连续挤压产品气泡原因分析及措施

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(佛山市华鸿铜管有限公司, 广东 佛山 528234)

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

连续挤压产品气泡原因分析及措施

刘 辉,黄路稠

(佛山市华鸿铜管有限公司, 广东 佛山528234)

针对Conform连续挤压机挤制导电铜排表面产生的“气泡”问题,运用质量管理工具“鱼刺图”,对连续挤压全过程的人、机、料、法和环五大关键要素进行排查、分析和梳理,提出了切实可行的改进措施.试验证明,其改进措施能有效抑制和减少导电铜排表面气泡缺陷的产生.

连续挤压机; 气泡; 原因分析; 预防措施

连续挤压是一种新型高效的压力加工技术,其原理是将传统压力加工中做无用功的摩擦力转化为变形的驱动力,和金属塑性变形热一并成为坯料升温的发热源,是一种高效的加工技术,是有色金属加工技术的一次革命[1].连续挤压技术具有短流程、低成本、品质优、高效节能以及可实现连续自动化等特点,在铜加工诸多领域得到了快速发展和广泛应用.

导电排和铜母线作为输变电的导电材料,是应用于电力领域的重点产品之一.随着国民经济的发展以及人民生活水平的提高,我国电力、电网的改造和建设速度不断加快,市场对导电排、铜母线的需求量越来越大,质量要求也日益提高.根据市场需要,公司引进具有国际先进水平的连续挤压技术(Conform),生产各类铜排(铜母线)、异形材.据公司内部质量数据,2015年度气泡报废量统计的不合格品检验数据,连续挤压机产生气泡缺陷的报废量占不合格品报废量的20.58%.连续挤压制品表面的“气泡”缺陷问题,严重影响了生产成本、效率与生产周期.鉴于客户对产品质量的高要求,减少或避免连续挤压产品气泡的产生,迫在眉睫.

1 产生原因及分析

连续挤压铜排产品中的气泡缺陷按照气泡出现的时间分两种:一种是连续挤压出的产品中出现的气泡,称为挤压气泡,挤压气泡缺陷如图1(a)所示;第二种是连续挤压出的产品气泡没有暴露出来,产品经轧制或拉拨后若对其直接退火,则会在产品表面出现大量气泡,称为退火气泡[2],如图1(b)所示.气泡缺陷的危害主要表现在以下几个方面:(1) 表面存在气泡缺陷的铜排在后序进行轧制或拉拔时气泡破裂,气泡暴露后,在气泡破裂处产品的表面留下划痕,最终影响产品的表面质量;(2) 铜排内部的气泡会影响产品的折弯,折弯时会出现裂纹,存在质量隐患;(3) 铜排内部的气泡影响客户的最终使用,无法满足工业的使用要求.

图1 挤压气泡缺陷和退火气泡缺陷Fig.1 Extrubed bubble and annealing bubble defects

1.1应用“鱼刺图”法分析排查“气泡”产生的主要原因

通过对生产全过程:人、机、法、料和环五大要素进行排查和分析,分析结果见图2.

1.2要因确认计划

通过分析,找到连续挤压气泡产生的根本原因,要因确认计划见表1.

1.3确认、验证分析

1.3.1铜杆含气量高

根据上引连铸原理,在一定的牵引力作用下,铜液上引结晶凝固,金属液在自上而下的凝固过程中,结晶前沿气体的过饱和度很高,当气体达到一定的过饱和度时,能完全依靠自发形核,长大成气孔,很容易在铸杆中形成气孔.由于铸造生产的特殊性,熔体流动过程中极容易吸气,所以在铜熔体中总会有部分H2存在.内部残留微小气泡的铜排,在经过轧制或拉拔后,这些气泡渐渐接近铜排的表层,如果再对其进行高温退火,这些气孔就会在热膨胀力的作用下,胀破铜排表皮,形成气泡缺陷[3].

图2 气泡产生原因分析Fig.2 Analysis of the causes of bubbles

为减少气泡缺陷的产生,可对上引炉采取如下控制措施:(1) 木炭必须干燥无杂物,不能露铜;(2) 必须合理控制熔炼温度,温度越高,铜液中的H2和O2含量增加越多,尽可能采用低温熔炼为佳,投料时应遵循均匀、统一、少加和勤加的原则,防止铜水温度过高或过低影响铜杆产品质量;(3) 每班定时对炉口挂渣进行清理;(4) 铸造、制品和器具等要干燥.

确认方法及验证:随机抽样7支铜杆进行O2含量检测,O2含量1级的有5支,占71.43%;O2含量2级的有1支占14.29%;O2含量3级的有1支占14.29%.并对不同O2含量级别的铜杆用管式电炉进行820 ℃×20 min的高温退火,O2含量3级的铜杆有清晰可见的鼓泡.故铜杆含气量高,导致挤制产品产生气泡,是主要原因之一.

1.3.2铜杆表面有污染或氧化

铜杆在挤压工序生产前一般都要运输或存放,在此过程中,由于种种原因会导致铜杆表面氧化或者落有灰尘等,进入连续挤压工序后,产品中会出现气泡缺陷.

确认方法及验证:不同时段对上引铜杆进行全面的跟踪试验,试验跟踪有氧化的铜杆共有23个批次,产品表面产生气泡的有14个批次,氧化原因导致有气泡的占60.87%.铜杆表面正常没有氧化的共有28个批次,产品表面有气泡的有2个批次,铜杆表面无氧化导致有气泡的占7.14%.故铜杆表面被污染或氧化,是主要原因之一.

表1 要因确认计划表Tab.1 Due confirmation schedule

1.3.3铜杆拖地黏附有灰尘油污

放线装置与输送装置有一定的距离,均采用人工穿插方式,故放线距离越远,人工穿插越轻松.放线装置没有缓冲级别,在接铜杆或在挤压过程中与挤压速度不匹配时,铜杆会拖地黏附地面的灰尘和油污,该铜杆进入连续挤压工序后,挤出的产品中会出现气泡缺陷.

确认方法及验证:将黏附有灰尘和油污的铜杆进行挤压,坯料表面有无气泡缺陷.经过验证,铜杆表面黏附有灰尘或油污,挤压产品表面会产生气泡,是主要原因之一.

1.3.4连续挤压机输送装置损伤铜杆表面

输送装置与铜杆接触处没有圆滑过渡,造成铜杆二次划伤,铜杆表面粗糙不平,伴有毛刺,这样的铜杆进入连续挤压工序后,在挤出的产品中会出现气泡缺陷.

确认方法及验证:通过输送装置,在过程中蓄意对铜杆进行二次损伤,观察挤压出来的坯料有无气泡缺陷.经过验证,连续挤压机输送装置边角不圆滑如对铜杆造成二次损伤,挤制产品的坯料表面会产生气泡,是主要原因之一.

1.3.5挤压轮冷却水泄漏影响铜杆

挤压轮冷却水系统发生泄漏,沾到铜杆上或溢到挤压轮凹槽里,使挤出的产品中出现气泡缺陷[4].

确认方法及验证:不同时段对挤压轮漏水问题进行全面的跟踪试验,试验跟踪产生气泡的坯料共有16个批次,冷却水溢到挤压轮凹槽里导致产品表面有气泡的有9个批次,挤压轮漏水导致有气泡的占56.25%.故挤压轮冷却水泄漏影响铜杆,导致坯料表面产生气泡,是主要原因之一.

1.3.6挤压轮凹槽包铜区缺块、起皱,刮刀刮不干净,有废料带入挤压轮

挤压时由于工作间隙不当,凹槽包铜区掉块、起皱或变形,连续挤压时将气体带入,挤出的产品中出现气泡缺陷.

确认方法及验证:不同时段对挤压轮凹槽包铜区缺块、起皱,刮刀刮不干净以及有废料带入挤压轮的问题进行全面的跟踪试验.有以上缺陷带入挤压轮的共有17个批次,产品表面有气泡的有5个批次,此缺陷导致有气泡的占29.41%.故挤压轮凹槽包铜区缺块、起皱、刮刀刮不干净以及有废料带入挤压轮,导致坯料表面产生气泡,是主要原因之一.

1.3.7操作人员操作技能、质量培训不够,责任心不强,质量意识淡薄

由于操作人员操作不当或责任心不强,发现问题不停机处理解决,抱侥幸、马虎心态导致产品批量不合格.

确认方法及验证:查阅员工培训档案,在生产现场进行测试,均能实践操作.在生产现场,查阅生产记录,记录填写不够完整,没有做好首检、中检和尾检的自检工作.在工艺纪律检查过程中,巡检发现坯料有气泡是因为操作工自检力度不够,如能及时发现坯料有气泡能及时停机处理,就能避免产品批量性不合格.故操作人员操作技能、质量培训不够,责任心不强,质量意识淡薄,是主要原因之一.

1.4原因梳理

通过以上逐条确认,梳理出连续挤压产品产生气泡的主要原因是:

(1) 铜杆含气量高;

(2) 铜杆表面有污染或氧化;

(3) 铜杆拖地黏附有灰尘油污;

(4) 连续挤压机输送装置损伤铜杆表面;

(5) 挤压轮冷却水泄漏影响铜杆;

(6) 挤压轮凹槽包铜区缺块、起皱,刮刀刮不干净,有废料带入挤压轮;

(7) 操作人员操作技能、质量培训不够,员工责任心不强,质量意识淡薄.

2 制订措施及实施

2.1制定改善措施

根据气泡产生原因,制订具体措施,见表2.

表2 防止气泡产生的措施表Tab.2 Measures to prevent bubbles from being produced

2.2措施实施

为了减少连续挤压坯料产生的气泡,通过对气泡产生的原因进行分析,成立了连续挤压气泡攻关项目小组,由具体负责人每天对各生产工序进行指导与监督,按制定的具体解决措施进行管控与预防,从而减少气泡缺陷带来的质量问题.

3 结 论

通过一系列预防及整改措施,消除了连续挤压生产全过程中产生气泡的不利因素,大大减少了气泡缺陷的产生,降低了生产成本,提高了生产效率.根据公司内部质量数据统计,连续挤压机工序2016年度气泡缺陷报废量比较2015年度气泡报废量减少到8.64%.生产实践说明:连续挤压挤制产品气泡产生原因分析到位、生产过程的管控与预防措施到位,连续挤压机挤压产品的气泡得到有效的控制,并达到了预期效果,稳定、提高了产品综合质量,降低了制造成本.

[1] 徐恒雷.连续挤压应用过程中常见缺陷浅析与措施[J].有色金属加工,2010,8(4):31-36.

[2] 张红云,谢博,张金标.铜扁线连续挤压气泡缺陷的研究[J].长春工程学院学报(自然科学版),2010,11(2):69-72.

[3] 袁鸽成,汪沛雨,黎祚坚.上引铸造无氧铜杆的气孔特征及其形成机理[J].特种铸造及有色合金,1997(5):13-15.

[4] 陈忠士,邹泽昌,王振良.连续挤压铜产品气泡产生的原因及预防措施[J].机电技术,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

刘 辉(1963—),男,高级工程师. 研究方向: 铜加工设备技术、生产技术研究. E-mail: 25746367@qq.com

黄路稠(1980—),男,工程师. 研究方向: 铜及铜合金加工生产、质量技术研究. E-mail: huangluchou@163.com

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