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同向絞制工藝在鋁或鋁合金導體中的應用

  • 分類:行業動態
  • 作者:
  • 來源:
  • 發布時間:2018-01-17
  • 訪問量:27

【概要描述】將鋁導體分別采用正規同心式絞合和正規同心式同向絞合兩種生產工藝進行試制生產、取樣后做相關的外觀檢查、導體稱重、結構尺寸測量、電阻測量等試驗,并將最終的試驗數據通過計算來論證緊壓圓形鋁或鋁合金導體采用同向絞制工藝可以提高導體的緊壓系數,降低單絲電阻率,提高導體的導電性能并能較好地解決采用正規同心式絞制工藝時出現的斷絲、表面毛刺、鋁屑等問題。

同向絞制工藝在鋁或鋁合金導體中的應用

【概要描述】將鋁導體分別采用正規同心式絞合和正規同心式同向絞合兩種生產工藝進行試制生產、取樣后做相關的外觀檢查、導體稱重、結構尺寸測量、電阻測量等試驗,并將最終的試驗數據通過計算來論證緊壓圓形鋁或鋁合金導體采用同向絞制工藝可以提高導體的緊壓系數,降低單絲電阻率,提高導體的導電性能并能較好地解決采用正規同心式絞制工藝時出現的斷絲、表面毛刺、鋁屑等問題。

  • 分類:行業動態
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  • 發布時間:2018-01-17
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同向絞制工藝在鋁或鋁合金導體中的應用

 

摘要:將鋁導體分別采用正規同心式絞合和正規同心式同向絞合兩種生產工藝進行試制生產、取樣后做相關的外觀檢查、導體稱重、結構尺寸測量、電阻測量等試驗,并將最終的試驗數據通過計算來論證緊壓圓形鋁或鋁合金導體采用同向絞制工藝可以提高導體的緊壓系數,降低單絲電阻率,提高導體的導電性能并能較好地解決采用正規同心式絞制工藝時出現的斷絲、表面毛刺、鋁屑等問題。

關鍵詞:電線電纜;鋁導體;同向絞制

目前電線電纜用鋁或鋁合金導體采用的絞合緊壓工藝與銅導體的絞合緊壓工藝基本一致,特別是圓形緊壓工藝,一般采用正規同心式單線絞合并運用圓形拉線模拉拔分層緊壓工藝。這種緊壓工藝,對于銅導體運用已非常成熟,絞制緊壓后表面光亮、無毛刺、尺寸精確。但對于鋁或者鋁合金導體,其單絲的機械性能、表面光潔度比銅單絲差很多,再加上為保證導體的圓整度及表面質量,生產時更易產生表面毛刺、鋁屑較多,甚至出現斷絲現象,因此部分生產企業采用酒精點滴、降低生產速度的方法,但是該方法嚴重影響產品質量以及生產效率。本文研究的結果可以較好地解決這一問題。

1 定義與分析

1.1 定義

正規同心式絞合[1],即采用同一直徑的單線,按同心圓的方向,一層一層有規則地絞合,且每一層的絞向都相反,最外層絞向為左向。

正規同心式同向絞合,即采用同一直徑的單線,按同心圓的方向,一層一層地有規則地絞合,每層方向相同,即均為左向。

1.2 分析

導體采用正規同心式絞合,相鄰層的絞合方向相反。不僅提高了絞線的穩定性,使絞線不易松散變形,而且當絞線受到拉力時,各層產生的轉動力矩相反,可以相互抵消,防止各層單線向同一方向轉動而造成松股,同時還可避免絞線在未拉緊時產生打圈現象。因此銅導體的絞制緊壓均采用正規同心式絞合。而鋁或鋁合金絲采用正規同心式絞合時,其表面會產生毛刺,且鋁屑較多,容易堵塞???,造成生產過程中出現斷絲的現象,嚴重影響產品質量。

首先,鋁或鋁合金絲的強度遠不如銅絲,銅絲的抗拉強度可以達到400 N/mm2[2]以上,鋁絲的抗拉強度最大只能達到200 N/mm2[3]。其次,采用正規同心式絞合生產鋁或鋁合金導體時,由于每一層絞向都相反,這種方式會在一定程度加劇鋁單絲相互間的擠壓,使鋁單絲不規則變形量增大,增加了鋁導體過圓形緊壓拉伸模的摩擦阻力,使其表面產生毛刺,且鋁屑較多,甚至出現斷絲現象。同時,在一定程度上也加劇了鋁線內部晶粒破碎、晶格畸變,使其導電性能下降。鋁線內部的晶格變化如圖1。

 

圖1 緊壓前后金屬晶格的形狀變化

因此,對于鋁或鋁合金導體的絞制,推薦采用正規同心式同向絞合。然而正規同心式同向絞和每層的絞制方向完全相同,均為左向,導體在彎曲時容易松散,變形。為了保證鋁或鋁合金導體絞制后線芯的穩定性,不松散,易于彎曲,調整為絞制多層鋁導體時,最外兩層的方向相同,即最外兩層的絞合方向為左向,內層的方向相鄰層相反。

為了驗證緊壓圓形鋁或鋁合金導體采用同向絞制工藝可以提高導體的緊壓系數,降低單絲電阻率,以下從正規同心式絞合和正規同心式同向絞合兩種生產工藝分別用試制生產、數據計算來論證。

2 試制與數據計算

2.1 正規同心式絞合

2.1.1 樣品試制

采用正規同心式絞合,生產一根標稱截面積為150 mm2的緊壓圓形鋁導體。導體結構為37/2.32 mm,鋁單絲體積電阻率為0.0282 Ω·mm2/m。導體絞制的排列結構為1+6+12+18,各層絞合方向如圖2所示。

圖2 正規同心絞合排列方式

采用圓形緊壓模分層緊壓,緊壓后導體直徑為14.6 mm,經過測量20℃導體實測直流電阻為0.1990 Ω/km。

2.1.2 數據計算

根據GB/T 3956-2008《電纜的導體》[4]標準規定:標稱截面積為150 mm2的鋁或鋁合金導體的20℃時最大直流電阻為0.206 Ω/km。經計算,20℃時實測電阻負余為:

首先,截取1 m緊壓后的導體,經過稱重,導體重量為397.6 g/m,鋁導體的密度為2.7 g/m3,可計算出稱重導體的實際截面為:

S=397.6÷2.7=147.3 mm2

然后,根據公式RρL/S,可得出經過緊壓變形后鋁導體的體積電阻率為:

式中:ρ為鋁導體的體積電阻率,Ω·mm2/m;R為20℃時導體的實測直流電阻,Ω/km;S為鋁導體的稱重截面積,mm2;L為電纜長度,m。

計算得出:經過絞制緊壓后,電阻率由0.0282 Ω·mm2/m增加到0.0293 Ω·mm2/m,

增加比率為:0.0293÷0.0282=1.039。

最后,計算緊壓系數為:

式中:η為緊壓系數;S為鋁導體的稱重截面積,mm2;d為導體緊壓后直徑,mm。

通過以上方法,實際又驗證了標稱截面積為185 mm2、240 mm2、300 mm2的鋁導體采用正規同心式絞合緊壓圓形的方法,經過緊壓后電阻率升高范圍在1.03~1.04左右,緊壓系數在86%~88%。具體數據如表1所示。

表1 采用正規同心式絞合的工藝參數

項目單位工藝參數 導體標稱截面mm2150185240300 根數/單絲直徑mm37/2.3237/2.5637/2.9561/2.56 絞制結構-1+6+12+181+6+12+181+6+12+181+6+12+18+24 絞制方向-左-右-左左-右-左左-右-左右-左-右-左 導體直徑mm14.616.218.620.6 鋁單絲體積電阻率Ω·mm2/m0.02820.02820.02820.0282 鋁導體緊壓后體積電阻率Ω·mm2/m0.02930.02920.02930.0291 通過緊壓后電阻率增加值-1.0391.0351.0391.032 20℃標準直流電阻Ω/km0.2060.1640.1250.100 實測電阻值Ω/km0.19900.16290.12400.0993 電阻余度%-3.39 -0.67 -0.80-0.70 導體實際稱重g/m397.6483.9637.9791.5 稱重的截面積mm2147.3179.2236.3293.1 緊壓系數%88878788

2.2 正規同心式同向絞合

2.2.1 樣品試制

采用正規同心式同向絞合,生產一根標稱截面積為150 mm2的緊壓圓形鋁導體。導體結構為37/2.32 mm,鋁單絲體積電阻率為0.0282 Ω·mm2/m。導體絞制的排列結構為1+6+12+18,各層方向如圖3所示。

圖3 正規同心同向絞合排列方式

采用圓形緊壓模分層緊壓,緊壓后導體直徑為14.6 mm,經過測量20℃導體實測直流電阻為0.1976 Ω/km。

2.2.2 數據計算

20℃時實測電阻負余為:

截取1 m緊壓后的導體,經過稱重,導體重量為397.6 g/m,鋁導體的密度為2.7 g/m3,可計算出稱重導體的實際截面為147.3 mm2。

可得出經過緊壓變形后鋁導體的體積電阻率ρ=0.0291 Ω·mm2/m。

計算得出:經過絞制緊壓后,電阻率由0.0282 Ω·mm2/m增加到0.0291 Ω·mm2/m。

增加比率為:0.0291÷0.0282=1.032。

最后,計算緊壓系數η=88%[1]。

通過以上方法,實際又驗證了標稱截面積為185 mm2、240 mm2、300 mm2的鋁導體采用正規同心式同向絞合緊壓圓形的方法,經過緊壓后電阻率升高范圍在1.02~1.03左右,提高了導體的導電性能,且緊壓系數可以提高到88%~90%,節約了材料。具體數據如表2所示。

對比表1、表2中的緊壓系數,可看出,185 mm2的緊壓系數由88%提高到90%,240 mm2的緊壓系數由87%提高到89%,300 mm2的緊壓系數由88%提高到90%。

表2 采用正規同心式同向絞合的工藝參數

項目單位工藝參數 導體標稱截面mm2150185240300 根數/單絲直徑mm37/2.3237/2.5637/2.9561/2.56 絞制結構-1+6+12+181+6+12+181+6+12+181+6+12+18+24 絞制方向-右-左-左右-左-左右-左-左左-右-左-左 導體直徑mm14.616.218.620.6 鋁單絲體積電阻率Ω·mm2/m0.02820.02820.02820.0282 鋁導體緊壓后體積電阻率Ω·mm2/m0.02910.02890.0290.0288 通過緊壓后電阻率增加率-1.0311.0241.0281.021 20℃標準直流電阻Ω/km0.2060.1640.1250.100 實測電阻值Ω/km0.19760.15590.12000.0961 電阻余度%-4.07-4.93-4.0-3.9 導體實際稱重g/m397.6500.6652.6809.5 稱重的截面積mm2147.3185.4241.7299.8 緊壓系數%88908990

3 對比與分析

經過對比以上兩個實際生產150mm2的緊壓圓形鋁導體的例子,緊壓后,導體的米重均沒有變化,而導體緊壓后的體積電阻率卻由0.0293 Ω·mm2/m減小到0.0291 Ω·mm2/m,縮小6‰,大大提高了導體的導電性能。通過對比表1及表2中其他規格的鋁導體工藝參數,可看出通過采用正規同心式同向絞合的方式,不僅可以減小體積電阻率的變化程度,同時也可以提高導體的緊壓系數。

采用正規同心式同向絞合的方式使得導體在緊壓的時候,由于最外兩層方向相同,最外層單絲的緊壓變形剛好填充在次外層的單絲間隙里,從而增大緊壓系數,使得導體單絲沿阻力最小的方向變形,大大降低導體中單絲不規則變形量,減小導體過圓形緊壓拉伸模的摩擦阻力,并在一定程度上減輕鋁線內部晶粒破碎、晶格畸變,使其導電性能提高。電阻的負余度很大,因此,可以調整單絲直徑,以得到合適的電阻,達到節約原材料、降低成本的目的。

4 結論

通過采用正規同心式同向絞制的工藝制造緊壓鋁或者鋁合金導體,具有以下幾個優點:

(1)鋁導體絞制緊壓后表面光亮、無毛刺、無鋁屑、尺寸精確、圓整度高;

(2)從源頭上避免了鋁或鋁合金緊壓的斷絲現象;

(3)避免了采用點滴酒精潤滑冷卻的方式對導體內部或表面殘留水的質量影響;

(4)絞合緊壓后的體積電阻率降低了1.0%左右,不僅提高了鋁或鋁合金導體的導電性能,在一定程度也節約了生產成本,減少了能源浪費,具有較好的社會經濟效益。

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