摘要:文章通過SEM、EDS等對H62銅帶典型沖壓起皮部位進(jìn)行分析;結(jié)果表明，爐襯中SiO2和硼砂覆蓋劑進(jìn)入熔體造成夾雜等缺陷，導(dǎo)致銅帶在沖壓折彎加工過程中發(fā)生起皮開裂。通過對常用插套材料H62銅帶生產(chǎn)和沖壓加工過程中各個工序環(huán)節(jié)的分析與確認(rèn)，明確了影響銅帶沖壓起皮的可能因素，制定了H62銅帶原材料的生產(chǎn)質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)和來料檢驗的參考標(biāo)準(zhǔn)方法，進(jìn)一步保證插套產(chǎn)品的生產(chǎn)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞:H62銅帶;生產(chǎn)工藝;沖壓起皮;折彎試驗

H62黃銅是典型的α+β兩相黃銅，由質(zhì)軟的α相和硬質(zhì)的β相共同組成［1］。H62黃銅具有良好的強度和塑性，能夠很好地進(jìn)行冷、熱壓力加工而被廣泛用于制作各類彈性接插件元件以及汽車、造船和精密機械制造業(yè)等，素有“商業(yè)黃銅”之稱［2］。H62銅件插套由于其成本優(yōu)勢而在家用轉(zhuǎn)換器插座插套零件中具有不可替代的作用。插套是整個插座中至關(guān)重要的部件，負(fù)責(zé)載流的同時還有固定插銷的作用。插套的品質(zhì)直接關(guān)系到用戶的人身安全與使用體驗，家用和類似用途插頭插座國標(biāo)［3］對家用插座的溫升和拔出插頭所需的力有明確要求。H62銅帶作為生產(chǎn)插套的原材料，銅帶質(zhì)量、性能的穩(wěn)定關(guān)系到轉(zhuǎn)換器插座插套生產(chǎn)的品質(zhì)和效率。由于H62銅帶原材料生產(chǎn)工藝的特殊性，H62銅帶在生產(chǎn)過程由于氧化物夾雜和氣孔等缺陷會造成銅帶分層進(jìn)而導(dǎo)致銅帶在沖壓加工成型過程中會發(fā)生不同程度的各類起皮現(xiàn)象［4，5］，給生產(chǎn)和品質(zhì)管控帶來了很大的困擾。

基于以上情況，進(jìn)行H62銅帶在插套沖壓過程中起皮原因的分析和制定銅帶原材料生產(chǎn)與檢驗管控標(biāo)準(zhǔn)是必不可少的。本文根據(jù)H62銅帶生產(chǎn)過程各個工序的實際情況，進(jìn)行了銅帶沖壓起皮的可能影響因素分析，制定了H62銅帶生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)的管控標(biāo)準(zhǔn)和H62銅帶來料檢驗的方法，進(jìn)一步確保銅件插套產(chǎn)品的生產(chǎn)穩(wěn)定性和效率。

一、試驗材料與方法

插套用H62銅合金帶材的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為，Cu60．5～63．5，F(xiàn)e≤0．15

，Pb≤0．08，Zn為余量，雜質(zhì)總和≤0．50。相應(yīng)的生產(chǎn)工藝流程為，熔煉爐熔化→保溫爐保溫→半連續(xù)水冷鑄造→鑄錠鋸切→步進(jìn)爐加熱→熱軋→銑面→初軋→鐘罩爐退火→中軋→鐘罩爐退火→精軋→退火→終洗→拉彎矯→分條入庫。

某批次半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的H62黃銅帶，成品厚度為0．5mm，在沖壓轉(zhuǎn)換器銅件插套過程中出現(xiàn)了不同部位的典型沖壓起皮分層現(xiàn)象。針對沖壓起皮的情況，具體分析與改善方案如下:(1)通過實物觀察確定起皮形貌和推斷起皮原因;(2)通過帶有美國EDAX公司能譜儀的中科科儀KYKY2800B掃描電鏡進(jìn)行起皮處形貌、EDS微區(qū)成分分析;(3)通過分析銅帶生產(chǎn)

工序的各個環(huán)節(jié)，對關(guān)鍵控制點及其影響進(jìn)行分析與改善，制定生產(chǎn)管控標(biāo)準(zhǔn);(4)參考GB/T232－2010與ASTME290－14，取與銅帶軋制方向垂直的方向進(jìn)行90°和180°折彎，樣品規(guī)格為0．5mm(厚)×10mm(寬)×50mm(長)，根據(jù)折彎結(jié)果與插套實際折彎情況對比制定銅帶檢驗標(biāo)準(zhǔn);(5)通過收集改善前后的實際沖壓起皮比例數(shù)據(jù)，確認(rèn)管控工藝優(yōu)化后的改善效果。

二、試驗結(jié)果

2．1起皮形貌分析

圖1為H62銅件插套典型沖壓起皮發(fā)生的位置及特征，可以看出，發(fā)生起皮的地方主要有兩大類。***類為折彎角度大的位置(圖1(a))，起皮處明顯存在白色粉末，該粉末可能為熔煉過程中添加的硼砂覆蓋劑。H62以半連鑄的方式進(jìn)行生產(chǎn)，鑄造過程中，熔融的硼砂覆蓋在結(jié)晶器熔體的上表面，拉錠過程中部分硼砂熔入鑄錠的淺層表面，鑄錠經(jīng)過熱軋，這些硼砂不規(guī)則的分布在熱軋坯帶中。如果銑面不徹底，會導(dǎo)致部分砂殘留在銅帶內(nèi)部，這些殘留的硼砂***終隨機地分布在成品帶材中，沖壓折彎時由于與基體結(jié)合力小導(dǎo)致折彎起皮開裂。第二類為平直部位(圖1(b))，起皮處有氣孔等缺陷存在。熔煉過程中，由于除氣不徹底，導(dǎo)致部分氣體殘留在熔體中，拉鑄時留在鑄錠內(nèi)部，***終隨軋制變形隨機分布在成品銅帶中［6］。受沖裁下料剪切力或者折彎力的作用，材料缺陷處也有起皮現(xiàn)象。

2．2掃描電鏡及能譜分析

圖2和圖3分別為銅帶插套折彎起皮處正常部位和夾雜部位的SEM形貌及能譜圖。

從圖2可以看出，基體元素主要是Cu和Zn，還有少量的C、O等元素存在，這是由于沖壓起皮位置有輕微氧化造成的。從起皮處夾雜部位圖3(a)(b)的選區(qū)能譜元素含量分析可以看出，基體元素主要是Cu和Zn，還有少量的C、O、Si等存在。造成銅帶基體夾雜的主要原因一方面是因為H62在熔鑄過程中，O與Cu結(jié)合能形成Cu2O脆性相［7］，另一方面是由于爐襯材料當(dāng)中的Si元素滲出融入Cu熔體中造成夾雜導(dǎo)致的［8］。進(jìn)一步分析起皮部位形貌可知，起皮源于銅帶基體中的夾雜。這些夾雜在銅帶折彎過程中不能與銅基體協(xié)同變形導(dǎo)致折彎開裂，變形進(jìn)一步加大裂紋更明顯***后導(dǎo)致材料分層起皮，直到貫穿基體內(nèi)所有氣孔等缺陷后才停止，***終形成卷曲狀的起皮。

三、沖壓起皮原因分析與改善

3．1生產(chǎn)工序關(guān)鍵控制點及影響

根據(jù)沖壓銅件插套典型起皮情況形貌、掃描電鏡及能譜分析的結(jié)果，從H62銅帶生產(chǎn)工藝進(jìn)行可能導(dǎo)致H62起皮的因素分析，對可能影響沖壓起皮的生產(chǎn)工序關(guān)鍵控制點進(jìn)行排查和梳理。影響H62銅帶沖壓起皮的可能因素有:(1)原材料，包括來源，干燥程度，配比;(2)熔鑄，包括溫度，覆蓋劑，除氣、除渣(不可控)，硼砂添加(不可控);(3)鑄錠處理，包括頭尾鋸切，表面打磨(不可控);(4)熱軋，包括表面氧化皮清除;(5)銑面，包括銑刀更換周期，銑面速度、深度，光坯打磨(不可控)。

可以看出，銅帶生產(chǎn)工序有一些不可控因素存在。通過分析H62銅帶的每一個生產(chǎn)工序，對造成沖壓起皮的關(guān)鍵工序控制點及影響分析如下:

(1)原材料。原料分為全新料和返回廢料(本廠返回廢料和外購廢料)，原材料均要求符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。實際生產(chǎn)過程中，全新料和返回廢料要以一定配比投入，原則上采用20%的全新料(陰極銅、鋅錠)+80%的本廠返回廢料(若采用外購廢料，其配料比例為

30%的全新料+70%的外購廢料)。原料中水、油等含量要通過適當(dāng)?shù)姆椒刂圃诳山邮芊秶畠?nèi)［9］，水、油含量高會造成熔鑄過程中熔體中含氣量過高無法排出，在鑄錠內(nèi)部形成氣孔等缺陷造成軋制分層現(xiàn)象。

(2)熔鑄。熔煉時，出爐溫度一般通過觀察工頻有芯感應(yīng)電爐電流表指針的擺動和噴火次數(shù)來確定。指針擺動是因為大量鋅蒸汽從熔溝內(nèi)部蒸發(fā)出來，造成電流起伏所致，而噴火是熔煉溫度達(dá)到一定數(shù)值時，熔體內(nèi)鋅蒸汽噴出的現(xiàn)象。實際生產(chǎn)過程中，H62以噴火2次以上作為出爐標(biāo)志。鑄造溫度過高，會引起金屬強烈的吸氣和氧化;鑄造溫度過低，易出現(xiàn)冷

隔、裂紋、夾渣等表面缺陷。鑄造速度是指鑄錠從結(jié)晶器拉出時的速度，鑄造速度過快，導(dǎo)致液穴過深和鑄錠內(nèi)外溫差較大，則鑄錠內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、裂紋、疏松等缺陷［10］。冷卻強度通常以結(jié)晶器一次冷卻水壓力來表示。實際生產(chǎn)過程中，結(jié)晶器冷卻的強度一般控制在

0．05MPa～0．3MPa。覆蓋劑以硼砂為主，覆蓋以均勻鋪滿結(jié)晶器中熔體表面為宜，硼砂添加過多，可能會導(dǎo)致夾渣，過少會造成熔體氧化、吸氣等。

(3)鑄錠處理。頭尾鋸切長度要合理，鋸切過少時，可能鋸錠內(nèi)部會存在氣孔、縮孔、夾雜等缺陷。表面打磨要徹底，不可留下肉眼可見的缺陷。必要時鑄坯應(yīng)當(dāng)進(jìn)行銑面，鑄坯銑面后表面應(yīng)光滑整潔，不能留有壓屑、壓坑、銅粉、臟污、銑削臺階或花紋，否則鑄坯經(jīng)冷加工退火后會產(chǎn)生起皮、黑絲、鑄造紋路等缺陷［11］，這些缺陷在軋制過程可能壓入軋坯內(nèi)部，導(dǎo)致成品銅帶沖壓起皮。

(4)熱軋。鑄錠應(yīng)隔離空氣在保護(hù)氣氛中加熱以防止產(chǎn)生表面氧化皮。熱軋軋輥和傳送輥道應(yīng)定期清理，防止掉落的銅屑二次壓入軋坯，引起沖壓起皮。

(5)銑面。應(yīng)及時更換銑刀，由于銑刀磨損，沒有及時更換銑刀會導(dǎo)致銑面不均勻，部分位置有缺陷。銑面速度和深度應(yīng)合理，銑面速度快、深度淺，會降低銑面質(zhì)量，增加銑面后表面缺陷的檢測難度，銑面后表面應(yīng)光亮整潔，沒有壓屑、壓坑等缺陷［12］。光坯打磨不徹底或沒有打磨，會增加成品銅帶沖壓起皮的風(fēng)險。

3．2改善措施及檢驗規(guī)范

3．2．1嚴(yán)控生產(chǎn)關(guān)鍵工序

經(jīng)過對H62銅帶生產(chǎn)工序環(huán)節(jié)及其影響因素的分析后，對銅帶生產(chǎn)關(guān)鍵控制點進(jìn)行參數(shù)具體化和規(guī)范化，優(yōu)化了H62銅帶生產(chǎn)的管控標(biāo)準(zhǔn)。改善前后生產(chǎn)關(guān)鍵點管控對比見表1。H62銅帶生產(chǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)升級優(yōu)化后嚴(yán)格落實執(zhí)行，形成了企業(yè)級的受控標(biāo)準(zhǔn)文件。

3．2．2制定銅帶檢驗規(guī)范

H62銅帶原材料生產(chǎn)工序關(guān)鍵控制點中有部分不可控的因素存在，對生產(chǎn)工序過程進(jìn)行質(zhì)量管控還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，沖壓插套銅件銅帶原材料的來料檢驗顯得至關(guān)重要。根據(jù)銅帶缺陷和檢測的實際可執(zhí)行情況，進(jìn)行了H62銅帶90°和180°不同Ｒ/T的折彎試驗并制定了折彎評判標(biāo)準(zhǔn)。

折彎試驗方法參考相關(guān)的國標(biāo)與美標(biāo)［13，14］，根據(jù)帶材的實際厚度情況進(jìn)行。銅帶樣品不同Ｒ/T折彎后在光學(xué)顯微鏡下觀察結(jié)果如圖4和圖5所示?？梢钥闯?，對于90°折彎試驗，當(dāng)Ｒ/T=0時折彎處表面沒有出現(xiàn)橘皮現(xiàn)象。對于180°折彎試驗，當(dāng)Ｒ/T=2時，折彎處表面已經(jīng)開始出現(xiàn)很輕微的橘皮現(xiàn)象;Ｒ/T=1時，折彎處表面已經(jīng)出現(xiàn)微裂紋。大貨批量生產(chǎn)沖壓過程中與銅帶軋制方向垂直方向90°和180°折彎后表面的實際情況如圖6所示。根據(jù)圖4、圖5和圖6中銅帶的折彎試驗結(jié)果，并考慮成品表面的粗糙度，H62銅帶來料典型的90°和180°折彎檢驗合格標(biāo)準(zhǔn)為:(1)90°折彎，Ｒ/T=0，無橘皮現(xiàn)象;(2)180°折彎，Ｒ/T=3，無橘皮現(xiàn)象。

3．3關(guān)鍵控制工序優(yōu)化前后效果對比

H62銅帶生產(chǎn)質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)落實后，收集了3家供應(yīng)商H62銅帶關(guān)鍵控制工序改善前后沖壓起皮數(shù)量與來料數(shù)量的統(tǒng)計，見表2?？梢钥闯?，生產(chǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化實施后，按照來料噸數(shù)與起皮次數(shù)的比例來看，H62銅帶平均沖壓起皮的比例明顯減少，由改善前的平均294t/次降低到改善后的819t/次。

四、結(jié)論

(1)H62銅帶在半連鑄造過程中，爐襯材料、硼砂等熔入鑄錠內(nèi)部造成夾雜隨機分布在成品帶材中，這些夾雜物與基體結(jié)合力小導(dǎo)致銅帶折彎加工過程中產(chǎn)生起皮開裂。

(2)H62銅帶沖壓起皮的重點影響因素有除氣、除渣、銑面速度、光坯打磨等。生產(chǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化后，H62銅帶沖壓起皮的比例由改善前的平均294t/次降低到改善后的819t/次。

(3)H62銅帶來料90°和180°折彎檢驗合格標(biāo)準(zhǔn)為，90°折彎，Ｒ/T=0，無橘皮現(xiàn)象;

180°折彎，Ｒ/T=3，無橘皮現(xiàn)象。

來源：中國知網(wǎng)