电线线材制作过程.docx
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电线线材制作过程.docx
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电线线材制作过程
电线电缆的制造过程
一、电线电缆的制作过程简介
缠绕 印字 色带 集合 印字 裁条
炼铜→伸铜→伸线→绞线→绝缘→ 成缆→ → → 编织→ → 成卷
编织 外被 填充 地线 外被 轴装
1.炼铜 目前工业应用阴极电解铜法炼铜。
2.伸铜,伸线有三种方法:
三个阶段:
粗伸(8.0>2.6mm),中伸(3.2/2.6>1.2/1.0mm),细伸(1.2/1.0>0.07/0.05mm)
3.0镀锡退火:
电线电缆导体两端镀锡目的。
3.1避免与O2接触,发生氧化。
3.2焊接方便,易于操作。
镀锡的两种方法:
3.2.1.热镀。
使用导体铜表面干净,无油渍。
3.2.1.电镀锡,导体电镀锡后表面光滑,品质好,表面薄。
4.绞线,绝缘,缠绕(编织),外被(印字),集合(包带、填充、地线),编织,外被,裁条(成卷、轴装)不过,并非所有线材都必须有上面过程,有的线材制作过程简单得多。
二、电线电缆的设计
一、导体
(一).导体线径、股数、面积与电阻之关系
1.导体的概念
能够导电的物体称之为导体。
相反,不能导电的物体称之为绝缘体。
在大自然中,铜的导电能力较强,电阻(Restistance)低。
实际上,我们经常用到的是合金导体。
例如,
镍、铬、铜线,又称之为电阻线,能产生大量的热。
由于各金属成分不一样,则电阻大小也不一样。
镀锡铜和镀镍铜是经常用到的,镀锡铜导电性能好,价格比镀镍铜低。
但是相对锡而言更易氧化。
镀镍铜它更比镀锡铜耐腐蚀,但成本高。
因此,我们通常选用镀锡铜线或镀锡绞线。
我们应该还记得下面这个公式:
L
R=P
A
R为电阻;
P为导电率;
L为线长;
A为截面积;
在工厂非常容易看到如此规格1332 20AWG(19/0.19TS)导体线材。
我们来分析一下
1332 20AWG (19 / 0.19 TS)
A B C D E
A…1332表示型号(AWG美国线规)数,20AWG其中一种.
B…19表示此导体由19股细铜丝组成.
C…“/”表示19股细铜丝是绞合在一起,我们厂所有线材都要绞合除单根之外.
D…表示19股铜丝的每股细铜丝的单根直径是0.19mm。
E…T表示镀锡铜线,S表示铜线为绞合。
2.导体线径
我们用到的线材导体直径一般比较小,从0.05mm到1.291mm。
使用线径小的导体,可以保证线材的柔软度,我们用细铜绞线代替单一粗铜导体也就是这个道理。
由于有线径大小的区分,就有了铜条、铜线、铜丝的不同称呼,他们的线径依次减小。
当然下面的简单公式将的出导体面积:
A=πr2=0.7854d2
(二)导体相关计算
1.绞距(Pitch)、掺入率的概念
绞合有两种方式:
同心绞和束绞。
在了解他们之前,我们先了解一下绞距之概念。
学过工科的同仁清楚螺杆中有螺距的概念,学过理科的同仁清楚波长之概念,绞距与螺距、波长相似,在平面上也是具有相同性质两点之距离。
如下图标
显然,相同长度之导体,绞合之细铜丝要比直放之细铜丝长。
这种就存在掺入率的概念。
用导体之长度乘上一个系数(K),就得到绞线的实际长度。
通过下面图标可以推出一个公式:
P…绞距.
L…绞距范围内芯线实际长度。
D1… 层心径。
L
从而推出:
λ= -1 ;
K=1+λ K为掺入系数。
1. 导体重量计算公式
这里的重量严格来说区别与我们以前的概念,因为它的单位是KG/KM,而不是单独的KG或G即它是单位长度线材的重量。
W=d2×6.9822×n×k1×c×k2×p×k3 W=d2×n×0.7854×8.9×1.03
式中:
d┉为单股铜线直径; N…股数 K1…铜线掺入率;
C…芯数 P…芯线对数 K2…芯线集合掺入数;
K3…对型线缆集合掺入率(芯线无对绞,K3=1);
上面公式出现了芯线掺入率、芯线对数,这是因为我们设计的线缆的芯线同样具有绞合、绞距等等概念。
3.导体绞合外径的计算
我们设计线缆包括线材外被是用量的计算,这对一个工厂来说是非常重要的。
因此,导体绞合外径的计算就有必要了。
无论是导体还是芯线都存在两种绞合:
同心绞、束绞。
名副其实,同心绞是指以一条或多条铜单线为中心,在其周围各层以左右交互之方向绞合。
每层的单线总数均比其内一层多6条。
束绞是叫所有单线,依同一方向绞合。
其它还有复合绞等等。
当导体股数(芯线条数)为7、19、37、61、95并胶合时,为同心绞;其余股数(芯数)为束绞。
导体胶合外径的计算公式如下:
同心绞胶合外径 D=(1+2n)*d
n为导体自内到外的层数;
束绞胶合外径 D=√N×1.155×d
D为绞合外径; N为导体股数。
芯线胶合外径则可参考《电子线材用量设计应用公式标准》。
前面还提到“对型线缆集合掺入率”,所谓对型即导体(芯线)两两绞合在一起,之后所有导体(芯线)再一起总绞(也可以不总绞)。
这一般是应用在要求较高电器性能的线材上。
值得一提的是,芯线绞与导体绞是相同原理,但芯线绞我们称之为芯线集合层心径的概念,如下图:
二、绝缘材料与绝缘相关计算
1.塑料材料的两种特性:
1.1热可塑性(THERMO-PLASTIC);
1.2热固性(THERMO-SETTING);
2.常用到的绝缘材料
有:
PP(Polyproplene)材料—般较亮,较硬,燃烧平稳,无太多的烟尘,有下滴现象。
价格较低。
SR-RVC(SR-Polyvinylchloride)材料—较暗,较软,燃烧有大量的烟尘。
价格较贵
FEP耐油、耐磨、电气性能好等特点。
PE(PolyEthyleneResin)材料—很亮,很软,较难加工,无下滴现象。
价格较贵。
对塑料材料而言,无论绝缘材料还是线材外被材料都有一些重要的机械特性、化学特性等等。
这可以参考《电线用塑料材料特性表》。
比重在电线电缆设计中也很重要,例如报价。
比重概念中,有一个加权平均比重的概念。
表示入下公式:
n1×ρ1+n2×ρ2
ρ平均=
n1+n2
其中:
n1ρ1…为第一种材料的比例、比重;
其中:
n2ρ2…为第二种材料的比例、比重。
2.有关绝缘的计算
2.1重量(KG/KM):
(工厂适用)
W=[πρt(D+t)+K4d2ρ]×C×K2×P×K3 W=(D2-d2)×0.7854×P
式中:
π…圆周率(3.146), ρ…比重, D…导体绞合外径(mm),
t…绝缘厚度; K4…押入系数, d…单线线径; C芯数; K2…芯线掺入率; P…对数; K3…对型电缆集合掺入率。
2.2重量(KG/KM):
(业务适用)
W=[D2-Nd2]×0.7854×ρ×C×K2×P×K3
式中:
D…绝缘外径(mm),N…导体总股数,d…单线径(mm).0.7854…π/4
2.3绝缘外径(mm)
D=2×t+d
式中:
t…绝缘厚度,d…导体绞合外径(mm)。
二、对绞、集合之绞线眼模之设计与选用
一个例子:
3C×0.75㎜2+PVC电源线(地线为裸铜).
0.75㎜2(19/0.23TS)×2C+19/0.23TS
ID=1.75mm; >
试问其绞合外径是多少?
选用多大的绞线眼模?
求出总截面积:
A=0.7854×1.75×2+0.7854×1.15×2
近似求绞合外径:
D=√(A/0.7854)≈3.6mm
但实际上眼模不能达到这个要求(D=3.6mm)
在集合盘上应按如下摆线法:
这样才不容易出现前左图中的极限现象。
因此D什还要加上一个经验值,通常加上0.5。
四、包带、包带材料及相关计算
4.1选用包带之原因
1.使线材成圆柱状(有的芯线不需要总绞,外面只包一层包带);
2.防止线材松散;
3.遮蔽,使信号不受干扰;
4.在导体与遮蔽线之间起绝缘作用;
4.2包带材料
1. AL-mylar(ρ=1.872≈1.9)
一般用单面,遮蔽面积小,遮蔽电阻大。
线材包带有两种方式:
Facc-in:
铝箔向内,用在没有线材不再经过编制或缠绕的线材场合,也起遮蔽作用;
Facc-out铝箔相对铜箔而言,铝箔软且便宜,因此使用特别广泛。
2.麦拉带(ρ=1.4)
“海翠尔Hytrel)做成带状后就是麦拉带.具有良好的抗张强力,依次,有防止松散的作用.例如用在电线电缆场合.
3.棉纸带(ρ=0.8)
棉纸带,起圆滑、柔软、绝缘作用。
例如用在鼠标线场合。
此外还有铜箔(ρ=8.89),PE带(ρ=0.93),发泡PP带等等。
4.3.包带机
目前有两种,1.附于绞线机/集合机上,适用于宽包带;
2.专用包带机,适用于较小包带;
4.4.包带方式
包带方式分纵包和横包,横包又分卷包和斜包两种方式,如下图所示:
纵包用在扁平线材和芯线不需要总绞的场合,不要求柔软度;斜包速度快;卷包柔软度好。
选择带宽:
卷包时W=3D,斜包时W=4~5D,并可以参考公司采购之包带材料宽度(w为带宽,D为包带前线材外径,又称包带下径)。
包带重叠度取决于线材直径,一般来说,不超过1/4圆弧长。
包带所用的眼模(包带进入束绞机须通过的模具)选用不可过大或过下,一般取包带后的外径(D+0.3)mm。
4.5.包带部分的计算
4.5.1重量(KG/KM):
(适用卷包或斜包)
W=(N/N-1)×π×ρ×t×(D+t1)
式中:
N…重叠度之倒数,π…圆周率(3.146),ρ…包带材料之比重,t…包带
材料之厚度,D…芯线集合外径,t1…卷包之厚度(mm)
4.5.2.包带外径(mm):
D=d+4t
式中:
d…芯线集合外径(mm),t…包带材料之厚度(mm)。
五、放线轴、卷取轴于卷取长度之关系
5.1.放线轴、卷取轴之概念
如下图标,这种轴在工厂应该看到得较多。
本厂各类成品、半成品线材在生产过程中要收集在线轴或卷取轴上。
例如芯线押出,铜绞,编织,缠绕等等工艺过程。
5.2线轴卷取长度计算公式
L=N×n×π×(d+K2×φ×n)×103M
式中:
L…线轴可包装之线缆总长度。
N=K1×W/φ…线轴内宽可排放之线行数。
(舍去两位小数点)。
K1…横排系数,以0.9计算:
W…线轴内宽(mm);φ…线缆直径(mm)
n=H/(K2×φ)…线轴空间可置放之线层数。
D…线轴筒径;
H=(D-d-2g)/2…线轴有效卷取高度(mm);D…线轴直径。
G…卷空尺寸(mm)皆以mm表示。
K2…纵系数,0.95计算
六、缠绕与编织
前面已经提到过缠绕与编织的共同作用是遮蔽,对外界电磁波产生隔离作用;保证内部信号的不受干扰,同时如果缠绕与编织接地的话,内部信号也不会泄漏,您到工厂押出就可以发现缠绕机上放线轴较小,因此缠绕后的线材都要经过倒轴(线材从一个放线轴转到令一个卷取轴)。
由于加工的要求,缠绕线如果不倒轴,在外被押出引取时会出现松脱,堵在眼模口,引起断线。
6.1.缠绕所需条数(N):
N=(D1×π/d)-3={[D1+d×π]/d}-3
式中:
D1…层心径(mm),d…缠绕铜线直径(mm),D1…缠绕下径,3是经验值,保证缠绕后的线材外表美观,否则由于缠绕铜线挨得比较紧密而容易出现交错现象,导致押出的线材外表面出现疙瘩,起伏不平.
6.1.2.重量(KG/KM):
W=d2×6.9822×N×K5
式中:
d…单线直径;N…缠绕所需条数;K5…缠绕掺入数.
6.1.3.外径(mm):
D=D1+2d
式中:
D1…缠绕下径(mm);d…单线径(mm)
6.2.缠绕制程
6.3.编织有关计算
6.3.1编织角(tanθ)
16锭编织机:
tanθ=[2π(D1+2d)p]/C
转为公制:
tanθ=(D1+2d)p×0.015461
24锭编织机:
tanθ=(D1+2d)p×0.010307
式中:
2…又向交叉编织;π…圆周率;D1…编织前外径;d…单线径;P…每英寸之目数;C…编织机之锭数.
从而可求出θ角度:
最好不要大于30°,否则编網加工时,不易翻转。
6.32添敷系数F
F=(N×P×d)/(25.4Sinθ)
式中:
N…每锭股数;P…每英寸之目数;d…单线径(mm);
6.33.编织率FOC
FOC=(2F-F2)×100%
6.3.4.重量(KG/KM)
W=d2×6.9822×M/Cosθ
式中:
d…单线径(mm);6.9822…为(π/4)×铜比重8.89之常数;M…编织总条数N×C(每锭股数×锭数).
6.3.5.编织外径(mm):
D=D1+5d
式中:
D1…编织前外径(mm);5…系数;d…单线径(mm);
6.4.编织制程
通常在设计卡等等中会看到编织的构成方式这种表示方法:
16 / 5 / 0.1
A B C D
说明:
A表示锭数,表示16锭编织机;
B表示间隔符号;
C表示股数;
D表示编织铜线的单线径.
股数目数不可以任意变得过大或过小,但是可以变化.增加目数,减少条数,则编织的速度相应降低.
七、外被及相关计算
7.1.前面讲到绝缘材料时,已谈到塑料的一些性质,这里不再重复,常用的外被材料有:
PU材料:
弹性好,耐磨,价格比PVC贵,较硬,火烧有刺激性味。
FEP:
材料:
耐热、耐寒、耐候、耐药、耐溶剂、绝缘怀能及高频性能优异、并具自润滑性,低磨擦系数等特点。
PVC材料:
色泽较暗,弹性比PU材料要差,火烧有臭味:
同样,外被材料各项物理性能与化学性能请查阅《电线用塑料材料表》。
7.2.外被押出:
本厂外被押出方式一般有:
充实押出…即芯线直接经外被押出成型,不经过包带、编织之类的加工。
如我们生产的电源线。
管状押出…有专用的押出模具,押出的外被形状成圆管状,如我们电脑上用的网络线,
管状押出保证外被押出后的光滑与正圆度。
编织押出…实际上是半空管押出,半成品线材在编织之后再经过外被押出。
如下图示三种押出线材截面图:
空管押出
编织押出
充实押出
7.3.外被部分计算
7.3.1充实押出:
2芯充实押出:
W=[(D2-2d2)0.7854]×ρ
3芯充实押出:
W=[(D2-3d2)0.7854-0.0403d2]×ρ
4芯充实押出:
W=[(D2-4d2)0.7854-0.214d2]×ρ
5芯充实押出:
W=[(D2-5d2)0.78540.542d2]×ρ
6芯充实押出:
W=πρt (D1+t)+K4d2ρ
外被押出由于同样存在押入系数,因此,6芯以上充实押出均类似绝缘押出。
管状押出:
W=πρt (D1+t)
编织押出:
W=[(D2-D22-d2×M)0.7854]×ρ
式中:
D…线缆完成外径(mm),d…芯线外径(mm),ρ…外被材料比重,D1…外被下径(mm),t…外被厚度(mm),K4…押出系数,D2…编织前外径(mm),M…编织总条数。
7.3.2其它形状外被重量(KG/KM):
W=(A1-A2)×ρ
式中:
A1…线缆总外部面积,A2…线缆外被押出前总面积,ρ…外被材料比重。
三、 中心度调试方法
我们在生产中,偏芯的调试是生产每一个机种不可缺少的一项工序。
它是对品质影响最大因素之一。
所以正确的调试偏芯是保证产品品质也是降低损耗的重要条件。
1.装模前要注意以下两点:
a.将调偏芯用的四颗螺丝松动,将机头上外模之处清理干净。
b.内模锁紧在机芯上,并锁在机头上,然后将外模置于眼模套内,如果是押PVC线材模要注意内模不要顶住外模。
以免损伤模具。
2.调整偏芯的常用方法:
2.1目视调整:
穿过导体或芯线,用眼平视外模孔与内模孔(或导体与芯线)周围是否平均,若左边空隙较大,则左边就偏多,将偏少一边螺丝松后,再锁紧较多一边螺丝。
调到中心位置后,将两边螺丝同时锁紧,用同样的方法调试上下方。
2.2空管调整:
调整时首先放一部料,所押出来的料用剪刀在外模口剪断用眼看偏向哪一方(左右),则哪一方就偏少,把少的一方螺丝松后,再锁紧对方的螺丝,至到出来的料成直线为止。
如果下面多的话出来的料就会上翘,如果下面少的出来的料就会下垂。
2.3灯光透视调整:
此方法一般适用于透明出,用电灯或打火机透视导体或芯线是否在绝缘体正中,调试步骤同2.1方法一样。
2.4冲料调整:
此方法一般都不采用,因为它会造成更多的浪费,冲料调整是指把押出来的线外径比实际要大很多,然后看哪一方出的料多,哪一方就少。
调整方法同2.1方法一样。
(此方法只能适用于PVC实芯押出。
)
2.5生产过程中,要根据实际情况来选定调试方法,无何种方法都以低速来调试,以保证品质和最低制损,严格要求自己用最快速度来调试,同时在生产中也要经常检查所生产线材的中心度。
2.6我们公司所生产的铁氟龙线材一般用2.1和2.2两种方法来调试。
PVC线材一般用2.3和2.4两种方法。
四、 模具的选用方法及间距调整
模具的选用正确与否,对生产的产品品质、外观有直接影响,在实际工作中,我们根据不同规格产品选取用不同的模具。
1. 押出内模的选用:
内模有控制方向,固定导体和芯线的作用,选取用内模的时候要考虑到是否会偏芯及容易穿线,在实际生产过程中要根据实际情况来选模。
不同的材料它有不同性质,因此模具的选用也不相同。
2. 我们目前公司所生产的产品主要是铁氟龙和PVC电源线,所以模具的选取用也比较单一,下面我就简单的说一下这两种材料的模具选用。
3. 铁氟龙的模具选用:
一般是根据绝缘厚度来选用,所选用的模具一般外模是线材外径的10倍,内模是导体直径的10倍,内外模之间的间隙也是绝缘厚度的10倍。
在实际生产中要根据实际情况而定。
外模过小所押出来的线容易出现波浪,且容易出现忽大忽小的情况。
外模过大押出来的线表面不光滑,容易出现针孔状,手感不好,过不了高压。
线径小外模过大,出来的材料没有锥度很难成型。
4. PVC`PU的模具选用:
PVC一般分为实芯押出、空管押出及半空管押出,PU只分为实芯押出,不同的押出方式就有不同的选模方式。
鉴于目前本公司只有实芯押出线,在这里就简单的介绍一下PVC实芯押出的选模方式。
外模的选用:
实芯押出还要根据它的外观也是它的亮雾度来选模和线材外径来选,亮面线材(3.0mm—6.5mm),一般外模要大于完成外径的0.2mm。
如果完成外径更大就适当加大外模。
(在此也要注意外模过大出来的线材外观粗糙,光泽较暗。
外模偏小押出来的线径也不稳定,生产非亮面是易偏亮。
像我们公司的两芯PU线外模过大或过小所生产出来的线材外径都不会太圆,即成扁状。
)
内模的选用:
内模的选用主要根据导体或半成品来定,如果芯是绞线。
用公式计算出后再加上0.2mm左右(一般适用于绞合外径4.0mm以下)。
如果是单支线绝缘度薄(0.4mm以下)的线材就在原有的芯线外径上加0.5mm即可。
5. 间距:
是指内模最前部份与外模模口里面之间的的距离。
内外模间距应根据实际经验来初步判定。
PVC线材:
间距过大或过小都容易出现偏芯。
内外模间距过大容易出现表面不光滑,粗糙等现象。
间距过小如果是绞线且容易出现绞纹,附着力不良等现象。
PU线材:
间距过大所押出线材不易剥皮但附着力强,过小側易凹凸不平等现象,外模过小押出线材时线径会忽大忽小(有时材料不一样同一种线号同一个模具它就会出现此种现象),外模过小时线材表面也容易出现波纹状,附着力不良,料出来之后不附在导体或芯线上等情况。
五、 押出温度的判定及调试
1. 温度偏高:
线材表面会起麻点、烧焦现象。
PU线会有亮痕,(PU线应及时调低机头和眼模温度,PVC线材变黄、线径扁等现象需整体降温情)。
通常从线材的外观可以看出来。
2. 温度偏低:
通常有在线材表面有塑化不良(死料)、表面粗糙、表面无光泽等现象。
PU线材温度偏低容易成针孔状及粗糙等
六、押出异常现状及解决办法
押出作业中,异常状况层出不穷,稍为不慎或松懈,即会出现异常现象.大凡不良之发生,均离不开料法的原因。
故我们惟有首先了解产生不良之具体原因所在,方能对症下药,进而迅速改善。
亦可防患于未然,收到事半功倍的效果。
以下提到的不良,均为我们日常押出作业中最为普遍出现的问题。
一般我们都可以在事先予以,使不良出现的机率大为降低。
1. 表面粗糙
1.1原材料不良:
或配比不当(如色母过多)。
[-更换原材料。
]
1.2押出混炼不良:
押出温度过低或各段温度设定不当,押出机压力太低等到条件下作业时造成材料熔融不均匀,发生麻点或细料。
a.[重新修正温度(螺杆温度过高,机头温度过低)。
]主要针对铁氟龙
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