一种铜包铝线的加工系统以及加工方法与流程

本发明涉及金属材料生产领域，尤其涉及一种铜包铝线的加工系统以及加工方法。

背景技术：

众所周知，铜包铝线是铜铝复合材料，上述产品具备铝的质量轻，同时又具备铜的导电性，防腐性能好的优点，广泛应用在射频电缆，电磁线，编铝屏蔽线，电源线等产品上。

目前生产铜包铝线的方法包括轧压法、包覆焊接法等。轧压法生产铜包铝线是用两侧的铜带同时包夹住铝芯线通过轧机在氩气保护环境轧压而成，在压力之下，两者之间实现治金结合。之后再经铣削机将对接处的铜边铣掉形成毛坯铜包铝线，最后经拉伸机进行多次拉拔和热处理工序之后才成为铜包铝线成品。然而该方法只适于生产小线径的坯线，若生产大线径的坯线明显暴露出铜材料用率低、外层铜带均匀性不理想的缺点。

包覆焊接法是接将一纯铜带通过逐级变成圆管状并把铝芯杆包于其内，在惰性气体保护下进行自动焊接，再经精整和缠绕完成铜包铝坯线生产，随后再经多次拉拔和热处理工序成为铜包铝线成品。该方法生产的铜包铝线虽然具有铜层均匀性好，节省铜材，生产速度较快的优点。但是也存在着诸如焊接后需经过多次拉伸才能达到治金结合不仅费工耗时加大生产成本。而且因其拉伸模压次数多表面易损伤等不如人意之缺陷。特别是其总变形量达到87％以上才能达到以治金结合的要求，因此达到冶金结合之前的拉伸质量很难控制，给拉伸工艺增加了难度。如不能尽快解决将会影响铜包铝线的质量稳定性，这已引起业内相关人士的严重关注，并投入科技人员和财力，但是目前尚未见到成功解决的相关报导。

技术实现要素：

针对根据现有技术中铜包铝线生产工艺的上述现状，本发明的目的在于提供一种加工系统及加工方法，其能够快速生产出具有良好质量的铜包铝线。

该目的通过根据本发明以下形式的一种铜包铝线的加工系统来实现。所述加工系统包括中间包、挤压模具、反向凝固器、结晶器、导引辊以及牵引机构。其中，所述中间包具有被配置为用于加热铜质材料使其成为铜质熔体的加热炉，所述加热炉具有排出管道。

所述挤压模具具有适于紧贴铝线的壁面的挤压通孔。

所述反向凝固器分别连通所述排出管道和所述挤压通道，所述挤压模具贴合所述反向冷凝器，且所述反向凝固器被配置为使得经由所述排出通道排出的铜质溶液环绕所述铝线并对所述铜质溶液进行反向凝固以使得所述铜质溶液在铝线表面形成薄层凝固；

结晶器位于所述反向凝固器的下方且被配置为对经由反向凝固器出来的铜质包覆层进行二次冷却和凝固；

导引辊位于所述结晶器的下方，所述导引辊成对设置且每个导引辊具有与所述铜包铝线的外表面适配的半圆形凹槽；

所述牵引机构被配置为能够牵引所述铝线依次经由所述挤压模具、反向凝固器、结晶器和所述导引辊。

根据本发明的一种优选实施方式，所述导引辊至少设置两对，沿所述铝线的行进路线看，各对导引辊的开口的朝向不同。

根据本发明的一种优选实施方式，所述加工系统还具有位于所述导引辊的下游侧的张紧机构。

根据本发明的一种优选实施方式，所述加工系统还设有温度传感器，所述温度传感器分别包括用于检测位于所述结晶器的出口处的所述铜包铝线的温度的第一温度传感器，以及用于检测所述加工系统所在的环境温度的第二温度传感器，所述导引辊被配置为基于所述第一温度传感器所测得的温度和所述第二温度传感器所测得的环境温度的差值而调节位置。

根据本发明的一种优选实施方式，所述加工系统还包括可移动地调节所述导引辊的位置的定位机构。

根据本发明的一种优选实施方式，所述定位机构包括能够沿进行所述铜包铝线的径向方向调节所述导引辊的位置的第一可伸缩机构。

根据本发明的一种优选实施方式，定位机构还包括固定架和第二可伸缩机构，所述第一可伸缩机构固定于所述固定架，且所述固定架固定于所述第二可伸缩机构，所述第二可伸缩机构能够沿所述铜包铝线的轴向方向调节所述导引辊的位置。

根据本发明的一种优选实施方式，所述第二温度传感器被配置成距离所述出口处至少6m。

此外，本发明还涉及一种利用上任一加工系统生产铜包铝线的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

步骤1：利用所述加热炉将铜质材料加热融化成熔化成铜质溶液，其中，所述铜质溶液的温度控制成高于铜质材料的凝固点300℃以上；

步骤2：通过牵引机构牵引所述铝线依次穿过所述挤压模具、反向凝固器、结晶器和所述导引辊；

步骤3：开启所述反向凝固器和所述结晶器使得所述铜质溶液包裹所述铝线形成铜包铝线初成品；

步骤4：所述导引辊导引并压迫所述铜包铝线初成品以将其定型为所述铜包铝线。

根据本发明的一种优选实施方式，所述方法还包括介于所述步骤3和所述步骤4之间的步骤31：检测所述结晶器出口的温度以及所述加工系统所在环境的温度并求差值，基于差值调节所述导引辊在所述铝线的径向方向上的位置和/或在所述铝线在行进路线上的位置。

根据本发明的加工系统及其加工方法有益效果在于，加工系统结构简单易于操作。根据加热炉的加热速度，铝线能够以可控的方式被牵引，从而形成相应厚度的包覆层。此外，特殊形式的导引辊能够保证制成的铜包铝线具有良好的外形尺寸，具有良好的导电等性能。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1是根据本发明的优选实施方式的铜包铝线的加工系统；

图2是图1所示的一对导引辊的立体图；

图3以图2的o-o'方向的导引辊的剖视图；

图4示出了适用于图1的导引辊的定位机构。

附图标记说明：

加工系统：100；铝线：200；

中间包：110；挤压模具：120；

反向凝固器：130；结晶器：140；

导引辊：150；铜质溶液：202；

张紧机构：170；第一温度传感器：180；

定位机构：190；第一可伸缩机构：191；

固定架：192；第二可伸缩机构：193；

支撑板：194；支撑轴：195。

具体实施方式

接下来将参照附图详细描述本发明的发明构思。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。在以下的具体描述中，例如“上”、“下”、“内”、“外”等方向性的术语，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

各附图中的部件仅为示意性部件，各部件之间的比例关系不应限制为对权利要求的解释。例如，图1、3的半圆形凹槽151，以及图1的铝线200、铜包铝线201被适当地放大地示出，以此可以清楚示出该部分结构。

图1示出了根据本发明的优选实施方式的铜包铝线的加工系统。如图1所示，加工系统100包括中间包110、挤压模具120、反向凝固器130、结晶器140、导引辊150以及牵引机构（未示出）等。其中，中间包110具有被配置为用于加热铜质材料使其成为铜质熔体的加热炉，加热炉具有位于其下方的排出管道。形成为铜包铝线201的铜质材料可以纯铜或者其他具有良好导电性能且易于与铝形成致密结合层的铜基材料。

挤压模具120具有适于紧贴铝线200的壁面的挤压通孔，挤压通孔能够挤压铝线200，使得由缠绕在线筒上牵引出来的铝线200被调直，以此保证在后续工艺流程中，铝线200的不同周向位置上具有相对均匀厚度的铜质包覆层。针对不同直径大小的铝线200，该加工系统100可配置不同孔径的挤压通孔。优选地，挤压通孔的直径被构造成由上至下地逐渐变小。当局部存在较为明显的变形处时，该形式的通孔可以保证铝线200在行进过程中，铝线200的变形处不会直接抵在挤压模具120的上端面而被拉断。

反向凝固器130是常规的一种用于凝固金属的设备，其可以使得铜质溶液202是由铝线200的径向内侧朝径向外侧地凝固。参见图1，反向凝固其分别连通排出管道和挤压通道。反向凝固器130被配置为使得经由排出通道排出的铜质溶液202环绕铝线200并对铜质溶液202进行反向凝固以使得铜质溶液202在铝线200表面形成薄层凝固。挤压模具120贴合反向冷凝器以避免铜质溶液202从挤压模具120和反向冷凝器之间溢出。

结晶器140位于反向凝固器130的下方且被配置为对经由反向凝固器130出来的铜质包覆层进行二次冷却和凝固。经过结晶器140后，铜质包覆层被进一步冷却，铝线200和铜质包覆层形成铜包铝线初成品。

参见图1并结合图2-3，其中图2示出了根据本发明的导引辊150的立体结构；图3示出了沿图2的o-o'方向的导引辊150的结构示意图，并且，该图中的半圆形被放大地示出。如图1-3所示，导引辊150位于结晶器140的下方，其成对地设置。并且每个导引辊150具有与铜包铝线201的外表面适配的半圆形凹槽151（参见图1-3）。当牵引机构牵引铝线200，使其依次经由挤压模具120、反向凝固器130、结晶器140和导引辊150行进时，从结晶器140出来的铜包铝线初成品的铜质包覆层尚未完全凝固，此时，通过该特殊构型的导引辊150对铜包铝线初成品进一步压制，从而使得铜包铝线201的外形较为光滑，且使得铜包铝线201的铜质包覆层具有相对均匀的厚度，由此制成铜包铝线201具有较为优异的导电等性能。

依据以上加工系统100，对于所需的不同厚度的铜质包覆层，可以通过调节牵引机构的牵引速度和排出管道的铜质溶液202的流出速度来调节。

进一步参见图1，优选地，根据本发明的导引辊150至少由上至下地设置有两对。并且沿铝线200的行进路线看，各对导引辊150的开口的朝向不同，也即，在图1竖向方向上，位于不同高度的导引辊150的开口端面彼此相交而非平行（图1的不同高度的导引辊150的开口端面彼此垂直）。铜包铝线201通过多组导引辊150后，其周向上的任意位置均能够被导引辊150有效滚压，这将有利于进一步提高铜包铝线201的质量

优选地，加工系统100还具有位于导引辊150的下游侧的张紧机构170，张紧机构170对铜包铝线201进一步拉伸捋直后再由牵引机构缠绕到绕线筒。

根据本发明的一种优选实施方式，加工系统100还设有温度传感器。温度传感器分别包括用于检测位于结晶器140的出口处的铜包铝线201的温度的第一温度传感器180，以及用于检测加工系统100所在的环境温度的第二温度传感器，导引辊150被配置为基于第一温度传感器180所测得的温度和所述第二温度传感器所测得的环境温度的差值而调节位置。具体地，当差值较大时，铜质包覆层的冷却速度较快，此时，导引辊150应往靠近结晶器140的出口处移动；反之，差值较小时，导引辊150被放置在离结晶器140的出口处较远的位置。一般情况下，根据冬天、夏天的不同环境温度，导引辊150移动的间距不大于2m。

优选地，第二温度传感器与结晶器140的出口处之间的距离被设置成大于6m，以此避免第二温度传感器测得的数据受加工系统100的热源干扰。

为了便于调节导引辊150的位置，本发明还设有如图4所示的，用于可移动地调节导引辊150的位置的定位机构190。其中，为了便于展示定位机构190的样式，图4仅示出了一个导引辊150的定位机构190。如图4所示，定位机构190包括能够沿进行铜包铝线201的径向方向调节导引辊150的位置的第一可伸缩机构191。第一可伸缩机构191优选为气缸或液压缸等机构。具体地，第一可伸缩机构191的伸缩杆的顶端固定两块支撑板194，两个支撑板194共同支撑套设有轴承的支撑轴195，导引辊150通过轴承套设在支撑轴195上。

根据铜包铝线初成品的行进速度和直径，第一可伸缩机构191可被相应地调整。例如，在行进速度较快的情况下，相较常规的铜包铝线201的行进速度，第一可伸缩机构191将导引辊150朝向铜包铝线初成品的中心移动，以此施加较大的压力并使铜包铝线201发生较为明显的形变，此时，由于导引辊150对其压迫的时间较短，经过导引辊150后的铜包铝线201会出现轻微的回弹复原而形成所需形状的铜包铝线201；反之，在行进速度较慢的情况下，第一可伸缩机构191将导引辊150朝远离铜包铝线201中心的方向移动，此时，导引辊150作用在铜包铝线初成品上的时间较久，经过导引辊150后的铜包铝线201不会再复原或变形，应当理解，此时成对的导引辊150的半圆形凹槽151恰好形成铜包铝线201所需形状。

进一步参见图4，定位机构190还包括固定架192和第二可伸缩机构193，第二可伸缩机构193能够沿铜包铝线201的轴向方向调节导引辊150的位置。其中，第一可伸缩机构191固定于固定架192，且固定架192固定于第二可伸缩机构193。与第一可伸缩机构191类似，第二可伸缩机构193可以是气缸或液压缸等机构。

以下说明根据利用上述加工系统100来生产铜包铝线201的方法，其中，该方法包括以下步骤：

步骤1：利用加热炉将铜质材料加热融化成熔化成铜质溶液202，其中，铜质溶液202的温度控制成高于铜质材料的凝固点300℃以上；

步骤2：通过牵引机构牵引铝线200依次穿过挤压模具120、反向凝固器130、结晶器140和导引辊150；

步骤3：开启反向凝固器130和结晶器140使得铜质溶液202包裹铝线200形成铜包铝线初成品；

步骤4：导引辊150导引并压迫铜包铝线初成品以将其定型为铜包铝线201。

优选地，根据本发明的生产铜包铝线201的方法还包括介于步骤3和步骤4之间的步骤31：检测结晶器140出口的温度以及加工系统100所在环境的温度并求差值，基于差值调节导引辊150在铝线200的径向方向上的位置和/或在铝线200在行进路线上的位置。

本发明的保护范围仅由权利要求限定。得益于本发明的教导，本领域技术人员容易认识到可将本发明所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本发明所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，它们同样落入所附权利要求书的范围内。