金屬線和電線的制作方法
【專利摘要】本發明提供了已經充分提高了強度和延展性的高強度和高延展性的一種金屬電纜和一種金屬線。至少通過進行單軸拉伸金屬材料(2)的拉伸加工來制造金屬電纜(1)。金屬電纜(1)在垂直于截面的軸向上具有硬度從中心部朝著特定徑向上的特定周邊部減小的硬度分布，有助于軟化的周邊部的拉伸加工、使破裂等最小化、并且提高拉伸強度和延展性。
【專利說明】
金屬線和電線
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種金屬線和一種電線，而且涉及至少經受使金屬材料在軸向上延伸的拉伸加工而制造的金屬線和包括一個以上該金屬線的電線。
【背景技術】
[0002]傳統地，已經使用導電金屬線(單元線)作為電線等的材料，并且已知拉伸加工作為金屬線的制造方法，在該拉伸加工中，使金屬材料在軸向上伸展的同時通過模具延伸以變細(例如，參見專利文獻I)。專利文獻I描述了使導電材料經受一般的拉伸加工并且延伸、其后進行使導電材料彎曲的彎曲加工(二次加工)的制造方法。通過這樣的彎曲得到的單元線由于包含在導體中的晶粒變為細小的等軸粒而具有提高的機械強度。
[0003]引用列表
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻I JP-A-2008-218176
【發明內容】
[0006]技術問題
[0007]然而，通過如在專利文獻I中描述的傳統的制造方法得到的金屬線具有充足的機械強度，但是其延展性的提高仍不足。從而，需要開發具有更加提高的延展性的金屬線。
[0008]本發明意在提供具有充分提高的機械強度及充分提高的延展性的高機械強度及高延展性的金屬線和電線。
[0009]解決問題的方案
[0010]為了實現上述目的，本申請的發明人已經發現了金屬線在垂直于軸的截面中的硬度分布與金屬線的延展性之間的較強相互關系，并且通過對其賦予適當的硬度分布能夠實現具有高機械強度和高延展性的金屬線。
[0011]根據本發明的第一方面，一種金屬線，該金屬線具有硬度從垂直于軸的截面的中央部朝著特定徑向上的特定周邊部減小的硬度分布，其中，至少通過使得金屬材料經受在軸向上的延伸來制造所述金屬線。
[0012]在本發明的第一方面中，優選地，在從所述中心超過半徑的至少1/2的周面側處，所述特定周邊部的硬度減小了所述中央部的硬度的10%以上。
[0013]在本發明的第一方面中，優選地，在徑向上關于所述中央部與所述特定周邊部相反的相反周邊部的硬度落入所述中央部的所述硬度的正負10%以內，并且所述相反周邊部的所述硬度比所述特定周邊部的所述硬度高。
[0014]在本發明的第一方面中，優選地，在所述延伸之后，所述周邊部在所述徑向上的所述硬度比所述中央部的所述硬度高，并且通過在所述延伸之后進行的二次加工，所述特定周邊部的所述硬度變得比所述中央部的所述硬度小。
[0015]在本發明的第一方面中，優選地，在所述二次加工之后的所述中央部的所述硬度比在所述二次加工之前的所述中央部的所述硬度高，并且在所述二次加工之后的所述特定周邊部的所述硬度相對于在所述二次加工之前的所述特定周邊部的所述硬度減小了 10%以上。
[0016]根據本發明的第二方面，一種電線，該電線包括一個以上的本發明的第一方面的金屬線。
[0017]發明的有益效果
[0018]根據本發明的第一方面，通過具有硬度從徑向上的中央部朝著特定周邊部減小的硬度分布，能夠實現延展性的極大提高。這里，特定周邊部可以是在垂直于軸的截面中的周向上的限定區域(例如，具有大致30至90度中心角的扇形)，可以是比以上區域寬的區域(例如，30至180度)，或者可以是大致整周的區域。與本發明的這樣的金屬線相比，僅進行一般拉伸加工的傳統的金屬線具有周邊部的硬度比中央部的硬度高的硬度分布。因此，在傳統的金屬線中，雖然能夠實現機械強度的提高，但是因為其高硬度的周邊部易于變脆而不能實現充足的延展性。相比之下，本發明的金屬線，通過具有周邊部的硬度比中央部的硬度小的硬度分布，軟化的周邊部變得表現出良好的可展性和高的抗裂性，從而實現了延展性的提聞。
[0019]根據本發明的優選方面，在從中心部超過半徑的至少1/2的周面側處，特定周邊部的硬度相對于中央部的硬度減小了 10%以上。即，由于硬度等于或小于中央部的硬度的90%，所以特定徑向上的過半范圍能夠是特定周邊部，并且利用軟化的周邊部能夠更確實地實現金屬線的延展性的提高。
[0020]根據本發明的優選方面，通過包括硬度落入中央部的硬度的正負10%以內并且硬度高于特定周邊部的相反周邊部，并且通過具有在特定周邊部側與相對于中央部的相反周邊部側之間表現出不均勻硬度的硬度分布，即，硬度分布在垂直于軸的截面中關于中心軸不對稱，能夠使金屬線的機械強度與延展性良好平衡地提高。
[0021 ] 根據本發明的優選方面，通過使拉伸加工之后的在徑向上的周邊部的硬度比中央部的硬度高的金屬材料經受二次加工，能夠通過特別軟化經通過拉伸加工而硬化的周邊部之中的特定周邊部來實現延展性的提高。
[0022]根據本發明的優選方面，通過進行二次加工以提高中央部的硬度并且使特定周邊部的硬度從二次加工之前的硬度減小10%以上，能夠實現金屬線的機械強度和延展性的提聞。
[0023]根據本發明的優選方面，由于電線由如上所述的提高了延展性的金屬線構成，所以當制造電線時能夠防止金屬線破裂。特別地，當利用通過絞合多個金屬線制成的絞合線構成電線時，由于在絞合的同時防止破裂，所以能夠提高金屬線的生產效率和產量，使得能夠降低制造成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是根據本發明的一個實施例的金屬線的制造方法的截面圖。
[0025]圖2A是具體說明該金屬線的制造方法的視圖。
[0026]圖2B是具體說明該金屬線的制造方法的視圖。
[0027]圖3是示出該金屬線的機械特性(機械強度應變)的線圖。
[0028]圖4A是示出該金屬線的硬度比的線圖。
[0029]圖4B是示出該金屬線的硬度比的線圖。
[0030]參考標記列表
[0031]I金屬線
[0032]2金屬材料
【具體實施方式】
[0033]將參考圖1至圖4B描述根據本發明的一個實施例的金屬線。本實施例的金屬線I用作電線的單元線。關于電線，可以例示出諸如:由覆蓋有電絕緣被覆的單個金屬線I制成的單線，通過將多個金屬線I絞合而制成并且覆蓋有電絕緣被覆的絞合線，以及用于同軸電纜、屏蔽電纜等的編織線。這樣的電線用作連接于安裝在汽車上的電子器件之間的線束、或用作連接于蓄電池和發動機的電力線。像這樣，電線的應用不受特別限制。并且，對于金屬線1，可以例示出諸如:銅、由銅合金制成的退火銅線、鍍錫銅線或鍍鎳銅線、以及由鋁或鋁合金制成的鋁線或鋁合金線等。
[0034]通過使金屬材料2經受作為一次加工的和作為接下來加工的彎曲加工，由該金屬材料2制造金屬線I。首先，在拉伸加工中，通過使用多個模具3 (在該實施例中是三個)，使金屬材料2能夠貫穿具有逐漸減小的內徑的模具并從而在軸向(由圖中的箭頭X所示的方向)上伸展。多個模具3中的每個模具都包括成形孔4，該成形孔4使得金屬材料2能夠貫穿該成形孔4 ;成形孔4適于包括:圓錐狀的大直徑部4A，該圓錐狀的大直徑部4A在延伸方向上的上游側開口 ；和筒狀的小直徑部4B，該筒狀的小直徑部4B在延伸方向上的下游側開口。
[0035]接著，在彎曲加工中，在利用彎曲伸展模具5和圖中未示出并位于彎曲伸展模具5的下游側的拉伸裝置在軸向上伸展金屬材料2的同時，在金屬材料2的中間部以比較小的彎曲半徑彎曲該金屬材料2，從而使金屬材料2進一步伸展。彎曲伸展模具適于包括:插入孔6，該插入孔6以大致直角在內部彎曲；和進料輥7，該進料輥7布置在插入孔6的彎曲部的內側。插入孔6適于包括:收納部6A，該收納部6A在延伸方向上的上游側(圖1中的左偵D開口，并且收納金屬材料2;和送出部6B，該送出部6B朝著伸展方向上的下游側(圖1中的上側)開口，并且送出金屬材料2 (金屬線I);收納部6A和送出部6B布置成以大致90度交叉。
[0036]進料輥7適于布置在收納部6A與送出部6B的交叉部處，并且形成為具有與金屬材料2的彎曲半徑(內徑)“r”相應的直徑，如圖2A所示；通過未示出的作為驅動裝置的電機能夠旋轉地驅動進料輥7。進料輥7通過輔助位于彎曲伸展模具5的下游側的拉伸單元而在軸向上將金屬材料2送出。S卩，進料輥7將摩擦力施加于金屬材料2的周面上的彎曲部的內周面2A。另一方面，朝著送出方向的摩擦力不施加到金屬材料2的彎曲部的外周面2B上，同時由于彎曲引起的張力施加到外周面2B。從而，關于利用彎曲伸展模具5彎曲并延伸的金屬材料2的截面內的應力σ，沿著內周面2A的應力01的軸向的應力滯后與沿著外周面2Β的應力σ ο的軸向的應力滯后互相不同。
[0037]將參考圖2Β所示的概念圖具體描述金屬材料2的截面內的應力滯后。這里，在圖2Β中，在垂直軸的正側示出拉伸應力，并且在垂直軸的負側示出壓縮應力。首先，除彎曲加工的壓縮力外，還通過進料輥7的摩擦力，內周面2A的應力σ i在壓縮側處顯示出一次應力的大值。此后，利用拉伸單元伸展而朝著拉伸側逐漸增加的這種應力滯后施加到內周面2A。另一方面，雖然外周面2B的應力σο曾經由于彎曲加工而朝著拉伸側增大，但是隨后，由于通過插入孔6的送出部6B直線伸展而在逐漸減小的同時一直位于拉伸側的這種應力滯后施加到外周面2B。
[0038]將參考圖3、圖4A和圖4B描述如上所述加工的金屬線I的拉伸強度和截面內的硬度分布的測量結果。這里，在圖3中，線圖中示出拉伸強度與應變之間的關系，加工之前的金屬材料2對應于虛線，拉伸之后且彎曲之前的金屬材料2對應于細實線，并且拉伸加工之后且彎曲加工之后的金屬線I對應于粗實線。如圖3所示，與在加工之前的金屬材料2(虛線)相比，觀察到金屬材料2(細實線)在拉伸加工之后的拉伸強度的值和金屬線I在彎曲加工之后的拉伸強度的值都大幅度增加。并且，與金屬材料2在拉伸加工之后的機械強度相比，雖然金屬線I在彎曲加工之后的機械強度減小了大致10%，但是斷裂應力增加了大致30%。從而，與機械強度的減小相比，觀察到實現了延展性的提高。這里，金屬線I具有晶粒尺寸在Iym以下的超細金相組織，從而實現了高的拉伸強度。從而，觀察到即使在彎曲加工之后，晶粒尺寸也不改變太多。
[0039]接著，圖4A和圖4B中的線圖示出了金屬材料2 (在圖中是菱形)在拉伸加工之后且在彎曲加工之前以及金屬線I (在圖中是四邊形)在彎曲加工之后的截面內的硬度分布。在圖4A和圖4B中，圖中的水平軸表示金屬材料2和金屬線I的徑向上的位置，圖中的垂直軸表示硬度比。此外，在圖4A和圖4B中，在每個線圖的右側示出內周面2A側的硬度比，并且在每個線圖的左側示出外周面2B側的硬度比。這里，本發明的特定徑向相當于連接內周面2A與外周面2B的徑向，該徑向是指朝著內周面2A的徑向。即，特定周邊部相當于內周面2A側的周邊部。此外，圖4A的圖中示出的硬度比表示由各個位置處測量的硬度值并利用一個硬度值基準化所得到的值。圖4B的線圖中所示的硬度比表示從金屬線I在彎曲加工之后(二次加工之后)各個位置處測量并且利用拉伸加工之后且彎曲加工之前(二次加工之前)的金屬材料2在各個相應位置處的硬度值標準化所得到的值。
[0040]首先，參考圖4A所示的圖，拉伸加工之后(二次加工之前)的金屬材料2的硬度分布示出硬度從截面的中央部(線圖的水平軸的中心)朝著徑向的兩側逐漸增加，并且示出在超過半徑的一半的距離的周邊部中的硬度的最大值；該硬度分布示出關于截面的中心左右對稱的形狀，并且示出在除了中央部之外的周邊部中的較硬的值。另一方面，彎曲加工之后(二次加工之后)的金屬線I的硬度分布示出在截面的中央部中的硬度的最大值，并且示出朝著內周面2A側(特定徑向上的特定周邊部側，線圖的右側)向下的減小硬度值。在硬度朝著外周面2B側(特定徑向上的相反的周邊部側，線圖的左側)逐漸減小的同時，硬度分布沒有顯示出大的減小，并且示出關于截面的中心左右非對稱的形狀。特別地，觀察到在二次加工之后的金屬線I的內周面2A側(特定周邊部側)，示出了相對于位于半徑的一半距離處的中央部的硬度減小10%以上的硬度以及相對于周面部(圖的右緣)中的中央部的硬度減小20%以上的硬度。另一方面，在外周面2B側(相反的周邊部側)，理解為其中的硬度落入相對于中央部的硬度的正負10%以內。
[0041]接著，在圖4B的圖中，比較二次加工之后的硬度與二次加工之前的硬度，觀察到在截面的中央部，硬度表現出增加了大致10%，而在內周面2A(特定周邊部側)，在半徑的1/2位置處，硬度表現出減小了大致10% (彎曲加工之前與彎曲加工之后的硬度比變為大致90% )，并且在內周面2A側的周邊處，硬度表現出減小大致20% (彎曲加工之前與彎曲加工之后的硬度比變為大致80% )。另一方面，在外周面2B側(相反的周邊部側)，理解為沒有觀察到硬度的重大改變，并且硬度的減小落入硬度減小的大致5%以內(彎曲加工之前與彎曲加工之后的硬度比落入大致95% -105% )。鑒于以上，已經確定的是:通過利用前述的進料輥7的彎曲加工，硬度在特定徑向上的特定周邊部側與相反的周邊部側之間的顯示出劇烈改變，從而在抑制拉伸強度減小的同時實現了斷裂應力的重大提高，并且得到了已實現延展性提高的金屬線I。因此，通過由高延展性的金屬線I制造電線，能夠避免金屬線I的斷裂。特別地，當由絞合線制造電線時，由于避免了在絞合期間發生的斷裂，所以能夠在提高電線和生產效率和產量的同時減小制造成本。
[0042]描述前述優選實施例以幫助理解本發明，并且本領域技術人員能夠在不背離本發明的精神和范圍的情況下進行各種變化。
[0043]例如，上述實施例的金屬線I不限于利用多個模具3通過拉伸加工(一次加工)以及利用彎曲伸展模具5和進料輥7的彎曲加工(二次加工)來制造。即，拉伸加工可以不限于使用多個模具3的拉伸加工，利用具有連續插入孔的拉伸加工裝置使金屬材料2在軸向上延伸的拉伸加工也是可以的。此外，二次加工可以不限于彎曲加工，并且可以是使拉伸加工之后的金屬材料2線性伸展的加工、或者可以是在使拉伸加工之后的金屬材料2延伸的同時絞合的加工。此外，可以通過使用適當的熱處理(例如，退火)來減小特定周邊部的硬度。此外，構成本發明的金屬線的材料可以不限于前述的銅、銅合金、鋁和鋁合金。除了非晶態金屬之外的具有晶體結構的材料也是可以的。特別地，具有晶粒尺寸等于或小于Iym的超細金相組織是優選的。而且，金屬線的材料可以由單一元素或多個元素構成，其中可以包括添加元素，或者金屬線的材料可以具有通過第二相析出等而形成的金相組織。
【權利要求】
1.一種金屬線，該金屬線具有硬度從垂直于軸的截面的中央部朝著特定徑向上的特定周邊部減小的硬度分布，其中，至少通過使得金屬材料經受在軸向上的延伸來制造所述金屬線。
2.根據權利要求1所述的金屬線，其中，在從所述中心超過半徑的至少1/2的周面側處，所述特定周邊部的硬度減小了所述中央部的硬度的10%以上。
3.根據權利要求1或2所述的金屬線，其中，在徑向上關于所述中央部與所述特定周邊部相反的相反周邊部的硬度落入所述中央部的所述硬度的正負10%以內，并且所述相反周邊部的所述硬度比所述特定周邊部的所述硬度高。
4.根據權利要求1至3的任意一項所述的金屬線，其中，在所述延伸之后，所述周邊部在所述徑向上的所述硬度比所述中央部的所述硬度高，并且通過在所述延伸之后進行的二次加工，所述特定周邊部的所述硬度變得比所述中央部的所述硬度小。
5.根據權利要求4所述的金屬線，其中，在所述二次加工之后的所述中央部的所述硬度比在所述二次加工之前的所述中央部的所述硬度高，并且在所述二次加工之后的所述特定周邊部的所述硬度相對于在所述二次加工之前的所述特定周邊部的所述硬度減小了10%以上。
6.一種電線，該電線包括一個以上的根據權利要求1至5中的任意一項所述的金屬線。
【文檔編號】C22F1/04GK104335292SQ201380018164
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年3月26日 優先權日:2012年3月29日
【發明者】德富淳一郎, 花崎健一, 柳本潤 申請人:矢崎總業株式會社, 國立大學法人東京大學