微晶挤压设备及其生产方法

《微晶挤压设备及其生产方法》涉及一种用于金属挤压工艺的生产设备及其方法，更具体地说是指一种连续式的微晶挤压设备及其生产方法。

2011年前，在微晶挤压设备中，针对挤压设备的各个参数如何调节，一直以来都需要凭以往的操作经验来完成，任何一个新的操作人员都无法短时间内了解微晶挤压设备的操作方式，尤其是当挤压模腔内的压力和温度发生变化时，没有一个可靠有效的调节方案。当生产工艺参数发生变化时（比如金属的直径，挤压速度），即使是老的操作人员也无法很好地完成微晶挤压设备的调试。基于上述2011年之前的技术的不足，该发明人创新地设计出一种用于金属挤压工艺的生产设备及其方法。

图1为《微晶挤压设备及其生产方法》微晶挤压设备具体实施例的结构示意图；

图1A为图1中的机座、挤压轮和压实轮部分的结构示意图；

图1B为图1所示实施例中的活动式模具的结构放大示意图；

图2A为《微晶挤压设备及其生产方法》微晶挤压设备采用液压式动力机构的具体实施结构示意图（未示出冷却水槽部分结构）；

图2B为《微晶挤压设备及其生产方法》微晶挤压设备采用机械式动力机构的具体实施结构示意图（未示出冷却水槽部分结构）；

图3为《微晶挤压设备及其生产方法》微晶挤压设备具体实施例的控制部分的方框图。

图4为附图标记说明

2020年7月14日，《微晶挤压设备及其生产方法》获得第二十一届中国专利奖优秀奖。

如图1所示，《微晶挤压设备及其生产方法》微晶挤压设备，包括机座1、设于机座1上的挤压轮2和压实轮3，机座1内还设有挤压模腔10，机座1上设有与挤压模腔10对接的活动式模具4和用于驱动活动式模具4的动力机构5，动力机构5设于活动式模具的挤出端；动力机构5设有与机座联接的固定端和与止抵于活动式模具外侧的活动端，还包括与动力机构5联接的动力源6。在该实施例中，机座1内还设有位于挤压模腔10的外周的环形套部11，环形套部11的外周为环形腔12，活动式模具4包括模具本体41和向挤压模腔10方向延伸的定位套42，模具本体41中心设有模具挤出口40；定位套42套合在环形套部11上；为了调节不同产品的挤压模腔的容积大小，可以更换不同的活动式模具4，为了配合活动式模具4的调节，在环形腔12的底部增设有一个模具垫13（模具垫可以与活动式模具一起更换）。其中的动力机构可以是液压式或机械式的。

如图2A所示，其中的动力机构为与机座1固定联接的液压缸结构体5A，动力源为与液压缸结构体5A液压传动联接的液压泵站6A；液压缸结构体5A包括设有环形油腔50的缸体51和设于环形油腔50内的活塞52，缸体51构成前述的固定端，所述的活塞52构成前述的活动端；缸体51包括位于外周的外缸部511和位于中心的且用于套设活塞52的轴部512，轴部512的中心设有用于穿过挤压金属料S的中心穿孔513（其外侧与冷却水槽联接，可以对挤压出来的金属棒料进行直接的冷却，图中未示出），活塞52止抵于活动式模具4的外侧，缸体51的外侧上设有与液压泵站6A联接的进油口514。其中的外缸部511通过螺栓等联接方式与机座1固定联接；在外缸部511、轴部512上设有与活塞52密封联接的密封圈53。

如图2B所示，其中的动力机构为与机座1固定联接的机械式动力机构5B，包括止抵于活动式模具4外侧的滑动环体54、与滑动环体54旋转式活动联接的旋转环体55、用于固定支撑旋转环体55的外套部56，及与旋转环体55传动联接的减速机构57；其中的旋转环体55与减速机构57优先采用齿轮传动联接，滑动环体54、旋转环体55的中心设有用于穿过挤压金属料S的中心穿孔541、551，外套部56与机座1通过螺栓等方式固定联接，旋转环体55与外套部56为螺纹式联接（即将旋转运动变成直线运动，由于挤压模腔的压力较大，采用三角螺纹或梯形螺纹等滑动摩擦的螺纹结构时，其阻力会较大，因此也可以在螺纹的接触面增加多个滚珠的结构方式，以减少活动式模具位移调节时的工作阻力。动力源为与减速机构57传动联接的电机6B。其中的滑动环体54为推力轴承结构或者设有推力轴承（该实施例中使用的是推力轴承）。

如图3所示，《微晶挤压设备及其生产方法》的挤压设备还包括控制器8，及与控制器8联接的用于检测挤压模腔压力的压力传感器81、用于检测挤压模腔温度的温度传感器82、用于检测活动式模具4位移的位移传感器83和用于驱动动力源6的第一驱动电路84；还包括与挤压轮2传动联接的挤压电机21，控制器8还联接有用于驱动挤压电机21的第二驱动电路85。还包括与控制器8联接的电流传感器86（用于检测挤压电机21的工作电流），电流传感器86与第二驱动电路85电性联接（即电流传感器是设于第二驱动电路上的，可以实时检测挤压电机的工作电流）。该发明挤压设备还包括设于机座1的挤出端的冷却水槽7、冷却水泵71和冷却水传感器87（用于检测冷却水温度的温度传感器），冷却水泵71、冷却水传感器87与控制器8电性联接。可以通过控制器8对冷却水槽的温度进行控制，当冷却水槽的温度过高时，表明冷却水流量太慢，需要加冷却水的流动速度；冷却水槽的温度过低时则反之；其中冷却水槽内的水通常是循环利用的；此时需要在水循环回路72中增加冷却组件73；以便将水降温之后再去进行冷却。

《微晶挤压设备及其生产方法》微晶挤压的生产方法，该生产方法是：被挤压金属料通过挤压轮与压实轮之间的摩擦牵引送入挤压模腔内，在后端的金属料的连续挤压下从活动式模具中挤压出来；在生产过程中采集挤压模腔的压力和温度，通过控制器的计算，输入控制信号给第一驱动电路和第二驱动电路，进而调整活动式模具与挤压模腔的距离和挤压轮的进料速度。

该公司的挤压设备用于磷铜杆（磷铜棒）的加工，当被挤压金属料为磷铜棒料，磷铜棒料的挤入直径为16～20毫米，挤出直径为10～45毫米；磷铜挤压时温度为510±30℃，活动式模具的挤出口的厚度为20～30毫米，挤出端的冷却水槽的温度为90±10℃，所需时间为0.5～2秒，其冷却速度为210～840度/秒；从而细化磷铜料的晶粒为5～20微米。实际测试中，当挤压轮9转/分钟时，进杆是

挤压生产过程中，控制器优先采集挤压模腔的压力参数，通过活动式模具优先将其调节为中心值，其次再采集挤压模腔的温度，再通过活动式模具的位移来将其调节为中心值，当活动式模具的调节已到达极限时，再通过第二驱动电路，调节挤压轮的旋转速度，进而调节进料速度；在控制过程中，为了兼顾挤压模腔的压力和温度，可以同时调节活动式模具的集位移和挤压的进料速度，优先调节活动式模具的位移。下表为挤压生产进料直径为

注：当模具行程极限时，将对进料速度调节，此时主电机电流参数不重复调节进料速度

《微晶挤压设备及其生产方法》挤压设备用于磷铜微晶加工，解决了2011年前没有企业生产微晶磷铜球所需微晶磷铜杆的问题，使微晶磷铜球在应用中成膜速度快、膜质结实、溶化时不易产生脱落，在PCB电镀中的广泛应用于超细线板及盲孔，填孔电镀工艺中。

综上所述，《微晶挤压设备及其生产方法》挤压设备利用计算机构成的控制反馈回路，能对挤压过程中的各个工艺参数进行实时的检测并及时地进行调节，使金属料在挤压过程，始终处于一个较为理想的挤压压力和挤压温度下，从而能保证金属料被挤压之后的材料性能保证较好的一致性；其结构合理并且比较简单，操作维护方便，有利于减少人为因素对产品质量的影响，提高产品质量。采用该发明的微晶挤压方法生产出来的磷铜阳极，由于其生产过程是在密闭中利用摩擦和强变形加热，因此生产能耗低，铜杆不会被氧化，表面和内部的磷含量也没有散失。通过该发明挤压设备可以有效地实现连续性挤压，用于磷铜的挤压生产时，能将固定直径（比如φ16、φ20）的磷铜杆变成任意尺寸或形状的铜杆，不单能使大杆变小杆，还实现了小杆变大杆，为进一步生产大尺寸磷铜阳极铜球提供了条件。经金相分析，通过连续挤压技术生产出来的阳极磷铜杆的微观组织结构能优于传统的热处理及轧制的微晶状态，其晶体的颗粒更为细小、均匀。由于金属料在连续性的挤压过程中将其内部的晶体进行重组，并且是较高压力下进行的，从而改变了金属料内部晶体结构的紧密度；能改变金属料的强度和硬度等性能；当金属料为阳极磷铜杆时，挤压后的磷铜杆在电解过程中，能使铜离子的析出更为均匀；在阳极磷铜杆的使用过程中发现，挤压之后的阳极磷铜杆在电解过程中，其下方沉淀的铜粉末明显少于未经过微晶挤压的磷铜杆，并且相同大小的阳极磷铜杆，其使用过程中的利用率比未经过微晶挤压的阳极磷铜杆多2.5％-6％。

微晶挤压设备及其生产方法专利目的

《微晶挤压设备及其生产方法》的目的在于提供一种连续式的微晶挤压设备及其生产方法，该发明通过各生产工艺参数的调节，使金属始终处于一种较好的挤压状态，从而实现高效率高质量的连续式挤压生产。

微晶挤压设备及其生产方法技术方案

微晶挤压设备，包括机座、设于机座上的挤压轮和压实轮，机座内还设有挤压模腔，机座上设有与挤压模腔对接的活动式模具和用于驱动活动式模具的动力机构，动力机构设于活动式模具的挤出端；动力机构设有与机座联接的固定端和与止抵于活动式模具外侧的活动端，还包括与动力机构联接的动力源。

其进一步技术方案为：所述的动力机构为与机座固定联接的液压缸结构体，所述的动力源为与液压缸结构体液压传动联接的液压泵站；所述的液压缸结构体包括设有

环形油腔的缸体和设于环形油腔内的活塞，所述的缸体构成前述的固定端，所述的活塞构成前述的活动端；所述缸体包括位于外周的外缸部和位于中心的且用于套设活塞的轴部，所述轴部的中心设有用于穿过挤压金属料的中心穿孔，所述的活塞止抵于活动式模具的外侧，所述的缸体上设有与液压泵站联接的进油口。

其进一步技术方案为：所述的动力机构包括止抵于活动式模具外侧的滑动环体、与滑动环体旋转式活动联接的旋转环体、用于固定支撑旋转环体的外套部，及与旋转环体传动联接的减速机构，所述的滑动环体、旋转环体的中心设有用于穿过挤压金属料的中心穿孔，所述的外套部与机座固定联接，所述的旋转环体与外套部为螺纹式联接；所述的动力源为与减速机构传动联接的电机。

其进一步技术方案为：还包括控制器，及与控制器联接的用于检测挤压模腔压力的压力传感器、用于检测挤压模腔温度的温度传感器、用于检测活动式模具位移的位移传感器和用于驱动动力源的第一驱动电路；还包括与挤压轮传动联接的挤压电机，所述控制器还联接有用于驱动挤压电机的第二驱动电路。

其进一步技术方案为：还包括与控制器联接的电流传感器，所述的电流传感器与第二驱动电路电性联接。

其进一步技术方案为：还包括设于机座的挤出端的冷却水槽、冷却水泵和冷却水传感器，所述的冷却水泵、冷却水传感器与控制器电性联接。

微晶挤压的生产方法，该生产方法是：被挤压金属料通过挤压轮与压实轮之间的摩擦牵引送入挤压模腔内，在后端的金属料的连续挤压下从活动式模具中挤压出来；在生产过程中采集挤压模腔的压力和温度，通过控制器的计算，输入控制信号给第一驱动电路和第二驱动电路，进而调整活动式模具与挤压模腔的距离和挤压轮的进料速度。

其进一步技术方案为：所述的被挤压金属料为磷铜棒料，所述磷铜棒料的挤入直径为16～20毫米，挤出直径为10～45毫米；磷铜挤压时温度为510±30℃，活动式模具的挤出口的厚度为20～30毫米，挤出端的冷却水槽的温度为90±10℃，所需时间为0.5～2秒，其冷却速度为210～840度/秒；从而细化磷铜料的晶粒为5～20微米。

其进一步技术方案为：所述的挤压模腔的压力为800～1200兆帕，中心值为1000兆帕；活动式模具的行程范围为0～8毫米，中心值为4毫米；挤压轮的进料速度为9～14米/分钟，中心值为11米/分钟。

其进一步技术方案为：挤压生产过程中，控制器优先采集挤压模腔的压力参数，通过活动式模具优先将其调节为中心值，其次再采集挤压模腔的温度，再通过活动式模具的位移来将其调节为中心值，当活动式模具的调节已到达极限时，再通过第二驱动电路，调节挤压轮的旋转速度，进而调节进料速度；在控制过程中，为了兼顾挤压模腔的压力和温度，可以同时调节活动式模具的集位移和挤压的进料速度，优先调节活动式模具的位移。

微晶挤压设备及其生产方法改善效果

《微晶挤压设备及其生产方法》与2011年之前的技术相比的有益效果是：该发明挤压设备利用计算机构成的控制反馈回路，能对挤压过程中的各个工艺参数进行实时的检测并及时地进行调节，使金属料在挤压过程，始终处于一个较为理想的挤压压力和挤压温度下，从而能保证金属料被挤压之后的材料性能保证较好的一致性；其结构合理并且比较简单，操作维护方便，有利于减少人为因素对产品质量的影响，提高产品质量。采用该发明的微晶挤压方法生产出来的磷铜阳极，由于其生产过程是在密闭中利用摩擦和强变形加热，因此生产能耗低，铜杆不会被氧化，表面和内部的磷含量也没有散失。通过该发明挤压设备可以有效地实现连续性挤压，用于磷铜的挤压生产时，能将固定直径（比如φ16、φ20）的磷铜杆变成任意尺寸或形状的铜杆，不单能使大杆变小杆，还实现了小杆变大杆，为进一步生产大尺寸磷铜阳极铜球提供了条件。经金相分析，通过连续挤压技术生产出来的阳极磷铜杆的微观组织结构能优于传统的热处理及轧制的微晶状态，其晶体的颗粒更为细小、均匀。由于金属料在连续性的挤压过程中将其内部的晶体进行重组，并且是较高压力下进行的，从而改变了金属料内部晶体结构的紧密度；能改变金属料的强度和硬度等性能；当金属料为阳极磷铜杆时，挤压后的磷铜杆在电解过程中，能使铜离子的析出更为均匀；在阳极磷铜杆的使用过程中发现，挤压之后的阳极磷铜杆在电解过程中，其下方沉淀的铜粉末明显少于未经过微晶挤压的磷铜杆，并且相同大小的阳极磷铜杆，其使用过程中的利用率比未经过微晶挤压的阳极磷铜杆多2.5％-6％。

1.微晶挤压设备，包括机座、设于机座上的挤压轮和压实轮，所述的机座内还设有挤压模腔，其特征在于所述的机座上设有与挤压模腔对接的活动式模具和用于驱动活动式模具的动力机构，所述的动力机构设于活动式模具的挤出端；所述的动力机构设有与机座联接的固定端和与止抵于活动式模具外侧的活动端，还包括与动力机构联接的动力源。

2.根据权利要求1所述的微晶挤压设备，其特征在于所述的动力机构为与机座固定联接的液压缸结构体，所述的动力源为与液压缸结构体液压传动联接的液压泵站；所述的液压缸结构体包括设有环形油腔的缸体和设于环形油腔内的活塞，所述的缸体构成前述的固定端，所述的活塞构成前述的活动端；所述缸体包括位于外周的外缸部和位于中心的且用于套设活塞的轴部，所述轴部的中心设有用于穿过挤压金属料的中心穿孔，所述的活塞止抵于活动式模具的外侧，所述的缸体上设有与液压泵站联接的进油口。

3.根据权利要求1所述的微晶挤压设备，其特征在于所述的动力机构包括止抵于活动式模具外侧的滑动环体、与滑动环体旋转式活动联接的旋转环体、用于固定支撑旋转环体的外套部，及与旋转环体传动联接的减速机构，所述的滑动环体、旋转环体的中心设有用于穿过挤压金属料的中心穿孔，所述的外套部与机座固定联接，所述的旋转环体与外套部为螺纹式联接；所述的动力源为与减速机构传动联接的电机。

4.根据权利要求1所述的微晶挤压设备，其特征在于还包括控制器，及与控制器联接的用于检测挤压模腔压力的压力传感器、用于检测挤压模腔温度的温度传感器、用于检测活动式模具位移的位移传感器和用于驱动动力源的第一驱动电路；还包括与挤压轮传动联接的挤压电机，所述控制器还联接有用于驱动挤压电机的第二驱动电路。

5.根据权利要求4所述的微晶挤压设备，其特征在于还包括与控制器联接的电流传感器，所述的电流传感器与第二驱动电路电性联接。

6.根据权利要求5所述的微晶挤压设备，其特征在于还包括设于机座的挤出端的冷却水槽、冷却水泵和冷却水传感器，所述的冷却水泵、冷却水传感器与控制器电性联接。

7.微晶挤压的生产方法，其特征在于该生产方法是：被挤压金属料通过挤压轮与压实轮之间的摩擦牵引送入挤压模腔内，在后端的金属料的连续挤压下从活动式模具中挤压出来；在生产过程中采集挤压模腔的压力和温度，通过控制器的计算，输入控制信号给第一驱动电路和第二驱动电路，进而调整活动式模具与挤压模腔的距离和挤压轮的进料速度。

8.根据权利要求7所述的是微晶挤压的生产方法，其特征在于所述的被挤压金属料为磷铜棒料，所述磷铜棒料的挤入直径为16～20毫米，挤出直径为10～45毫米；磷铜挤压时温度为510±30℃，活动式模具的挤出口的厚度为20～30毫米，挤出端的冷却水槽的温度为90±10℃，所需时间为0.5～2秒，其冷却速度为210～840度/秒；从而细化磷铜料的晶粒为5～20微米。

9.根据权利要求7所述的微晶挤压的生产方法，其特征在于所述的挤压模腔的压力为800～1200兆帕，中心值为1000兆帕；活动式模具的行程范围为0～8毫米，中心值为4毫米；挤压轮的进料速度为9～14米/分钟，中心值为11米/分钟。

10.根据权利要求9所述的微晶挤压的生产方法，其特征在于挤压生产过程中，控制器优先采集挤压模腔的压力参数，通过活动式模具优先将其调节为中心值，其次再采集挤压模腔的温度，再通过活动式模具的位移来将其调节为中心值，当活动式模具的调节已到达极限时，再通过第二驱动电路，调节挤压轮的旋转速度，进而调节进料速度；在控制过程中，为了兼顾挤压模腔的压力和温度，可以同时调节活动式模具的集位移和挤压的进料速度，优先调节活动式模具的位移。

选择挤压设备时，除了考虑挤压速度对被挤金属产生热效应的因素外，还要考虑压力机应有足够的刚度和导向精度，以及设置可靠的防超载装置。

当用摩擦压力机挤压时，由于设备导向精度不同，在模具上要增设导向装置。对于无顶出装置的摩擦压力机，还应增设顶出装置。

当用通用的曲柄压力机挤压时，为了增加设备的强度和刚度，工作台垫板应为铸钢件，台上的孔应缩小。由于挤压后零件留在模具上，挤压件与模具间有较大的抱紧力，所需的顶出力较大，约为公称压力的10%～20%，因此压力机顶出装置应加强。除此之外，还应根据压力机滑块允许的负荷曲线对挤压力及行程进行校验。亦即，在整个挤压行程范围内，挤压力应小于压力机允许的行程—压力曲线的界限值，不能按公称压力确定。

一般压力机的精度和挤压行程都不够，而且在行程中间位置发挥出来的压力只有公称压力的1/3左右。因此挤压时，最好采用专用的挤压机作为挤压设备。肘杆式挤压机的特点是行程小，行程次数多，加压时间长，适宜挤工作行程短的零件。拉力肘杆式和曲轴式挤压机适用于较长零件的挤压。液压式挤压机能在全行程上以公称压力工作，挤压速度和行程可以调节，适宜挤长度大的零件。2100433B

荣誉表彰

2009年，《一种复合绝缘子及其生产方法》获得第六届江苏省专利项目奖金奖。

《一种高磁感取向硅钢及其生产方法》涉及一种高磁感取向硅钢及其生产方法。