电缆拉丝工艺技术讲义.docx
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电缆拉丝工艺技术讲义.docx
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电缆拉丝工艺技术讲义
电缆拉丝工艺技术讲义
一、 线材拉伸的基本原理
1. 线材的拉伸
线材的拉伸是指线坯在一定的拉力作用下,通过模孔发生塑性变形,使截面减小、长度增加的一种压力加工方法。
2. 拉伸的特点
(1) 拉伸的线材有较精确的尺寸,表面光洁,断面形状可以多样。
(2) 能拉伸大长度和各种直径的线材。
(3) 以冷加工为主,拉伸工艺、模具、设备简单,生产效率高。
(4) 拉伸能耗较大,变形受一定的限制。
3.拉伸的原理
拉伸属于压力加工范围,拉伸过程中除了产生极少的粉屑外,体积变化甚微,因此拉伸前、后金属的体积基本相等。
4.影响拉伸的因素
(1) 铜、铝杆(线)材料。
在其他条件相同时,拉铜线比拉铝线的拉伸力大,拉铝线容易断,所以拉铝线时应取较大的安全系数。
(2) 材料的抗拉强度。
材料的抗拉强度因素很多,如材料的化学成分,压延工艺等,抗拉强度高则拉伸力大。
(3) 变形程度。
变形程度越大,在模孔变形段长度越长,因而增加了模孔对线的正压力,摩擦力也随之增加,拉伸力也增加。
(4) 线材与模孔间的摩擦系数。
摩擦系数越大,拉伸力越大。
摩擦系数由线材和模具材料光洁度、润滑液的成分和数量决定。
(5) 线模模孔工作区和定径区的尺寸和形状。
定径区越大,拉伸力也越大。
(6) 线模的位置。
线模安放不正或模座歪斜也会增加拉伸力。
也是线径及表面质量不达标。
(7) 外来因素。
线材不直,拉线过程中线的抖动,放线阻力,都会增加拉伸力。
二、 拉丝设备
1.拉丝机的分类
按模具数量分:
单模拉丝机和多模拉丝机。
按工作特性分:
滑动式拉丝机和非滑动式拉丝机。
按鼓轮形状分:
塔形鼓轮拉丝机、锥形鼓轮拉丝机及圆柱形鼓轮拉丝机。
按润滑型式分:
喷射式拉丝机和浸入式拉丝机。
按拉制线径分:
巨、大、中、小、细、微拉丝机。
2.多模拉丝机的特点
多模拉丝机是线材通过几个规格逐渐减小尺寸的模子和其后的拉线鼓轮,而实现拉伸的拉丝机。
(1) 滑动式连续拉丝机
滑动式连续拉丝机是拉丝鼓轮圆周速度大于线材拉伸速度,并以次而产生摩擦力。
它的优点是总的延伸系数高,加工率大,拉伸速度高,产量大,易于实现自动化、机械化。
它的缺点是在拉线过程中,为了克服线材所产生的摩擦力,要消耗很多的功;对鼓轮表面的磨损很大;对配模的要求严格。
A.圆柱形鼓轮拉丝机
这种拉丝机的特点是各个拉丝机鼓轮的直径相等,且呈直线排列,主要拖动形式为一个电动机带动各级鼓轮,它的优点是穿模方便,停车后可以测量各道次的线材直径,以便控制拉伸的过程。
它的缺点是机身较长,而且模子的数量一般不多于9个。
B.卧式塔形鼓轮拉丝机
这种拉丝机应用最为广泛,塔形鼓轮结构,按其塔级多少,可分二级拉丝鼓轮和多级拉丝鼓轮。
它的优点是拉丝道次多,设备紧凑,占地面积小。
(2) 无滑动式连续拉丝机
非滑动式拉丝机是线材与鼓轮之间没有相对的滑动,线材拉伸后缠绕在拉丝鼓轮上,因此中间的鼓轮有双重的作用,即起着拉伸鼓轮的作用,又起着储线为下道模子拉丝的放线作用。
比较多的是8、10模拉丝机。
它的优点是:
鼓轮和线材表面不易磨损;适于抗张力不大,耐磨性差的铝(铝合金)线的拉制;机构简单,容易制造;由于中间鼓轮上有储存,当某个鼓轮停止转动时,其它鼓轮仍可在短时间内照常工作。
它的缺点是:
不能高速拉伸,一般不超过12m/s;不适宜细线的拉伸。
三、 拉丝的润滑
1. 润滑剂的作用
(1) 润滑作用。
在变形的金属和模空之间,保持一层润滑膜,避免模具和线材直接接触和粘结,降低摩擦系数,从而减少能量消耗和加工道次,延长模具的使用寿命。
(2) 冷却作用。
使用冷却的润滑液,可以降低线材和模孔的温度,防止线材温度过高而发生氧化变色,提高线速。
(3) 清洗作用。
在拉制过程中,不断产生微细的金属粉尘,润滑液不断冲洗模孔,消除金属粉尘在模孔的作用。
2. 润滑剂对拉丝的影响因素
(1) 浓度。
润滑剂的浓度大,提高了它的润滑作用,金属线材与模孔壁的摩擦系数小,相应的摩擦力也减小,拉伸力随之下降。
但是,浓度太大,润滑剂的粘度也随之上升,它的冲洗作用也减小,模孔的金属屑不易带走,造成线材表面质量差。
浓度太大,金属屑不会沉淀,悬浮在润滑剂中,反而影响润滑效果。
(2) 温度。
润滑液的温度过高,失去了它的冷却作用,使金属线材及模具的温度升高,线材氧化变色、模具寿命减低,也影响油脂润滑膜的强度,润滑效果下降。
温度过高,润滑剂粘度上升,不利于拉伸。
(3) 清洁度。
润滑剂中混入酸类物质,会造成润滑剂分层,失去润滑效果。
润滑剂中含碱量增加,对拉伸后的金属线材产生腐蚀的危害。
润滑剂中有固体杂质,影响设备的润滑系统,造成润滑液供应不足,减小了润滑剂起到的作用。
3. 对润滑剂的基本要求
(1) 粘附性好,润滑剂能有效地粘附在拉制线材的表面上。
(2) 能承受线材与模具之间的高压,热稳定性好。
(3) 没有腐蚀作用。
(4) 冷却效果好。
(5) 没有刺激的气味。
(6) 拉制后易于除去。
4. 拉丝润滑方式
(1) 单个模槽分散润滑
主要用于一次拉丝机或无滑动的积储式多模拉丝机,它对润滑剂的形态无限制。
通过模槽内的循环水起到冷却的作用。
由于模槽是敞开式的,可以直接观察润滑剂情况,便于调整。
但是容易弄脏设备和场地。
(2)浸入式润滑
采用乳液壮和液体油状的润滑剂,适用于滑动式连续拉丝机。
润滑剂盛装在拉丝机的专用槽内,鼓轮、线段、模具都浸入在润滑剂中,结构简单,能保证模具、鼓轮、线材的连续润滑和冷却。
它的缺点是:
拉丝过程中产生的金属屑没有沉淀的可能,不断被带进模孔和鼓轮上,影响模具和鼓轮的寿命,也影响线材表面的质量。
润滑掖槽需要有冷却装置,防止润滑液温度过高。
(3) 循环式润滑系统
在滑动式连续拉丝机上,保证润滑液有固定的成分和一定的温度,可以单机使用,也可以数台拉丝机集中使用。
它的优点是润滑液里的金属屑可以得到充分的沉淀,定期的清理,能保证润滑液的清洁度。
它的缺点是要不定期对润滑液进行分析,适时补充润滑剂。
四、 拉丝模具
1. 模具的种类和应用
(1) 硬质合金模,它的优点是:
耐磨性好;粘附性小;抛光性好;摩擦系数小;抗腐蚀性高。
(2) 钻石模,由于天然钻石模价格昂贵,非常脆弱,主要用于细微线的拉制。
(3) 聚晶模(人造钻石),与天然钻石一样的高硬度和高耐磨性,主要用于小拉丝机的中间模。
(4) 钢模,修制容易,价格低廉,但硬度和耐磨性比较差,寿命低,主要用于生产量小,拉大截面的型线。
2. 模具的结构尺寸
拉丝模具的模孔,有四个部分组成:
(1) 入口润滑区:
带有圆弧,便于线材进入工作区。
(2) 工作区:
金属拉伸时产生塑性变形,线材截面压缩减小。
(3) 定径区:
保证线材尺寸与形状精确和均一,延长模具的使用寿命。
(4) 出口区:
出线端,防止停车时出现竹节刮伤和定径区出口处的崩裂。
3.拉丝对模具的要求
(1) 模孔的各个区域应该光滑,不得有裂纹和凹坑的存在。
(2) 模孔的中心线要垂直于模具的端面。
(3) 工作区、定径区在修磨后必须要抛光。
电缆拉丝过程中异常原因分析与解决办法
1.断线
序号
产生的原因
解决办法
1
接头不牢
调节对焊机的电流、通电时间、压力,提高焊接质量
2
线材有杂质
加强原材料的验收
3
配模不合理
对模具进行调整,消除变形过程度大和过小的现象
4
模孔形状不正确或不光滑
严格按标准修模,定径区不可过长,保证模孔的光洁度
5
反拉力过大
调整鼓轮上绕线的圈数
6
鼓轮上压线
调整鼓轮上绕线的圈数,修正磨损的鼓轮
7
润滑不良
检查润滑系统,测定润滑剂的成分和温度
8
铝杆潮湿
防止铝杆受潮,潮湿的铝杆暂时不使用
2.尺寸形状不正确
序号
产生的原因
解决办法
1
模孔磨损
经常测量线径,发现超公差时更换模具
2
线材拉细
调整配模,改善润滑效果
3
用错模具
穿线后要测量线径
4
线材划伤
检验模孔的质量和润滑
5
模具歪斜
上模时注意摆正,检修模座
3.擦伤、碰伤、刮伤
序号
产生的原因
解决办法
1
锥形鼓轮上有跳线现象
将鼓轮表面修光,角度检修正确
2
鼓轮上有沟槽
拆下鼓轮修复磨光
3
设备上有伤线的地方
鼓轮接口不平,导轮转动不灵活
4
线盘互相碰撞
线盘要“T”字摆放,运输时要彼此隔开
5
地面不平整
整修地面,铺设钢板
6
收线过满
坚守岗位,集中精力,按规定下盘
4.起皮、麻坑、三角口、毛刺
序号
产生的原因
解决办法
1
线材有飞边、夹杂、缩孔
加强检验,不合格的不投产
2
模孔不光滑、变形等
严格检查,不合格的模具不上机
3
润滑不良
提高润滑效果
4
鼓轮不光滑,滑动率过大
磨光鼓轮表面,调整配模
5.波纹、蛇形
序号
产生的原因
解决办法
1
配模不当
调整配模,在成品模的变形程度不可过小
2
拉丝机严重震动
检修、加固设备,消除震动
3
线材抖动厉害
调节张力,收线速度要保持稳定
4
模孔形状不合适
定径区长度要合适,不可过短,甚至没有
5
润滑供应不均匀,不清洁
保证润滑剂供应均匀,将润滑剂过滤使用
6.线材上有连续的划痕
序号
产生的原因
解决办法
1
线材刮伤
检查与线材接触的各部位,如导轮、排线杠
2
润滑液温度过高
加强冷却,必要时采用强制冷却手段
3
润滑剂含碱量高、不清洁
定期化验,保持润滑剂的成分,保证其清洁
4
模孔不光滑,有缺陷
加强模具的修理与管理,不合格模具不上机
5
模孔润滑区被阻塞
对润滑液要过滤,消除润滑液中的金属屑和各种杂质。
7.氧化、水渍、油污
序号
产生的原因
解决办法
1
润滑不足,润滑液温度过高
保证润滑液的足够供给,加强润滑液的冷却
2
润滑液飞溅
阻塞飞溅部位,成品线出口处采用毛毡擦线
3
存放场地不清洁,油污的手套弄脏了线材
坚持5S管理,保证工作场地的清洁
8.收排线满、偏、乱、紧、松
序号
产生的原因
解决办法
1
排线调整不当
按收线盘规格调整排线宽度和排线位置
2
收线张力不当
调整收线张力和收线速度
3
排线机构有故障
细心观察,及时排除
4
收线盘不规整
选用合格的线盘上机
5
收线过满
加强监视,如是自动换盘要重新设定下盘数量或检修设备
9.性能不合格
序号
产生的原因
解决办法
1
抗拉强度、伸长率、弯曲等机械性能不合格
总变形程度小,原材料不合格,变形不均匀的原因会引起机械性能不合格,所以要选用合格的原材料,增加总变形程度,控制拉丝过程中的温升等条件
2
电阻率不合格
主要是原材料不合格,其次是退火工艺不当
电缆装铠工艺
一、电缆外护层的类型、作用、型号、结构和使用特点
1、电缆外护层的分类
电缆护层一般可分为内护层和外护层两类,紧包在电缆绝缘层上的护套称为内护层,内护层外面的复盖物则称为外护层。
2、电缆外护层的作用
外护层主要由内衬层、装甲层及外被层组成。
(1)内衬层
作用:
在装铠层过程中,防止内护层被铠装层碰伤;在敷设运行中,可以抵御外界腐蚀介质的侵入,防止金属护套(内护层)与外界腐蚀介质的接触,处延长电缆的使用寿命。
(2)铠装层
作用:
防止电缆在敷设过程中或运行过程中遭到可能遇到的机械损伤,以确保内护层有完整性,并可以承受一定的外力作用。
(3)外被层
作用:
主要是保护铠装层,防止铠装层在敷设过程中受到损伤。
由塑料护套组成的外被层可以防止铠装层在运行过程中受到腐蚀。
电缆护层是保证电缆长期保持优良电气性能的,一旦护层损伤,电缆就会发生故障,不能继续运行,因此电缆的使用寿命在很大程度上依赖于电缆护层的寿命,面电缆护层的寿命在很大程度上取决于护层的制造质量。
3、各种外护层的结构
(1) 金属套通用电缆外护套结构
(2) 非金属套通用电缆外护层结构
(3) 铅套充油电缆外护层结构
(4) 钢管电缆外护层
表1 非金属套通用电缆外护层的结构
型号
外护层结构
内衬层
铠装层
外被层
12
绕包型:
塑料带或无纺布
挤出型:
塑料套
联锁铠装
聚氯乙烯外套
22
双钢带铠装
聚氯乙烯外套
23
聚乙烯外套
32
单细圆钢丝铠装
聚氯乙烯外套
33
聚乙烯外套
53
单皱纹钢带纵包铠装
聚乙烯外套
62
双铝带(铝合金带带)铠装
聚氯乙烯外套
63
聚乙烯外套
42
塑料套
单粗贺钢丝铠装
聚氯乙烯外套
43
聚乙烯外套
41
胶粘涂料—聚丙烯绳—,或电缆沥青—浸渍麻—电缆沥青—白垩粉
441
双粗圆钢丝铠装
241
双钢带—单粗圆钢丝铠装
4、电缆护层的用途
表2 非金属套电缆通用外护层的使用范围
型号
名称
主要适用敷设场所
敷设方式
特殊环境
室内
隧道
电缆沟
管道
埋地
竖井
水下
易燃
严重腐蚀
拉力
一般土壤
多砾石
12
联锁钢带铠装聚氯乙外套
△
△
△
△
△
△
△
22
钢带铠装聚氯乙烯外套
△
△
△
△
△
△
△
23
钢带铠装聚乙烯外套
△
△
△
△
△
32
细圆钢丝铠装聚氯乙烯外套
△
△
△
△
△
△
△
33
细圆钢丝铠装聚乙烯外套
△
△
△
△
△
△
41
粗圆钢丝铠装纤维外被
△
○
△
42
粗圆钢丝铠装聚氯乙烯外套
△
△
△
△
△
43
粗圆钢丝铠装聚乙烯外套
△
△
△
△
62
铝带铠装聚氯乙烯外套
△
△
△
△
△
△
△
63
铝带铠装聚乙烯外套
△
△
△
△
△
441
双粗圆钢丝铠装纤维外被
△
○
△
241
钢带—粗圆钢丝铠装纤维外被
△
○
△
电缆装铠工艺
二、电缆外护层常用材料
电缆外护层常用的材料基本上有四大类,纤维材料、金属材料、塑料。
1、纤维材料
(1)纸:
用厚度为0.12mm的电缆纸切制而成。
(2)麻:
用黄麻制造而成的电缆麻。
2、金属材料
外护层中使用的金属材料主要是钢带、钢丝、铝带(铝合金带)等。
(1)钢带
钢带有冷轧钢带,涂漆钢带和镀锌钢带。
1)冷轧钢带
是用热轧钢带经冷轧而成,主要供作加工电缆铠装层的涂漆钢带和镀锌钢带用。
表3 铠装电缆用冷轧钢带的尺寸及允许偏差
厚度mm
允许偏差mm
宽度mm
允许偏差mm
0.20
±0.02
10,15,20,25
±0.50
0.30
±0.03
0.50
±0.04
30,35
±1.00
0.80
±0.05
40,45
±1.50
1.00
±0.06
50,55,60
±2.00
2)涂漆钢带
采用浸涂法或电泳法在冷轧钢带上形成漆膜而制成。
规格和尺寸与冷轧钢带相同。
涂漆钢带的抗拉强度应不小于300N/mm2,伸度率应不小于20%。
涂漆钢带的漆膜质量应符合表4。
表4 涂漆钢带的漆膜质量
项 目
指 标
外观
均匀连续,允许轻微流挂、擦伤,但不得有大片脱落或漏涂
厚度(单面)≥μm
8
弯曲试验(Φ5mm)/次
1
冲击试验
(1次)/N·cm
钢带厚度<0.5mm ≥
100
钢带厚度≥0.5mm ≥
300
耐腐蚀试验
20℃±5℃,24h
5%盐酸溶液
漆膜完整,允许有不大于试样总面积30%的剥离,表面小气泡不计
5%氢氧化钠溶液
漆膜完整,允许剪切边漆膜有不超过5mm的轻度剥离。
5%氯化钠溶液
耐热试验200℃±5℃,0.5h,Φ5mm弯曲一次
不裂,允许距边缘3mm以内的漆膜破裂可以不计
耐低温试验-20℃±5℃,2h,Φ5mm弯曲一次
3)镀锌钢带
镀锌钢带是用冷轧钢带镀上锌层制成。
方法有热镀(R)和电镀(D)。
钢带的规格尺寸、力学性能与冷轧钢带相同。
钢带镀锌层应均匀完整,不得有锌层剥落、裂纹、锈蚀和漏镀,但允许存在个别漏镀点等缺陷。
镀锌钢带锌层重量见表5。
表5 铠装电缆用镀锌钢带的锌层重量
符 号
三点试验平均值(g/m2)≥
三点试验最低值(g/m2)≥
R200
R275
R350
D80
200
275
350
80
170
230
300
68
(2)钢丝
铠装用镀锌钢丝是由低碳钢热轧圆盘条制成。
铠装电缆用镀锌钢丝的规格和尺寸见表6。
表6 铠装用镀锌钢丝的规格尺寸
标称直径mm
允许偏差mm
1.6
2.0 2.5
3.15 4.0
5.0 6.0
±0.05
±0.08
±0.10
±0.13
铠装电缆用镀锌钢丝锌层质量见表7。
表7 铠装电缆用镀锌钢丝锌层的质量
钢丝直径mm
锌层重量g/m2
浸入硫酸铜溶液的次数
(60s一次)≥
缠绕试验
芯轴直径为钢丝直径的倍数
缠绕次数
≥
1.6
2.0
2.5
3.15
4.0
5.0
6.0
150
190
210
240
270
270
270
2
2
2
3
3
3
3
4
4
4
4
5
5
5
6
镀锌钢丝经硫酸铜溶液试验后的镀锌钢丝表面,不应出现用棉花或净布控擦不掉的、光亮的金属铜;经缠绕试验后,锌层不应发生破裂或脱层。
镀锌层应均匀,不应有裂缝、斑疤和没有镀锌之处。
允许有个别的锌层堆积,但使钢丝增大的值应不超过直径公差的15倍。
为保证钢丝的力学强度,成捆或成盘的钢丝均由一根组成,不应有断头与镀锌后的电接头,成捆钢丝不应卷绕过紧及弯折。
3塑料
聚乙烯和聚氯乙烯。
三 装铠工艺
1 装铠前的准备工作
电缆装铠前按计划工单,首先核对半成品责任卡,并对半成品规格、电缆外径、表面质量等进行测量及检查,凡发现不符合要求的半成品均不可进行加工,然后半成品责任卡上的型号,按工艺规定调整钢带和选配模具。
模孔直径较电缆缆芯直径大1~4mm。
2 装铠的质量要求和操作工艺
(1)钢带绕包的质量
绕包型内衬层要求绕包平整,消除重合,否则将造成电缆缆径不匀。
两层钢带均为间隙绕包,绕包的方向为右向,绕包应紧而平服,上下两层钢带的重叠应不少于钢带宽度的1/4,间隙一般为所用钢带宽度的1/3。
钢带规格的选用见表8。
表8铠装金属带标称厚度
铠装前假设直径mm
金属带标称厚度mm
钢带或镀锌钢带
铝或铝合金带
d≤30
30<d≤70
70<d
0.2
0.5
0.8
0.5
0.5
0.8
钢带绕包头的张力调节是铠装的重要操作,张力均匀是确保铠装质量的关键,要求两个钢带盘张力均匀一致,否则造成缆芯摇摆,严重时将因此切伤缆芯,且要求钢带放出张力自始至终一致,否则出现结构变形和外径不匀。
钢带接头要平整、牢固,接头的边缘部分不得有毛刺、尖角翘起等现象。
钢带复绕应紧密,在复绕过程中应剔除有夹层、毛刺、砂孔、锈蚀缺陷的钢带。
(2)钢丝绕包质量
钢丝绕包必须排列紧密、整齐,不得有跳线、重叠、不应有大于一根钢丝直径的间隙,如有钢丝凸起或有大于一根钢丝直径的间隙时,可用调节钢丝绕包节距的办法加以调整。
钢丝绕包节距应为绕包闪前电缆直径的7~12倍,绕包方向为左向。
钢丝接头要平整、牢固、焊接处经反复弯曲检查,以防虚焊,焊接处如有毛刺或凸起之尖角,必须锉平。
钢丝线盘的张力应随时检查,务各线盘的张力应均匀一致,不得有过紧或过松情况出现。
钢丝复绕要紧密,排线要平齐,不可有单边或鼓形的线盘出现,复绕用的线盘就应用平整完好的铁盘,以防止复绕过程中擦伤钢丝的锌层。
钢丝规格的选用见表9。
表9 钢丝规格的选用
铠装前假设直径mm
细钢丝直径mm
粗钢丝直径mm
15.0≤d
15.0<d≤25.0
25.0<d≤35.0
35.0<d≤60.0
60.0<d
0.8~1.6
1.6~2.0
2.0~2.5
2.5~3.15
3.15
4.0~6.0
四 废次品的类型及产生原因
1 钢带缺陷
钢带绕包的缺陷主要有以下几种:
1)内衬层被损坏,造成的原因是钢带卷边、裂口,两钢带盘张力不一致形成缆芯的摇摆,两钢带盘放带张力过大,钢带焊接不好有尖角等;2)钢带间隙超过标准,造成的原因是节距齿轮配错、钢带宽度过窄、电缆实际外径超过标准、收线和牵引不同步使电缆的钢带间隙起动;3)钢带漏包,造成的原因是钢带张力未调整好、电缆配模过大、钢带绕包角不合适;4)钢带重叠率过大,造成的原因是钢带宽度过大、电缆外径过小、牵引速度过小。
2 钢丝缺陷
钢丝铠装的缺陷主要有以下几种:
1)内衬层被损坏,造成的原因是钢丝接头不好、内衬层损坏;2)钢丝跳线、凸起、有间隙,造成的原因是钢丝排列不均匀、张力控制不好、钢丝弯曲、电缆外径不匀;3)钢丝锌层刮落,造成的原因是分线板、穿线模、穿线孔等有槽,并线模过小等。
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