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金属复合线材成形工艺的研究开发概况.pdf

金属复合线材成形工艺的研究开发概况.pdf

上传者: lcyo 2013-01-31 评分1 评论0 下载0 收藏0 阅读量38 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《金属复合线材成形工艺的研究开发概况pdf》,可适用于个人文书领域,主题内容包含金属复合线材成形工艺的研究开发概况/孙德勤等金属复合线材成形工艺的研究开发概况孙德勤昊春京谢建新(北京科技大学材料科学与工程学院北京)摘要金属复合线符等。

金属复合线材成形工艺的研究开发概况/孙德勤等金属复合线材成形工艺的研究开发概况孙德勤昊春京谢建新(北京科技大学材料科学与工程学院北京)摘要金属复合线具有广闻的开发与应用前景。目前已开发的产品有铜包钢蠛、铝包钢线、钢包铝线以厦纤维增强佥属麓台躐等。从电键法到连续持压包覆、反向撮固等生产技术不断进步。开发高效低能耗、短流程的先进工艺是复台线材制各工艺的重要发展方向。综述r仝属复合线材成彤工艺的研究开发概况。关键词金属复台线涟续挤压包覆复台铸拉反向凝崮T哪AResearchandDevelopmentofFormingTechnologiesforMetallicCompOsjteWiresSUNDeqinWUChunjingXIEJianxin(SchofMaterlaIsSclenceandE“glneerlngUniversyofScIenceandTechnyBel】i“gBelJl“g)AbstractMetamccomposltew打eshav。grea‘potentlalfordevel。pmentandappljcation.A‘PresetnmanyproductshavebeenIntroducedsuchascoppercladsteelwlres“umlnumdadsteelwlrescoppercladalumlnuⅡwires柚dfiberrelnforcedmetalmatrixcomposltewires.Formmgtechnologyhasbeenupgradedfromekctrifalcoatl“gt。concladandvers【onsolidificatlqn.Thedevelopmentofadvanc副f。rml“gtechno】eswhicho盯ertheadvant。ofhlghef订ciencylowerene‘gycostandcompactprocesswlbeanjmponantlineoffurtherimprovementofmetalllccomp。snewlres{abncauon.ThlpaperreviewsreseaTchand如velopf眦nt(矗formmgtechnesformetalhccomposltewires.KeywordsmetalllccompositewlresconcIadmposltecas卜drawl“gverslonsoIldlncatlon由于导电性能好又具有较强的抗蚀性能铜及铜台金一直是电线电缆用主要原材料但是铜资源比较缺乏使得铜导线的价格较高。为了降低产品的生产成本国内外的研究人员在努力寻找能够替代铜的材料。其中研究开发新型复合材料以取代电线电缆甩铜是一种主要的途径。金属复合线材的结构特点及应用复台线材的结构特点是以一种垒属材料作芯线外层包覆或镀覆一层导电性能茛好的铜或铝。采用复合线材可达到综合利用芯线的高强度和包覆层的导电性(如铝包钢线)或减少短缺资源的用量、减轻单位长度线材的重量的目的降低牛产成本扩大其应用范围。目前已开发的金属复合线有铜包铝线、铜包钢线、铝包钢线以及碳纤维增强铝线等。铝包钢线(AluⅡunumcl“steelwhe)以高碳钢线作芯线外围均匀包覆一层纯铝。其优点是o:导电性好电导率设计范围为“~%IAcs耐蚀性好使用寿命长抗拉强度高热稳定性好等。铝包钢线的主要用途是架空高压输电线网。铜包钢线(coppercladsteelwire简称cs线)是以钢线为芯体在其表面上覆一层铜的复合线材铜包钢复合线材兼备了钢的良好的力学性能和铜的优良的导电性能及其耐腐蚀性能。它在电缆行业中可代替铜导体作为分配线或在通信业中用作电话用户线。铜包铝线(coppercIadaIu矾numwlre)既具有铜的高额传输性能.叉具有铝的轻质、柔软等特点。在同样截面积下铜包铝线单位长度的重量仅为纯铜线的.%而同样重量下铜包铝线的长度是纯铜线的.倍。由于重量轻运输安装方便还可降低敷设成本。因此铜包铝线是替代纯铜线作高频电缆和移动通讯电缆内导体的最佳材料”。“。此外铜包铝线还可用于电力线、电焊机线、汽车电池线和电机电器线圈等。复合线材成形工艺的发展世界各国都非常重视复合线材的研究无论是替代材料还是制备工艺技术其开发与应用均已取得了很大的进展。制备工艺由电镀发展到目前的连续挤匝、静液挤压等工艺制造成本降低为复合线材的广泛应用奠定了基础。.早期的制备方法采用铝粉轧制法、铝带压合法制备铝包钢线在产品质量、生产效率与成本等方面均不能满足大规模应用的要求。铜包钢线的生产方法有焊管法、热浸法及电镀法等。由于焊管法生产工艺的复杂性使产品在成本及性能方面没有青争优势。热浸法和电镀法因环境问题的限制难以获得大规模的发展“。铜包铝线最早采用的生产方法是铝线镀铜法。镀铜法虽然较简便.但镀层性能较差而且镀层与芯线同心度差.难以满足同轴电缆的使用要求目前国内己不再生产。*国家自然科学基盘()、教育部骨干教师资助计划项目孙德勘:博士研觅生Tel:一Email:sundmoob.com万方数据材料导报年月第卷第期一一日前常用的铜包铝线的制备方法有轧辊压接法和包覆焊接洼。轧辊压接法是将铜带与铝芯线在压力作用下压接成复台线坯包覆焊接法“是将铜带卷成圆管状包覆在芯线卜通过焊接制成线坯。这两种方法均采用后续拉拔加工法与扩散热处理的复合工艺过程来获得所需的尺寸和性能但对工艺设计有较高的要求”。这两种工艺方法的主要缺点是产品质量的稳定性和一致性较差。.复合线材制备方法研究开发现状目前复合线材的制备加工方法主要有连续挤压、铸拉、热浸镀、反向凝同等。.连续挤压包疆工艺”“”采用连续挤压包覆技术(coNKI.AD)制备金属复台线材t产品质量好材料利用率高生产效率高。利用该方法生产铝包钢丝速度可达loom/min。目前连续挤压包覆技术已在电缆制造业中获得广泛应用。如图i所示连续挤压包覆设备有多种结构形式.其基本原理为:杆状坯料在轮槽摩擦力的作用下被拽入轮槽内在摩擦力作用下坯料的温度升高承受压力增大当达到材料的塑性流动极限时便在模具中形成围绕在从模腔中穿过的芯线周曝的套管与芯线形成冶金结台。然后复合体从模孔中挤出形成复合线产品。只要不断供给钢线和铝杆就能生产出任意长度的复合线。目前连续挤压包覆技术主要用于铜包钢线、铝包钢线的生产与制备。AB田连续挤压包覆机的结构娄型A单轮单槽B一双轮单槽{c单轮双槽l芯线包覆金属杆一包覆产品一腔体}一挤压轮连续挤压技术除了本身还在不断完善外.目前朝两个方面发展:()扩大原材料的种类。连续挤压可以采用颗粒或粉末作坯料“”通过摩擦力的作用使颗粒或粉末压实和变形。同时连续挤压还可以直接用熔化液体作原料构成连续铸挤工艺““。显然.这种方法省却了制造铝杆的中间工序可以进一步节省能源。()产品种类的开发。通过改进模具和加工方法可开发各种空心、实心型材和特种管材“..铝包钢线铸拉复合工艺铸拉复合工艺的基本原理如图所示。该工艺目前还处于试验研究阶段可能的主要用途是制备铝包钢线。其工艺过程主要分钢丝的表面处理、钢丝的预热、俦拉和后处理四个环节““”。表面处理的目的是保证芯线表面清洁以得到结合性能较好的复合界面。芯线的加热是为了铝渣能更好地润湿钢的表面以达到提高界面复合质量的目的。铸拉是工艺的核心它使表面清洁的芯线与包覆金属液通过结晶器的冷却而结合在一起。俦拉过程叉包括三个方面保温凝固和变形。其中保温依靠保温炉来实现其目的是使铝液的温度保持相对稳定凝固在结晶器内实现t其作用在于把钢丝和铝液组成的复合体玲却凝固以达到复合的目的变形在拉拔模中进行使复合导线产生一定的变形以改变铝层的机械性能、导电性能和表面质量.成形后的复合线材一般还需要进行退火处理。以消除残余应力.C田持拉工艺原理示意田一钢丝保温炉一铝液一结晶器一拉拔模一复合导线..热浸挂法镧鲁复合线材的工艺热浸镀法主要应用于铝包铜线的制备.它是使钢丝通过熔融铝液以使钢丝表面牢固地覆盖一层均匀的铝层哑.其工艺原理如图所示.国外世纪年代钢材热浸镀铝技术迅速发展目前已进入稳定的生产时期。近年来我国的热攫饺铝工艺技术也取得了可喜的进展.钢丝热浸镀铝工艺有森吉米尔(send。inlir)法和熔剂法两种.森吉米尔法是一种氧化还原表面处理工艺.钢丝首先依次在氯化炉和还原炉中完成幢前处理工序。然后进入镀液进行浸幢.万方数据金属复合线材成形工艺的研究开发概况/孙德勤等其特点是自动化程度和生产效率高但设备投资大工艺复杂。焙剂法是用熔融的焙剂或水溶液溶剂来保护经预处理后的新鲜钢材表面不被氧化.同时提高钢材的表面活性及其与铝液浸润性的镀铝方法.它具有设备投资少、操作简单、生产灵活的特点是一种简单、经济可行的方法。其工艺流程如下:钢丝斗脱脂一酸洗斗水洗助镀处理一烘干啼热浸镀一后处理。钢丝热镀铝工艺条件包括浸镀温度、浸镀时间、提升速度等。田热浸工艺原理示意田一导向转‘镀铝炉一沉没轮一Ar气管一预热炉放鳗轮一收线轮}一电机..反向凝固法御鲁铜包橱线采用反向凝固法“”制备铜包钢线(cs线)的基本原理是:将经过表面清洗和预处理的钢芯线穿过铜液的熔池钢芯线处于锕液中.依靠高盟作用下两种金属原子问的相互扩散产生冶金结合控制芯线的移动速度使铜镀屡的厚度控制在台理的范围内.其主要工序包括:钢芯线的表面处理、预热处理、钢线在铜液中浸涂、cs线的冷却和加工变形(见图)。钢线进入铜熔池前要进行表面处理.使其与铜液具有良好的附着力同时要进行预热处理.拶匦黏毋b渲田璐线反向凝嗣法工艺示童圈一钢线}一表面预处理一预热处理反向凝固一液态铜‘一冷却装置i一加工变形{一cs线.复音缝材尊液挤压或形工艺双金属复合线材成形的技术关键是保证金属间可靠的结合这通常需要施加一定的加工率或通过热处理来实现两种金属之间有效的互相扩散以形成抬金结合层.静液挤压是一种特殊的润滑挤压工艺o“其原理图如图所示挤压时坯料周围充满介质压力通过介质作用到坯料上而实现挤压在挤压筒内坯料受到均匀的等静水压力没有镦粗变形与挤压简、挤压轴没有接触变形医与挤压模之间的摩擦控制降低到最低程度.困此从表层到芯部都能保持较均匀变形。静液挤压过程中坯料变形内外均匀挤压过程中坯料几乎不与摸具直接接触摩擦阻力很小等特点使得静液挤压可以获得太的&缩加工率保证复合界面具有良好的结合强度。田复台缎材静液挤压原理田静液挤压法制备铜包铝线材的基本方法是以大直径紫铜管坯和纯铝棒坯套装戚复合坯料进行挤压成形其技术关键是保证铜/铝在变形过程中流动的均匀性“。..连续铸造法制备复台线坯采用两种金属液同时浇注制备复合线坯无疑是一种更为经济的工艺方法它可以实现无氧化界面复合同时可以简化工序降低制造成本。谢建新等开发了一种包覆材料双结晶器连铸直接成形工艺o““可一次直接成形电覆材料的芯材和包覆层克服了浸溃以及其它包覆成形制备工艺中芯材或包覆层预处理过程复杂、界面质量不稳定等缺陷。但该方法一般只能适用于芯材与包覆层熔点相近或者芯材熔点高于包覆材料的情形。对于铜包铝一类包覆材料熔点远高于芯材的工艺过程其应用比较困难。为此又开发了“填芯连铸复合法”(c。reFillingcontinuousmposltecasting简称CFc法)。采用“填芯连铸复台法”制备cu包Al复合线坯的工艺原理如图所示采用连续铸造方式形成外层金属管状坯壳然后将芯部金属液充填至管状坯壳中使两种金属通过相互扩散或中间反应结合为一体形成复合坯料o“。.纤维增强复合线材的研究概况在过去多年的时间内各种高强度纤维在世界范围内得到了广泛的发展并已在航空、航天体育器材、汽车工业等方面得到了应用。高强度纤维主要是用作增强材料通过不同的工艺方法被嵌入到金属基体中.起到提高强度、改善产品综合性能的作用。尽管复合过程的成本相对较高.但其所能达到的性能指标使纤维增强复合材料显示出良好的发展前景。高强度纤维在电线电缆行业也得到了广泛的应用.特别是国外关于纤维增强复台线材的研究较多。卜捌。在复台线的制备过程中通过浸渗等方式加入高强度纤维可以大大提高电线电缆的抗拉强度。连续浸渗工艺如图所示。该工艺已在实际生产中得到应用其复合速度可达m/Tn。与传统铜线相比。高强度纤维增强复台钢载具有以下优点高强度、低重量、高韧性、良好的抗腐蚀能力、耐冲击能力以及良好的扰电磁干扰能力等.常甩的增强纤维有玻璃纤维、碳纤维等。万方数据材料导报圈填芯连铸复合法原理圈l热电偶Al坩埚妒Al浇注管cu坩埚炉鲒晶器复合线坯圈连续浸渗栅备MMc线材工艺原理田一驱动轮一复合线出口一压力皇釜属液坩蜗一中阃出口一熔融金属纤维入口一绕线轮金属复合线材制备技术的发展趋势前已述及.金属复台线材目前的生产工艺大都属于固相结台法印通过塑性变形使两种金属的结合面接近到原子间距离形成大量的结合点经过扩散热处理最终形成牢固的结合界面。在固相结合法工艺中一般需要坯料的预制成形、表面处理、预热等工序而且所需设备也比较复杂。采用连续铸造技术实现复合线材的直接连续成形是一种更为经济的工艺措施如双结晶器连俦法”“”、填充式连铸法””制备复合线坯等。尽管在工艺控制方面还需做进一步的研究但这些方法的提出无疑为复合线糊备技术的研究与开发提供了新的思路。这些方法的共同特点是采用两种液相金属直接连续复合可以减步生产工序.缩短生产工艺流程j可以获得无氧化复台界面'避免固坯料表面氧化膜的存在而影响复合线材的质量.可望成为复台线材制备技术研究开发的重要方向。年月弟卷第期参考文献工会清张书久.金属制品():戴雅康广播与电视技术():寿伟眷.李向丽光钉与电缆及其应用技术():孙慎林广播与电视技术():刘世程.蛾雅康.王敏锐等.大连铁道学院学报z():】GrunbergerWHellmaleTMhuhzLM砒eTL“t:l贾春博高b束宝韫等.金属成形工艺():郑大梁.宋宝韫.光纤与电缆及其应用技术():高飞宋宝韫张新宇.金属制品.():lo宋宝韫.中国机械工程():张新宇.塑性工程学报():李健刘永兴.锻压技术():KlmYHChoJRLeo“gHSeIa.JMaterProcessTechnol】l():lWuCWHsuRQ.JMaterProcessTechnol(】):Ka“gCGJu“gYJKwonHCJMaterProcessTechnoi():ChouINanHungChmghua.】MaterProcessTechnol(】):DjGlambaItlstaVNHagelWC.Meta【PowderRep。rt():史志远陈彦博曹汉民等.中国有色金属学报(增刊】:KimYHChoJRLeonzHSeta.JMaterProcessTechnol():l许光明崔建忠常守威.铸造技术.():MengeRGmsE.HunaIG.Wre.():刘顺华李玮.表面技术.():】王群骄方晓英于九明.东北大学学报(自然科学版)():谢建新割静安金属挤压理论与技术.北京:冶金工业出版社.胡捷.新技术新工艺..():谢建新曼春京李静嫒.多层复合材料一次铸造成形工艺与设备中国专利zL.谢建新t孙德勤吴春京等.材料工程():谢建新是春京周成等.一种包覆材料一次铸造连续成形设备与工艺.中国专利cNlA.FurnissDavldSeddonAngeleB.JNonCrystSoIid.:船Zh。uYuanxln.XlaYuanmlog.CornposlteSclTechn.Zl():(hneshVVGuptaM.MaterResBull():McleanASdaHXiaQeta.CompositesPartsA:ApplSciMan“():BlucherJTNarusawaUKatsumataMeta.CompositesPartsA:ApplSciManufDI船(j鼬:”’(责任璃辑张汉民)"博伸肌船肌拍拍胛拈船万方数据金属复合线材成形工艺的研究开发概况作者:孙德勤吴春京谢建新作者单位:北京科技大学材料科学与工程学院,北京,刊名:材料导报英文刊名:MATERIALSREVIEW年卷(期):()引用次数:次参考文献(条)王会清张书久查看详情()戴雅康查看详情()寿伟春李向丽铜包铝线在射频电缆中的应用期刊论文光纤与电缆及其应用技术()孙慎林查看详情()刘世程戴雅康王敏锐查看详情()GrunbergerWHeilmaierMSchultzL查看详情王荣计算机模拟小变形的三维应变场及应力场期刊论文金属成形工艺()郑大梁宋宝韫查看详情()高飞宋宝韫张新宇查看详情()宋宝韫连续挤压和连续包覆技术的理论研究与工程实践期刊论文中国机械工程()张新宇查看详情()李健刘永兴查看详情()KimYHChoJRLeongHS查看详情()WuCWHsuRQ查看详情()KangCGJungYJKwonHC查看详情ChouINanHungChinghua查看详情()DiGiambattistaVNHagelWC查看详情()史志远陈彦博曹汉民查看详情()KimYHChoJRLeongHS查看详情()许光明崔建忠常守威查看详情()MengeRGrossEHunalG查看详情()刘顺华李玮钢丝连续热浸镀铝工艺研究期刊论文表面技术()王群骄方晓英于九明铜钢反向凝固及加工变形的结合机理期刊论文东北大学学报(自然科学版)()谢建新刘静安金属挤压理论与技术胡捷查看详情()谢建新吴春京李静媛多层复合材料一次铸造成形工艺与设备卢国辉曾鹏黄惠平王桂棠谢光荣潘振鹏胡社军爆炸喷涂AlO陶瓷梯度涂层的组织与性能期刊论文材料工程()谢建新吴春京周成一种包覆材料一次铸造连续成形设备与工艺FurnissDavidSeddonAngeleB查看详情ZhouYuanxinXiaYuanming查看详情()GaneshVVGuptaM查看详情()McleanASodaHXiaQ查看详情()BlucherJTNarusawaUKatsumataM查看详情()相似文献(条)学位论文钟毅多层金属复合线连续挤压工艺及机理研究随着电线电览技术的发展对其在高导电性、钎焊性、耐蚀性、重量轻及强度高方面提出了越来越高的要求,传统的单一材料难于满足这些需求多层金属复合线材综合了多种金属的优越性能,形成高性能材料,并且还可节约金属,但是,由于成形加工的困难,目前所知的可用于生产的多层金属复合线很少作者在多坯料挤压技术、连续挤压及轧挤技术的基础上提出了一种多层金属双轮连续挤压复合的方法该文对这种新方法的设备进行了力学分析并通过实验和数值模拟对其工艺进行了研究对连续挤压主机各主要部件进行了静力学分析,获得了沿挤压靴方向的压力分布公式在此基础上,推导了变形场温度、扭矩、电机功率、背压力及顶压力的表达式通过工艺实验研究,分别对连续挤压主要工艺参数及包覆过程主要工艺参数进行了分析为深入研究包覆变形机理,独立开发了一套双金属包覆动态成形过程的数值模拟软件,切实解决了单体材料动态变形过程模拟中的关键问题,推导了双金属包覆时接触变形问题的罚函数有限元方程通过双金属接触变形初期的速度场,证实连续挤压包覆在复合变形区存在中性点,复合变形区可以化分为滑动变形段和难变形段,这已成为工艺分析的基点此餐数值模拟还提供了模具设计的其它基础信息学位论文闫琳双金属连续挤压包覆机理研究该文应用在连续挤压技术,多坯料挤压技术及轧挤技术基础上提出的多金属连续挤压包覆技术,进行了双金属连续挤压包覆模拟实验研究,并利用数值模拟的方法得出了双金属连续挤压包覆过程中多种情况的成形极限图通过工艺实验研究,对双金属包覆过程主要工艺参数进行了研究、分析,并设计了双金属连续挤压包覆模拟实验装置,比较了双金属连续连续挤压包覆模拟实验与CONFORM连续挤压包覆之间的差异,说明了模拟实验的可行性实验获得了铅包铝线,铅包钢线,锌包钢线,铜包钢线,铝包钢线,锡包钢线等双金属挤压复合线材,并且界面结合情况良好为深入研究双金属连续挤压包覆过程中芯线的变形状态,得出了研究中性点的方法,并得到了中性点的位置与挤压比的关系图建立了包覆变形模型中沿芯线的压力分布模型及芯线变形状态的模型进行了芯线的受力分析开发了一套双金属连续挤压包覆过程中芯线变形状态判据的程序,得出了多种工艺条件下芯线变形状态的成形极限图,可为工艺分析及模具设计提供指导作用学位论文刘彬彬连续挤压包覆(CONCLAD)过程的数值模拟随着电线电缆技术的发展,对其在高导电性、钎焊性、耐蚀性、重量轻及强度高方面提出了越来越高的要求,传统的单一材料难于满足这些需求多层金属复合线材综合了多种金属的优超性能,形成高性能材料,并且还可以节约金属该论文通过对双金属连续挤压包覆技术的有限元分析和理论分析的研究,以DEFORM为数值模拟平台(清华大学合作),对双金属连续挤压包覆的不同参数下的温度场,等效应力场,等效应变场,等效应变率场,静水压务场,速度场进行了模拟,获得了在双金属连续挤压包覆过程中,各工艺参数主要影响规律实现了模具的快捷化设计这些结论同样适用于多金属连续挤压包覆生产多材料复合线材通过数值模拟的结果的研究表明:CONCLAD过程是一个非常复杂的过程,通过数值模拟的结果来看,复合变形区长度是设计,装配时的一个重要参数,应把复合变形区长度调整到一个适当的值,否则过短则无法实现包覆,出现包覆材"包套"的现象,过长则出现"断线"的问题随挤压速度的提高,挤压温度的降低,坯料与芯线的摩擦系数增加,会出现断线的问题挤压速度的增加会带来坯料温度的增加,温度的升高会补偿挤压速度的增加所带来的断线的可能从三维有限元模拟的结果来看,坯料先充满挤压腔,之后进入包覆腔等效应力与等效应变的集中区在定径带入口处在挤压包覆腔的底部形成死区通过数值模拟可以验证中性点的存在,并且在不同模具结构条件下,给出中性点的位置,与双金属成形极限图所得的结论具有一致性引证文献(条)苏顺刘新华刘雪峰谢建新银包铝复合丝材的制备工艺期刊论文中国有色金属学报()吴云忠马永庆张洋刘世永铜包铝线材室温拉变形后的显微组织和力学性能期刊论文中国有色金属学报()刘理铜铝复合板轧制工艺与理论研究学位论文硕士王小红累积叠轧焊工艺制备AlCu复合材料的研究学位论文硕士王荣发梯度复合铝合金材料的塑性变形研究学位论文硕士谢建新材料加工技术的发展现状与展望期刊论文机械工程学报()本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicalcldbaspx下载时间:年月日

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