包覆拉拔工艺的数值模拟及对铜包铝线性能的影响

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铜包铝线(Copper Clad Aluminum,CCA)是将铜层均匀而同心的包覆在铝芯上,并使两者结合界面形成原子间冶金结合而形成的一种金属线材。它利用了铜铝两种金属的优点,在电线电缆方面的应用有着其他单金属线无法比拟的优势,而我国铜资源贫乏,铝资源丰富,铜包铝线的大量运用可以降低我国对铜资源进口的依赖。生产铜包铝线目前最主要的问题是工艺问题,因此,本文将工艺问题作为研究重点。   本课题以DEFORM有限元模拟分析软件为基础,以解决铜包铝线断线问题为出发点,通过等效应力和损伤系数,对铜包铝线线材拉拔过程中工艺因素参数(主要包括凹模锥角、拉拔速度、形变量及摩擦系数)进行模拟分析。从数值模拟的结果来看,各工艺因素都存在着一个合理的参数取值范围:凹模工作锥角度取在23-25°;形变量取在1.09以内;拉拔速度取70-90mm/s;铜包铝线实际拉拔生产中摩擦系数不会超过0.08,而模拟时摩擦系数取0.08以下对拉拔应力没有多大影响。最后与现有的工艺资料和实验结果进行比较,证实了数值模拟结果的可靠性。   影响铜包铝线质量因素有很多,为弥补模拟的不足之处,对室温拉拔后铜包铝线进行了显微组织观察织、力学性能及电学性能的分析,得出了铜包铝线的力学规律、电学性能规律及铜铝比率规律,主要包括①铜包铝线随着形变量的增加,其抗拉强度不断提高,电阻率增大,结合理论计算的电阻率,发现理论电阻率要小于实际电阻率,这主要是由铜包铝线内部缺陷所引起,而铜层与铝芯之间夹杂是影响铜铝结合的主要因素;②在形变过程中,横截面铜层铝芯比率基本保持不变。同时,提出了相关工艺因素的改进方案,主要包括:①铝杆在进行刷洗之后应当始终保持在氩气保护中且要进行除尘处理,以消除铜铝结合层夹杂问题;②拉拔过程中对拉丝表面要刷洗抗氧化剂,防止表面氧化,并对拉丝进行冷却处理,消除线材发热问题。   综上所述,本文主要通过模拟和实验研究了铜包铝线的包覆拉拔工艺和性能,并对各影响因素进行了分析,对这方面的资料进行了扩展,为双金属复合线材拉拔的实际加工过程提供了参考和指导。
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