铜电解精炼钛种板挂耳修复及模具设计制造

盛 强， 吴正北， 李修来

(铜陵有色金属集团控股有限公司 金昌冶炼厂， 安徽 铜陵 244101)

铜电解精炼钛种板挂耳修复及模具设计制造

盛 强， 吴正北， 李修来

(铜陵有色金属集团控股有限公司 金昌冶炼厂， 安徽 铜陵 244101)

铜电解精炼生产中常出现阴极钛种板挂耳损坏的情况，本文介绍了挂耳修复的一种工艺方法，主要是通过设计制造模压挂耳的模具，来提高修复挂耳的质量和效率，同时也减少了弯压挂耳等工步中出现的废品率。

铜电解精炼； 阴极钛种板； 挂耳修复； 模具设计制造

1 钛种板及钛种板挂耳结构和出现的损坏故障

铜陵有色金属集团控股有限公司金昌冶炼厂铜电解精炼生产中的阴极采用铜始极片，而生产铜始极片的阴极则采用钛种板，钛种板及钛种板挂耳结构见图1所示。

在图1中，钛种板规格为1 060 mm×770 mm×3 mm(长×宽×厚)，钛种板挂耳材料采用的是3 mm厚铜板和2 mm厚钛板并通过爆炸焊接而制成的钛铜复合板。做成挂耳时，铜材在里面，钛材在外面。为了方便复合板挂耳零件的外面层2 mm厚钛与3 mm厚钛种板之间进行焊接，因此要求事先削去妨碍焊接的内层铜材，即在复合板挂耳零件的内侧铜材层做单边5 mm×45°坡口，然后才能对与挂耳相互接触的三边进行钛丝氩弧焊接，角焊缝高度为5 mm。复合板挂耳零件的内里层3 mm厚铜材层是与阴极铜导电棒相接触而导电的，而阴极铜导电棒是穿入两个挂耳零件孔内的，它是截面为长方形中空的镀铜结构形式，且棒接触处为圆弧面。这种挂耳与导电棒的接触连接方式简单牢固，接触电压降为零，其特点是不但保持了铜挂耳的优良导电性能，而且还具有良好的结构抗弯强度，以及接触处为圆弧面具有自然垂直的性能。

图1 钛种板及钛种板挂耳结构

在生产中，由于截面为长方形中空的镀铜导电棒与挂耳零件的里面铜板层直接接触，所以在生产搬动中会出现机械磨损，以及在生产槽中会有电化学腐蚀等因素，使得挂耳零件在使用一段时间后出现里面3 mm厚的铜板层被机械磨损和电化学腐蚀掉，这时就会出现挂耳零件的外面2 mm厚的钛板层与截面为长方形中空的镀铜导电棒直接接触，从而出现接触处电阻大，经常被烧红以及槽电压升高等不良现象，影响生产。因此，需要及时发现和更换掉挂耳零件里面铜板层被磨损和腐蚀掉的钛种板，以便进行正常生产。

2 钛种板挂耳故障缺陷的修复工艺过程

挑选出来故障缺陷的钛种板挂耳零件的修复工艺过程概括起来有以下六个工步。

(1)将有缺陷的钛种板挂耳，在图1所示的挂耳等腰梯形的下底边170 mm长处，置于剪板机上剪去，然后平整和修磨770 mm×1 060 mm×3 mm钛种板，为焊接新挂耳做准备。

(2)裁剪3 mm厚等腰梯形钛板，其尺寸由图1可见分别为：上底边长100 mm，下底边长170 mm，高50 mm。裁剪下来的等腰梯形钛板要进行平整和修磨，并且还要在下底边170 mm长度上双面做0.5×45°坡口，以便于与770×1 060×3 mm钛种板进行钛丝氩弧焊接。

(3)钛铜复合板挂耳制作。采用冷模压方法制作挂耳零件，冷模压成形后的挂耳零件，应达到图2所示的形状和尺寸要求。

图2 模压后钛铜复合板挂耳

(4)为了提高复合板制造的挂耳零件与钛板件间的焊接质量，确保不露铜，因此要求模压挂耳件与钛板件相焊接的边要在挂耳零件的里面铜材层做5×45°单边坡口，即要在刨床上刨削挂耳零件上两边长为80 mm的焊接边里面的铜材层和四条边为85-(20+30)=35 mm的焊接边里面的铜材层，见图2所示尺寸。

(5)在焊接工作平台上，找准和确定复合板挂耳件与钛种板件间的连接位置，并用螺旋夹具夹紧找正后的挂耳连接，然后在挂耳件上与其相连接的四个90°角点上，用钛丝氩弧焊点焊四个角点，然后翻转钛种板，点焊另一面的四个角点，完成之后就可以撤下夹具工作平台。

(6)在通以惰性氩气作为保护性气体的焊接工作平台上，将点焊定位过的钛种板挂耳连接部位，用钛丝氩弧焊满焊即可。需要指出的是，在满焊某个面时，其背面应通以氩气作为抗氧化保护和冷却之用，否则将会因为板薄而出现焊接面的背面熔化和氧化等情况。

3 模压挂耳的模具设计制造

为了将200 mm×79 mm×3 mm(长×宽×厚)钛铜复合板在160 kN单柱液压机上冷加工成图2所示挂耳零件，因此需要确定冷加工工艺过程为冷弯压和冷模压两个工步。第一工步，是将200 mm×79 mm×3 mm(长×宽×厚)的钛铜复合板冷弯压成“U”形状，其尺寸和形状见图3所示。

图3 冷弯压的半成品挂耳件

需要注意的是，在冷弯压该复合板时，应将铜材层放在内面，钛材层放在外面，不要搞颠倒了。第二工步，是将第一工步弯成“U”形的半成品件，再冷模压成图2所示挂耳零件。

为了在160 kN单柱液压机上实现第一工步冷弯压成“U”形半成品挂耳零件，因此设计和制造了图4和图5所示模具。

图4 冷弯压的上模具

图5 冷弯压的下模具

该模具材质采用就地取材，选用45钢。因为考虑45钢能够满足模具的强度、硬度和耐磨性要求，并且容易机加工。图4为上模具，图5为下模具，两者组合起来使用。具体使用操作是：将200 mm×79 mm×3 mm(长×宽×厚)钛铜复合板铜面层朝上插入下模具中200 mm×80 mm×5 mm(长×宽×深)的槽中，见图5。然后上模具自上而下地缓慢压入下模具中的210 mm×35 mm×35 mm(长×宽×深)槽中，即可完成第一工步冷弯压成半成品挂耳零件。需要指出的是，在第一工步的操作中，笔者遇到过两个问题，一是操作上模具向下压入的深度要控制适当，过深就会出现压成的“U”形半成品件的外面层钛因塑性变形过大而开裂，造成报废品，二是已压成的“U”形半成品件在下模具中出现起模较困难的情况。因此将下模具在起模处的直角铣削成R10的圆角过渡，从而解决了“U”形半成品件起模困难的问题。

为了实现第二工步将“U”形半成品件冷模压成图2所示挂耳零件，因此设计和制造了图6和图7所示模具。

图6 冷模压工步的上、下模具

图7 冷模压工步用的模芯具

该模具材料仍然选用45钢。图6所示为冷模压工步中上、下模具的组合情况，其中俯视图表达的仅是组合模具中的下模具投影。而图7所示为模芯具。图6和图7所示模具两者组合起来在160 kN单柱液压机上工作的状态见图8所示。

图8 上、下模具与模芯具组合工作状况

需要指出的是，在图8中，上模具与30 mm×60 mm×270 mm(宽×长×高)钢块相焊接连接，而此钢块又与钢方块法兰205 mm×205 mm×12 mm(长×宽×厚)也采用相焊接连接；而此钢方块法兰则与液压机动力头采用法兰连接。还有一点需要说明的是，为什么图7所示模芯具厚度为22 mm，而不是图2所示零件厚度35-2×5=25 mm呢？因为22 mm厚这个尺寸，是由生产实验得出来的结果。生产实验证明用25 mm的模芯具经冷模压成的挂耳零件其自由端开口尺寸大于图2所标注的(18±1)mm。由于开口尺寸大不便于挂耳零件在后续的工序螺旋夹紧点焊定位工作，所以通过生产实验得出22 mm厚为恰到好处。

4 目前模具使用情况

笔者设计制造的模具已在生产中使用了1年多，从目前使用情况来看，模具的磨损不大，生产出的零件都能符合要求。有生产统计报表显示，使用该设计制造的模具，生产制造挂耳零件，与过去使用一些简单的工具加工制作的方法相比，生产效率比过去提高了近十倍，而且生产出来的挂耳零件的外观质量则比过去明显提高。举例来说，仅就在第一工步冷弯压成“U”形半成品件时而出现的钛铜复合板的钛层因塑性变形开裂而报废的废品率，就由过去的5%下降到现在的0.3%左右。由此可见，该设计制造的模具是能够满足目前生产修复挂耳零件需要的。

[1] 朱祖泽，贺家齐主编现代铜冶金学[M].北京：科学出版社，2003，518-520.

Repairing and Mould Manufacturing of the Hanging Ears on The Titanium Plates of the Copper Electrolysis Refining

SHENG Qiang， WU Zheng-bei, LI Xiu-lai

the hanging ears on the cathode titanium plates were often damaged in the production of the copper electrolysis refining. This paper introduces a method of the hangers to be repaired , mainly through their mould design and manufacture of the hanging ears, to improve the quality and efficiency of repair of the hangers, but also reduces the rejection rate of the hangers in the using of bending pressure hangers in other working steps.

copper electrolysis refining; cathode titanium plates; hanging ears repairing; mould design and manufacture

2015-01-21

盛强(1962-)，男，安徽合肥人，高级工程师，大学专科，主要从事铜冶炼技术工作。

TF811

B

1003-8884(2015)05-0010-04