一种超大直径阴极辊的制造方法与流程

1.本发明属于钛材料加工技术领域，涉及一种超大直径阴极辊的制造方法。


背景技术：

2.阴极辊是电解铜箔制造设备中重要的生产工具，运用电解还原反应将铜离子还原为铜原子并沉积在阴极辊辊面，最终生产出铜箔。目前国内铜箔生产厂商普遍采用直径为φ2700mm的阴极辊，这是国内能够生产的最大直径，。随着下游行业的发展，铜箔需求量高速增长，如何提高铜箔产量满足市场需求。提高铜箔的生产效率最主要的方式就是提高工作面电流密度，或者增加参与电解反应的接触面积，然而电流密度过大将导致铜箔出现气孔、凸点、薄厚不均等情况，且过大的电流密度会快速破坏配套阳极板的涂层，频繁更换阳极板导致铜箔生产成本增加。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种超大直径阴极辊的制造方法，未使用焊接或其他增料的加工方式，可以确保筒体微观组织均匀一致，由该方法生产的钛筒可以生产外径为3000mm至4000mm的阴极辊。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种超大直径阴极辊的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.s1、钛锭锻造：钛锭经加热后锻造使钛锭晶粒组织分布均匀，再经过环轧设备挤压钛锭制成钛筒坯环；
7.s2、钛筒旋压：钛筒坯环经过加热并套入旋压模具，分五道次进行旋压加工，制成钛筒；
8.s3、阴极辊制造：将钛筒加热，实现阴极辊辊芯和钛筒的过盈装配，经过车削加工制成超大直径阴极辊。
9.进一步地，所述步骤s1具体包括如下步骤：
10.s101、将圆柱形钛锭加热至1100℃～1200℃，从轴向和径向分别锻打三次，轴向锻打铸锭使其变形量高于30％，径向锻打钛锭使其恢复到锻打前尺寸；
11.s102、将步骤s101处理后的钛锭进行车削处理，去除钛锭表面的氧化皮，车削加工表面粗糙度不超过ra3.2μm；
12.s103、将步骤s102中车削处理后的钛锭圆柱轴心上钻内孔，所述内孔直径为250mm，且贯穿钛锭，所述孔与钛锭外表面保持同心；
13.s104、将中频炉内充满惰性保护气体，将步骤s103得到的钛锭加热至950℃～1000℃，使用环轧设备挤压钛锭外表面并扩大内孔，制成钛筒坯环；
14.s105、将步骤s104得到的钛筒坯环内外径车削并抛光，表面粗糙度≤ra0.8μm；
15.进一步地，所述步骤s2具体内容如下：
16.将中频炉充满惰性保护气体，将钛筒坯环加热至800℃，套入旋压模具，待钛筒坯
环冷却至600℃时开始旋压，旋压共五道次，制成钛筒每次旋压钛筒坯环壁厚变形量为18.8％～19.2％。
17.进一步地，所述步骤s3中对阴极辊辊芯和钛筒进行过盈装配前包括如下步骤：
18.s301：将电阻炉内充满惰性保护气体，将步骤s2制成的钛筒加热至470℃～500℃，保温2小时，随炉冷却至室温；
19.s302：车削钛筒内壁，车削加工后表面粗糙度≤ra3.2μm，并在钛筒内壁镀银，镀银厚度为0.005mm。
20.进一步地，所述步骤s3中阴极辊辊芯包括钢轴，所述钢轴设置在钢筒体的轴心位置，所述钢轴和钢筒体通过钢侧板进行固定，所述阴极辊辊芯还包括铜筒体和铜管，所述铜筒体通过加热过盈装配在钢筒体外侧，所述铜管通过加热过盈装配在钢轴两侧，所述铜筒体与铜管通过焊接铜侧板进行连接。
21.进一步地，所述步骤s3中阴极辊辊芯和钛筒过盈装配具体方法如下：
22.车削阴极辊辊芯外表面，抛光后外表面镀银，将电阻炉内充满惰性保护气体，将钛筒加热到200℃，保温1小时，在电阻炉炉膛中将阴极辊辊芯装入钛筒内部，待炉膛温度降至室温，在辊体两侧焊接钛侧板、钛护套制成阴极辊。
23.进一步地，所述步骤s3中对阴极辊外径进行车削加工，将辊面抛光至ra0.8μm。
24.进一步地，所述制造方法适用于外径3000mm至4000mm的阴极辊生产。
25.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
26.一种超大直径阴极辊的制造方法，该方法未使用焊接或其他增料的加工方式，可以确保筒体微观组织均匀一致，由该方法生产的钛筒可以生产外径为3000mm至4000mm的阴极辊。相较于外径2700mm的同等宽幅阴极辊，外径3000mm以上的阴极辊能够在保持电流密度不变的情况下使铜箔的生产效率提高20～40％，配套阳极的涂层寿命不会受到影响，同时每吨铜箔的生产成本不会增加保持不变。而且铜箔不会产生气孔、凸点、薄厚不均等情况。
27.本发明中，通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
28.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明一种超大直径阴极辊结构图；
31.图2为本发明实施例1外径3000mm的阴极辊制得的铜箔的金相图；
32.其中：1、钛筒；2、铜筒体；3、钢筒体；4、钢侧板；5、铜侧板；6、钛侧板；7、钛护套；8、铜管；9、钢轴。
具体实施方式
33.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
34.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
35.一种超大直径阴极辊的制造方法，包括如下步骤：
36.s1、钛锭锻造：钛锭经加热后锻造使钛锭晶粒组织分布均匀，再经过环轧设备挤压钛锭制成钛筒坯环；
37.s101、将圆柱形钛锭加热至1100℃～1200℃，从轴向和径向分别锻打三次，轴向锻打铸锭使其变形量高于30％，径向锻打钛锭使其恢复到970～1000mm；
38.s102、将步骤s101处理后的钛锭进行车削处理，去除钛锭表面的氧化皮，车削加工表面粗糙度不超过ra3.2μm；
39.s103、将步骤s102中车削处理后的钛锭圆柱轴心上钻内孔，所述内孔直径为250mm，且贯穿钛锭，所述孔与钛锭外表面保持同心；
40.s104、将中频炉内充满惰性保护气体，将步骤s103得到的钛锭加热至950℃～1000℃，使用环轧设备挤压钛锭外表面并扩大内孔，制成钛筒坯环；
41.s105、将步骤s104得到的钛筒坯环内外径车削并抛光，表面粗糙度≤ra0.8μm；
42.s2、钛筒旋压：将中频炉充满惰性保护气体，将钛筒坯环加热至800℃，套入旋压模具，待钛筒坯环冷却至600℃时开始旋压，旋压共五道次，制成钛筒每次旋压钛筒坯环壁厚变形量为18.8％～19.2％。
43.s3、阴极辊制造：将钛筒加热，实现阴极辊辊芯和钛筒的过盈装配，经过车削加工，将辊面抛光至ra0.8μm，制成超大直径阴极辊。
44.s301：将电阻炉内充满惰性保护气体，将步骤s2制成的钛筒加热至470℃～500℃，保温2小时，随炉冷却至室温；
45.s302：车削钛筒内壁，车削加工后表面粗糙度≤ra3.2μm，并在钛筒内壁镀银，镀银厚度为0.005mm。
46.阴极辊辊芯包括钢轴9，所述钢轴9设置在钢筒体3的轴心位置，所述钢轴9和钢筒体3通过钢侧板4进行固定，所述阴极辊辊芯还包括铜筒体2和铜管8，所述铜筒体2通过加热过盈装配在钢筒体3外侧，所述铜管8通过加热过盈装配在钢轴9两侧，所述铜筒体2与铜管8通过焊接铜侧板5进行连接。
47.阴极辊辊芯和钛筒过盈装配具体方法如下：
48.车削阴极辊辊芯外表面，抛光后外表面镀银，将电阻炉内充满惰性保护气体，将钛筒1加热到200℃，保温1小时，在电阻炉炉膛中将阴极辊辊芯装入钛筒1内部，待炉膛温度降至室温，在辊体两侧焊接钛侧板6、钛护套7制成阴极辊。
49.下面结合具体的工艺处理过程进行说明：
50.实施例1：
51.本实施例是一种外径3000mm阴极辊的制造方法：
52.选ta1纯钛钛锭，车削加工至外径980mm、高度1000mm。
53.钛锭加热至1100℃，从轴向和径向锻打，分别锻打三次，轴向锻打钛锭其变形量为32％，径向锻打将钛锭高度恢复至970mm；钛锭车削至外径960mm、高度950mm，去除钛锭表面全部氧化皮，车削加工表面粗糙度应不超过ra3.2μm；钛锭圆柱轴心钻孔，直径250mm，贯穿钛锭，孔与钛锭外表面应保持同心；中频炉充满惰性保护气体，将钛锭加热至950℃，使用环轧设备挤压钛锭外表面并扩大内孔至2950mm，制成钛筒坯环；钛筒坯环车削加工全部表面，内径2960mm、壁厚58mm，车削后抛光内外径表面，表面粗糙度为ra0.5μm；
54.中频炉充满惰性保护气体，将钛筒坯环加热至800℃，套入旋压模具，待钛筒坯环冷却至600℃时开始旋压，旋压共五道次，每次旋压钛筒坯环壁厚变形量控制在18.8％以内，制成钛筒，钛筒壁厚为20mm；
55.电阻炉充满惰性保护气体，将钛筒加热至470℃，保温2小时，随炉冷却至室温；
56.车削钛筒内径至2976mm，车削加工后表面粗糙度为ra3.2μm，并在钛筒内壁镀银，镀银厚度为0.005mm；
57.阴极辊辊芯包含铜筒体2、钢筒体3、钢侧板4、铜侧板5、铜管8和钢轴9组成。钢轴9在钢筒体3的轴心位置，通过钢侧板4将钢筒体3和钢轴9固定，铜筒体2通过加热的过盈装配在钢筒体3外侧，铜管8通过加热的过盈装配在钢轴9两侧，焊接铜侧板5将铜管8与铜筒体2连接，制成阴极辊辊芯。
58.车削阴极辊辊芯外表面至直径2980mm，抛光后外表面镀银；超大直径阴极辊包括阴极辊辊芯、钛筒1、钛侧板6、钛护套7。电阻炉充满惰性保护气体，将钛筒加热至200℃，保温1小时，在炉膛中将阴极辊辊芯装入钛筒1内部，待炉膛温度降至室温，在辊体两侧焊接钛侧板6、钛护套7制成阴极辊。
59.最终将阴极辊外径车削至3000mm，并将辊面抛光至ra0.8μm，制成超大直径阴极辊。
60.图2为本发明实施例1外径3000mm的阴极辊制得的铜箔的金相图，由图2可以看出，该方法制得的铜箔无缺陷、组织分布均匀。
61.铜箔产量＝cxlxsxixρ，s＝dx3.14xlx0.49，电流密度＝i/s，
62.其中，c是常数，且c＝3.056x10-13
，l是阴极辊宽幅，s是参与反应的阴极辊辊面面积，i是反应电流大小，ρ是铜密度，d是阴极辊外径；
63.由上述公式可以得出，外径3000mm以上的阴极辊能够在保持电流密度不变的情况下使铜箔的生产效率提高20～40％。
64.实施例2：
65.本实施例是一种外径3500mm阴极辊的制造方法：
66.选ta1纯钛钛锭，车削加工至外径1000mm、高度1400mm。
67.钛锭加热至1160℃，从轴向和径向锻打，分别锻打三次，轴向锻打钛锭其变形量为40％，轴向锻打将钛锭外径扩至直径1250mm，径向锻打钛锭高度至985mm左右；钛锭车削至外径1230mm、高度950mm，去除钛锭表面全部氧化皮，车削加工表面粗糙度应不超过ra3.2μm；钛锭圆柱轴心钻孔，直径250mm，贯穿钛锭，孔与钛锭外表面应保持同心；中频炉充满惰性保护气体，将钛锭加热至970℃，使用环轧设备挤压钛锭外表面并扩大内孔至3460mm，制成钛筒坯环；钛筒坯环车削加工全部表面，内径3470mm、壁厚58mm，车削后抛光内外径表面，表
面粗糙度应不超过ra0.8μm；
68.中频炉充满惰性保护气体，将钛筒坯环加热至800℃，套入旋压模具，待钛筒坯环冷却至600℃时开始旋压，旋压共五道次，每次旋压钛筒坯环壁厚变形量控制在19％以内，制成钛筒，钛筒壁厚为20.5mm；电阻炉充满惰性保护气体，将钛筒加热至485℃，保温2小时，随炉冷却至室温；车削钛筒内径至3476mm，车削加工后表面粗糙度为ra3.2μm，并在钛筒内壁镀银，镀银厚度为0.005mm；
69.阴极辊辊芯包含铜筒体2、钢筒体3、钢侧板4、铜侧板5、铜管8和钢轴9组成。钢轴9在钢筒体3的轴心位置，通过钢侧板4将钢筒体3和钢轴9固定，铜筒体2通过加热过盈装配在钢筒体3外侧，铜管8通过加热过盈装配在钢轴9两侧，焊接铜侧板5将铜管8与铜筒体2连接，制成阴极辊辊芯。
70.车削阴极辊辊芯外表面至直径3480mm，抛光后外表面镀银；超大直径阴极辊包括阴极辊辊芯、钛筒1、钛侧板6、钛护套7。电阻炉充满惰性保护气体，将钛筒加热至200℃，保温1小时，在炉膛中将阴极辊辊芯装入钛筒1内部，待炉膛温度降至室温，在辊体两侧焊接钛侧板6、钛护套7制成阴极辊。
71.最终将阴极辊外径车削至3500mm，并将辊面抛光至ra0.8μm，制成超大直径阴极辊。
72.实施例3：
73.本实施例是一种外径4000mm阴极辊的制造方法：
74.选ta1纯钛钛锭，车削加工至外径1250mm、高度1800mm。钛锭加热至1160℃，从轴向和径向锻打，分别锻打三次，轴向锻打钛锭其变形量为40％，轴向锻打将钛锭外径扩至直径14800mm，径向锻打钛锭高度至985mm左右；钛锭车削至外径1440mm、高度950mm，去除钛锭表面全部氧化皮，车削加工表面粗糙度应不超过ra3.2μm；钛锭圆柱轴心钻孔，直径250mm，贯穿钛锭，孔与钛锭外表面应保持同心；中频炉充满惰性保护气体，将钛锭加热至970℃，使用环轧设备挤压钛锭外表面并扩大内孔至3960mm，制成钛筒坯环；钛筒坯环车削加工全部表面，内径3970mm、壁厚58mm，车削后抛光内外径表面，表面粗糙度应不超过ra0.8μm；
75.中频炉充满惰性保护气体，将钛筒坯环加热至800℃，套入旋压模具，待钛筒坯环冷却至600℃时开始旋压，旋压共五道次，每次旋压钛筒坯环壁厚变形量控制在19.2％以内，制成钛筒，钛筒壁厚为21mm；电阻炉充满惰性保护气体，将钛筒加热至500℃，保温2小时，随炉冷却至室温；车削钛筒内径至3976mm，车削加工后表面粗糙度为ra1.6μm，并在钛筒内壁镀银，镀银厚度为0.006mm；
76.阴极辊辊芯包含铜筒体2、钢筒体3、钢侧板4、铜侧板5、铜管8和钢轴9组成。钢轴9在钢筒体3的轴心位置，通过钢侧板4将钢筒体3和钢轴9固定，铜筒体2通过加热的过盈装配在钢筒体3外侧，铜管8通过加热的过盈装配在钢轴9两侧，焊接铜侧板5将铜管8与铜筒体2连接，制成阴极辊辊芯。
77.车削阴极辊辊芯外表面至直径3980mm，抛光后外表面镀银；
78.超大直径阴极辊包括阴极辊辊芯、钛筒1、钛侧板6、钛护套7。电阻炉充满惰性保护气体，将钛筒加热至200℃，保温1小时，在炉膛中将阴极辊辊芯装入钛筒1内部，待炉膛温度降至室温，在辊体两侧焊接钛侧板6、钛护套7制成阴极辊。
79.最终将阴极辊外径车削至4000mm，并将辊面抛光至ra0.8μm，制成超大直径阴极
辊。
80.本发明中包含钛筒采用高温旋压的方式加工，方法流程包括锻打、环扎、旋压等工艺，由于未使用焊接或其他增料加工方式，可以确保筒体微观组织均匀一致。由该方法生产的钛筒，可以生产外径3000mm至4000mm的阴极辊。
81.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
82.应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。