一种高强高导新能源汽车用铜线材的制备方法
技术领域
本发明涉及铜线材领域，更具体地说，涉及一种高强高导新能源汽车用铜线材的制备方法。
背景技术
电磁线在驱动电机的安装过程中一般需要经过卷线、嵌线和整形等过程，线芯和绝缘层在绕组等过程中会受到各种形式的机械力作用，因此不仅要求电磁线线芯具有良好的柔软度，并且要求线芯尺寸精度高，表面质量好，因为线芯的任何质量问题都会损伤绕包绝缘层，进而引起电磁线的提前失效；驱动电机因经常过载、启动频繁和振动大，要求电磁线线芯有较低的电阻率和较高的抗拉强度。电磁线芯在生产过程中产生的毛刺等损伤而刺破绝缘薄膜导致绝缘过早失效，同时降低击穿电压，是引起电磁线绝缘过早失效的重要原因。
传统的竖炉杆生产由电解铜与废杂铜搭加的方式，铜杆自身电阻率较高，且表面易出现氧化皮、飞边等质量缺陷，内部组织容易出现夹杂、空心断线，对后道拉制细线断线率较高，因此无法满足电磁线线芯的使用需求，因此如何生产一种高强高导新能源汽车用电磁线线芯是目前急需要解决的问题。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种高强高导新能源汽车用铜线材的制备方法，采用该方案使得每批生产的铜细线不仅表面质量好、尺寸精度高、电阻率低，且具有良好的柔软度和较高的抗拉强度，进而可满足电磁线线芯的使用需求。
技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种高强高导新能源汽车用铜线材的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
步骤一：选择纯度为99.957%以上的高纯阴极电解铜为基体；
步骤二：通过工频电磁熔炼炉熔炼、电磁搅拌一体化，然后将熔炼完全后的铜水经过熔炼炉炉体与呈长方体结构的隔舱其两者交界底部的两个小孔流入隔舱中，再经过隔舱与保温炉炉体其两者交界底部的一个小孔流入保温炉中；
步骤三：然后铜水在结晶器中冷却结晶，通过上引连铸生产Ф8.0mm规格的铜杆坯；
步骤四：将上引连铸生产的Φ8.0mm铜杆通过十三模大拉连退拉丝机，在拉丝油的质量浓度为8-10%、烧炖液的质量浓度为1-2%，拉丝速度为1200m/min，退火比例为80%，退火电压为36-37V，退火电流为2500-2800A的条件下拉制成TRΦ1.80mm，其中，拉丝的道次加工率为25%-28%；
步骤五：将大拉连退拉丝机生产的TRΦ1.80mm铜丝再通过多头连退拉丝机，在拉丝油的质量浓度为3-5%、烧炖液的质量浓度为0.5-1%，拉丝速度为800-2000m/min，退火比例为70%的条件下拉制成TRΦ0.18-0.50mm铜细线，其中，拉丝的道次加工率为16%-27%，最后一道次的加工率为15%-20%。
作为本发明更进一步地，所述熔炼炉、隔舱和保温炉其三者的中轴线重合，其中，熔炼炉炉体与隔舱交界的两个小孔对称布置在隔舱中轴线的两侧，且该每个小孔中轴线与隔舱中轴线所在竖直面之间的距离均为10cm；隔舱与保温炉炉体交界处的一个小孔设置在此交界的中部；保温炉内设置有两排竖直伸出保温炉且对称布置在保温炉中轴线两侧的结晶器，其中，每排结晶器的中轴线与保温炉中轴线所在竖直面之间的距离为10cm 。
作为本发明更进一步地，步骤二中所述隔仓内的铜水表面覆盖有木炭或石墨鳞片。
作为本发明更进一步地，所述小孔包括上部呈半圆的半圆段和下部呈矩形的矩形段，且该矩形段延伸至炉底。
作为本发明更进一步地，所述半圆段的半径为2.5cm，矩形段的边长均为5cm。
作为本发明更进一步地，步骤三中的冷却水压为0.4-0.6MPa，进水温度为24-28℃，牵引速度为2.0-2.2m/min，牵引节距为0.2-0.3mm。
作为本发明更进一步地，步骤四中的拉丝道次分配过程为：
8.0mm-6.78mm-5.78mm-4.95mm-4.25mm-3.64mm-3.12mm-2.67mm-2.30mm-1.99mm-1.83mm，同时在此拉丝过程中控制铜线的张力气压为0.20-0.24MPa，进而使出口处直径为1.83mm的铜线经退火后缩丝至直径为1.80mm的铜线。
作为本发明更进一步地，步骤五中拉制成TRΦ0.50mm的拉丝道次分配过程为：
1.80mm-1.664mm-1.412mm-1.255mm-1.116mm-0.992mm-0.884mm-0.788mm-0.702mm-0.625mm-0.557mm-0.50mm。
作为本发明更进一步地，步骤五中拉制成TRΦ0.18mm的拉丝道次分配过程为：
1.80mm-1.664mm-1.412mm-1.255mm-1.116mm-0.992mm-0.884mm-0.788mm-0.702mm-0.625mm-0.557mm-0.496mm-0.442mm-0.394mm-0.351mm-0.319mm-0.290mm-0.263mm-0.239mm-0.217mm-0.198mm-0.18mm。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
（1）本发明的一种高强高导新能源汽车用铜线材的制备方法，其中，通过将熔炼炉炉体与隔舱交界的两个小孔与隔舱与保温炉炉体交界处的一个小孔以及保温炉内设置的结晶器，其三者进行错开设置，进而使得铜水不会直接由熔炼炉经隔仓流入保温炉内，进而有效避免高温的铜水直接被结晶器牵引，以致使牵引铜杆出现疏松、气孔的现象发生。具体地本发明中熔炼炉的铜水进入隔仓直流会撞击到隔仓的另一壁上，进而增加了铜水在隔仓中的循环，并通过在隔仓中铜水表面覆盖木炭或石墨鳞片，一方面隔绝外界空气与铜水直接接触，另一方面通过木炭或石墨鳞片与铜水接触还原铜水中的氧气，进一步提高了铜水的控氧效果；另外隔仓中循环的铜水提高了隔仓中铜水温度的均匀性，进而为保温炉内铜水温度的均匀性提供基础，同理由隔仓中进入保温炉的铜水也会直流撞击到保温炉的另一壁上，进而增加了铜水在保温炉中的循环，提高了保温炉内铜水温度的均匀性，进而保证了结晶器中牵引铜杆的质量。
（2）本发明的一种高强高导新能源汽车用铜线材的制备方法，其中，通过在拉丝过程中对铜线进行张力控制，进而可以使铜线收紧在退火轮上，一方面可使铜线与退火轮紧密接触，提高退火效果，另一方面可避免松弛铜线与退火轮镍带接触瞬间电压、电流较高，导致打火断线的情况发生。但在控制张力的条件下，铜线在退火轮上收线较紧，使得软态丝略微有所拉伸，则线径会变小，所以本实施例中通过大量的研究实验最终选择合适的铜线出口模具的直径为1.83mm和铜线张力气压为0.20-0.24MPa情况下对线径进行双重控制，使得最终的出口处直径为1.83mm的铜线经退火后缩丝至直径为1.80mm的铜线。
（3）本发明的一种高强高导新能源汽车用铜线材的制备方法，其中通过合理设置步骤四中的拉制条件，使得铜杆中细小的柱状晶拉伸后变成长而扁平的晶体，然后经过退火后又重新回复再结晶形成细小晶体，不仅除去了拉制过程中的加工硬化，并且使上引铜杆内部的组织更加紧密，大大减少拉丝过程中铜丝内部的疏松、气孔，表面产生的毛刺等表面缺陷，提升了铜丝质量，使后道继续拉丝断线率大幅度降低，另外再加上步骤五中合理设置的拉制条件，使得每批生产的铜细线不仅表面质量好、尺寸精度高、电阻率低，且具有良好的柔软度和较高的抗拉强度，进而可满足电磁线线芯的使用需求，其中通过限制铜丝最后一道次的加工率，一方面避免最后一道次的加工率较大时，导致断线；另一方面通过合理控制铜丝最后一道次的加工率，使铜线出口线径的较稳定，且表面质量相对较好。
附图说明
图1为本发明中熔炼炉、隔仓、保温炉其三者配合的结构示意图；
图2为本发明中熔炼炉、隔仓、保温炉其三者配合的俯视图；
图3为本发明中小孔的结构示意图。
01、熔炼炉；02、隔仓；03、保温炉；04、小孔；041、半圆段；042、矩形段；05、结晶器。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种高强高导新能源汽车用铜线材的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
步骤一：选择纯度为99.957%以上的高纯阴极电解铜为基体；此处选择杂质元素含量极少的高纯阴极铜，可以提升铜水质量，降低铜杆的电阻率，提高纯铜制铜导线的导电性能。
步骤二：通过工频电磁熔炼炉01熔炼、电磁搅拌一体化，然后将熔炼完全后的铜水经过熔炼炉01炉体与呈长方体结构的隔舱02其两者交界底部的两个小孔04流入隔舱02中，再经过隔舱02与保温炉03炉体其两者交界底部的一个小孔04流入保温炉03中，步骤二中的隔仓02内的铜水表面覆盖有木炭或石墨鳞片。
如图1、图2所示，所述熔炼炉01、隔舱02和保温炉03其三者的中轴线重合，其中，熔炼炉01炉体与隔舱02交界的两个小孔04对称布置在隔舱02中轴线的两侧，且该每个小孔04中轴线与隔舱02中轴线所在竖直面之间的距离均为10cm；隔舱02与保温炉03炉体交界处的一个小孔04设置在此交界的中部；保温炉03内设置有两排竖直伸出保温炉03且对称布置在保温炉03中轴线两侧的结晶器05，其中，每排结晶器05的中轴线与保温炉03中轴线所在竖直面之间的距离为10cm 。
此处需要说明的是：本实施例中通过在熔炼炉01和保温炉03之间设置隔舱02，一方面可以防止熔炼炉01中的铜水直接流入保温炉03内，避免导致整个保温炉03内铜水温度不稳定的现象发生；另一方面隔舱02起到储存铜水的作用，并通过在隔仓02铜水表面覆盖木炭或石墨鳞片，可除去铜水中的水分和空气，起到良好的控氧的作用，另外，本实施例中通过将熔炼炉01炉体与隔舱02交界的两个小孔04与隔舱02与保温炉03炉体交界处的一个小孔04以及保温炉03内设置的结晶器05，其三者进行错开设置，进而使得铜水不会直接由熔炼炉01经隔仓02流入保温炉03内，进而有效避免高温的铜水直接被结晶器05牵引，致使牵引铸锭出现疏松、气孔的现象发生。具体地本实施例中熔炼炉01的铜水进入隔仓02直流会撞击到隔仓02的另一壁上，进而增加了铜水在隔仓02中的循环，并通过在隔仓02中铜水表面覆盖木炭或石墨鳞片，一方面隔绝外界空气与铜水直接接触，另一方面通过木炭或石墨鳞片与铜水接触还原铜水中的氧气，进一步提高了铜水的控氧效果；另外隔仓02中循环的铜水提高了隔仓02中铜水温度的均匀性，进而为保温炉03内铜水温度的均匀性提供基础，同理由隔仓02中进入保温炉03的铜水也会直流撞击到保温炉03的另一壁上，进而增加了铜水在保温炉03中的循环，提高了保温炉03内铜水温度的均匀性，进而保证了结晶器05中牵引铜杆的质量。
如图3所示，本实施例的小孔04包括上部呈半圆的半圆段041和下部呈矩形的矩形段042，且该矩形段042延伸至炉底。其中，半圆段041的半径为2.5cm，矩形段042的边长均为5cm。
本实施例中将小孔04设计成包括上部呈半圆的半圆段041和下部呈矩形的矩形段042是本实施例的关键点之一，需要说明的是：此处若将小孔04设计成仅包括与半圆段041直径相同的半圆孔，则通过此小孔04的铜水量较少，如果在保温炉03内结晶器05牵引速度稍快的条件下，铜水补充不及时，铜水液位降低，无法满足生产需求；若将小孔04设计成与半圆段041和矩形段042的截面面积相同的半圆孔，则此小孔04的直径较大，进而占熔炼炉01与隔仓02交界处、隔仓02与保温炉03交界处的耐火砖底部空间较多，导致铜水流动时与炉底的接触面积增大，容易对炉底进行冲刷，致使炉底耐火材料脱落较快，进而致使铜水夹渣严重；因此下部呈矩形、上部呈半圆的结构设计既能保障铜水及时补充，又能减少铜水与炉底的接触面积，减少铜水夹渣产生；同时上部呈半圆形又可使制作此处耐火砖时容易脱模，且下部的矩形段042延伸至炉底又可保证熔炼炉01、隔仓02底部的铜水流入保温炉03。
步骤三：然后铜水在结晶器05中冷却结晶，通过上引连铸生产Ф8.0mm规格的铜杆坯；具体地本步骤三中的冷却水压为0.4-0.6MPa，进水温度为24-28℃，牵引速度为2.0-2.2m/min，牵引节距为0.2-0.3mm，需要说明的是此处通过合理设置冷却水压、进水温度以及牵引速度同时配合设置合理的牵引节距，使铜水在结晶器05内牵引过程中快速冷却、充分冷却，进而形成细小的柱状晶，且晶界接近完美的六方体，大大减少晶体内产生的大量微观缺陷，如疏松、气孔等，不仅增加了铜杆导电性能和抗拉强度、伸长率，还提升了铜杆表面质量，光滑无裂纹，为后道拉制细线打好基础。
步骤四：将上引连铸生产的Φ8.0mm铜杆通过十三模大拉连退拉丝机，在拉丝油的质量浓度为8-10%、烧炖液的质量浓度为1-2%，拉丝速度为1200m/min，退火比例为80%，退火电压为36-37V，退火电流为2500-2800A的条件下拉制成TRΦ1.80mm，其中，拉丝的道次加工率为25%-28%；
具体地步骤四中的拉丝道次分配过程为：
8.0mm-6.78mm-5.78mm-4.95mm-4.25mm-3.64mm-3.12mm-2.67mm-2.30mm-1.99mm-1.83mm，同时在此拉丝过程中控制铜线的张力气压为0.20-0.24MPa，进而使出口处直径为1.83mm的铜线经退火后缩丝至直径为1.80mm的铜线。
需要说明的是：一般铜线在大拉机拉丝箱拉制出来的线径与出口模线径一致，但是由于本实施通过在线退火并且要拉制成TR1.80mm的软态铜丝，且在退火的地方铜线会变软、铜线在退火轮上收线较松，而本实施例中通过在拉丝过程中对铜线进行张力控制，进而可以使铜线收紧在退火轮上，一方面可使铜线与退火轮紧密接触，提高退火效果，另一方面可避免松弛铜线与退火轮镍带接触瞬间电压、电流较高，导致打火断线的情况发生。但在控制张力的条件下，铜线在退火轮上收线较紧，使得软态丝略微有所拉伸，则线径会变小，所以本实施例中通过大量的研究实验最终选择合适的铜线出口模具的直径为1.83mm和铜线张力气压为0.20-0.24MPa情况下对线径进行双重控制，使得最终的出口处直径为1.83mm的铜线经退火后缩丝至直径为1.80mm的铜线。
步骤五：将大拉连退拉丝机生产的TRΦ1.80mm铜丝再通过多头连退拉丝机，在拉丝油的质量浓度为3-5%、烧炖液的质量浓度为0.5-1%，拉丝速度为800-2000m/min，退火比例为70%的条件下拉制成TRΦ0.18-0.50mm铜细线，其中，拉丝的道次加工率为16%-27%，最后一道次的加工率为15%-20%。
具体地步骤五中拉制成TRΦ0.50mm的拉丝道次分配过程为：
1.80mm-1.664mm-1.412mm-1.255mm-1.116mm-0.992mm-0.884mm-0.788mm-0.702mm-0.625mm-0.557mm-0.50mm。
步骤五中拉制成TRΦ0.18mm的拉丝道次分配过程为：
1.80mm-1.664mm-1.412mm-1.255mm-1.116mm-0.992mm-0.884mm-0.788mm-0.702mm-0.625mm-0.557mm-0.496mm-0.442mm-0.394mm-0.351mm-0.319mm-0.290mm-0.263mm-0.239mm-0.217mm-0.198mm-0.18mm。
需要重点说明的是：本实施例中通过合理设置步骤四中的拉制条件，使得铜杆中细小的柱状晶拉伸后变成长而扁平的晶体，然后经过退火后又重新回复再结晶形成细小晶体，不仅除去了拉制过程中的加工硬化，并且使上引铜杆内部的组织更加紧密，大大减少拉丝过程中铜丝内部的疏松、气孔，表面产生的毛刺等表面缺陷，提升了铜丝质量，使后道继续拉丝断线率大幅度降低，另外再加上步骤五中合理设置的拉制条件，使得每批生产的铜细线不仅表面质量好、尺寸精度高、电阻率低，且具有良好的柔软度和较高的抗拉强度，进而可满足电磁线线芯的使用需求，其中通过限制铜丝最后一道次的加工率，一方面避免最后一道次的加工率较大时，导致断线；另一方面通过合理控制铜丝最后一道次的加工率，使铜线出口线径的较稳定，且表面质量相对较好。
