宣布时间：2021-04-30点击：2343
摘要：凭据对热管用高性能无氧铜管的研究内容、要领和技术路线，通过热管用高性能无氧铜管铸坯身分控制与熔铸工艺技术的研究、铜管铸坯大变形量行星轧制工艺的研究、热管用 Φ6×0.2 平滑管盘拉成形工艺及热管用 Φ8×0.2×0.10 沟槽管成形工艺的研究，乐成实现热管用高性能平滑管和沟槽管.
要害词 ：热管 ；熔铸 ；轧制 ；盘拉 ；成形 ；平滑管 ；沟槽管
中图分类号 ：TG2 文献标识码 ：A
文章编号 ：1009-3842（2021）01-0014-05
1.引言
热管是利用介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变历程，使热量快速传导，它具有极高的导热性、良好的等温性，以及冷热两端的传热面积可任意改变，可远距离传热、可控制温度等优点 。它主要应用于电气设备散热、CPU 和电子器件冷却、半导体原件以及大规模集成电路板的散热领域以及航空航天、军工等行业，好比条记本电脑、智能手机、5G 基站、新能源汽车以及大功率 LED 灯等散热 。相比于古板金属散热器，热管散热器具备结构紧凑、流体阻损小、有利于控制***腐化、低噪声、***能等技术优势，应用规模将不绝扩大［5］ 。热管一般由管壳、吸液芯和端盖组成，而热管用无氧铜管是用于制作热管管壳的主要质料之一，包括热管平滑管和沟槽管 。所以，热管用高性能无氧铜管将成为未来铜管行业市场新的增长点，也是铜管行业生产技术新的生长偏向 。热管用无氧铜管的生产设备、工艺流程与空调制冷用铜管基本一致，其要害是管坯熔铸时氧含量的控制、行星轧制工艺制定以及沟槽管齿肋成形模具参数的设计 。
精密空调与制冷用磷铜合金***传热内螺纹铜管和光面铜管等 TP2 铜管产品，产品结构较为简单 产品市场定位于制冷行业，主要的客户是海内空调生产企业，保存市场淡旺季很是明显、客户过于集中，由于现有产品工艺技术成熟，导致产品利润较低、账期较长的特点 。因而，要围绕加工事业部转型升级生长目标为主线，重点推进高质量项目新产品的研发，加大对新能源汽车、5G、航空航天、军工、电子等领域新产品的研发力度，推动铜加工产品迈向高精尖［1］ 。加速对热管用高性能无氧铜管新产品的研发，增加铜管新品种和新技术储备，提升公司生产技术水平和行业竞争力，提高产品的市场占有率，推动工业向价值链中高端生长 。
2.热管用高性能无氧铜管的研究内容、要领和技术路线
通过研究热管用铜管铸坯身分的控制与熔铸工艺、无氧铜管大变形量行星轧制工艺、内沟槽热管用铜管旋压成形工艺以及退火工艺对热管用铜管的组织和性能的影响等要害技术，开发一套热管用高性能铜管的生产工艺 。其技术目标是能连续生产并确保产品性能满足以下要求 ：
（1）小批量生产热管用高性能无氧铜管，如热管平滑管 8×0.2、6×0.2、5×0.1 等 ；热管沟槽管8×0.20×0.10、6×0.20×0.10、6×0.30×0.12 等，其身分要求为 C10100（TU0），其中氧含量要求较高，氧含量身分≤ 10ppm 。并形成一套热管用高性能铜管生产工艺技术规范 。
（2）热管产品的尺寸公差、力学性能、机械性能等的各项性能指标切合《GB/T17791-2017 空调与制冷设备用铜及铜合金无缝管》国家标准［2］；齿形填充效果佳，断管率低，且产品在加工成热管历程中没有弯曲外貌橘皮和压扁凹陷等缺陷泛起 。
热管用高性能无氧铜管的研究要领 ：接纳工艺试验的要领，选择合适的无氧铜管水平连续铸造工艺、氧含量控制要领、行星轧制工艺等 ；接纳内螺纹成形模具先进设计软件，开发内沟槽铜管旋压成形模具参数 ；接纳 3D 金相显微镜丈量齿形参数，剖析热管用内螺纹铜管的成齿质量 ；接纳工艺试验的要领，剖析差别的成形速度、旋模比以及成形模具参数对成齿质量的影响，差别制品退火工艺对铜管组织性能影响 ；跟踪客户的使用及反响情况，有针对性地对成形工艺进行剖析、优化 。
热管用高性能无氧铜管的技术路线 ：充分了解客户对热管的技术要求→调解熔铸、轧制、盘拉等工艺技术参数→凭据理论及实践经验，设计加工盘拉成形模具→将设计好的模具和芯头应用于盘拉成型工序→小试、中试和规模生产试验→热管产品检测及格后发客户试用验证→形成工艺技术规范→固化工艺技术参数 。其生产工艺路线图如图 1 所示 。
3.热管用高性能无氧铜管的工艺研究
3.1热管用高性能无氧铜管铸坯身分控制与熔铸工艺技术
3.1.1要害技术难点
（1）熔炼温度控制
熔炼温度是一个重要参数，在一定温度规模内，温度愈高，金属液的粘度愈小，流动性越好，充型能力越好 ；反之，则充型能力差 。可是，温度过高，金属液吸气多，氧化严重，使铸坯晶粒粗大，容易泛起缩孔、疏松与气孔等缺陷 。温度太低，将阻碍铜液内非金属杂质的上浮，倒运于铜液的净化 。同时，温度降低，铜液粘度增大，降低铜液流动性 。因此选择合适的熔炼温度就显得很是重要［3］ 。一般熔化炉正常设定温度 1175℃，保温炉正常温度设定 1160℃ 。
（2）氧（O）含量控制 。
热管用高性能无氧铜管其身分要求为 C10100（TU0），其中对氧含量要求较高，要求氧含量身分控制在 10ppm 以下 。而氧险些不固溶于铜，氧含量超标严重影响热管的外貌质量，因为氧含量与热管的传热效率相关，氧含量越低，热管传热效率越高 。
氧含量高的原因 ：熔化炉和铸造炉均在大气气氛下进行熔炼，空气中的氧会进去铜熔体中 。
解决问题的步伐 ：在向熔化炉加料后，当铜液液面抵达标准液位，向液面加入高纯度石墨粉脱氧剂或者在铜熔体外貌笼罩较厚一层木碳 ；对保温炉加热后，同时向保温炉液面加盖脱氧剂 。木炭笼罩厚度为 100~200mm，严禁铜液裸露，并间隔一准时间换新木炭，即扩散还原脱氧，其化学反应式是Cu2O+C Cu+CO2 。
（3）磷（P）含量控制 。
磷在铜中的***大溶解度（714℃共晶温度时）为 1.75%，室温时险些为零 。在 TP2 铜合金管中，磷元素的加入能显著降低其电导率及热导率，而导热性能是热管的要害性能，因此，磷含量的控制有助于包管热管的导热性能 。别的，磷含量较高导致热管烧结弯曲后的外貌粗糙度的提高，影响热管加工后的外貌质量 。因而热管的磷含量必须控制在10ppm 以下 。
磷含量高的原因 ：由于热管无氧管熔铸使用的是熔炼 TP2 铜合金（P 含量 150~400ppm）炉子，在熔化炉和铸造炉炉腔内有保存较多 TP2 铜合金熔体，同时炉壁及其漏洞里也有 TP2 铜合金铜熔体大宗残留 。解决问题的步伐 ：先对熔化炉、铸造炉扒掉熔体外貌碳笼罩层，将熔体外貌袒露在空气中进行熔炼，让空气中的氧不绝与熔体表层中的磷反应，***后生成氧化磷浮渣，从而抵达很是好的除磷效果，即扩散氧化烧磷，其化学反应式是 P+O2=P2O5 。
3.1.2 试验结果
1）P、O 含量控制结果 。
磷（P）含量在熔化炉中 ：2.8~15.4 ppm ；铸造炉中 ：6.2~19.8 ppm ；铸坯中 ：8.5~11.2 ppm 。磷含量控制在 20ppm 以下，抵达了热管用无氧铜管磷含量技术要求 ；
氧（O）含量在熔化炉中 ：1.1~6.1 ppm ；铸造炉中 ：3.1~7.3 ppm ；铸坯中 ：3.0~9.3ppm 。氧含量控制啊 10ppm 以下，抵达热管用无氧铜管氧含量技术要求 。
（2）铸坯金相组织 。
取铸坯金相剖析，铸坯组织晶粒细小均匀，满足后续热管用高性能无氧铜管的轧制工艺加工要求，具体如图 2 所示 。
3.2热管用高性能无氧铜管铸坯大变形量行星轧制工艺
3.2.1 行星轧制力剖析
水平连铸无氧铜管铸坯经过铣面工序后，进入三辊行星轧制 。轧件的总体变形是由三个轧辊依次碾压轧件所引起的变形的积累 。每一瞬时，轧辊与轧件的接触并非线接触，而是一条狭长的带，如图3 所示 。
轧制历程为进给向前的旋转碾压，即轧制历程中，轧件上 A 点向 E 点移动，B 点向 F 点移动，以此抵达减径轧制的效果 。但每一瞬时，轧辊蘑菇头上如图 3 所示的周向环状微元碾压轧件可看成是圆柱轧辊碾压轧件 。现在追踪轧制变形区轧件上的某一点，在假设轧件与轧辊接触处不打滑的情况下，此点的轨� ？煽醋髟跎细玫愕脑硕旒＃�4］ 。如图 4 所示 。
在管材行星轧制历程中，轧制变形主要为减径变形，三辊行星轧的机铜管坯轧件变形量很大，但轧制力矩却很小 。由于电动机功率与轧制力矩成正比，所以与挤压相比，行星轧制的能耗是很低的 。通过轧机轧辊的自转与公转，可以实现金属大的变形量 ；铜管的扭曲运动可以通过修正辅助驱动速度控制，能提供一定的推进量，使轧管在变形区内受到强烈的三向压应力作用 。凭据轧制历程受力剖析理论，***后得出轧制力盘算方程如下，该方程需要盘算机辅助完成结果盘算［7］ 。
3.2.2实验结果
凭据三辊行星轧制受力剖析理论盘算结果可知，三辊行星轧制历程中，热管无氧铜铸坯的轧制力比 TP2 铜管铸坯的轧制力大，因此，需要降低无氧铜铸坯的轧制速度，以便减小轧机的负荷，不然壁厚很难控制 。针对轧制无氧铜铸坯时轧辊易粘铜打滑的问题，由于无氧铜的特性决定这现象比较突出，接纳TP2铸坯与无氧铜铸坯交替轧制，效果更好 。***终确定热管无氧铜的轧制工艺如表 1所示 。
3.3热管用 Φ6×0.2 平滑管盘拉成形工艺
3.3.1 Φ6×0.2 平滑管盘拉成形工艺
依据管坯硬化原理设计热管用高性能无氧铜管的拉拔工艺与生产道次 。别的，热管用平滑管对椭圆度要求很高，为此，将***后一道盘拉道次调解至内螺纹成型机上进行，***终确定热管用 Φ6×0.2平滑管盘拉成形工艺如表 2 所示 。
3.3.2实验结果
（1）各项性能测试结果 。
外径（6±0.03）：5.98mm，壁厚（0.2±0.02）：0.203mm ；抗拉强度（≥ 260）：360MPa，延伸率δ（5）% ：56%，维氏硬度（90-110）：106.8HV，铜含量（≥ 99.97%）：99.992%，氧含量（≤ 10ppm）：6.5ppm 。各项性能指标均满足客户的技术标准 。
3.4热管用 Φ8×0.20×0.10 沟槽管成形工艺
3.4.1 Φ8×0.20×0.10 沟槽管成形工艺
凭据客户的技术要求，接纳逆推法结合内螺纹设计软件对沟槽管成形工艺与成形模具进行优
化设计并盘算 。逆推法即凭据内螺纹管规格，如D0×S0×H0（外径 × 底壁厚 × 齿高），从定径� ？�，从后向前，依次盘算出钢球、旋压环、螺纹芯头、减径模、管坯等参数
［6］ 。先经成型机旋压和预定径成 Φ9.52，再重新上成型机定径空拉至 Φ8，乐成试制出满足客户技术标准的热管用 Φ8×0.20×0.10-110 沟 槽 管， 从 而 *** 终 确 定Φ8×0.20×0.10 沟槽管成形工艺如表 3 所示 。
3.4.2实验结果
（1）各项性能测试结果 。
外径（8±0.03）：8.01mm，壁厚（0.2±0.02）：0.202mm ；抗拉强度（≥ 260）：340MPa，维氏硬度（90~110）：102.7HV， 铜 含 量（ ≥ 99.97%）：99.99%， 氧 含 量（ ≤ 10ppm）：7.5ppm， 齿 高（0.20±0.2）：0.216mm，齿数（110）:110，螺旋角（0±2°）：0°，齿顶角（5~25°）：15~20° 。
4.结语
通过对热管用高性能无氧铜管的研究与开发，乐成开发了利用现有 TP2 熔铸炉设备制备热管用无氧铜管铸坯的熔铸工艺，实现要害元素 P、O 身分含量的稳定控制，获得了身分、组织均及格的高品质热管用无氧铜铸坯，形成高性能热管Φ6×0.20 平 滑 管 和Φ8×0.20×0.10-110 沟 槽 管生产工艺技术规范 。乐成实现热管 Φ6×0.2 平滑管和 Φ8×0.20×0.10 沟槽管小批量生产，且控制氧含量≤ 10ppm，产品的尺寸公差、力学性能、机械性能等的各项性能指标完全切合《GB/T17791-2017 空调与制冷设备用铜及铜合金无缝管》国家标准及客户要求 。
来源：中国知网 作者：汤晓水，李华
