半連續(xù)擠壓工藝在銀基觸頭材料生產(chǎn)中可行性分析

劉立強(qiáng)，俎玉濤，曾海波，王貴生，劉占中

（浙江福達(dá)合金材料科技有限公司，浙江溫州 325025）

引言

低壓接觸器用觸頭材料多為片狀觸點(diǎn)，生產(chǎn)中多用到擠壓工藝[1]。擠壓工藝主要目的有兩個(gè)，一是擠壓成型，即將AgMe錠子擠壓成AgMe板或者帶材或線；二是提高材料密度、強(qiáng)度，這個(gè)作用主要是針對粉末冶金工藝制備的AgMeO及AgMe錠子。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有貴金屬觸頭材料擠壓工藝普遍采用的擠壓工藝為單錠單次正擠壓工藝，而正擠壓工藝總是存在壓余及頭尾角料，總計(jì)材料利用率最大可以在90%左右，貴金屬觸頭基本上是銀基材料，所以有至少10%含銀角料必須重新回收才能夠使用，這一點(diǎn)是觸頭加工成本較高的重要原因之一。并且90%擠壓材料利用率是按最佳方式計(jì)算的，現(xiàn)實(shí)中，擠壓材料利用率會低于90%，從而進(jìn)一步增加了觸頭加工成本。

1 常規(guī)擠壓工藝分析

常規(guī)擠壓工藝采用的是單錠單次擠壓方式，影響材料利用率最大的因素有兩個(gè)，一是擠壓縮尾，二是擠壓壓余,下面通過正擠壓過程分析[2]說明這些問題是如何發(fā)生的。

單錠單次擠壓過程：錠子裝入擠壓筒內(nèi)→主擠壓缸移動至擠壓位置→擠壓初期→擠壓穩(wěn)定過程→擠壓后期。在擠壓初期，擠壓錠子主要有兩個(gè)變形，一是錠子墩粗，由于擠壓錠子比擠壓筒小，剛開始擠壓時(shí)，錠子受力變形墩粗；二是靠近擠壓模具?？孜恢玫牟牧媳粩D壓出擠壓模具，此部分材料基本沒有擠壓變形過程，金相組織與錠子完全相同，形成擠壓頭部材料，所以擠壓頭部需要切除，如圖1所示。在擠壓穩(wěn)定過程中，錠子被均勻地?cái)D壓出模具，材料組織均勻穩(wěn)定，此部分在擠壓過程所占的比例越多越好，如圖2所示。在擠壓后期，擠壓到擠壓變形區(qū)，擠壓死區(qū)內(nèi)的材料被擠壓出，從而形成擠壓縮尾，如圖3所示。一般擠壓變形區(qū)長度和擠壓筒直徑基本相當(dāng)，同時(shí)和擠壓模具?？追植技靶螤蠲芮邢嚓P(guān)。擠壓后期錠子被進(jìn)一步擠壓至一定程度時(shí)，需要停止擠壓，從而形成擠壓壓余，余留這一部分材料主要目的是保護(hù)擠壓模具及擠壓桿，并且這一部分材料即使擠壓出去，也是形成擠壓縮尾，無法使用。

圖1 擠壓初期

圖2 擠壓穩(wěn)定期

圖3 擠壓后期

通過上述分析，可以確認(rèn)增加擠壓穩(wěn)定期材料長度有利于提高擠壓材料利用率，即提高擠壓錠子單個(gè)重量,有利于提高材料利用率。由于擠壓錠子直徑和擠壓錠子長度存在最佳匹配問題[3]，導(dǎo)致錠子長度不能無限增加。

2 半連續(xù)擠壓工藝可行性分析

通過對常規(guī)擠壓工藝分析，可以確認(rèn)擠壓縮尾以及擠壓壓余均是在擠壓后期形成的。如果在擠壓穩(wěn)定期，停止擠壓，重復(fù)裝錠，就有可能實(shí)現(xiàn)半連續(xù)擠壓，進(jìn)一步增加材料利用率。下面討論重復(fù)裝錠的半連續(xù)擠壓工藝可行性。

首先第一個(gè)錠子擠壓時(shí)，前期過程完全和常規(guī)單錠單次擠壓相同，即擠壓前期的錠子變形及擠壓頭部材料縮松的現(xiàn)象，當(dāng)擠壓進(jìn)行到擠壓中段穩(wěn)定期時(shí)，停止擠壓，擠壓桿脫離擠壓筒，并且再裝入一個(gè)擠壓錠子。此過程的工藝時(shí)間非常重要，在前一個(gè)擠壓錠子溫度降低較小的情況下，開始重新擠壓，此時(shí)筒內(nèi)有兩個(gè)錠子，一個(gè)已經(jīng)在擠壓穩(wěn)定期的錠子，另外一個(gè)是剛剛裝入的錠子，再次擠壓，擠壓過程會出現(xiàn)一個(gè)近似穩(wěn)定的半穩(wěn)定期，這一過程主要的變形有第一個(gè)錠子繼續(xù)擠壓及局部變形；第二個(gè)錠子墩粗及局部變形的過程，此過程重復(fù)循環(huán)，即可實(shí)現(xiàn)多個(gè)錠子多次擠壓的過程，從而獲得進(jìn)一步提高擠壓材料利用率的可能性，理論計(jì)算材料利用率至少可以達(dá)到95%以上。正擠壓反復(fù)裝錠過程原理見圖4。

圖4 正擠壓反復(fù)裝錠過程原理圖

通過以上分析，基本可以確認(rèn)半連續(xù)多錠多次擠壓工藝可以實(shí)現(xiàn)擠壓材料利用率最大化，但在應(yīng)用實(shí)際生產(chǎn)中可能會存在一些問題。

（1）擠壓錠子溫度降低。觸頭材料擠壓工藝多采用熱擠壓工藝，從多錠多次擠壓過程分析中，可以確認(rèn)單個(gè)錠子會出現(xiàn)多次擠壓過程，這就增加了錠子的擠壓時(shí)間，擠壓錠子溫度降低，會導(dǎo)致擠壓壓力大，有可能出現(xiàn)擠壓悶死的問題。

（2）模具工裝壽命問題。半連續(xù)擠壓使擠壓模具工作時(shí)間增長，模具壽命可能會縮短。

（3）產(chǎn)品表面情況變化。擠壓反復(fù)裝錠導(dǎo)致擠壓時(shí)間增加，錠子與擠壓筒摩擦增大，擠壓板帶材表面夾雜及皮下氣孔等問題發(fā)生幾率會增大。

（4）如何實(shí)現(xiàn)反復(fù)裝錠操作。常規(guī)正擠壓工藝擠壓桿與錠子之間需要添加擠壓墊，擠壓墊與擠壓桿之間為分離式連接的，半連續(xù)擠壓方式，必須實(shí)現(xiàn)擠壓桿與擠壓墊為固定連接方式，這需要重新對擠壓桿進(jìn)行設(shè)計(jì)。

以上分析的是半連續(xù)擠壓在應(yīng)用過程中有可能出現(xiàn)的問題，在批量生產(chǎn)推廣時(shí)，也是半連續(xù)擠壓工藝需要考慮的問題。

3 初步試驗(yàn)結(jié)果

3.1 試驗(yàn)條件

880 t正擠壓機(jī)，擠壓筒內(nèi)徑90 mm，擠壓桶長度500 mm，擠壓板材規(guī)格50 mm×20 mm，試驗(yàn)材料AgSnIn，單個(gè)錠子為20 kg，錠子長度300 mm。擠壓墊塊與擠壓桿連接方式為整體方式。擠壓工藝為：700℃，錠子擠壓到150 mm長時(shí)，再次裝錠，半連續(xù)擠壓4個(gè)錠子。

3.2 擠壓壓力情況

擠壓壓力穩(wěn)定在100 t～120 t之間，4個(gè)錠子均順利完成，這一點(diǎn)可以證明半連續(xù)擠壓過程在擠壓50 mm×20 mm規(guī)格板材時(shí)，不會發(fā)生擠壓悶死的現(xiàn)象。

3.3 擠壓板材外觀情況

擠壓板材外觀光滑、無氣泡存在，同時(shí)兩個(gè)錠子結(jié)合部分結(jié)合良好，未出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。證明錠子半連續(xù)擠壓工藝不會導(dǎo)致皮下氣孔問題的發(fā)生。

3.4 擠壓成品率對比

通過以上對比可以確認(rèn)，半連續(xù)擠壓可明顯提高材料利用率。

表1 不同工藝的材料利用率

3.5 模具及擠壓桿使用情況

通過試驗(yàn)，已經(jīng)統(tǒng)計(jì)了1 t擠壓料，還未發(fā)現(xiàn)擠壓桿及擠壓模具出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

半連續(xù)擠壓方式應(yīng)用在觸頭材料板帶材擠壓過程可行。通過測試，4個(gè)錠子半連續(xù)擠壓工藝材料利用率可以達(dá)到95%以上，明顯降低了觸頭板帶材的加工成本。