨于一致的銅排打下扎實(shí)基礎(chǔ)。
　　5.2、高純無氧銅帶坯料的大型連續(xù)擠壓設(shè)備設(shè)計(jì)制造；
　　在擠壓生產(chǎn)過程中，負(fù)載變化因素較多，電網(wǎng)、工廠環(huán)境（溫度與粉塵）、電機(jī)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(huì)使主機(jī)負(fù)載產(chǎn)生較大波動(dòng)。
　　基于之前各型號(hào)設(shè)備的設(shè)計(jì)使用經(jīng)驗(yàn)，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(jī)的使用范圍保留有一定空間。
　　這就要求各部件選型和設(shè)計(jì)都要在合理成本的基礎(chǔ)上考慮足夠的安全系數(shù)！
　　最優(yōu)化的擠壓通道設(shè)計(jì)建立之后，就需要主機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)能不間斷提供強(qiáng)大的扭矩，更強(qiáng)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(shè)備具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：
　　5.2.1、主軸材料：
　　我們選用的材料為42CrMoA，具有高強(qiáng)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(jìn)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(jìn)行氣體強(qiáng)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(shí)增加氮化時(shí)間。這些措施制作的主軸具有更可靠的綜合機(jī)械性能。
　　5.2.2、主軸設(shè)計(jì)


　　擠壓輪在主軸上能否被有效鎖緊是連續(xù)擠壓機(jī)的技術(shù)核心。鎖緊力太大，液壓螺母的軸向預(yù)緊力會(huì)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(shè)計(jì)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(yù)緊力拉斷，還要保證擠壓輪合理強(qiáng)度。我們參考了各種機(jī)型的主軸最終的破壞形式，設(shè)計(jì)了主軸各部位直徑最佳尺寸，按照1.7倍的安全系數(shù)進(jìn)行校核，提高鍛造、機(jī)械加工和熱處理工藝標(biāo)準(zhǔn)，在滿足擠壓輪有效鎖緊的同時(shí)能確保主軸的安全性。
　　5.2.3、減速機(jī)


　　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(biāo)準(zhǔn)），該廠給我們配套連續(xù)擠壓機(jī)行星減速機(jī)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(jī)的使用特性。針對(duì)超寬銅排（板帶坯）連續(xù)擠壓機(jī)的配套，我們與減速機(jī)單位行星組工程師選定高安全系數(shù)（1.8倍）的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)行星減速機(jī)，并進(jìn)行加強(qiáng)型設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵部件；精心選擇軸承、密封等主要標(biāo)準(zhǔn)件；增加齒面寬度；齒根部R角噴丸強(qiáng)化；行星輪、內(nèi)外齒用歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN10083/84含鎳量較高的20CrNi2MoA牌號(hào)材料進(jìn)行鍛造。


　　為有效提高加工精度和熱處理工藝標(biāo)準(zhǔn)，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(jī)精密磨齒，接觸面更理想，運(yùn)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(dòng)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(shí)間輸出最高35MPa的壓力；生產(chǎn)大寬厚比的銅帶坯料時(shí)，可以將壓緊缸壓力設(shè)定為27MPa。系統(tǒng)具有自動(dòng)保壓功能，壓力傳感器與液控單向閥組成的壓力自動(dòng)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(shè)定壓力上下限，達(dá)到設(shè)定壓力后長時(shí)間保壓，泵組電機(jī)不工作（低于設(shè)定值自動(dòng)啟動(dòng)，20秒后又自動(dòng)保壓），有效鎖緊靴座，保證溢料率平穩(wěn)，節(jié)能的同時(shí)提高整個(gè)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(dú)正反向驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，可靠性更好，有別于不可逆調(diào)速器或者小功率擴(kuò)容調(diào)速器，在調(diào)速響應(yīng)速度、扭矩輸出特性、高負(fù)載運(yùn)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(shì)。


　　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(jī)并實(shí)時(shí)讀取各種重要數(shù)據(jù)，有效保護(hù)調(diào)速器與直流電機(jī)。
　　5.2.6、其他主機(jī)部件：


　　1.主機(jī)底座結(jié)構(gòu)件使用高強(qiáng)度合金鋼板，滿負(fù)載運(yùn)行時(shí)整機(jī)保持足夠的剛性；
　　2.主軸機(jī)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(fù)荷時(shí)確保整體不變形；
　　3.改進(jìn)靴座材料與熱處理，結(jié)構(gòu)尺寸也進(jìn)一步強(qiáng)化（靴座重量達(dá)到4360公斤），擠壓生產(chǎn)時(shí)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(dòng)、靜載荷，以滿足低速重載的連續(xù)擠壓特性；
　　5.為適應(yīng)各種規(guī)格產(chǎn)品成卷，參考國內(nèi)外新型收卷設(shè)備，設(shè)計(jì)配套了重型無芯收卷機(jī)，采用張力調(diào)節(jié)控制，有效解決與主機(jī)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(jī)的工藝規(guī)范。
　　6.1、主要技術(shù)指標(biāo)：

項(xiàng)目	參數(shù)
擠壓機(jī)額定扭矩	1100000N.m
調(diào)速范圍	1~5 r/min
裝機(jī)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(jì)重）	2800kg/h
溢料率	5～8％
設(shè)備占地（長×寬×高）	42m×7.5m×3m
主機(jī)重量	56 t

　　6.2、配套工裝及產(chǎn)品適用范圍：
　　為使設(shè)備擴(kuò)大生產(chǎn)產(chǎn)品范圍，設(shè)計(jì)了四種工裝系統(tǒng)，以便用戶靈活應(yīng)對(duì)：

項(xiàng)目	內(nèi)容	適用范圍
Ⅰ型工裝	腔體，腔體蓋，組合模具，導(dǎo)料板	寬度300~425mm
Ⅱ型工裝	腔體，腔體蓋，組合模具，側(cè)板，導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)料板，墊板	直徑?30~?140mm

　　6.3、生產(chǎn)R16x425帶坯工藝要點(diǎn)：
　　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(shí)在擠壓過程中具有優(yōu)良的流動(dòng)性，對(duì)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(yán)格規(guī)范的上引工藝流程，才能生產(chǎn)出高純度、高導(dǎo)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(shí)輪壓入擠壓輪到腔體進(jìn)料口，這個(gè)過程要注意：量化壓實(shí)輪壓下量；導(dǎo)料板要有效銜接壓入擠壓輪的銅桿適當(dāng)摩擦軟化銅桿并起到密封作用；優(yōu)化壓實(shí)輪與腔體擋料塊的包角，包角過小及過大都會(huì)影響銅桿進(jìn)入腔體進(jìn)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(kuò)充區(qū)的必要延伸，成型墊的主要職責(zé)是無死角地全部接收腔體擴(kuò)充區(qū)進(jìn)入的高溫高壓原料，通過成型墊的特殊結(jié)構(gòu)對(duì)原料流動(dòng)進(jìn)行引導(dǎo)和約束，最大限度地均勻輸送至模具進(jìn)料口，使進(jìn)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(dá)），使原料、產(chǎn)品規(guī)格、壓實(shí)輪壓下量、組合模具、工裝材料高溫特性等要素達(dá)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(diǎn)：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(shè)備負(fù)載：MFCCE700擠壓機(jī)生產(chǎn)R16x425紫銅帶坯時(shí)，實(shí)測(cè)主軸扭矩約750000N.m，為主機(jī)額定扭矩68%，主機(jī)還有充足的負(fù)載空間，連續(xù)生產(chǎn)時(shí)設(shè)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(qiáng)韌性保證了成品尺寸的穩(wěn)定性；優(yōu)化設(shè)計(jì)的成型墊和擠壓模使整個(gè)截面的尺寸趨于一致，如圖：



　　6.4.3、金相分析和性能測(cè)試：（上海理工大學(xué)-材料科學(xué)與工程學(xué)院-理化實(shí)驗(yàn)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(xì)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(jìn)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(qiáng)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(jī)的后續(xù)配套設(shè)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(jī)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(jī)即可滿足，避免功能浪費(fèi)。


　　建議選用：Φ450×500mm二輥可逆軋機(jī)，具備兩側(cè)立軋控邊功能，以適應(yīng)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(hào)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(jī)，進(jìn)行粗中軋工序，以適應(yīng)后道精軋工序。
　　8、結(jié)論
　　因?yàn)槟芎牡?、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(yīng)用。在諸如銅扁線，銅排等生產(chǎn)上均有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可見連續(xù)擠壓技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)擠壓等加工技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)。全新設(shè)計(jì)的超寬銅排（板帶坯）連續(xù)擠壓機(jī)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(jìn)步，更多的銅加工領(lǐng)域?qū)⑦\(yùn)用到連續(xù)擠壓技術(shù)。