連續擠壓產品氣泡原因分析及措施

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(佛山市華鴻銅管有限公司, 廣東 佛山 528234)

文章編號：2096-2983(2017)05-0292-05DOI：10.13258/j.cnki.nmme.2017.05.008

連續擠壓產品氣泡原因分析及措施

劉 輝,黃路稠

(佛山市華鴻銅管有限公司, 廣東 佛山528234)

針對Conform連續擠壓機擠制導電銅排表面產生的“氣泡”問題,運用質量管理工具“魚刺圖”,對連續擠壓全過程的人、機、料、法和環五大關鍵要素進行排查、分析和梳理,提出了切實可行的改進措施.試驗證明,其改進措施能有效抑制和減少導電銅排表面氣泡缺陷的產生.

連續擠壓機; 氣泡; 原因分析; 預防措施

連續擠壓是一種新型高效的壓力加工技術,其原理是將傳統壓力加工中做無用功的摩擦力轉化為變形的驅動力,和金屬塑性變形熱一并成為坯料升溫的發熱源,是一種高效的加工技術,是有色金屬加工技術的一次革命[1].連續擠壓技術具有短流程、低成本、品質優、高效節能以及可實現連續自動化等特點,在銅加工諸多領域得到了快速發展和廣泛應用.

導電排和銅母線作為輸變電的導電材料,是應用于電力領域的重點產品之一.隨著國民經濟的發展以及人民生活水平的提高,我國電力、電網的改造和建設速度不斷加快,市場對導電排、銅母線的需求量越來越大,質量要求也日益提高.根據市場需要,公司引進具有國際先進水平的連續擠壓技術(Conform),生產各類銅排(銅母線)、異形材.據公司內部質量數據,2015年度氣泡報廢量統計的不合格品檢驗數據,連續擠壓機產生氣泡缺陷的報廢量占不合格品報廢量的20.58%.連續擠壓制品表面的“氣泡”缺陷問題,嚴重影響了生產成本、效率與生產周期.鑒于客戶對產品質量的高要求,減少或避免連續擠壓產品氣泡的產生,迫在眉睫.

1 產生原因及分析

連續擠壓銅排產品中的氣泡缺陷按照氣泡出現的時間分兩種:一種是連續擠壓出的產品中出現的氣泡,稱為擠壓氣泡,擠壓氣泡缺陷如圖1(a)所示;第二種是連續擠壓出的產品氣泡沒有暴露出來,產品經軋制或拉撥后若對其直接退火,則會在產品表面出現大量氣泡,稱為退火氣泡[2],如圖1(b)所示.氣泡缺陷的危害主要表現在以下幾個方面:(1) 表面存在氣泡缺陷的銅排在后序進行軋制或拉拔時氣泡破裂,氣泡暴露后,在氣泡破裂處產品的表面留下劃痕,最終影響產品的表面質量;(2) 銅排內部的氣泡會影響產品的折彎,折彎時會出現裂紋,存在質量隱患;(3) 銅排內部的氣泡影響客戶的最終使用,無法滿足工業的使用要求.

圖1 擠壓氣泡缺陷和退火氣泡缺陷Fig.1 Extrubed bubble and annealing bubble defects

1.1應用“魚刺圖”法分析排查“氣泡”產生的主要原因

通過對生產全過程:人、機、法、料和環五大要素進行排查和分析,分析結果見圖2.

1.2要因確認計劃

通過分析,找到連續擠壓氣泡產生的根本原因,要因確認計劃見表1.

1.3確認、驗證分析

1.3.1銅桿含氣量高

根據上引連鑄原理,在一定的牽引力作用下,銅液上引結晶凝固,金屬液在自上而下的凝固過程中,結晶前沿氣體的過飽和度很高,當氣體達到一定的過飽和度時,能完全依靠自發形核,長大成氣孔,很容易在鑄桿中形成氣孔.由于鑄造生產的特殊性,熔體流動過程中極容易吸氣,所以在銅熔體中總會有部分H2存在.內部殘留微小氣泡的銅排,在經過軋制或拉拔后,這些氣泡漸漸接近銅排的表層,如果再對其進行高溫退火,這些氣孔就會在熱膨脹力的作用下,脹破銅排表皮,形成氣泡缺陷[3].

圖2 氣泡產生原因分析Fig.2 Analysis of the causes of bubbles

為減少氣泡缺陷的產生,可對上引爐采取如下控制措施:(1) 木炭必須干燥無雜物,不能露銅;(2) 必須合理控制熔煉溫度,溫度越高,銅液中的H2和O2含量增加越多,盡可能采用低溫熔煉為佳,投料時應遵循均勻、統一、少加和勤加的原則,防止銅水溫度過高或過低影響銅桿產品質量;(3) 每班定時對爐口掛渣進行清理;(4) 鑄造、制品和器具等要干燥.

確認方法及驗證:隨機抽樣7支銅桿進行O2含量檢測,O2含量1級的有5支,占71.43%;O2含量2級的有1支占14.29%;O2含量3級的有1支占14.29%.并對不同O2含量級別的銅桿用管式電爐進行820 ℃×20 min的高溫退火,O2含量3級的銅桿有清晰可見的鼓泡.故銅桿含氣量高,導致擠制產品產生氣泡,是主要原因之一.

1.3.2銅桿表面有污染或氧化

銅桿在擠壓工序生產前一般都要運輸或存放,在此過程中,由于種種原因會導致銅桿表面氧化或者落有灰塵等,進入連續擠壓工序后,產品中會出現氣泡缺陷.

確認方法及驗證:不同時段對上引銅桿進行全面的跟蹤試驗,試驗跟蹤有氧化的銅桿共有23個批次,產品表面產生氣泡的有14個批次,氧化原因導致有氣泡的占60.87%.銅桿表面正常沒有氧化的共有28個批次,產品表面有氣泡的有2個批次,銅桿表面無氧化導致有氣泡的占7.14%.故銅桿表面被污染或氧化,是主要原因之一.

表1 要因確認計劃表Tab.1 Due confirmation schedule

1.3.3銅桿拖地黏附有灰塵油污

放線裝置與輸送裝置有一定的距離,均采用人工穿插方式,故放線距離越遠,人工穿插越輕松.放線裝置沒有緩沖級別,在接銅桿或在擠壓過程中與擠壓速度不匹配時,銅桿會拖地黏附地面的灰塵和油污,該銅桿進入連續擠壓工序后,擠出的產品中會出現氣泡缺陷.

確認方法及驗證:將黏附有灰塵和油污的銅桿進行擠壓,坯料表面有無氣泡缺陷.經過驗證,銅桿表面黏附有灰塵或油污,擠壓產品表面會產生氣泡,是主要原因之一.

1.3.4連續擠壓機輸送裝置損傷銅桿表面

輸送裝置與銅桿接觸處沒有圓滑過渡,造成銅桿二次劃傷,銅桿表面粗糙不平,伴有毛刺,這樣的銅桿進入連續擠壓工序后,在擠出的產品中會出現氣泡缺陷.

確認方法及驗證:通過輸送裝置,在過程中蓄意對銅桿進行二次損傷,觀察擠壓出來的坯料有無氣泡缺陷.經過驗證,連續擠壓機輸送裝置邊角不圓滑如對銅桿造成二次損傷,擠制產品的坯料表面會產生氣泡,是主要原因之一.

1.3.5擠壓輪冷卻水泄漏影響銅桿

擠壓輪冷卻水系統發生泄漏,沾到銅桿上或溢到擠壓輪凹槽里,使擠出的產品中出現氣泡缺陷[4].

確認方法及驗證:不同時段對擠壓輪漏水問題進行全面的跟蹤試驗,試驗跟蹤產生氣泡的坯料共有16個批次,冷卻水溢到擠壓輪凹槽里導致產品表面有氣泡的有9個批次,擠壓輪漏水導致有氣泡的占56.25%.故擠壓輪冷卻水泄漏影響銅桿,導致坯料表面產生氣泡,是主要原因之一.

1.3.6擠壓輪凹槽包銅區缺塊、起皺,刮刀刮不干凈,有廢料帶入擠壓輪

擠壓時由于工作間隙不當,凹槽包銅區掉塊、起皺或變形,連續擠壓時將氣體帶入,擠出的產品中出現氣泡缺陷.

確認方法及驗證:不同時段對擠壓輪凹槽包銅區缺塊、起皺,刮刀刮不干凈以及有廢料帶入擠壓輪的問題進行全面的跟蹤試驗.有以上缺陷帶入擠壓輪的共有17個批次,產品表面有氣泡的有5個批次,此缺陷導致有氣泡的占29.41%.故擠壓輪凹槽包銅區缺塊、起皺、刮刀刮不干凈以及有廢料帶入擠壓輪,導致坯料表面產生氣泡,是主要原因之一.

1.3.7操作人員操作技能、質量培訓不夠,責任心不強,質量意識淡薄

由于操作人員操作不當或責任心不強,發現問題不停機處理解決,抱僥幸、馬虎心態導致產品批量不合格.

確認方法及驗證:查閱員工培訓檔案,在生產現場進行測試,均能實踐操作.在生產現場,查閱生產記錄,記錄填寫不夠完整,沒有做好首檢、中檢和尾檢的自檢工作.在工藝紀律檢查過程中,巡檢發現坯料有氣泡是因為操作工自檢力度不夠,如能及時發現坯料有氣泡能及時停機處理,就能避免產品批量性不合格.故操作人員操作技能、質量培訓不夠,責任心不強,質量意識淡薄,是主要原因之一.

1.4原因梳理

通過以上逐條確認,梳理出連續擠壓產品產生氣泡的主要原因是:

(1) 銅桿含氣量高;

(2) 銅桿表面有污染或氧化;

(3) 銅桿拖地黏附有灰塵油污;

(4) 連續擠壓機輸送裝置損傷銅桿表面;

(5) 擠壓輪冷卻水泄漏影響銅桿;

(6) 擠壓輪凹槽包銅區缺塊、起皺,刮刀刮不干凈,有廢料帶入擠壓輪;

(7) 操作人員操作技能、質量培訓不夠,員工責任心不強,質量意識淡薄.

2 制訂措施及實施

2.1制定改善措施

根據氣泡產生原因,制訂具體措施,見表2.

表2 防止氣泡產生的措施表Tab.2 Measures to prevent bubbles from being produced

2.2措施實施

為了減少連續擠壓坯料產生的氣泡,通過對氣泡產生的原因進行分析,成立了連續擠壓氣泡攻關項目小組,由具體負責人每天對各生產工序進行指導與監督,按制定的具體解決措施進行管控與預防,從而減少氣泡缺陷帶來的質量問題.

3 結 論

通過一系列預防及整改措施,消除了連續擠壓生產全過程中產生氣泡的不利因素,大大減少了氣泡缺陷的產生,降低了生產成本,提高了生產效率.根據公司內部質量數據統計,連續擠壓機工序2016年度氣泡缺陷報廢量比較2015年度氣泡報廢量減少到8.64%.生產實踐說明:連續擠壓擠制產品氣泡產生原因分析到位、生產過程的管控與預防措施到位,連續擠壓機擠壓產品的氣泡得到有效的控制,并達到了預期效果,穩定、提高了產品綜合質量,降低了制造成本.

[1] 徐恒雷.連續擠壓應用過程中常見缺陷淺析與措施[J].有色金屬加工,2010,8(4):31-36.

[2] 張紅云,謝博,張金標.銅扁線連續擠壓氣泡缺陷的研究[J].長春工程學院學報(自然科學版),2010,11(2):69-72.

[3] 袁鴿成,汪沛雨,黎祚堅.上引鑄造無氧銅桿的氣孔特征及其形成機理[J].特種鑄造及有色合金,1997(5):13-15.

[4] 陳忠士,鄒澤昌,王振良.連續擠壓銅產品氣泡產生的原因及預防措施[J].機電技術,2014(6):90-91.

CausesAnalysisandPrecautionsoftheBubblesoftheExtrudingProductCausedbyContinuousExtrusion

LIU Hui,HUANGLuchou

(Foshan Huahong Copper tube Co., Ltd., Guangdong 528234, China)

This article concerns the problems of the bubbles on the surface of the copper bar extruded by the Conform continuous extrusion machine.By using the “fishbone disgram”,this article analyses and combs the five key elements man,machine,material,method,circle,of the whole process of the continuous extrusion,and put forward feasible improvement measure.Practices illustrate that these precautions are able to control the emergence of the bubbles on the surface of the copper bar caused by continuous extrusion.

continuous extrusion machine; bubbles; causes analysis; precautions

2017-05-26

劉 輝(1963—),男,高級工程師. 研究方向: 銅加工設備技術、生產技術研究. E-mail: 25746367@qq.com

黃路稠(1980—),男,工程師. 研究方向: 銅及銅合金加工生產、質量技術研究. E-mail: huangluchou@163.com

TM911.4

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