铜铝复合板挤压连接复合成形工艺研究

铜铝复合板挤压连接复合成形工艺研究

论文摘要

随着科学技术及工业化的高速发展,人们对材料的性能要求越来越高、对材料结构的改进要求也越来越强烈,单一金属已无法满足这些需求。而复合材料在保持母材特性的同时具有“相补效应”,可以弥补自身的不足,所以越来越得到重视,对其进行研究的领域也越来越多。因此,本课题结合材料应用需求,对铜铝复合板进行了挤压成形工艺、性能研究。在自然界中,铜的导电性能仅次于银,但铜资源日趋紧张,价格高,因此,寻找铜的代替品是发展的趋势。铝资源丰富,质轻、价格较低,但导电性不如铜。铜铝复合板既具有铜的导电性好、导热率高等优点,又具有铝的质轻、价格便宜等优点,广泛用于电力、机械、化工、生活用具等领域。目前,铜铝复合板的加工方法主要是轧制复合法、爆炸复合法。轧制复合法工艺简单、生产效率高,但易生成硬而脆的金属间化合物,降低了复合强度。爆炸复合法成本低、灵活性强,但环境条件差、机械程度低、具有一定的危险性。本文提出了铜铝复合板挤压成形工艺,工艺过程是:首先通过热挤压将铝棒挤压成板材,铝板带动已导入模具内的铜带一起从模具挤出,同时在挤出过程中发生了原子扩散,达到了原子结合。结合成形工艺进行了挤压成形试验,针对实验中出现的堵料、铜带断裂等问题,利用Deform-3D软件对铜铝复合板挤压成形工艺进行了数值模拟,并根据模拟结果对挤压工艺、模具结构进行优化:铜带表面涂上润滑剂以便减小和模具的摩擦力、减小复合模工作带长度及增加模腔的宽度、加大折弯处的模具圆角半径。试验结果表明,优化后的挤压工艺与模具可以实现铜铝复合板的热挤压成形,制品外观光滑,测得的电导率达92%IACS;对铜铝复合板界面进行扫描电镜分析,发现铜铝扩散明显,表明两种金属实现了较好的冶金结合、结合强度高。本文提出的热挤压成形工艺具有工艺简单、成本低、挤压力小、设备要求低、制品结合强度好等优点。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 铜铝双金属复合材料
  • 1.2.1 铜包铝复合线材
  • 1.2.2 铜铝复合板带
  • 1.3 本课题研究的主要内容及意义
  • 1.3.1 课题研究的意义
  • 1.3.2 课题研究的主要内容
  • 第2章 挤压方案确定
  • 2.1 结合机理
  • 2.2 实验原理
  • 2.3 挤压方案分析
  • 2.3.1 挤压工艺介绍
  • 2.3.2 挤压工艺分析
  • 2.4 铝棒的变形程度计算
  • 2.5 挤压力公式计算
  • 第3章 模具设计及挤压实验
  • 3.1 模具设计
  • 3.1.1 模具的材料
  • 3.1.2 挤压模设计
  • 3.2 挤压实验
  • 3.2.1 实验材料
  • 3.2.2 铝及铜的发展状况
  • 3.2.3 实验设备
  • 3.2.4 工艺参数
  • 3.2.5 试验流程
  • 3.2.6 实验结果及缺陷分析
  • 第4章 数值模拟及模具优化
  • 4.1 DEFORM 模拟
  • 4.1.1 DEFORM 介绍
  • 4.1.2 模型的建立
  • 4.1.3 网格的划分及工艺参数的设定
  • 4.1.4 模拟结果分析
  • 4.2 模具结构优化
  • 第5章 性能测试及界面分析
  • 5.1 性能检测
  • 5.1.1 电导率测试
  • 5.1.2 铜铝复合板界面的SEM 图片分析
  • 第6章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间的研究成果
  • 相关论文文献

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