3.2　塑性加工技术

3.2.1　板和带的加工

　　1.板和带材的加工方法及其特点

铜及铜合金板带材是轧制生产的主要产品之一。产品以合金分类有：纯铜产品、黄铜产品、青铜产品、白铜产品，以规格分类有：厚板、宽板、宽带和窄带等；以性能和状态分类有：热轧产品（R）、软状态产品（M）、1/2半硬产品（Y2）、硬产品（Y）、特硬产品（T）、特软产品（TM）和热处理产品（C、CY、CS、YS）等。其中C表示软状态，即淬火状态；CY表示硬状态，即淬火后冷轧状态；CS表示淬火后时效处理状态；YS表示冷轧后时效处理状态。以生产方法分类有：热轧产品、冷轧产品；以产品要求分类有：普通板带和特殊板带等。

板材与带材的区别主要是宽度和长度。一般宽度范围在600～3000mm，长度小于6000mm的为板材，宽度小于600mm的通常称为带，但这只是个大体范围，并没有特别严格的界限。板带材按厚度也常说厚板和薄板、厚带和薄带。一般厚度范围在（0.5～5）mm的称薄板，厚度（5～40）mm的称厚板，有些热轧厚板可达75mm以上。带材的厚度通常（0.05～2.0）mm，大于1.2mm的为厚带，厚度小于0.05mm的为箔。

铜和铜合金板带材的生产方法大体上有4种：铸锭热轧开坯法、水平连铸带坯法、铸锭冷轧开坯法和热挤压开坯法。而其后续的加工方法则都是相同的，其工艺流程大体为：板（带）坯→（铣面）→粗轧→退火→精轧→精整→（退火）→成品。

热轧开坯是将铜及铜合金铸锭或锻坯加热到再结晶温度以上，并在热加工塑性区的温度范围内轧制板带坯。

水平连铸带坯多用于不易热轧的锡磷青铜、锌白铜。锡锌铅青铜和铅黄铜等带坯的生产，或小规模地生产普通黄铜带坯以及氧含量低于50×10^-4%的紫铜带坯，它省去了热轧工序和相应的设备投资，生产周期短，能提供常尺带坯。带坯厚度一般为12～20mm，宽度为320～650mm，最宽达850mm。不足之处是单台设备的生产能力小，可生产的合金品种和规格有局限性，不宜多品种、高产能、大规格地生产铜及铜合金带坯。

铸锭冷轧开坯是生产铜合金板带材最早采用的方法。20世纪20～30年代，几乎所有的铜合金板带材均以30～40mm厚的扁锭进行冷轧开坯生产。冷轧后带坯厚度为8～10mm。这种工艺轧制时变形抗力大，轧制道次多，需要经过多次中间退火，生产效率低，能耗大。随着冶炼技术的发展，大部分铜合金逐渐改为热轧开坯。必须冷轧开坯的仅为热轧易开裂、产量不太大的少数复杂合金。

热挤压开坯是20世纪60年代日本、英国用于生产紫铜、黄铜和铅黄铜窄带而开发的。带坯的厚度为5.0～8.5mm，宽度小于250mm。挤压带坯的表面和尺寸精度均优于热轧开坯，在允许宽度范围内便于调整带坯规格。不足之处是挤压压余、窄带切边和黄铜脱皮挤压与缩尾等几何损失较多，带材的成品率低于热轧开坯。这种方法适用于月产量1000t左右的紫黄铜生产线。

目前世界上90%以上的铜及铜合金带坯都是采用热轧开坯生产的。它与水平连铸相比具有以下优点。

①金相组织和水平连铸带坯有显著区别。水平连铸带坯中间层呈羽毛柱状晶分布的铸造组织；而热轧是经过90%以上热变形的加工组织，并在热轧过程中进行同步再结晶，所以带坯的晶粒细密，各项性能均一。

②热轧开坯可将铸锭的部分缺陷如疏松、缩孔和晶间微裂纹等焊合。

③对于需要固溶热处理的合金，如Cu-Be、Cu-Fe-P等，需采用热轧后淬火，才能满足将高温相保留到常温，晶内呈单相组织分布，以利于后续变形热处理或改善其物理性能的条件。20世纪70～80年代英国和其他一些国家进行了Cu-Be合金连铸带坯的实验研究，但到目前为止，热轧后激冷（淬火）仍是生产这类合金的成熟工艺。

热轧开坯生产板带材的工艺，与其他方式相比，虽然耗能略大，但其可生产的合金牌号品种齐全，生产适应性强，且产品具有晶粒均匀度、深冲性能、再加工性能良好等特性，是其他生产方式所无法比拟的，热轧开坯一直是国内外生产铜及铜合金板带材的主要方式。国际上铜及铜合金板带材最大铸锭质量已达到25t，目前我国在建的铜加工厂，最大锭重为20t。

　　2.板带材生产流程的制订原则与分类

生产流程是从铸锭到产品所经过的一系列生产工序，亦称生产工艺流程。每种产品都要根据合金的特性、品种、类型以及技术条件的要求，合理的选择生产方法和工序，以确保生产出品质合格的产品。

制订生产流程总的原则是：节能、高效、保质、污染少和经济。具体如下。

①充分利用合金的塑性，尽可能地使整个流程连续化，尽可能地减少中间退火及酸洗工序，轧制道次少，生产周期短，劳动生产率高。

②产品品质满足技术条件要求，产品率高，生产成本低。

③结合具体设备条件，各工序合理安排，设备负荷均衡，即保证设备安全运转，又能充分发挥设备潜力。

④劳动条件好，对人体无害、对周围环境污染少或无污染。

常用的生产流程，按轧制方式可分为块式法和带式法；按铸锭的开坯方式分，有热轧法和冷轧法。

（1）块式法

这是一种老式生产方法，它是将锭坯经过热轧或冷轧，再剪切成一定长度的板坯，直至冷轧出成品的方法。其特点是设备简单，投资少，操作方便，灵活性大，调整容易；其缺点是生产效率低，劳动强度大，中间退火次数多，生产周期长，耗能大，金属工艺损失大，成品率低，产品品质不易控制。可以在产量小、品种多、建设周期短的中、小型工厂中采用。

（2）带式法

这是一种近代的大生产方式，它是将锭坯经过热轧开坯，卷取成卷进行冷轧，最后剪切成板或分切成带的生产方法。特点是可采用大铸锭，进行高速轧制，易于连续化、机械化的大生产。劳动生产效率高，单位产品耗能少，可采用高度自动化控制产品品质好，劳动强度小、生产条件好；缺点是设备复杂，一次性投资大，建设周期长，灵活性差。适于产量大、规格大，品质要求高的生产，是大型工厂所采用的生产方法。虽然投资大、建设周期长。特别是由于技术的高度进步，坯料和带材可以通过焊接，卷重可达2t以上。带式法生产正向连续化、自动化、大型化、高精度化发展。

（3）热轧法

它是除了锡锌铅青铜、高铅黄铜等极少数品种外，都要经过热轧工艺过程。对于热轧状态的产品，都是由热轧直接轧制而成的。热轧方法是铸坯加热后进行轧制的生产方法，它充分利用了金属的高温塑性和低变形抗力，采用大压下率来提高生产率，达到高效、节能的目的。但热轧生产的产品尺寸偏差大、表面品质差、性能不易控制。所以热轧法生产多用来生产板或带坯，以及精度要求不高的产品。

（4）冷轧法

它是采用较小尺寸的锭坯或热轧板坯，在锭坯不加热的情况下，进行轧制的一种的方法。它用于不能在加热状态下成形的合金，以及各种硬状态、软状态、热处理状态的产品，都要经过冷轧。虽然冷轧加工率小、中间需要多次退火，生产率不如热轧高的缺点，但仍然是现在生产中被广泛采用的主要方法。典型铜及铜合金板带生产工艺流程如图3-25所示。

　　3.典型板和带材的生产工艺流程

（1）纯铜板带的生产工艺流程

表3-3为纯铜板带的典型工艺流程图，我国目前各种生产工艺方法都有采用，一些现代化较高的工厂，近年来大都采用了生产效率高的连续法生产。中小厂的生产，有些仍采用以块式法生产为主的生产方式。

（2）黄铜板带的生产工艺流程

黄铜板带的生产流程，对于不同的合金、品种及设备条件有很大的差异。表3-4中，只是部分品种和规格的流程。

黄铜生产中要注意含铅高的合金，热轧容易裂边，有的甚至不能热轧。如HPb63-3等铅黄铜，很难进行热轧，目前仍采用冷轧开坯的办法。

（3）青铜板带的生产工艺流程

青铜板带的工艺流程见表3-5，其加工过程中中间退火是较多的。这是因为青铜合金的加工性能不如黄铜和纯铜好，大多都是多相合金，塑性差，高温变形容易产生裂纹。如锡磷青铜是典型的高温塑性不好的合金，在20世纪70～80年代想通过热轧的途径来提高生产效率，因高温塑性的温度范围窄，裂边严重。近年来，铸造技术的进步和设备能力的提高，又有从热轧回到冷轧开坯的趋势。

（4）白铜板带的生产工艺流程

如表3-6所示，其生产流程的特点是：除锌白铜外，热轧后需破鳞（即除掉氧化皮）和中间退火。这是因为白铜是以铜-镍为基添加第三种元素，如铁、锌、铝所形成的合金，热轧温度较高，冷变形抗力较大。

3.2.2　管和棒的加工

　　1.管材生产方式及特点

铜及铜合金管材产品有挤制管和拉制管，其规格范围很宽，小至毛细管，大到直径达300mm以上的大直径管。不同合金品种不同规格的铜管的生产方式不尽相同。铜管材分为有缝管和无缝管两大类。有缝管也称焊接铜管，是将铜板带经纵剪、冷弯成形后焊接成管坯或管材，再经冷加工和退火，达到所要求的状态和表面精度。其产品质量除受焊接工艺影响外，主要取决于铜板带的质量。由于我国高精度铜板带的质量及成本等原因，目前我国仅在天线套管生产中采用了焊接生产方式，而在供液供气铜管如热交换器管、制冷用管、水气管等生产中仅做了尝试，并未推广开。无缝管材仍占我国乃至世界铜管材的绝大多数。

管材生产可分为管坯制造和管材冷加工，无缝管材生产采用挤压、斜孔穿孔、水平连铸或上引连铸等方法供坯，有缝管采用铜带材冷弯成形后焊接成管坯。冷加工采用冷轧或拉伸的方法。管材的生产方法见图3-26。

依据在加工过程中制品的形状，铜及铜合金管材生产又可用直条法和盘管法。近十几年来，紫铜小管如冰箱管、空调管、小直径水气管大都采用盘管法生产。

管材的生产方法的选择可根据各厂所生产的产品及具体条件而定。

（1）挤压-轧管-拉伸法

挤压-轧管-拉伸法适用于各种铜及铜合金管材，是应用最广泛的铜管生产工艺。该法由圆锭铸造、挤压、轧管、拉伸等主要工序组成，又可分为挤压-拉伸、挤压-轧管-拉伸两种生产工艺。这两种生产工艺均采用挤压供坯，挤压管坯通常采用实心圆锭进行穿孔挤压，也可采用空心锭生产。先将铸锭加热至再结晶温度以上再进行挤压，挤出的管坯尺寸精确、表面质量好且细化晶粒组织。

挤压-拉伸法可生产各种形状及尺寸的拉制管，管材尺寸精度高、表面光洁。拉伸法的生产设备和工具较简单，维护方便，在一台设备上可生产多种规格和品种的产品。与轧制相比，道次变形量和两次退火间的总变形量较小，特别是在拉制薄壁管时尤为突出从而使拉伸道次、退火等工序增多，成品率降低，生产成本增加。

（2）斜轧穿孔-轧管-拉伸法

该法由圆锭铸造、斜轧穿孔、轧管、拉伸等主要工序组成，除管坯热开坯外，其他与挤压-轧管-拉伸生产工艺基本相同。斜轧穿孔一般采用辊式斜轧，将加热后的实心圆锭的一端喂入同一方向旋转的轧辊之间，在轧辊的另一端固定着可旋转的带顶杆的顶头，穿孔时锭坯作螺旋运动，并在轧辊和顶头压力作用下形成空心管坯。斜轧穿孔与挤压相比具有生产效率高、几何废料少、设备投资少的优点，但产品的规格和合金品种少，只能用来生产紫铜和普通黄铜等部分铜合金管，管坯质量较挤压管坯差。

（3）连铸管坯-轧管-拉伸法

该法由铸造管坯、轧管、拉伸等主要工序组成。该工艺最大的特点是生产流程短、取消了铸锭加热、挤压等工序，直接由连铸机组生产出空心管坯。管坯不经加热进行轧制，能耗低，成品率高，属于一种短流程、低能耗、投资省、低运行成本的生产方法。与挤压、斜穿孔管坯相比连铸管坯的偏心率低，在±2%的情况下。管坯表面质量较好，生产一般铜管，不用铣面即可进行后续轧管、拉伸加工。但该法生产的产品规格及合金品种较少，一般用于中小紫铜管材及铜盘管生产。水平连铸-行星轧管-拉伸法、上引连铸-轧管-拉伸法是该法两种典型工艺。

铜及铜合金管材生产方法比较见表3-7。

　　2.棒材生产方式及特点

按合金分，铜及铜合金型棒材可分铜、黄铜、青铜、白铜四大类，其中黄铜棒约占铜及铜合金型棒的90%，而黄铜棒中铅黄铜又占绝大多数，约占80%～85%。

按棒材断面形状分，铜及铜合金型棒材产品可分为圆棒、型棒，型棒由有方形棒、矩形棒、六角棒、异形棒等。

按加工方法分，铜及铜合金型棒材产品有挤制和拉制两大类。国家标准中拉制棒的规格范围为ϕ5～80mm，挤制棒为ϕ10～180mm。美国、日本等国家不以产品尺寸而以交货形态划分，以直态交货的称为棒材，以盘交货的称为线材，棒材直径下限为ϕ1mm，线材上限为ϕ15mm。

图3-27为棒材拉伸的生产工艺。图3-28所示为棒材挤压生产工艺。

（1）挤压供坯法

挤压法具有变形条件好，挤出的制品尺寸精确、表面质量好且有细化的晶粒组织、生产灵活性大的特点，适用于各种铜及铜合金型棒材，是应用最广的棒坯生产方法。该法可直接出产品，挤出的型棒材经矫直，锯切等精整后即为挤压型棒材成品。挤压法可以得到断面最近似于成品型棒材断面形状和尺寸的坯料。对于拉制圆棒，一般在挤压后只需进行一道次拉伸，型材可减少拉伸道次，生产流程短。挤压由正向挤压和反向挤压，正向挤压因其设备结构较反向挤压简单、价格便宜、操作简便，在棒材生产中广泛应用。反向挤压由于锭坯表面与挤压筒壁无相对滑动，挤压能耗低，因此在同样挤压条件下，所需的挤压力比正向挤压低30%～40%。反向挤压较正向挤压变形均匀，制品尺寸精度高。目前反向挤压已大量应用于易切削黄铜棒的生产中，随着经济的发展和科技的进步，人们对产品质量的要求越来越高，将促进反向挤压技术的发展和应用。

（2）孔型轧制供坯法

孔型轧制是将锭坯在横列式轧机上进行热轧，轧制是在有环形轧槽的轧辊中进行。坯料通过多个孔型轧辊，断面逐渐缩小，从而获得预定的形状和尺寸。不同合金、不同规格、不同形状的型棒材所采用的孔型不同，小批量生产时需准备大量的轧辊，频繁换轧辊不经济且效率低。该法设备投资比挤压法少，曾在铜及铜合金型棒材生产中起过主要作用，但由于该法生产的产品质量较差，随着挤压技术的发展，绝大多数铜及铜合金型棒材已不采用孔型轧制法供坯生产。

（3）连铸供坯法

连铸供坯有水平连铸或上引连铸供坯，坯料直径一般为ϕ8～20mm，盘重可任意选定，仅受卷曲状之能力的限制。由于坯料为柱状晶组织，需经过反复拉伸、退火，不宜用来生产冷状态下塑性差的合金。然而对于热加工性能差、冷加工性能较好的锡青铜、硅青铜，其中小规格棒材采用连铸坯生产要比挤压法经济且质量有保证。目前该法主要用于小棒和对力学性能要求不高的棒材生产上。

（4）棒材冷加工

拉伸是棒材生产最常用的冷加工方法，对于挤压棒坯多数情况下只需进行一道次拉伸冷加工，只是在生产难挤压合金小断面棒材时，拉伸次数才大大增加。拉伸有直拉和盘拉，多采用直拉，盘拉仅用于需多道次拉伸的小棒生产。

冷轧多用于加工塑性差的合金小棒材。这些合金棒若采用拉伸法生产，需经过反复拉伸、退火，生产流程长、能耗高、生产成本高。而冷轧加工率大，可减少拉伸道次、减少中间退火。冷轧多采用两辊平立辊或三辊Y型连轧机。冷连轧机设备费用较高，一般用于批量较大的合金小棒材生产。

　　3.挤压生产工艺参数

（1）管棒型材的铸锭直径

挤压铜与铜合金管棒型材一般采用圆形的实心铸锭或空心铸锭。实心铸锭用于挤压棒材、实心型材或用于有独立孔针系统的挤压机挤制管材；空心铸锭用于挤压难挤的合金管、异型管或用于无独立穿孔系统的挤压机挤制管材。

确定铸锭直径时，可以用下列公式计算。

棒材：　　　　（3-66）

管材：　　　　（3-67）

式中　D₀——铸锭直径，mm；

d——制品外径，mm；

d_针——管材内径，mm；

n——模孔数，个；

λ——挤压延伸系数；

ΔD——挤压筒与锭坯间的间隙，mm，ΔD=D_筒-D₀。

挤压筒直径与其间隙的关系见表3-8。

（2）管棒型材的铸锭长度

一般挤压棒材时，锭坯长度为其直径的2～3.5倍；挤压管材时，铸锭长度为其直径的1.5～2.0倍。管材锭坯长度过长，会增加壁厚的不均匀性。锭坯的长度与挤压制品的长度有如下关系式：

　　（3-68）

式中　L₀——锭坯长度/mm；

l₁——剪切掉的制品长度/mm；

l——挤制成品的总长度/mm；

λ——挤压延伸系数；

h——压余厚度/mm；

K——填充系数。

（3）管棒型材的挤压比

又称延伸系数，是表示铸锭挤压时变形量大小的参数。合理选用挤压比对挤压制品的性能、表面品质、生产效率等是至关重要的。

①最大挤压比受挤压机的挤压力、挤压工具的强度、被挤压金属的性能等因素所限制。从挤压机的挤压力与其挤压筒尺寸的关系（图3-29），可以推算出挤压铸锭的直径。

②最小挤压比一般应大于10，以防止制品中残留铸造组织，保证制品具有良好的组织性能。被挤压金属的最大挤压比和常用的挤压比见表3-9。

（4）管棒型材生产的挤压温度

①铜及铜合金在挤压温度下应具有的特性：低的变形抗力、良好的塑性；合金最好处于单相区、挤压时不发生相转变。

②挤压温度确定方法：确定挤压温度时应以合金的塑性图、再结晶图、相图为依据，按上述要求并参考生产实际情况确定。

③影响锭坯温度的主要因素有：挤压工具（如挤压筒、挤压垫、穿孔针）与锭坯直接接触，吸收锭坯热量，使其温度下降；锭坯在炉外或挤压筒内较长时间停留，造成散热较多而降温；快速挤压时产生的变形热来不及散发，会使锭坯温度升高。

表3-10给出了铜及铜合金的挤压铸锭加热温度范围。

（5）管棒型材生产的挤压速度

挤压速度是指挤压杆向前移动的速度。它与金属从模孔流出的速度有下列关系：

V_出=λV_杆　　（3-69）

式中　V_出——金属流出模孔时的速度，m·s^-1；

V_杆——挤压杆向前移动时的速度，m·s^-1；

λ——挤压比。

挤压时金属流出模孔的速度见表3-11。

　　4.挤压设备

挤压机的种类很多，图3-30为常用的分类方法。

立式挤压机的结构与卧式挤压机的基本相同，只是其挤压轴工作线垂直水平线，因此它的高度很高。立式挤压机的主要技术参数见表3-12。立式挤压机和卧式挤压机的比较可见表3-13。

3.2.3　线材的加工

金属线材是细而长且盘绕成盘交货的制品，常用铜及铜合金线材直径在6mm以下，但也有粗的，粗细不是线材的唯一标准。线材的断面以圆断面最广泛，也有非圆断面的，如扁的、方的、异型的等。

线材生产可分为线坯制备和线材冷加工。一般线坯直径为ϕ6～ϕ10mm，以可以柔软盘绕起来为原则，但也应为成品线留有足够的冷变形量，以保证成品线的质量。线坯越长越好，卷重越大越好，可减少拉伸时的对焊工作量，提高拉伸生产效率，提高有电性能要求的线材的性能。线坯制备有两大类，一类是非连续生产方式，即先铸成锭坯，再采用热挤压、孔型轧制等方法加工成线坯；另一类是连续生产方式，即连铸或连铸连轧成线坯。冷加工采用冷轧或拉伸的方法。线材的生产方法见图3-31。

　　1.挤压制坯法

挤压法是将圆锭在挤压机上挤成线坯，并在线卷曲成盘卷，盘卷经水冷或控制冷却后收入集线架。挤压能保证得到极好的坯料组织，有利于后序拉伸加工。挤压生产灵活性大，适于合金牌号多、批量小的铜合金线材生产，是生产优质线材的主要制坯方法。

　　2.孔型轧制制坯法

孔型轧制法是指横列式轧制。该法使用平铸的85～130kg船形线锭，加热后经横列式轧机轧得ϕ7.2mm“黑铜杆”。该法生产的线坯精度低、表面质量差，质量不均一，卷重小，劳动强度大，生产效率低，能耗高，在铜线杆生产中该法已被连铸连轧法所取代。黄铜、青铜和白铜的牌号多，批量小，材料软硬差异大，孔型的共用性较差，要适应小批量铜合金线坯的生产需要准备大量的轧辊，频繁更换轧辊不经济且效率低。黄铜等合金的塑性较低，用轧制法生产时，线坯上易形成裂纹。目前绝大多数铜合金线材已不采用孔型轧制法制坯。

　　3.连铸制坯法

连铸法是通过铸造直接制成线坯，可免去轧制或挤压及其相关工序，这样缩短了生产流程，减少了生产设备和场地，降低了投资和生产费用。连铸法主要有上引连铸、浸涂成型和水平连铸。

上引法和浸涂成型法系光亮铜线坯主要生产方法之一，主要用于生产含氧量20mg/kg线坯。上引法的设备结构简单，容易掌握，生产灵活、生产成本低，适宜中小规模的生产企业，目前该生产方法已在我国普遍采用。但该法对原料的纯度要求较高，阴极铜的杂质总量应不大于500mg/kg，否则不能得到质量稳定的产品，生产不能正常进行。浸涂成型法是利用冷铜杆的吸热能力，用一根较细的铜芯杆（种子杆），垂直通过保持一定液位的铜水池，在移动的种子杆的铜表面形成牢固的凝结层，并逐步凝固成较粗的铜杆。浸涂法的生产规模比上引法大，年产能2万～8万吨。

水平连铸法与上引法同样采用多头连铸，可提供大盘重线坯。该法主要用于热加工性能差、冷加工性能较好的锡青铜、硅青铜及锌白铜线坯生产，线坯直径ϕ8～12mm。对于冷加工塑性差的合金，由于后续拉伸及退火次数多，生产流程长，生产成本高，不易采用水平连铸线坯，水平连铸法的生产规模较低，常作为挤压法的补充。

　　4.连铸连轧制坯法

连铸连轧法为光亮铜线坯的主要生产方法。典型的连铸连铸机列由竖式熔炼炉、保温炉、轮带式或双带式连铸机、连轧机、冷却清洗、包装等装置组成。阴极铜连续加入竖炉，依次经熔炼、保温、连铸、连轧、冷却清洗及卷曲等工序，即为ϕ8mm光亮线坯盘卷。连铸连轧法生产含氧量200～300mg/kg的低氧光亮铜线坯，最大线坯直径ϕ25mm，卷重达5t。不仅生产圆线杆，还能生产方形、矩形、窄带等产品。该法对原料的要求没有上引法、浸涂成型法高，可采用较高比例的废料，所有工艺参数均可设定和自动控制。采用燃气熔炼、保温，开停灵活、生产成本低。在光亮铜线坯生产中连铸连轧法的生产能力最大，每小时产量5～60t，目前全世界80%以上的铜导线是采用连铸连轧铜线坯生产。

　　5.线材冷加工

几乎所有的线材都由拉制而成，以获得高精度尺寸的线材。线材拉伸均采用盘拉，分为单道次和多道次拉伸。单道次拉伸用于铜合金线材粗拉或扒皮拉伸，多道次拉伸用于塑性好的紫铜、高铜合金线的拉伸、铜及铜合金线材的小拉和细拉。先进的铜线材拉丝采用多模多线、连续拉伸连续退火。大拉为2根，中拉4～8根，小拉和细拉为8～16根，多根细线退火采用成束退火。多线拉丝不仅生产率较单线拉丝高，而且线材伸长率、直径的一致性较单线拉伸高。

不同形状的线材采用不同的拉模。拉模有整体模、组合模和辊式模。圆线、方线及六角线采用整体模拉制，扁线及异型线多采用组合模和辊式模。一套组合模和辊式模可做多种规格的扁线，节省大量的工装费用。

冷轧多用于加工塑性差的合金线的开坯、扁线或异型线的生产。冷轧加工率大，可减少拉伸道次、减少中间退火。在扁线或异型线实际生产中，常将一台或多台轧机和拉线机与放线机和收线机组成连续生产的作业线。

3.2.4　特殊加工

　　1.旋压技术

旋压是用于成形薄壁空心回转体工件的一种金属压力加工方法。它是借助旋轮等工具作进给运动，加压于随芯模沿同一轴线旋转的金属毛坯，使其产生连续的局部塑性变形而成为所需空心回转体工件。旋压包含普通旋压和强力旋压（变薄旋压）两大类。

（1）普通旋压

按照变形温度的不同，普通旋压可分为室温旋压（冷旋）和加热旋压。

室温旋压适于塑性好，加工硬化指数低的材料。常用材料有铝及其合金、金、银、铜等。

当材料室温塑性低，硬化指数高，机床能力不足时，可采用加热旋压。加热旋压常用材料有铝-镁系合金，难熔金属，钛合金等。普通旋压可以完成成形、压筋、收口、封口、翻边、卷边等各种工序。见图3-32。

根据机床的可能性和工件的成形需要，普通旋压的不同工序可在一次装卡中顺利完成，如气瓶先封口后收嘴，筒体先压筋后卷边等。

（2）变薄旋压

变薄旋压是在普通旋压的基础上发展起来的，其成形过程为：芯模带动坯料旋转，旋轮作进给运动，使毛坯连续地逐点变薄，并贴靠芯模而成为所需要的工件。旋轮的运动轨迹由靠模或计算机控制。

变薄旋压有流动旋压和剪切旋压两大类。流动旋压成形筒形件，剪切旋压成形异形件，参见图3-33，（a）为锥（异）形件剪切旋压，（b）为筒形件流动旋压。材料流动方向与旋轮运动方向相同为正旋，反之为反旋。

变薄旋压的变形过程可分为起旋、稳定旋压和终旋三个阶段。锥形件起旋阶段工艺参数选择不当易产生局部弯曲，坯料凸缘产生褶皱。终旋阶段旋轮靠近坯料边缘时，凸缘易产生弯曲和倾斜，外层材料局部受拉应力易裂开。

　　2.内螺纹管成形技术

在空调制冷行业，随着空调器向大容量、低能耗及体积小型化方向发展，具有高效传热特征的内螺纹铜管正逐步替代传统用光面铜管，成为制作高性能空调两器（蒸发器和冷凝器）专用传热管。这种铜管是在光面铜管的基础上深加工而成，其内表面有许多螺旋齿状筋，不但扩大了管内散热面积，而且改善了管内介质的流动状态（由层流变为稳流），其散热系数可达同规格光面铜管2～3倍，提高了热交换率，被认为是理想的节能节材产品，受到空调制冷行业的普遍重视。

内螺纹铜管成形加工方法有焊接法和拉伸法。

（1）焊接法

焊接法采用在铜带上直接轧制成纹再焊接的方法。其生产工艺流程如下。

高精度铜带—螺纹轧制—成形焊接—定径—精整卷曲—退火—包装

焊接管的主要原料为TP2材质的紫铜带。生产时，铜带头尾焊接保证生产线连续运转。铜带首先经过滚压螺纹工序，根据螺纹形状的不同，选择不同数量的压纹辊。压过螺纹的铜带经数道成型后进行高频焊接。为了保证管径的均匀和尺寸，焊接后首先用刮刀去除毛刺，然后经过定径辊定径，以保证管材的外径和椭圆度符合技术要求。

（2）拉伸法

拉伸法生产的内螺纹铜管为无缝内螺纹铜管，无缝内螺纹铜管是目前空调制冷行业普遍采用的传热管，其加工方法归纳起来主要有两种：一种是挤压拉伸法；另一种是旋压拉伸法。

挤压拉伸法与光面管衬拉相似，在拉伸过程中，由于受到力的作用，螺纹芯头在变形区内产生旋转运动，而管子不转动，制作轴向直线运动，在拉伸外模及螺纹芯头的作用下，管子内壁被迫挤出螺旋凸筋，从而成形内螺纹管。

旋压拉伸法有两种方式，一种是行星滚轮旋压；另一种是行星球模旋压。它的加工原理是利用几个行星式回转的辊轮或滚球对管材外表面进行高度旋压，使材料产生塑性变形，使螺纹芯头上的螺旋齿映像到管材的内表面上，从而形成内表面上的螺纹。这种方法与挤压拉伸法相比，不但能变滑动摩擦为滚动摩擦，降低起槽应力，而且能加工较深的螺纹沟槽，管子经旋压加工也大大改善了其力学性能。

　　3.半固态铜合金加工技术

（1）概述

半固态金属加工技术是21世纪前沿性金属加工技术。半固态金属加工时金属在凝固过程中，进行强烈搅拌或通过控制凝固条件，抑制树枝晶的生产或破碎所生成的树枝晶，形成具有等轴、均匀、细小的初生相均匀分布于液相中的悬浮半固态浆料，这种浆料在外力的作用下，即使固相率达到60%仍具有较好的流动性。可以利用压铸、挤压、模锻等常规工艺进行加工成形，也可以用其他特殊的加工方法成形为零件。这种既非完全液态，又非完全固态的金属浆料加工成形的方法，被称为半固态金属加工技术（Semi-Solid Metal Forming or Semi-Solid Metal Process，简称SSM）。

（2）半固态金属加工的主要工艺流程

半固态金属加工技术适用于有较宽液固共存区的合金体系。研究和生产证明，适用于半固态加工的金属有：铝合金、镁合金、铜合金、锌合金、镍合金以及钢铁合金。其中铝合金、镁合金由于其熔点低，工业生产易于实现。因此，半固态金属加工技术在铝合金、镁合金方面，已得到一定的应用。

对于铜合金，由于其熔点较高，所以模具寿命的问题限制了半固态铜加工技术的发展。但是，近十年来，半固态浆料的制备方法有很大发展，因此高温合金的制浆问题也得到了一定程度的解决，铜合金的半固态加工技术也得到了发展。

半固态加工的主要成形手段有压铸和锻造，此外也有人试验用挤压和轧制等方法。其工艺路线主要有两条：一条是将搅拌获得的半固态浆料在保持其固态温度的条件下直接成形，通常称为流变铸造（Rheocasting）；另一条是将半固态浆料制备成坯料，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度进行成形，通常被称为触变成形。对触变成形，由于半固态坯料便于输送，易于实现自动化，因而在工业中较早得到了广泛应用。对于流变铸造，由于将搅拌后的半固态浆料直接成型，具有高效、节能、短流程的特点，近年来发展很快。

　　4.电解铜箔生产制造技术

（1） 概述

金属箔材的制造方法主要是压延法、湿法和干法三种。

①压延法为最常见的生产方法，该方法工艺比较成熟，但具有下列几个缺点：

a.生产流程长，工艺复杂，一次性投资大，只适宜大规模生产；

b.箔材的最小厚度受到限制；

c.对控制设备精度和轧辊的质量要求较高；

d.箔材的宽度受到限制。

②湿法生产箔材又分为非电解法和电解法两种。前者皮膜生成速度慢，且皮膜的生成只限于少数几种金属。故一般多采用电解法（也称电铸法），该法得到的金属箔的表面结晶组织可以控制，可生产印刷电路用镍箔、铜箔、复合材料用箔、磁性铁箔等。

③干法一般用来制造超薄膜，不能大量生产，价格高，多用于半导体和记录材料的生产。

（2）电解铜箔的生产工艺流程

电解铜箔的生产工艺流程见图3-34。

3.2.5　二次加工

铜材二次加工一般可分为两大类：一类是将铜材进行加工后仍然作为材料供其他部门使用。如给铜带电镀覆层、镀锡、镀镍、镀金等，钢棒外复合铜管、铜带上复合金丝银线，将普通光管件加工成波纹管、螺纹管等。另一类则是将铜材加工成零件甚至部件供其他部门使用。这类产品门类甚广，如水道或油路管件、点焊电极或辊轮、焊轮等。

　　1.铜管件加工

铜水（气）管管路连接必须通过各种形式的管接头来完成，这些管接头称为管件。管件主要形式有：弯头（45°、90°、180°；弯径等于1.0D或1.5D等）、三通或四通（等径或异径）、套管接头（直接承口）、管帽等。

尽管接头形状各种各样，但其基本生产工艺流程是：

管坯→下料→成形→精整→清洗→检验→包装。

　　2.钢铁连铸结晶器加工

连铸钢工艺生产铸钢坯是西方发达国家于20世纪60年代末发展起来的新型铸钢工艺，并于20世纪中后期走向成熟。该工艺具有生产效率高，自动化程度高，劳动强度低，生产环境良好和产品质量稳定等诸多优点。20世纪80年代中期开始引入我国，目前我国的连铸比已达到95%以上。

结晶器异形铜管的生产工艺有很多，有代表性的有以下几种。

①挤压弯曲后机械加工工艺：该工艺是将铜锭到大吨位挤压机上挤制成管坯，然后管内填沙弯曲，最后机加工而成。它主要使用于强度较高的材料，如铜铬锆镁结晶器的生产。

②爆炸成形工艺：是将结晶器管坯套置在芯棒外，同时将结晶器管坯两端封闭，抽去内部空气，管坯外套以用柔性材料制成的筒体的外壁而构成药筒，然后，将其浸没于水中，引爆炸药，使爆炸产生的能量经柔性材料和水作用于结晶器管坯上而成型的一种工艺。其特点是不需要大型设备，但需要专业爆炸专家参与。

③板材弯曲爆炸焊接工艺：本工艺是为了解决方形管坯价格高而产生的。具体是将铜板弯曲为方形，搭边加工成楔形，楔形边内外布置炸药，在炸药强力作用下，使楔形部分焊接称为一体，然后进行后续加工。

④轧制成形工艺：是将圆管坯在压力机上压成方形，然后管内填沙弯曲，最后内放芯棒在特制的孔型轧机上来回轧制而成。

⑤长芯杆拉伸成形工艺：是将芯杆制成结晶器铜管成品内腔的形状，在液压拉伸机上拉制而成，是应用较广的工艺方法。其特点是生产效率高，但需要严格控制成品拉伸前的坯料硬度（以控制拉伸后的回弹量）和精心设计模具及工艺参数。

　　3.覆塑铜管

在普通铜管外包覆一层塑料就制成了覆塑铜管。这层塑料起到保护铜管免受磕碰、防止腐蚀损害的作用。覆塑铜管主要用作冷、热水管道、空调配管、燃气管、医疗气管等。

覆塑铜管的生产工艺要点。

塑料的配方　覆塑铜管一般用低密度聚乙烯（LDPE），它无毒、无味、半透明、耐蚀，有很高的韧性，在高温下流动性好，附着能力强。但在紫外光、太阳光影响下易老化、变色、龟裂，易燃而产生石蜡燃烧的气味。因此，覆塑铜管用的塑料应添加适当的紫外吸收剂、抗氧剂、阻燃剂等助剂，提高塑料的性能和寿命。

母管的质量　母管尺寸公差、性能应符合标准要求；应经无损探伤或气/水压检查合格；表面应清洁无油污，经脱脂或酸洗的则更好；母管应经过矫直，弯曲度越小越好。

挤塑工艺　包覆一般是在等距不等径螺旋叶片式单螺杆挤塑机上进行的。经过加料、熔融塑化、挤压包覆、定径整形四个阶段。其中塑化是否均匀是关键，为此，各区温度、挤压速度和母管进给速度参数必须严格控制。