专利名称：一种阳极铜球的制备方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及有色金属压延加工和冷镦成球技术，特别涉及一种阳极铜球的制备方法及其装置。
背景技术：
阳极铜产品是近十年发展起来的一种新型铜磷合金材料，主要用做印刷线路板电路连通和线路板板面电镀的阳极材料，是电子信息制造业基础材料之一。目前国内外成球技术通常都是采用水平连铸造坯，切成条状后直接冷镦成球；其产品生产工艺流程较简单，但产品球表面易出现严重桔皮(凹凸皱皮)和环带不规则现象，不易实现连续化生产，劳动生产率和金属的有效利用率较低，同时产品内部组织不够致密，表面质量和内部质量无法满足高质量线路板电镀要求，在线路板电镀过程中易产生尖端放电和不均匀性，导致线路板板面粗糙发雾和不光亮；同时铸造表面粘附物不易清除，易造成粘附物压入铜球内，导致印刷线路板电镀槽中阳极泥增多，影响线路板的电镀质量下降和生产成本的升高。此类产品一般适用单双面印刷线路板的生产，而无法满足高性能多层线路板的生产要求。在专利申请号为02124991.1的发明专利申请中提供了“一种PC阳极铜球的生产方法”，这种方法只是简单介绍了为促使晶粒破碎细化提高坯杆强度、硬度和表面光洁度等性能，需将铜坯杆经扒皮、冷轧、拉拔、矫直等多道加工后镦制成球，但并未具体介绍实施各加工步骤的工艺过程，导致技术方案不清楚，特别是该方案只是涉及单盘元铜坯杆的连续处理，并未提及对不同盘元铜坯杆连接进行连续处理的工艺；而且上述方法亦只是提及使坯杆强度、硬度和表面光洁度提高的技术措施，对于更重要的使镦制后形成的阳极铜球产品表面质量提高的技术内容并未涉及，而最后形成的阳极铜球表面质量的好坏对产品的正常使用有至关重要的影响(如前所述，可能造成尖端放电和不均匀性，导致线路板板面质量较差)。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可同时提高阳极铜球的表面质量和内部质量，能适应高性能多层线路板使用要求的阳极铜球的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种实现上述方法的阳极铜球的制备装置。
本发明目的通过下述技术方案实现本阳极铜球的制备方法包括对铸造盘元铜坯杆扒皮、轧制、拉拔、矫直等工艺后镦制成球，其特征在于将镦制完成的阳极铜球进行除油、抛光、洗涤处理，所述除油、抛光工艺是将阳极铜球与复合抛光剂放入旋转装置中进行旋转处理，处理时间视阳极铜球的规格大小而确定，一般控制在20～50分钟；所述洗涤工艺包括预清洗和正式清洗步骤，所述预清洗为将水通入旋转装置并开动旋转装置从而对阳极铜球进行清洗，所述正式清洗为将经过预清洗后的阳极铜球通过热水喷淋加热清洗，热水温度控制在80～100℃，在洗涤后可对阳极铜球进行烘干，烘干可采用加热烘干和通风烘干方式。
所述复合抛光剂的组成为谷壳、抛光砂与碱粉，其比例是1∶3∶1，前述比例为重量百分比；所述复合抛光剂的添加量约为阳极铜球产品重量的3～10‰。
所述扒皮步骤的操作要求是扒皮模尺寸小于加工前的铸造盘元铜坯杆直径的0.2～0.4mm，此亦即铸造盘元铜坯杆的扒皮深度，当第一盘的铸造盘元铜坯杆被轧制、拉拔到尾部时，预留距扒皮模1～2m的长度，需要与第二盘的铸造盘元铜坯杆头部端面对口焊接。
所述拉拔、轧制之前，根据所需镦球的规格尺寸，确定要提供坯杆的最佳尺寸，一般冷镦成球的最佳尺寸确定是参照杆径比，即坯杆的长度与所镦球的直径之比1.1～2.0来确定，同时应考虑加工设备——轧机及拉拔机与坯杆加工能力来合理配置拉拔、轧制的工序道次和加工率，一般铸造盘元铜坯杆加工道次不少于2道次，最佳联机配置第一道为轧制，第二道为拉拔，当加工道次≥3道次以上时，通常最后一道应配置拉拔工序，总加工率控制在不小于20％为宜；所述铸造盘元铜坯杆直径可在φ12～φ38mm之间选择，被拉拔、轧制后的盘元铜坯杆(即加工盘元铜杆坯)直径可在φ8～φ30mm之间选择。
当要对第二盘的铸造盘元铜坯杆进行连续加工时，应把第一盘的铸造盘元铜坯杆尾部和第二盘的铸造盘元铜坯杆头部通过焊接相连结，具体操作是将第一盘的铸造盘元铜坯杆尾部和第二盘的铸造盘元铜坯杆头部分别夹入自动碰焊机左右两端液压夹钳上，且两被夹持的铸造盘元铜坯杆端面与杆轴向成直角，铸造盘元铜坯杆尾部和头部端面应各长出钳口内侧20mm～30mm，夹牢之后，把高频电源通入两夹钳的铸造盘元铜坯杆上，同时起动碰焊机两夹钳液压开关，此时左夹钳(通常右夹钳是固定设置)夹持第二盘的铸造盘元铜坯杆头部，以压力为50～200KN，不小于30mm/s的瞬间移动速度沿水平方向移动与右夹钳的第一铸造盘元铜坯杆尾部碰焊，检查焊牢后，打开左右两夹钳液压开关，把碰焊机从铸造盘元铜坯杆处(工作位)移出，紧接把旋转除边机移入工作位，清除焊后突出的焊疤直至与铸造盘元铜坯杆直径相符，移出旋转除边机，然后可进行后续的扒皮、轧制、拉拔加工。依此类推，进行第三、第四盘等铸造盘元铜坯杆的碰焊，以实现多铸造盘元铜坯杆的连续操作。
前述扒皮、轧制、拉拔生产出的加工盘元铜坯杆取下后，再放入镦球机的自动放线盘进行放线、矫直、镦球操作，所述矫直具体操作过程为把加工盘元铜坯杆放入镦球机的自动放线盘放线，杆坯头部除去毛刺后穿过同步矫直机的矫直轮孔，通过预先设置同步矫直机在坯杆的轴向进给速度与镦球机的送料进给速度同步匹配，同时设置同步矫直机液压压力在100～600KN，矫直进给速度在40～70mm/s之间，当启动镦球机时，同时启动连续同步矫直机与镦球机同步运行进给，实现加工盘元铜坯杆的上、下和左、右的连续同步矫直。当坯杆弯曲度大于15mm/m时，应调整加大矫直压力方可，在矫直过程中坯杆曲率半经小于50mm(存在急弯)是无法通过同步矫直机，在此之前必须人工预先矫直处理后方可进行。
在镦球操作之前，先按所镦球规格尺寸，计算出理论切料长度，其切料长度是根据前述杆径比来确定，一般切料长短都会影响镦球的外观质量当坯杆切料长度较长时，球表面状况良好，但合模部位处的环带边大(即飞边)，影响产品的使用；而当坯杆切料长度较短时，球表面会出现皱皮和不饱满现象，同样影响产品的使用；一般球的环带尺寸应控制在直径方向小于1mm为宜。在确定切料长度后，将镦球机相关构件(切刀组件)设定在可连续按前述切料长度切断坯杆的位置，即可进行试镦球，将试镦出的球经尺寸检验，偏斜度尺寸一般控制在0.2mm以下，所述偏斜度是指在镦球过程中动模和定模合模后两半球模间的偏移量，即形成球后两半球同直径间的偏斜量，当形成球的偏斜度尺寸大于0.2mm时，应对球模的安装位置进行左右或上下调整，直至调整偏斜度尺寸在合格范围之内；球表面饱满度是指球表面皱皮凹陷的程度，实际生产过程中球表面饱满度检验是以不饱满度来进行衡量所镦球的表面质量状况，一般球表面不饱满度面积应控制不大于球表面积的5～10％，饱满度主要是通过控制调整所镦球坯杆的切料长度和坯杆加工率(硬度)来实现，当试镦球表面不饱满面积小于5％时，应调正缩短切料长度；当试镦球表面不饱满面积大于10％时，应调正加长切料长度，直至球产品满足上述要求后，即可转入正常连续冷镦球生产，通常冷镦球的成球频率可控制在40～150粒/min。通过上述工序控制阳极球产品密度可达到8.95g/cm3。
实现上述方法的阳极铜球的制备装置包括盘元铜杆自动放线机、碾头机、碰焊机、连续扒皮模、连轧机、连拔机、收线机、自动同步矫直机、冷镦机、抛光机、清洗烘干机，所述盘元铜坯杆自动放线机、碾头机、碰焊机、连续扒皮模、连轧机、连拔机、收线机根据铜坯杆的加工方向依次设置，分别对铜坯杆按顺序进行加工处理，并由收线机将加工后得到的铜坯杆收到收线盘上；所述自动同步矫直机、冷镦机、抛光机、清洗烘干机根据加工过程的处理方向依次设置，分别对加工铜坯杆按顺序进行操作处理，得到外观质量和内在质量都符合要求的阳极铜球。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果利用本发明可使阳极铜球产品的表面不饱满度控制在7％以下，球产品密度可达到8.95g/cm3，并可同时明显改善阳极铜球产品的外观质量和内在质量，避免在线路板电镀过程中产生尖端放电和不均匀现象，还克服了现有技术仅能处理单盘元铜坯杆的缺陷，可连接不同盘元铜坯杆进行连续处理，大大提高生产效率，能够适应大规模、高效率的生产要求，经济效益非常明显。
图1是本发明阳极铜球的制备装置的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例图1为本发明阳极铜球制备装置的示意图，由图1可见，本阳极铜球制备装置包括铸造盘元铜坯杆自动放线机1、碾头机2、碰焊机4、连续扒皮模5、连轧机6、连拔机7、收线机8、收线盘10、镦球机自动放线盘11、自动同步矫直机12、冷镦机13、抛光机17、清洗烘干机18，所述铸造盘元铜坯杆自动放线机1、碾头机2、碰焊机4、连续扒皮模5、连轧机6、连拔机7、收线机8、收线盘10根据铜坯杆3的加工方向依次设置，分别对铜坯杆3按顺序进行加工处理，并由收线机8将加工后得到的铜坯杆(即加工铜坯杆9)收到收线盘10上；所述自动同步矫直机12、冷镦机13、抛光机17、清洗烘干机18根据加工铜坯杆9的处理方向依次设置，分别对加工铜坯杆9按顺序进行操作处理，所述冷镦机13上设置有胎模14、动模15-1、定模15-2及限位杆16，所述动模15-1安装在冲头上，定模15-2安装在冷镦机13机体上，所述限位杆16设置于冷镦机13机体上，对加工铜坯杆9进行限位。
利用上述装置进行阳极铜球制备的具体过程如下把经检验合格的铸造盘元铜坯杆3放入铸造盘元铜坯杆自动放线机1中，铸造盘元铜坯杆3头部需在碾头机2进行碾头，被碾后其头部尺寸应小于连拔机7最后一道模直经1mm左右，被碾头部位表面应平滑过渡，去除毛刺后，穿过连续扒皮模5(连续扒皮模尺寸小于加工前的铸造盘元铜坯杆3直径的0.2～0.4mm)、连轧机6辊孔，在连轧机6绞轮上张进，然后起动连轧机6轧制3～4圈后，松开绞轮上被轧制的铸造铜坯杆3进行矫直后，再穿过连拔机7的模孔，在连拔机7绞轮上张紧，启动连拔机7连拔3～4圈，松开连拔机7绞轮上被连拔的铸造铜坯杆3后进行矫直；当要进行第三道的轧制或拉拔加工时，同样是穿模，在绞轮上张紧，然后拉拔，松开轧制坯杆或拉拔坯杆，得到加工铜坯杆9。这里需要说明的是，得到加工铜坯杆9的加工道次数是根据所镦球的规格大小要求来确定，一般应不少于两个道次，即一轧一拔或两拔。最后把加工铜坯杆9穿过收线机8压轮卷入收线盘10，当收线盘10中盘元重量达到1～5吨时，须中断加工铜坯杆9后再进行下一盘元铜坯杆的连续收线。
当第一盘的铸造盘元铜坯杆3即将扒皮结束时，应在第一盘铸造盘元铜坯杆的尾部预留距扒皮模长度1～2m，然后把第二盘的铸造盘元铜坯杆3放入铸造盘元铜杆自动放线机1中之后，分别把第二铸造盘元铜坯杆3头部端面和第一铸造盘元铜坯杆3尾部端面切成与坯杆轴向成直角且平整，准备在碰焊机4上碰焊连接第一、二铸造盘元铜坯杆3(除第一铸造盘元铜坯杆3需碾头外，其余后面的第二、三、四等铸造盘元铜坯杆3只需要与上一盘铸造盘元铜坯杆进行碰焊，而无需再碾头，即可继续后续扒皮、轧制、拉拔加工)，此时应把第一铸造盘元铜坯杆3的尾部和第二铸造盘元铜坯杆3的头部分别固定于碰焊机4的左右两夹钳上，两杆端面应分别伸出距夹钳口内侧20mm～30mm，启动碰焊机4碰焊，此时左夹钳夹持的铸造盘元铜坯杆3，以压力为50～200KN，不小于30mm/s的瞬间移动速度沿水平方向移动向右夹钳上的铸造盘元铜坯杆3端面直接撞击焊接；检查焊牢后，打开左右两夹钳的液压开关，把碰焊机4从铸造盘元铜坯杆3(工作位)移出，紧接着将旋转式除边机移入工作位，清除焊后突出的焊疤直至与铸造盘元铜坯杆3直径相符，移出旋转除边机，然后进行后续的连轧与连拔加工；依此类推，后续的第三、四等铸造盘元铜坯杆3的碰焊与第一、二铸造盘元铜坯杆3的碰焊方法相同，即重复上述碰焊工作程序。
在开始镦球时，应把加工铜坯杆9放入镦球机自动放线盘11中，加工铜坯杆9头部端面去除毛刺飞边后，穿过自动同步矫直机12的压轮，调整自动同步矫直机12上、下或左、右压轮压力在100～600KN，自动同步矫直机12矫直进给速度与冷镦机13进给速度同步。当被矫直的加工铜坯杆9弯曲度不大于15mm/m时，应调整加大自动同步矫直机12的压轮压力；当被矫直的加工铜坯杆9的曲率半径小于50mm(急弯)时，无法通过自动同步矫直机12进行矫直，因此须手工矫直后方可连续同步矫直。
已被矫直的加工铜坯杆9穿过冷镦机13的压轮、胎模14伸至料长限位杆16处时，检查两半球模的安装位置是否同心，以及切刀、顶针、限位杆16等部件安装是否正确，确定无误时，点动冷镦机13进行试镦球，检查成球的表面状况是否满足产品的质量技术标准，即偏斜度不大于0.2mm，球表面不饱满面积不大于5％、球环带边不大于0.5mm，当球产品偏斜度超出标准要求时，应及时调整两半球模的左右或上下安装位置，直至满足质量技术要求。同时当球表面不饱满时，应调整加工铜坯杆9的切料长度(即调整限位杆16的位置)，直至试镦出的球产品符合球表面饱满度和球环带边的要求后，即可转入连续化生产冷镦球的产品。
当连续冷镦球重量达到2吨左右(批量)时，要分批进行球产品的除油和抛光处理，其除油过程是打开抛光机17的滚筒筒盖，把一批量重的球产品放入滚筒中，再添加复合抛光剂，添加量为球产品重量的3～10‰，复合抛光剂中氢氧化钠、抛光砂和谷壳的比例是1∶3∶1，然后盖上滚筒筒盖后，启动抛光机17进行旋转抛光，抛光时间视球规格大小不同，时间可控制在20～50min，抛光机17停机后，把滚筒筒盖换成孔眼式筒盖，向滚筒内注满水进行预清洗，启动抛光机17低速旋转3～5min，重复两次注水，再低速旋转3～5min，停机后打开抛光机筒盖，把阳极铜球放入托盘斗中，即完成了阳极铜球产品的除油和抛光处理工序。
阳极铜球产品完成除油、抛光处理后，需通过清洗烘干机18进行清洗、烘干操作以进一步清除粘附在阳极铜球产品上的抛光浊液，通常清洗、烘干阳极铜球产品的进给速度是根据球规格大小不同进行调整的，其进给速度一般通过自动螺旋给料器控制在30～70Kg/min之间，当清洗烘干小规格产品时，进给速度选择接近下限，当清洗烘干大规格产品时，进给速度选择接近上限。清洗、烘干水温控制在80～100℃，清洗、烘干是在孔眼式铜制或不锈钢制内置螺旋槽滚筒中进行，前半部份的阳极铜球由加热水直接喷淋加热，而滚筒中的阳极铜球产品旋转至滚筒后半部份时，在强力抽风机的抽吸下，球产品的温度快速降至30℃以下，然后运送到工位19进行自动称重，最后进入工位20进行自动包装，即完成了阳极铜球产品生产的全过程。
权利要求
1.一种阳极铜球的制备方法，包括对铸造盘元铜坯杆扒皮、轧制、拉拔、矫直等工艺后镦制成球，其特征在于将镦制完成的阳极铜球进行除油、抛光、洗涤处理，所述除油、抛光工艺是将阳极铜球与复合抛光剂相混合放入旋转装置中进行旋转处理；所述洗涤工艺包括预清洗和正式清洗步骤，所述预清洗为将水通入旋转装置并开动旋转装置从而对阳极铜球进行清洗，所述正式清洗为将经过预清洗后的阳极铜球通过热水喷淋加热清洗。
2.根据权利要求1所述的阳极铜球的制备方法，其特征在于所述复合抛光剂的组成为谷壳、抛光砂与碱粉，其比例是1∶3∶1，前述比例为重量百分比；所述复合抛光剂的添加量约为阳极铜球产品重量的3～10‰。
3.根据权利要求1所述的阳极铜球的制备方法，其特征在于在洗涤后对阳极铜球进行烘干，烘干采用加热烘干和通风烘干方式。
4.根据权利要求1所述的阳极铜球的制备方法，其特征在于根据所需镦球的规格尺寸，确定要提供杆坯的尺寸，冷镦成球的杆坯尺寸确定参照杆径比1.1～2.0来确定。
5.根据权利要求1所述的阳极铜球的制备方法，其特征在于根据加工设备的加工能力来配置拉拔、轧制的工序道次和加工率；铸造盘元铜坯杆加工道次不少于两道，总加工率控制在不小于20％；铸造盘元铜坯杆直径在φ12～φ38mm之间，被拉拔、轧制后的盘元铜坯杆直径在φ8～φ30mm之间。
6.根据权利要求1所述的阳极铜球的制备方法，其特征在于所述扒皮步骤的操作要求是扒皮模尺寸小于加工前的铸造盘元铜坯杆直径的0.2～0.4mm
7.根据权利要求1所述的阳极铜球的制备方法，其特征在于分别将第二盘的铸造盘元铜坯杆及第二盘的铸造盘元铜坯杆以后的铸造盘元铜坯杆与前一盘铸造盘元铜坯杆通过焊接相连结，具体为将前一铸造盘元铜坯杆尾部和后一铸造盘元铜坯杆头部分别夹入自动碰焊机，且两被夹持的铸造盘元铜坯杆端面与杆轴向成直角，铸造盘元铜坯杆尾部和头部端面各长出自动碰焊机钳口内侧20mm～30mm，夹牢之后，把高频电源通入两夹钳的铸造盘元铜坯杆上，同时起动碰焊机两夹钳液压开关，由一侧夹钳夹持后一铸造盘元铜坯杆头部，以压力为50～200KN，不小于30mm/s的瞬间移动速度沿水平方向与另一侧的夹钳夹持的前一铸造盘元铜坯杆尾部移动碰焊。
8.根据权利要求1所述的阳极铜球的制备方法，其特征在于所述矫直具体操作过程为把加工盘元铜坯杆放入镦球机自动放线盘放线，坯杆头部除去毛刺后穿过同步矫直机的矫直轮孔，通过预先设置同步矫直机在坯杆的轴向进给速度与镦球机的送料进给速度同步匹配，同时设置同步矫直机液压压力在100～600KN，矫直进给速度在40～70mm/s之间，当启动镦球机时，同时启动连续同步矫直机与镦球机同步运行进给，实现加工盘元铜坯杆的上、下和左、右的连续同步矫直。
9.根据权利要求1所述的阳极铜球的制备方法，其特征在于通过对球模的安装位置进行左右或上下调整，调节偏斜度尺寸小于0.2mm；通过控制调整所镦球坯杆的切料长度和坯杆加工率来调节球表面不饱满度面积不大于球表面积的3～10％，球的环带边不大于0.2mm。
10.一种实现权利要求1～9所述阳极铜球制备方法的装置，其特征在于包括盘元铜坯杆自动放线机、碾头机、碰焊机、连续扒皮模、连轧机、连拔机、收线机、自动同步矫直机、冷镦机、抛光机、清洗烘干机，所述盘元铜坯杆自动放线机、碾头机、碰焊机、连续扒皮模、连轧机、连拔机、收线机根据铜坯杆的加工方向依次设置；所述自动同步矫直机、冷镦机、抛光机、清洗烘干机根据加工过程的处理方向依次设置。
全文摘要
本发明提供一种阳极铜球的制备方法，包括对铜坯杆扒皮、轧制、拉拔、矫直等工艺后镦制成球，并将镦制完成的阳极铜球进行除油、抛光、洗涤处理，所述除油、抛光工艺是将阳极铜球与复合抛光剂相混合放入旋转装置中进行旋转处理；所述洗涤工艺包括预清洗和正式清洗步骤，所述预清洗为将水通入旋转装置并开动旋转装置从而对阳极铜球进行清洗，所述正式清洗为将经过预清洗后的阳极铜球通过热水喷淋加热清洗；一种阳极铜球制备装置，包括盘元铜杆自动放线机、碾头机、碰焊机、连续扒皮模、连轧机、连拔机、收线机、自动同步矫直机、冷镦机、抛光机、清洗烘干机等。本发明可明显改善阳极铜球产品的外观质量和内在质量，适应大规模、高效率的生产要求。
文档编号C09G1/00GK1603063SQ20041005211
公开日2005年4月6日 申请日期2004年11月9日 优先权日2004年11月9日
发明者吴国仕, 李倬 申请人:广东南方特种铜材有限公司