電纜導體絞合新技術(shù)探索與應(yīng)用

張宏濤

（金川集團電線電纜有限公司）

1 拉模生產(chǎn)扇形絞線工藝技術(shù)的研究背景

1.1 優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)外徑，降低產(chǎn)品原材料投入的最有效途徑

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和技術(shù)的進步，市場對電線電纜產(chǎn)品提出了高質(zhì)量和低價格的要求。目前，塑料絕緣（尤其是交聯(lián)聚乙烯絕緣）電力電纜的導體多用圓形的緊壓絞合導體，該結(jié)構(gòu)的導體在絕緣擠出和多芯成纜時的工藝控制和操作都較簡單，但圓形的絕緣線芯在成纜時都要用填充材料填充空隙，以保證成纜后成品電纜外觀的圓整度。這在增加電纜輔助材料的同時，也增加了電纜的外徑，無形中增加了后道工序材料的用量，增加了電纜的制造成本。圖1為圓形線芯相接三大一小電纜芯剖面圖。

圖1 圓形電纜線芯剖面圖

作為使用廣泛、用量很大的額定電壓1kV塑料絕緣電力電纜，在實際生產(chǎn)中，較大截面的多芯型電纜，導電線芯采用扇形結(jié)構(gòu)，可以大大減小電纜外徑，節(jié)省電纜材料（包帶、填充、鋼帶和護套等），使成本降低15%～20%，可使企業(yè)得到較好的經(jīng)濟效益。圖2為扇形線芯相接三大一小電纜芯剖面圖。

圖2 扇形電纜線芯剖面圖

目前，行業(yè)生產(chǎn)額定電壓1kV塑料絕緣較大截面（主干線芯50mm2以上）的多芯型電力電纜，普遍采用傳統(tǒng)壓輪成型生產(chǎn)工藝生產(chǎn)導電線芯的扇形絞線，而該類技術(shù)操作技術(shù)要求高，勞動強度大，生產(chǎn)出的導體外觀質(zhì)量差，會出現(xiàn)銳角、毛刺、耳朵、單線間空隙大等缺陷，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸不穩(wěn)定。拉模生產(chǎn)扇形絞線工藝技術(shù)是近期業(yè)內(nèi)剛剛開始采用的新型絞線定型生產(chǎn)工藝，相較壓輪生產(chǎn)工藝投資少、空間占用小、操作方便、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定、主材投入少等優(yōu)點。

1.2 提升產(chǎn)品品質(zhì)，搶占市場份額的外在需求

產(chǎn)品的外觀和質(zhì)量都有著重要性，外觀給客戶舒適感，現(xiàn)今世界上品牌公司都非常重視產(chǎn)品外觀的美化設(shè)計工作，哪怕是工業(yè)機器，因為他們深刻地知道，在激烈的市場競爭中，僅僅有強大的功能是遠遠不夠的，不足以戰(zhàn)勝強勁的對手。此外，產(chǎn)品的外觀也是企業(yè)形象在客戶眼中的表現(xiàn)。企業(yè)形象很大一部分是通過產(chǎn)品的外觀來傳達的，美觀的產(chǎn)品對于企業(yè)的宣傳運作都將是非常有益的。長期以來公司采用壓輪技術(shù)生產(chǎn)的扇形或圓形導電線芯低壓電力電纜絕大多數(shù)存在不圓整的現(xiàn)象，外觀形象不容樂觀。隨著市場對產(chǎn)品內(nèi)外質(zhì)量要求的不斷提高，產(chǎn)品的外觀形象必須加以提高，而拉模生產(chǎn)扇形絞線工藝技術(shù)的應(yīng)用可以很好地改善產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的圓整度，改善產(chǎn)品的外觀形象。

1.3 企業(yè)降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)利潤最大化的內(nèi)在需求

低壓電力電纜結(jié)構(gòu)中，導體材料鋁／銅用量占比整個電纜材料成本比值的60%～80%，降低導體材料的投入量對控制產(chǎn)品總成本起著至關(guān)重要的作用。拉模生產(chǎn)扇形絞線工藝技術(shù)較壓輪生產(chǎn)扇形絞線工藝技術(shù)生產(chǎn)的扇形絞線直流電阻和導體截面更穩(wěn)定，一般在滿足國家標準GB／T3956—2008中要求直流電阻率合格的情況下，可以將導體截面控制在標稱截面的98%以下，從而大大的節(jié)約相應(yīng)鋁／銅用量。并且拉模技術(shù)生產(chǎn)的扇形導體外觀尺寸更穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)更合理，生產(chǎn)的電纜圓整度更高，外觀尺寸可以進一步減小，其他的材料也相應(yīng)地得到了有效的節(jié)約。

2 拉模生產(chǎn)扇形絞線工藝技術(shù)簡介

2.1 拉模生產(chǎn)扇形絞線工藝技術(shù)

電力電纜的絕緣線芯采用圓形，成纜后再在外面包裹護套。這種排列結(jié)構(gòu)的電力電纜中各圓形纜芯之間的間隙很大，致使電力電纜整體的直徑很大，外面包裹的護套也需要較多的材料，成本高。將內(nèi)部的纜芯設(shè)計成扇形，多個扇形相互配合形成一個圓，再在圓的外面包裹護套，這種方法有效解決了整根電力電纜直徑較大，護套需要較多材料的問題，降低了成本。但是，目前扇形纜芯的加工都是采用兩個扇形緊壓輪進行緊壓，如采用四根扇形纜線組合的，就采用一個直角形輪，一個四分之一圓形的輪一起對纜芯進行緊壓加工，這種緊壓方式因為兩個輪之間有間隙，加工出的纜芯表面不夠光滑，連接處易造成鋸齒邊，不平整，影響了整根電力電纜的產(chǎn)品質(zhì)量。

所以，如何采用更優(yōu)化的裝置來加工扇形纜線，使加工出的扇形纜線表面光滑、無鋸齒邊，成為電力電纜加工行業(yè)技術(shù)人員研究的重要課題。

拉模生產(chǎn)扇形絞線工藝技術(shù)是公司根據(jù)大拉機和拉模生產(chǎn)圓形絞線原理，經(jīng)過探索、設(shè)計、開發(fā)出的一種扇形絞線生產(chǎn)新工藝技術(shù)，通過試制、性能檢測、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，使該技術(shù)成功用于生產(chǎn)實踐。

拉模生產(chǎn)扇形絞線工藝技術(shù)主要是采用扇形緊壓拉模，包括模套和模芯，所述模套內(nèi)設(shè)置有模芯，所述模芯的中間開有扇形?？住Ｉ刃文？卓梢圆捎妙愔苯巧刃巍㈩?0°角扇形或類120°角扇形等多種角度的扇形結(jié)構(gòu)。該技術(shù)將傳統(tǒng)的采用兩個扇形輪緊壓加工扇形纜線的方式改進為采用扇形緊壓拉模一次成型，扇形緊壓拉模成型出的纜線表面光滑，不存在毛刺，無鋸齒邊。采用多個扇形纜線組合成一個圓，再在圓的外面包裹護套，這樣就使整根電力電纜的直徑較小，護套需要的材料也較少，降低了產(chǎn)品成本。

2.2 拉模技術(shù)與壓輪技術(shù)生產(chǎn)扇形絞線工藝方式對比

兩種生產(chǎn)工藝絞合設(shè)備相同，都可采用框式絞線機或叉絞機進行絞合生產(chǎn)。壓輪成型裝置是一種能確保碾壓扇形導體規(guī)整的電纜扇形導體成型裝置，包括機架和設(shè)置在機架內(nèi)上下可調(diào)、帶成型槽的滾動式上下壓輥，及上下壓輥外側(cè)同軸設(shè)置的上下門型壓輥架，上下門型壓輥架由軸定位于機架上，上下門型壓輥架至少一側(cè)邊上對應(yīng)設(shè)有滑套，所述的滑套套設(shè)在軸上，滑套外側(cè)增設(shè)有轉(zhuǎn)動螺母，上下壓輪不僅能夠各自上下移動調(diào)節(jié)，而且可以各自左右移動調(diào)節(jié)。然而客觀上壓輥和壓輥架之間存在一定間隙，裝配安裝時上下兩個壓輥很難調(diào)整到同一垂線上。而壓輥固定軸上，軸又與機架固定連接，因此上下壓輥左右不能調(diào)節(jié)。如果上下兩個壓輥安裝不在同一垂線上，就會使碾壓出的扇形導體形狀發(fā)生變形，并且產(chǎn)生飛邊，錯位滾碾還容易損傷壓輥，實際使用壽命不長。圖3為壓輪成型裝置，圖4為壓輪實物圖片。

圖3 壓輪成型裝置

圖4 壓輪實物圖

拉模成型裝置是將傳統(tǒng)的采用兩個扇形輪緊壓加工扇形纜線的方式改進為采用扇形緊壓拉模一次成型，扇形緊壓拉模的纜線表面光滑，無毛刺，無鋸齒邊。圖5為拉模結(jié)構(gòu)圖，圖6為拉模實物圖。

圖5 拉模結(jié)構(gòu)圖

圖6 拉模實物圖

2.3 拉模技術(shù)與壓輪技術(shù)優(yōu)劣勢對比

2.3.1 同壓輪相比拉模生產(chǎn)工藝的優(yōu)點

1）扇形絞線拉模模具體形輕小，操作方便，勞動強度低，不會出現(xiàn)壓輪配型的混亂，生產(chǎn)導體速度快，效率高。

2）模具光滑耐磨，生產(chǎn)出的導體表觀光亮，傳統(tǒng)的壓輪無法實現(xiàn)如此光亮的效果，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量檔次。

3）導體的外徑均勻，截面穩(wěn)定，相應(yīng)鋁／銅用量穩(wěn)定。

4）壓輪生產(chǎn)導體會出現(xiàn)銳角、毛刺、耳朵等缺陷，影響絕緣質(zhì)量，拉模生產(chǎn)杜絕了此類現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3.2 同壓輪相比拉模生產(chǎn)工藝的主要缺點

1）由于拉模是采用擠壓成型的方式，就會產(chǎn)生大量的摩擦熱量，造成鋁線表面發(fā)粘，銅線表面氧化，導體容易斷線，過高的溫度也會縮短拉模的使用壽命。

2）拉模生產(chǎn)較壓輪生產(chǎn)工藝更換導體規(guī)格相對比較麻煩。

2.3.3 拉模和壓輪生產(chǎn)的扇形絞線對比

（1）拉模與壓輪綜合比較（見表1）

表1 拉模與壓輪綜合表

（續(xù)）

（2）拉模和壓輪生產(chǎn)圖片（見圖7和圖8）

圖7 拉模生產(chǎn)絞線圖

圖8 壓輪生產(chǎn)絞線圖

（3）拉模和壓輪生產(chǎn)速率比較

拉模生產(chǎn)相對壓輪生產(chǎn)扇形導體操作簡單，只需按要求將單線穿過拉模進行絞合，結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定，不過相對引線長度有所增加；而壓輪生產(chǎn)時需不斷地調(diào)整壓輪之間的間隙來調(diào)整導體的尺寸，對實際操作技能要求較高。正常生產(chǎn)時，相對拉模生產(chǎn)速率高些，壓輪生產(chǎn)時需時刻關(guān)注導體的實際尺寸，如有變化，需時刻調(diào)整壓輪的間隙。

（4）拉模和壓輪生產(chǎn)的扇形導體圖片

通過圖9、圖10可以看出，相對壓輪生產(chǎn)工藝，拉模生產(chǎn)出的產(chǎn)品外觀更光亮，質(zhì)量更好，改善了銳角、耳朵、毛刺、單線之間縫隙大等問題，為絕緣工序的質(zhì)量控制提供了有力條件。

圖9 拉模生產(chǎn)的扇形導體圖

圖10 壓輪生產(chǎn)的扇形導體圖

（5）產(chǎn)品質(zhì)量比較（以3＋1成纜結(jié)構(gòu)95mm2（100°）扇形導體為例）

通過表2可以看出，相對壓輪生產(chǎn)工藝，拉模生產(chǎn)的導體尺寸相對穩(wěn)定，不像壓輪生產(chǎn)的導體會有大的波動，可以有效地控制導體截面，從而減少操作人員調(diào)節(jié)壓輪松緊不當帶來的過度消耗。

表2 95mm2（100°）扇形不同工藝產(chǎn)品質(zhì)量比較表

3 拉模工藝的特點及優(yōu)勢

3.1 解決了單線進入扇形拉模后出現(xiàn)劃傷，不能同心均勻進模絞合問題

在探索開發(fā)扇形拉拔模前期，按照常規(guī)圓形拉模設(shè)計思維將整個模具進口和出口全部設(shè)計為扇形，但在生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)單線進入?？谇皵Q結(jié)、導體劃傷嚴重等問題。通過分析，導致該類問題的主要原因是絞籠為同軸旋轉(zhuǎn)，而?？跒樯刃?，單線不能順暢均勻旋轉(zhuǎn)地進入?？?，造成單線進口前擰結(jié)；同時單線與?？谶呇貏澆?，造成單線劃傷。

我們打破常規(guī)，將扇形緊壓拉模中的模芯分段設(shè)計，其中分為圓形進口段、圓扇中間過渡段、扇形定型段三段，并且通過增大模具直徑，放大圓形進口段直徑，加大單線進線角度方式，讓單線更順暢均勻地進入?？冢瑥氐捉鉀Q了單線進入?？谇皵Q結(jié)、導體劃傷嚴重等問題。

3.2 解決了單線進入模具后頻繁出現(xiàn)斷線的問題

在探索開發(fā)扇形拉拔模前期，按照常規(guī)圓形拉模設(shè)計思維將整個模具設(shè)計的比較短，但在生產(chǎn)實踐中頻繁出現(xiàn)單線進入模具后斷線的問題。通過分析，導致該類問題的主要原因是單線進入模具后緊壓變形過快，阻力過大造成單線擠斷。

為了解決此問題的發(fā)生，我們通過改變設(shè)計，增加模具長度，加大圓形深度，形成圓扇緩慢過度，解決了因絞合導體變形過快，阻力過大造成單線擠斷的問題。

3.3 解決了生產(chǎn)中拉制對設(shè)備的負荷大的問題

為了保證扇形導體能夠很好地定型，開始我們將模具定徑區(qū)設(shè)計的較長，但是在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備牽引的負荷較大。造成設(shè)備牽引負荷大的主要問題就是拉模的定徑區(qū)過長，為了降低設(shè)備負荷只能采取降低定徑區(qū)長度的方法，然而既要保證扇形導體能夠很好地定型，又要在此前提下降低設(shè)備的負荷，這就給我們出了一個很大的難題，對此進行了研究，并進行了大量的實驗，最終找到了一個折中的方案對模具定徑區(qū)的設(shè)計。

3.4 解決生產(chǎn)中二層以上的絞線，內(nèi)外層反轉(zhuǎn)的問題

在生產(chǎn)實踐中，二層以上的絞線因牽引翻轉(zhuǎn)，導致二層以上的絞線，內(nèi)外層反轉(zhuǎn)不同向的問題。我們通過調(diào)整模具朝向，將模具扇尖全部向上，解決了內(nèi)外層反轉(zhuǎn)的問題。

3.5 解決生產(chǎn)中導體發(fā)熱過高的問題

由于拉模是采用擠壓成型的方式，就會產(chǎn)生大量的摩擦熱量，造成鋁線表面發(fā)粘，銅線表面氧化，導體容易斷線，過高的溫度也會縮短拉模的使用壽命。我們通過采用高純的酒精，用輸液管控制流量，降低導體熱量。

3.6 解決了因操作不當模芯易損壞的問題

普通材質(zhì)磨損嚴重，壽命短；合金材質(zhì)容易碎，為了延長模具的使用壽命，在扇形緊壓拉模的模芯外加裝了一層模套對模芯進行保護，防止在生產(chǎn)過程中因操作不當將模芯損壞。

4 結(jié)束語

拉模生產(chǎn)電纜導體扇形絞線工藝技術(shù)是一種新型電纜導體絞合生產(chǎn)工藝技術(shù)。該技術(shù)相對傳統(tǒng)的壓輪生產(chǎn)扇形絞線工藝技術(shù)而言更經(jīng)濟、工藝更簡單、性能和質(zhì)量更穩(wěn)定。經(jīng)過探索、設(shè)計、開發(fā)的一種扇形絞線生產(chǎn)新工藝技術(shù)，通過試制、性能檢測，經(jīng)過多年的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，使該技術(shù)成功運用于生產(chǎn)實踐。該技術(shù)的成功應(yīng)用進一步優(yōu)化了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸，降低了原材料的投入，提升了產(chǎn)品外在和內(nèi)在品質(zhì)，產(chǎn)品的穩(wěn)定性得到進一步的提高。