铜排表面质量的影响因素及控制方法

黄路稠，高育红

（佛山市华鸿铜管有限公司，广东佛山528234）

铜排（也称铜母线）产品主要应用于电力、电子、通讯、散热、模具等行业。随着国民经济的发展和市场竞争的日益激烈，用户对铜排产品表面质量的要求越来越高，现行国家标准中，对铜排表面质量的宏观描述已不能完全覆盖市场对铜排产品表面质量的要求[1]。通过铜排质量投诉信息的数据统计分析，表面质量（指斑点、凹坑、划痕、色差和缺损等缺陷）投诉占投诉次数的30.92%。表面质量不但是用户第一感官的美观要求，更是下游用户对产品生产工艺及质量的要求。需要通过对铜排生产过程中表面质量的影响因素进行工艺优化与改进，减少或避免铜排表面缺陷。

1 铜排的表面质量标准

铜排采用的标准是GB/T5585.1—2005《电工用铜、铝及其合金母线第1部分：铜和铜合金母线》，对表面质量要求是“铜排表面应光洁、平整，不应有与良好工业产品不相称的任何缺陷。铜排圆角、圆边处不应有飞边、毛刺及裂口。”加工过程中，由于工艺、装备、管理和操作等因素，目前仍然主要依靠有经验的人员检验，进行人工目视检查。虽然产品标准规定比较全面，检测方法也比较灵活，但可操作性差，不能完全覆盖用户市场对产品质量的要求。

2 铜排的表面质量指标

铜排表面质量可分为表面光洁、表面平整和表面缺陷3个主要方面，它与铜属性、生产工艺、生产管理和生产环境密不可分[2]。

2.1 铜排坯料表面光洁的影响因素

铜排坯料目前主要采用连续挤压法生产，坯料表面采用冷却剂+酒精进行冷却。加入少量酒精到冷却剂中，可以减少氧化物，获得所要求的表面[3]。在连续挤压冷却过程中，酒精会随着冷却剂温度的升高而加剧挥发，并造成坯料表面的氧化，直接影响铜排的表面质量，导致生产成本增加。

2.2 拉伸模具的润滑

金属拉伸加工过程中，工具与工件表面之间产生相对运动，从而发生摩擦，必须进行恰当的润滑，这种润滑也叫工艺润滑[4]。目前，铜排拉伸时主要采用传统的拉伸油搭配使用，由于传统的拉伸油主要有矿物质油、可挥发性油、硼化皂基化合物等。其中矿物质油难混合、含有有害和易燃成分、难于清洗和直接焊接等缺点。而可挥发性油易燃、有毒，对工具保护作用小，增加了车间挥发性有机化合物（VOC）的含量，环境质量严重下降。

2.3 生产及储运过程中防护不当产生的表面缺陷

生产过程中产品防护不当，产品直接与铁或尖锐物接触，导致铜排表面出现磕碰伤缺陷。生产流程规划不合理，产品转运次数多，产品不断摆动或移动，使相邻的铜排表面不断产生相互摩擦，导致铜排表面出现划伤、擦伤。

2.4 包装质量

普通铜排（含散装铜排）因包装不紧固，在装卸吊运、产品运输中铜排与铜排间产生摩擦，导致产品表面产生磕碰伤、划伤，特别是在运输过程中产生的静电击伤（灼伤黑点）。

3 铜排表面质量的过程控制

表面质量控制是铜排生产到产品包装的全过程控制，是精细管理、精心操作的系统工程，每个工序都是控制产品表面质量的关键。

3.1 确保连续挤压机冷却系统正常

采用润滑助剂液+水进行坯料冷却，连续挤压机冷却系统是否正常，对坯料表面的质量影响甚大。一是改造连续挤压机冷却水路，确保冷却水温处于理想状态；二是结合生产实际，采用润滑助剂液+水进行合理配比，冷却坯料表面。通过连续挤压机冷却水路的改造与润滑助剂液的配合使用，坯料表面质量有明显的改观，坯料表面光洁明亮，无氧化。冷却系统改进前后坯料表面对比见图1、图2。

图1 未改进冷却和润滑的坯料表面Fig.1 Billet surface without improving the cooling and lubrication

图2 改进冷却和润滑后的坯料表面Fig.2 Billet surface after improving the cooling and lubrication

3.2 采用水基型润滑剂进行拉伸模具的润滑

采用水基型润滑剂进行拉伸模具的润滑，此润滑剂属于水溶性拉伸油。水溶性拉伸油具有极高的润滑效果，在塑性变形中不断提供高效润滑减摩膜，能有效地提高产品的表面质量，有效地减少划痕、划伤等现象的发生。具有超强的极压抗磨性能，有利于保护模具，延长模具寿命。冷却性能良好，拉伸油完全溶解于水，大大节约了综合使用成本。易清洗型产品，经济安全、稳定效果好，清洁车间环境。渗润性极高，能有效地改善产品的粗糙度和精度。卓越防锈性能，不会腐蚀敏感金属。环保型产品，添加剂不含硫、磷，符合环保要求，对皮肤无任何影响。由于润滑剂中含有大量的水，易变质，在使用过程中要注意维护和监测，按规定要求定期更换。通过对水基型润滑剂的使用，铜排表面色泽光洁、均匀统一，表面质量有了明显的改观。改用拉伸模具润滑油的表面质量前后对比见图3。

图3 水基型润滑剂与传统润滑油的拉伸表面对比Fig.3 Comparison of tension surfaces between waterbased lubricant and conventional lubricant

3.3 优化生产流程及工艺路线，减少吊运

为避免铜排表面不在拉伸、矫直、锯切、包装等生产过程中或转运中产生划伤、碰伤、擦伤，需要合理安排生产工艺，选择最适宜的工艺路线，减少吊运次数，减少铜排表面的二次损伤。凡与产品直接接触的地方均用软胶或布包裹，避免铜排表面磕伤、碰伤和擦伤。每层铜排表面均用无纺布隔层，以保证铜排表面不擦伤。

3.4 优化包装方式

实行标准化包装，以长度6000mm铜排为标准，采取每吊5处等距纺织带包扎加PVT带打包紧固的方式，即改变之前铜排散装或仅用薄膜简易包扎的方式。其他长度的铜排，采取3～5处等距纺织带包扎加PVT带打包紧固，最少不小于3处，通过包装方式的优化，避免铜排表面的磕碰伤、划伤或擦伤，特别是避免了运输过程中产生的静电击伤（灼伤黑点）。包装方式优化前后对比见图4和图5。

4 铜排表面质量检测

目前，铜排表面质量的检测均依靠操作工、检验员目视进行观察和判断，缺乏统一标准和量化概念。虽然对铜排表面质量的要求越来越高，但加工过程中由于工艺、装备、管理和操作等因素的影响，铜排表面质量的可控性和检测结果的准确性仍然不是很理想。随着用户对铜排表面质量的量化要求和现代化生产管理的需要，依靠操作工、检验员目视进行观察和判断铜排表面质量的检查方法最终必然被淘汰，以机器视觉为核心的板带材表面缺陷检测技术已成为目前研究的重点[5]，将在行业内进一步推广与使用。

图4 包装方式未优化（易散开）Fig. 4 Packaging without optimization (easily scatting)

图5 包装方式优化后（整洁且美观）Fig. 5 Optimized packaging method (neat and beautiful)

5 结 论

（1）随着市场竞争的日趋激烈和对铜排表面质量的要求越来越高，高表面质量已成为衡量铜排质量的重要指标。

（2）铜排表面质量的控制与提高是一项综合工程，涉及到生产工艺、设备水平、生产环境和人员素质等多方面因素，只有各方面各环节密切配合，避免各种不利因素的发生，才能得到较好的铜排表面质量。坯料表面光洁程度、拉伸润滑、生产过程的各工序防护以及包装方式是影响铜排表面质量的主要因素，通过对生产过程的工艺优化与改进，精细管理，精心操作，铜排表面质量较未工艺优化与未改进前有显著的提高，表面缺陷投诉次数由原来的30.92%下降至17.54%。

（3）在线表面缺陷自动检测技术是铜排生产中表面质量检测的理想设备，它实现了铜排表面缺陷的量化，为产品表面质量的判定、工艺的优化提供了依据，大大提高了产品的质量信誉。采用在线表面缺陷自动检测技术代替目视的检测方法将在行业内进一步得到推广与使用。