專利名稱：電解用異型空心銅導電板及匯流板的制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種導電板及匯流板的制備工藝，尤其是涉及應用于ISA法電解新工藝中使用的空心異形銅導電板及匯流板的制備工藝。
背景技術：
在銅電解過程中，根據銅電解原理，提高電流密度是獲得高品位電解銅的有效途徑。現在許多大的銅冶煉企業采用了國外引進的“ISA法電解新工藝”制備高品位電解銅，該工藝突出特點是采用高電流密度電解。一般是整流器的輸出電壓較低，而輸出電流較大，以江西銅業集團貴溪冶煉廠三期技改工程為例，它采用了“ISA法電解新工藝”，按設計要求，整流器輸出端額定電壓為210伏，額定電流近40000安培，不僅增加了陰、陽極板間極距控制難度，而且為提高電解銅的表面質量，防止長粒子，必須保證裝槽后陰、陽極板對稱，極距均勻，同極間距為100mm，導電良好，因此，要求空心異型導電板、匯流板具有良好的成型精度，以保證陰、陽極板良好的懸垂性和可靠的導電接觸性。
目前國內這種電解用大規格空心銅導電板及匯流板的生產技術尚處空白，傳統電解工藝所需導電板及匯流板是直接使用平板或在平板的基礎上單個沖制不連續導電包的辦法實現的，這種方法生產的導電板及匯流板規格小、成型精度差，僅能滿足傳統電解工藝使用要求，對于國外引進的“ISA法電解新工藝”所需的大規格帶有雙排連續導電筋的導電板及匯流板，上述工藝是無法生產的，如何解決國外引進的“ISA法電解新工藝”所需的大規格帶有雙排連續導電筋的空心異型導電板及匯流板的生產工藝這個難題，在國內一直是個空白。
發明內容
1、發明目的本發明提供了一種電解用異型空心銅導電板及匯流板的制備工藝，其目的是解決國外引進的“ISA法電解新工藝”所需的大規格帶有雙排連續導電筋的空心異型導電板及匯流板的生產工藝這個難題，傳統的在平板的基礎上單個沖制不連續導電包的生產工藝制備的異型銅導電板及匯流板，無法滿足國外引進的“ISA法電解新工藝”的要求，現在制備“ISA法電解新工藝”中使用的空心異型銅導電板及匯流板的工藝，在國內尚處空白。
2、技術方案本發明是通過以下技術方案來實現的一種電解用異型空心銅導電板及匯流板的制備工藝，其特征在于該空心導電板及匯流板按下述步驟制備a、制備銅板將銅鑄錠經燃油爐加熱處理后，經二輥可逆式熱軋機進行開坯，開軋溫度850℃，終軋溫度不低于600℃，終軋坯料厚度14.0mm，熱軋坯料直接水淬爆掉表層氧化物，冷卻到室溫后，經四輥精軋機冷軋成12.0mm厚的半硬銅板，采用一定的加工率將其性能指標嚴格的控制在δ≥20％，使沖制時不產生裂紋；b、精整及定尺剪切將步驟a制得的銅板，在它上面按所需規格劃線，用剪切機按線對銅板的端頭進行剪切，然后用大型鋸切機同時鋸去銅板的兩邊，使板材兩端的內應力同時釋放，以防銅板側彎，刮凈剪切后銅板邊緣的毛刺；c、沖制導電筋及匯流板折彎制作導電板及匯流板采用同一工藝方法，即將步驟b剪切處理后的銅板設置在沖壓模具上，用3000噸液壓機進行整體導電筋沖壓成型；制作導電板時上模具裝兩排沖頭，采用雙排沖制導電筋；制作匯流板時采用單側沖制導電筋，用懸壓折彎法將匯流板折彎，即得成品。
在步驟b的精整及定尺剪切工藝中，所用導電板的切料寬度要比圖紙的理論寬度大5.0mm；匯流板切料寬度要比圖紙的理論寬度小17mm；長度剪切采用特號斜刃剪切機；寬度剪切采用大型銅排鋸切機，銅板長度方向的兩個邊同時鋸切，鋸切后的銅板四個角為90°±2°。
所用模具的設計與制作，采用可拆卸式設計，上模具中安裝2根凸模兩凸模的各自長度、安裝的相對位置、橫斷面形狀及尺寸是模具制作的關鍵；1根全長1490mm、另一根全長1540mm，兩下模具的凹模全長1800mm，保證四次分段沖壓總長度大于5700；兩根凸模的起始安裝位置必須在同一直線上且相互平行，以此保證每次沖壓分界處在導電板裝配時恰好位于絕緣板覆蓋處，不影響導電性能；凸模斷面尺寸的上圓半徑為8mm，下弧R為5mm，恰好與金屬的彎曲塑性相匹配，保證金屬能與模具接觸并沿其表面均勻流動，達到所要求的空心筋形狀及尺寸。
在制備12.0×260×5700mm的導電板和12.0×465×5700mm匯流板時，選擇與板材長度方向上垂直度較好的端面打印出“O”字標記做起始基準面，由導電板“O”字端頭計算劃第一點為1385mm，第二點、第三點分別距前一點為1400mm。
上述導電板或匯流板均從模具一端開始，銅板的“O”字端頭縮進模具凸模起始端15mm開始沖壓，分四次沖壓完。在制備120×448×5700mm匯流板折彎時，為確保195±2.0的尺寸，先確定折彎定位點為185mm，保證其折彎后達到195mm，上模具采用R15的沖頭，折彎模具的下凹槽開口度為140mm，沖壓行程及參數設備自動控制。
3、優點及效果通過本發明技術方案的實施，能夠很好地解決我國重點銅冶煉技改項目急需的高精度導電材料難題，替代進口，填補國內空白；本發明優點如下這種空心異型銅導電板及匯流板采用沖制的辦法成本低，操作簡單，同國外實心異型銅導電板及匯流板相比，不僅能滿足不同用戶的各種尺寸要求，而且節約了銅資源，特別是異型板的平直度都能得到良好的控制。
對于發明人負責生產的江西銅業集團貴溪冶煉廠三期、四期工程以及山東陽谷祥光銅業有限公司40萬噸陰極銅項目所需這種帶有連續導電筋的異型導電板及匯流板，國內還沒有生產先例。發明人研制出一種利用3000噸油壓機與大型模具配合，分四次整體沖制導電筋的方法，對于匯流板采用液壓折彎成型的方法，一次性為其生產出10.0×300×7000毫米超長銅母線2000噸，具有高強度、平直度好、雙排連續導電筋的導電板500噸以及高強度、內弧半徑完全一致、平直度良好的匯流板100噸，為我國三大重點銅冶煉技改項目的順利按期投產做出了貢獻，從而解決了國外引進的“ISA法電解新工藝”所需高精度導電材料的生產工藝這個難題。
四
附圖1為本發明工藝流程圖；附圖2為本發明沖壓模具組裝主視圖；附圖2A為本發明沖壓模具組裝側視圖；附圖3為本發明沖壓模具凸模斷面結構剖視圖；附圖3A為本發明沖壓模具凹模斷面結構剖視圖；附圖4為本發明沖制過程示意圖；附圖5為90°折彎的壓制模具示意圖；附圖5A為導電板90°折彎壓制時的示意圖；附圖6為本發明制得的導電板的形狀示意圖；附圖6A為圖6的A-A向旋轉視圖；附圖7為本發明制得的匯流板的形狀示意圖；附圖8為圖7的A-A向旋轉視圖；五具體實施例方式下面結合附圖對本發明詳細說明如下。
如附圖1所示，本發明電解用異型銅導電板及匯流板的制備工藝，該導電板及匯流板按下述步驟制備a、制備銅板將銅鑄錠經燃油爐加熱處理后，經二輥可逆式熱軋機進行開坯，開軋溫度850℃，終軋溫度不低于600℃，終軋坯料厚度14.0mm，熱軋坯料直接水淬爆掉表層氧化物，冷卻到室溫后，經四輥精軋機冷軋成12.0mm厚的半硬銅板；b、精整及定尺剪切將步驟a制得的銅板，在它上面按所需規格劃線，用剪切機按線對銅板的端頭進行剪切，然后用大型鋸切機同時鋸去銅板的兩邊，保證板材兩邊內應力同時釋放，以防銅板側彎，刮凈剪切后銅板邊緣的毛刺；c、沖制導電包及匯流板折彎制作導電板及匯流板采用同一工藝方法，即將步驟b剪切處理后的銅板設置在沖壓模具上，用3000噸液壓機進行整體導電筋沖壓成型；制作導電板時上模具裝兩排沖頭，采用雙排沖制導電筋；制作匯流板時采用單側沖制導電筋，用懸壓折彎法將匯流板折彎，即得成品。
實施例1以發明人負責的江西銅業集團貴溪冶煉廠三期技改工程所需整體異形導電板及匯流板的生產過程為例，對本發明的生產工藝詳細說明如下1.導電板形狀及尺寸公差要求如附圖6和圖6A，圖6及圖6A中L61＝5700mm，L62＝260mm，L63＝130mm，L64＝30mm，L65＝190±0.5，L66＝25±0.5mm，L67＝12mm，L68＝35mm，R61＝15mm，R62＝3mm，2.匯流板形狀及尺寸公差要求如附圖8和圖8A，圖8及圖8A中L81＝5700，L82＝190mm，L83＝35mm，L84＝30mm，L85＝270mm，L86＝25±0.5mm，L87＝12mm，L88＝9mm，R82＝3mm。
3.具體要求如下(1)雙排導電筋重點保證190±0.5mm其平行度尺寸、平面度尺寸為±1.0mm；(2)導電筋加工后尺寸最薄厚度L88不小于9.0mm；(3)匯流板彎曲處內弧半徑R81＝15mm，彎角90度，其偏差允許±1°；(4)導電筋的強度應滿足55塊陽極和54塊陰極的承重要求。
具體生產工藝如附圖1所示a、制備銅板材選擇兩種規格分別為140×360×550mm和160×460×650mm的鑄錠，將鑄錠經燃油爐加熱處理后，由Φ760二輥可逆式熱軋機進行開坯，開軋溫度850℃，終軋溫度不低于600℃。終軋坯料厚度14.0mm，熱軋坯料直接水淬爆掉表層氧化物，冷卻到室溫后，經四輥精軋機冷軋成12.0mm厚的半硬銅板，經取樣對機械性能、外觀尺寸公差檢測合格后，方可轉入下道工序；b、精整及定尺剪切將上述得到的銅板材進行精整及定尺剪切處理，長度剪切時在特號斜刃剪上進行，其剪切最大厚度為16mm厚，剪切前應用特制的模具在銅板上劃好剪切線，按線剪切，控制長度為5700+10mm范圍內，寬度剪切在大型銅排鋸切機上進行。按寬度及其公差的要求調整好兩片銑刀之間的距離，銅板長度方向的兩個邊同時鋸切，鋸切時應注意切完的板材四個角必須是90°±2°；剪切完的板材毛刺必須刮凈，板面平直，不準有劃傷、壓坑等缺陷。切完后的凈尺寸如下導電板12.0±0.18×265±1.0×5700-0.0+10.0毫米；匯流板12.0±0.18×448±1.0×5700-0.0+10.0毫米；3、沖制導電筋及匯流板折彎(1).使用設備3000噸液壓機；導電筋的制造為沖壓成型；沖壓次數4次；(2).沖壓模具的設計及制造，本發明的專用沖壓模具組裝圖見附圖2和圖2A，圖中1、壓力機工作臺；2、下模板；3、頂料裝置；4、橫向定位裝置；5、彈性體；6、上模座；7、上模架；8、壓力機上工作臺；9、沖頭；10、導套；11、壓料板；12、制品；13、縱向定位裝置；14、下模。其中L21＝1800mm、L22＝2400mm、L23＝600mm、L24＝700～800mm。
沖壓模具凸、凹模的斷面尺寸描述見附圖3和圖3A，圖3及圖3A中L31＝13mm，L32＝13mm，R31＝5mm，R32＝8mm，R33＝3mm，R34＝15mm；在附圖2上模具上安裝兩根凸模，1根全長1490mm、另一根全長1540mm；兩根凸模的間距為190±0.5mm；由于導電筋全長5700mm；分四次沖制成型，在兩次沖壓成型的聯接處，由于加工硬化及二次變形的需要，在導電筋正面(R＝15mm面上)產生明顯的凹形缺陷，此缺陷起名叫“竹節”性缺陷，但此缺陷深度≤0.5mm，長度≤25mm，其中心線必須是在絕緣板的中心線上，而且被絕緣板所全部蓋住。不影響導電、更不影響使用。兩“竹節”間的距離必須保證為1400±2.0mm范圍內；凹模裝配在下模具上，全長為L21＝1800mm；(3)、沖制導電筋的操作方法a.選擇與板長度方向上垂直度較好的端面做起始基準面，并在此端用鋼印打出“O”字標記；b.以下模底邊線作為起始坐標零位，銅板的“O”字端頭縮進凸模具起始端15mm開始沖壓。分四次沖壓成型；在沖制導電筋時，在導電板上必須事先劃好線，做為移動銅板的標識，其具體劃線尺寸如下由導電板“O”字端頭計算劃第一線為1385mm，第二點、第三點分別距前一點為1400mm，余下料再重復沖壓一次即成；(4)、導電筋沖制過程的金屬變形導電筋在沖制成型過程中，凸凹模具對銅板的作用力為先彎曲后擠壓，使材料填滿模具，材料為紫銅、半硬狀態、12.0mm厚，機械性能控制在σb≥240mm2、≥20％的范圍內，沖制單排導電筋所需要的沖壓力為1200～1400KN，為保證沖制過程中金屬的充分流動，在沖制時，板材表面必須用油給以予充分的潤滑；由于沖制過程的先彎曲后擠壓，會使導電筋寬度方向上變窄。沖制單排筋時，寬度方向減少2.5mm，而沖雙排筋時寬度方向上將減少5.0mm。這就是260mm寬的異型導電板在沒有沖導電包前板材切料寬度為265mm寬的原因，沖制過程如圖4所示，圖4是1490凸模分次沖壓定位示意圖注圖4中描述了完成整塊異型板沖制的全過程，從上至下分別為第一至第四次，圖中標注點部位為每次沖制接口的分界點，其中L40＝1490mm，L41＝L46＝L4A＝L4E＝25mm，L42＝15mm，L43＝1450mm，L44＝1385mm，L45＝L47＝L4B＝L4F＝65mm，L48＝L4C＝L49＝L4D＝L4G＝1400mm，L4H＝5700mm；(5)、對匯流板折彎采用大型電腦控制的液壓折彎機作為制做90°彎曲角的設備，具體操作如下匯流板具體下料尺寸是12.0×448×5700mm，其單側沖制導電包后，寬度減少2.5mm左右，由448mm減少到445mm。
板材縱向折彎采用的是懸壓折彎法。其90°角采用上壓模的向下行程深度控制，上壓模全長8米，最大上下自由行程為180～200mm。凹槽開口度由80～240mm可調，本發明采用了L52＝140mm開口度，具體折彎時，在12.0mm銅板上先劃好定位點，上壓模向下移動后，將彎曲的力傳給銅板，具體操作見附圖5和圖5A所示；圖中14、壓頭；15、載物臺；16、底座；L51＝185mm；R51＝140mm，L53＝195mm。
由于12.0mm厚銅板其彎曲后的內圓半徑R為15.0mm，大于板厚，而彎曲后的外徑為27.0mm，銅板內外側都得到了自由的、充分的滑移和延伸，折彎后表面光滑，沒有裂紋。以壓頭與板材的接觸支點為定點作板材的垂直平分線，彎曲時板材外側的園弧延此平分線出現了彎曲拉伸變形，分別延長了10mm，使板材的寬度尺寸增加了20mm，所以為了保證折彎后195mm的尺寸，將板材與壓頭的接觸支點定位在距板材邊部185mm的位置，板材下料寬度為448mm，小于465mm。
結論帶有雙排連續空心導電筋的異型銅導電板、匯流板是“ISA法電解新工藝”所必需的高精度導電材料，傳統的在平板的基礎上單個沖制不連續導電包的生產工藝制備的異型銅導電板及匯流板，無法滿足國外引進的“ISA法電解新工藝”的要求，因此本發明這種空心異型銅導電板及匯流板采用沖制的辦法成本低，操作簡單，同國外實心異型銅導電板及匯流板相比，不僅能滿足不同用戶的各種尺寸要求，而且節約了銅資源，特別是異型板的平直度都能得到良好的控制。發明人采用大型鋸切機，3000噸液壓機、配套吊具、配套大型模具、可控制的大型鍛壓折彎機，并在全部的生產過程中，合理的控制材料性能及準確的定尺下料，從而實現了生產電解用高強度、高導電性、高平直度的空心異型導電板及匯流板，很好地解決我國重點銅冶煉技改項目急需的高精度導電材料難題，替代進口，填補國內空白。
權利要求
1.一種電解用異型空心銅導電板及匯流板的制備工藝，其特征在于該空心導電板及匯流板按下述步驟制備a、制備銅板將銅鑄錠經燃油爐加熱處理后，經二輥可逆式熱軋機進行開坯，開軋溫度850℃，終軋溫度不低于600℃，終軋坯料厚度14.0mm，熱軋坯料直接水淬爆掉表層氧化物，冷卻到室溫后，經四輥精軋機冷軋成12.0mm厚的半硬銅板，采用一定的加工率將其性能指標嚴格的控制在δ≥20％，使沖制時不產生裂紋；b、精整及定尺剪切將步驟a制得的銅板，在它上面按所需規格劃線，用剪切機按線對銅板的端頭進行剪切，然后用大型鋸切機同時鋸去銅板的兩邊，使板材兩端的內應力同時釋放，以防銅板側彎，刮凈剪切后銅板邊緣的毛刺；c、沖制導電筋及匯流板折彎制作導電板及匯流板采用同一工藝方法，即將步驟b剪切處理后的銅板設置在沖壓模具上，用3000噸液壓機進行整體導電筋沖壓成型；制作導電板時上模具裝兩排沖頭，采用雙排沖制導電筋；制作匯流板時采用單側沖制導電筋，用懸壓折彎法將匯流板折彎，即得成品。
2.根據權利要求1所述的電解用異型空心銅導電板及匯流板的制備工藝，其特征在于在步驟b的精整及定尺剪切工藝中，所用導電板的切料寬度要比圖紙的理論寬度大5.0mm；匯流板切料寬度要比圖紙的理論寬度小17mm；長度剪切采用特號斜刃剪切機；寬度剪切采用大型銅排鋸切機，銅板長度方向的兩個邊同時鋸切，鋸切后的銅板四個角為90°±2°。
3.根據權利要求1所述的電解用異型空心銅導電板及匯流板的制備工藝，其特征在于所用模具的設計與制作，采用可拆卸式設計，上模具中安裝2根凸模兩凸模的各自長度、安裝的相對位置、橫斷面形狀及尺寸是模具制作的關鍵；1根全長1490mm、另一根全長1540mm，兩下模具的凹模全長1800mm，保證四次分段沖壓總長度大于5700；兩根凸模的起始安裝位置必須在同一直線上且相互平行，以此保證每次沖壓分界處在導電板裝配時恰好位于絕緣板覆蓋處，不影響導電性能；凸模斷面尺寸的上圓半徑為8mm，下弧R為5mm，恰好與金屬的彎曲塑性相匹配，保證金屬能與模具接觸并沿其表面均勻流動，達到所要求的空心筋形狀及尺寸。
4.根據權利要求1所述的電解用異型空心銅導電板及匯流板的制備工藝，其特征在于在制備12.0×260×5700mm的導電板和12.0×465×5700mm匯流板時，選擇與板材長度方向上垂直度較好的端面打印出“O”字標記做起始基準面，由導電板“O”字端頭計算劃第一點為1385mm，第二點、第三點分別距前一點為1400mm。
5.根據權利要求1所述的電解用異型空心銅導電板及匯流板的制備工藝，其特征在于上述導電板或匯流板均從模具一端開始，銅板的“O”字端頭縮進模具凸模起始端15mm開始沖壓，分四次沖壓完。
6.根據權利要求1所述的電解用異型空心銅導電板及匯流板的制備工藝，其特征在于在制備120×448×5700mm匯流板折彎時，為確保195±2.0的尺寸，先確定折彎定位點為185mm，保證其折彎后達到195mm，上模具采用R15的沖頭，折彎模具的下凹槽開口度為140mm，沖壓行程及參數設備自動控制。
全文摘要
本發明涉及一種電解用異型空心銅導電板及匯流板的制備工藝，制備工藝a.制備銅板將銅鑄錠經燃油爐加熱處理后，經二輥可逆式熱軋機進行開坯，開軋溫度850℃，終軋溫度不低于600℃，終軋坯料厚度14.0mm，熱軋坯料直接水淬爆掉表層氧化物，冷卻到室溫后，經四輥精軋機冷軋成12.0mm厚的半硬銅板；b.精整及定尺剪切將制得的銅板，按所需規格劃線，用剪切機按線對銅板的端頭剪切，用大型鋸切機鋸去銅板兩邊，使板材兩端內應力釋放，刮凈剪切后銅板邊緣的毛刺；c.沖制導電筋及匯流板折彎將剪切后的銅板設置在沖壓模具上，作導電板時上模具裝兩排沖頭，采用雙排沖制導電筋；制作匯流板采用單側沖制導電筋，用懸壓折彎法將匯流板折彎，即得成品。
文檔編號C25C7/00GK1974868SQ200610134210
公開日2007年6月6日 申請日期2006年11月8日 優先權日2006年11月8日
發明者白常厚, 劉剛, 韓淑敏, 金武, 郭林春, 常靜秋, 孫政強, 劉關強 申請人:沈陽銅興產業有限公司, 劉剛