■安徽銅冠電工有限公司　喬東月

梯度加熱擠壓工藝對黃銅力學(xué)性能與表面質(zhì)量的影響

■安徽銅冠電工有限公司喬東月

黃銅具有較好的力學(xué)性能，良好的耐蝕性，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、電器、汽車、精密儀表及五金裝潢等行業(yè)。我國黃銅棒的生產(chǎn)方法有擠壓、拉深、軋制及鍛造等。某公司易切削黃銅棒材的生產(chǎn)采用了目前較為成熟的生產(chǎn)工藝路線：超長大鑄錠→反向熱擠壓→聯(lián)合拉拔的生產(chǎn)工藝。

在擠壓過程中，鑄錠長有助于提高生產(chǎn)效率和成品率，減少工藝廢料，但其也引起一系列產(chǎn)品質(zhì)量問題，如熱擠壓制品的力學(xué)性能和公差難以控制、制品表面出現(xiàn)泡和裂紋。這些問題的出現(xiàn)與鑄錠長徑比及熱擠壓坯料的加熱方式密切相關(guān)。因此，研究熱擠壓鑄錠長度及加熱方式對實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)高質(zhì)量易切削黃銅棒材具有重要的指導(dǎo)意義。

1. 試驗(yàn)材料與方法

選用3種不同牌號的黃銅，分別為C3604、C3602、HPb59-1。將3種不同合金牌號的材料分別制成兩組直徑和長度相同鑄錠（φ255mm×1320mm）。利用感應(yīng)加熱爐（工作原理見圖1）對鑄錠采用不同方式進(jìn)行加熱，一組對熱擠壓鑄錠采用等溫加熱，另一組采用50℃梯度的方式進(jìn)行加熱，如圖2所示。梯度加熱通過對感應(yīng)加熱爐進(jìn)行改造，將感應(yīng)爐分成6區(qū)加熱，改變控制方式和程序，實(shí)現(xiàn)了不同區(qū)的加熱。擠壓后對棒材進(jìn)行硬度測試、外徑測量以及表面檢測。

2. 試驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）鑄錠長徑比對熱擠壓后質(zhì)量的影響鑄錠的長徑比過小，相同體積棒材的生產(chǎn)所需擠壓次數(shù)增加，從而降低了產(chǎn)品生產(chǎn)效率及模具使用壽命，因每次擠壓時(shí)，坯料需先填滿擠壓模內(nèi)腔，增加了工藝廢料。鑄錠長徑比過大，在填充擠壓階段，容易在擠壓筒內(nèi)形成雙鼓形和多鼓形鐓粗，各個(gè)鼓形之間的空氣被密封在擠壓筒內(nèi)，導(dǎo)致擠壓排氣不暢，這些空氣混合潤滑劑等燃燒產(chǎn)物，在擠壓時(shí)受到劇烈的壓縮并明顯地發(fā)熱，這種氣體會(huì)進(jìn)入鑄錠表面的微裂紋中，當(dāng)裂紋通過模具被焊合后，該氣體在出?？缀笮纬蓺馀莞皆跀D壓坯料表面，或由于裂紋未能焊合而在出?？缀笮纬善鹌?。

（2）鑄錠加熱方式對熱擠壓后質(zhì)量的影響表1為3種不同合金牌號黃銅棒經(jīng)不同方式加熱后的硬度和尺寸偏差，從中可以看出，采用50℃梯度加熱的鑄錠擠壓后棒材硬度和尺寸偏差較等溫加熱的小。擠壓制品的力學(xué)性能和公差得到有效控制，顯著提高了產(chǎn)品的公差一致性，拉拔工序時(shí)直度容易控制，提高了成品率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度（拉拔不用頻繁地調(diào)直），有利于后道工序拉拔機(jī)的均衡化生產(chǎn)。

圖1　感應(yīng)加熱工作原理

圖2　熱擠壓鑄錠的梯度加熱

采用等溫加熱方式導(dǎo)致偏差增大是因?yàn)殍T錠的擠壓過程需要1.5～2.5min，這段時(shí)間內(nèi)沒有發(fā)生變形的擠壓鑄錠存在溫降。當(dāng)擠壓繼續(xù)進(jìn)行，溫度下降的鑄錠會(huì)因?yàn)闇囟容^低，材料變形抗力增大，而導(dǎo)致擠壓時(shí)需要擠壓力增大，擠壓后棒材硬度和尺寸存在較大波動(dòng)。對鑄錠進(jìn)行50℃梯度加熱，加熱溫度按照擠壓先后順序逐步升高，補(bǔ)償溫降，在填充擠壓過程中，溫度較高的一

段，材料變形抗力小，先鐓粗后逐漸填滿擠壓筒，實(shí)現(xiàn)擠壓過程中的等溫?cái)D壓，達(dá)到完全排氣的效果，減小了黃銅棒擠壓時(shí)的波動(dòng)（見圖3），進(jìn)而就可以使產(chǎn)品力學(xué)性能和尺寸公差都更加穩(wěn)定。

(3)工藝優(yōu)化后產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益某公司在對鑄錠的長徑比及加熱方式進(jìn)行優(yōu)化后，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后加熱方向與轉(zhuǎn)料架的運(yùn)轉(zhuǎn)方向不一致，又對轉(zhuǎn)料架方向進(jìn)行改造，便于實(shí)現(xiàn)梯度加熱，提高生產(chǎn)效率。工藝優(yōu)化后黃銅棒生產(chǎn)質(zhì)量較之前有顯著提高（見圖4），具體工裝如圖5所示。

此工藝實(shí)施以來共生產(chǎn)產(chǎn)品約6000t，按提高成品率3%計(jì)算，擠壓制品質(zhì)量影響提高成品率平均3%以上（還存在很大提升空間，有上升趨勢）。共提高產(chǎn)品產(chǎn)量約180t，回爐成本（主要含燒損及水電氣等費(fèi)用）按3000元/t計(jì)算，轉(zhuǎn)化成合格產(chǎn)品創(chuàng)造利潤按2500元/t計(jì)算。則節(jié)約費(fèi)用和所得產(chǎn)品計(jì)算銷售利潤，效益分析如表2所示，待公司產(chǎn)量大規(guī)模提升后，后續(xù)效益將更加可觀。如后續(xù)增加了擠壓制品的訂單約50t，創(chuàng)造擠壓制品利潤10萬元，節(jié)約模具費(fèi)用3萬元，提高產(chǎn)品對市場的適應(yīng)度，為公司開拓市場做貢獻(xiàn)，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高擠壓制品質(zhì)量和綜合成品率。

圖3　溫度梯度加熱與變形示意

圖4

圖5

表2　熱擠壓工藝優(yōu)化后的經(jīng)濟(jì)效益

3. 結(jié)語

合理的鑄錠長徑比可提高生產(chǎn)效率、成品率及減少工藝廢料，實(shí)現(xiàn)棒材大量生產(chǎn)。

鑄錠采用50℃梯度加熱較等溫加熱硬度偏差減小1 1～ 14H V、尺寸偏差減小0.14～0.22mm。

工藝優(yōu)化后，黃銅棒表面起皮和裂紋程度明顯減小，棒材成品率顯著提高，獲得經(jīng)濟(jì)效益近111萬元。

20150713