凌國楨， 曾慶濤， 于雪芳

(江蘇上上電纜集團(tuán)有限公司，江蘇溧陽213300)

0 引言

橡套電纜是應(yīng)用較為廣泛的電纜品種，特別是在礦用、船用、石油平臺(tái)等特定環(huán)境，其耐彎曲、耐磨、耐油等特性表現(xiàn)突出。橡套電纜不僅絕緣護(hù)套材料的配方復(fù)雜，而且其制造工藝難度也高，尤其是在護(hù)套擠包時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)護(hù)套麻花、表面凹陷、電纜不圓整等問題。

這些問題雖然可以通過調(diào)整配模、控制擠包膨脹系數(shù)、增加護(hù)層厚度等方法解決，但大多依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)，并且在調(diào)整的過程中容易增加成本。因此，我們對(duì)該電纜的填芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，研發(fā)出一種異型填芯應(yīng)用于纜芯，使其結(jié)構(gòu)更加圓整、緊湊、穩(wěn)定，方便護(hù)套擠包工序操作，減少電纜外觀問題的產(chǎn)生。

1 以往填芯的設(shè)計(jì)及缺點(diǎn)

纜芯間隙通常采用圓形填芯填充，填芯的尺寸先通過作圖和計(jì)算得出，再根據(jù)工藝人員的經(jīng)驗(yàn)放一定的偏差。

圓形填芯的使用，有硫化和非硫化之分，選擇的原則是:

(1)如果絕緣橡膠容易充分硫化(如不飽和型橡膠)，線芯連硫后就一次成型，具有高彈性，則填芯可以采用硫化填芯，即使經(jīng)過護(hù)套擠包工序連硫，也不會(huì)對(duì)線芯造成壓痕。硫化過的填芯形狀已經(jīng)固定，所以它的尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)與線芯和纜芯外切圓相切(見圖1)。尺寸過大容易造成纜芯在填芯走向上凸起，反之凹陷，護(hù)套擠包時(shí)難度就加大了。

圖1 纜芯采用硫化圓型填芯

(2)如果絕緣橡膠難以硫化充分，線芯比較軟、彈性低，則填芯應(yīng)采用非硫化填芯。非硫化填芯在護(hù)套擠包工序連硫時(shí)，會(huì)按照纜芯空隙的形狀變形，可以避免對(duì)線芯造成壓痕，也能防止線芯之間壓扁。非硫化填芯的尺寸設(shè)計(jì)上要稍大于硫化填芯(見圖2)，以便變形過程中能向四周的空隙區(qū)域進(jìn)行填充，尺寸的余量大小，取決于工藝人員的經(jīng)驗(yàn)。

圓形填芯應(yīng)用的比較多，但若制造過程中填芯尺寸波動(dòng)或人員經(jīng)驗(yàn)失誤，則會(huì)造成與原有的設(shè)計(jì)參數(shù)不匹配，最終影響到護(hù)套外觀。

圖2 纜芯采用非硫化圓形填芯

2 一種硫化異型填芯的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證

2.1 異型填芯結(jié)構(gòu)

從電纜的截面圖中得到啟發(fā)，如果將圖3中的填充部位(黑色)進(jìn)行分割，四芯電纜的填充部位可以看成五個(gè)圖形，中心區(qū)域近似菱形，邊緣四個(gè)區(qū)域近似扇形。

圖3 設(shè)計(jì)填充區(qū)域(黑色)

若把四芯電纜的1～5填充區(qū)域設(shè)計(jì)成固定尺寸的異型填芯，使其與線芯良好配合，如此制造出來的纜芯則更加圓整、緊湊、穩(wěn)定，護(hù)套工序中出現(xiàn)電纜外觀問題的幾率將大大降低。

2.2 材料的選擇

填芯可以采用普通的橡膠填充材料，但也要根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要，如產(chǎn)品是低煙無鹵阻燃類型，填充材料則應(yīng)考慮低煙無鹵方面的性能。在填芯的中心可以采用一個(gè)加強(qiáng)芯，如棉線、麻、尼龍或者鋼絲。

2.3 模具的設(shè)計(jì)

模芯的設(shè)計(jì)比較簡單，只要能通過加強(qiáng)芯即可，所以采用普通的圓形模芯。而模套的設(shè)計(jì)則較復(fù)雜，要根據(jù)所需的填芯形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先對(duì)填芯區(qū)域作圖，再確定制造控制參數(shù)，如寬度和高度(見圖4、圖5)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)制造。不同形狀的異型填芯控制的參數(shù)不同，這需要工藝摸索。

2.4 填芯擠出工藝

如果采用非硫化異型填芯作為填充物，則比較理想。它無需硫化、制造成本低，而且在護(hù)套連硫過程中會(huì)變形，更貼合線芯形狀，能包覆和保護(hù)線芯。

圖4 四芯電纜邊側(cè)填充扇形填芯結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 四芯電纜中心填充菱形填芯結(jié)構(gòu)示意圖

但非硫化異型填芯在擠包時(shí)易出現(xiàn)以下問題:

(1)由于異型填芯形狀特殊，異型模套孔加工工藝難度高(線切割加工易造成模套內(nèi)的工作面粗糙)，膠料出模口時(shí)，扇形的邊緣區(qū)域容易破裂、卷邊，雖經(jīng)過冷卻，但上盤后壓在內(nèi)層的填芯仍容易變形;

(2)異型填芯與線芯的接觸面大，如果絕緣硫化程度低，則容易在護(hù)套擠包后發(fā)生線芯與非硫化填芯粘連。

通過反復(fù)的摸索和分析，發(fā)現(xiàn)硫化過的異型填芯方案更合適。

異型填芯采用連硫工藝制造，模口溫度高，膠料在制造過程中硫化充分、柔軟、流動(dòng)性好。因此硫化異型填芯既能徹底避免異型填芯邊緣區(qū)域的破裂、卷邊問題，又能解決非硫化異型填芯上盤后易變形的問題。但采用連硫方式制造填芯，硫化管長，填芯承受的張力大，中心用加強(qiáng)芯必須采用強(qiáng)度高、延伸性較小的材料，所以推薦使用尼龍或者鋼絲。

制造的填芯應(yīng)及時(shí)與線芯進(jìn)行匹配，即與線芯拼接，使兩者的尺寸合適。如果填芯尺寸不符合，應(yīng)及時(shí)調(diào)整擠包工藝參數(shù)?，F(xiàn)場如果沒有線芯，可以采用與絕緣線芯外徑相當(dāng)?shù)膱A桿作為線芯的參照。

2.5 成纜工藝

采用硫化的異型填芯成纜時(shí)，由于形狀特殊，所以要求填芯在纜芯中的位置必須固定，可以采用盤絞設(shè)備生產(chǎn)，滿足異型填芯的正常成纜。

硫化異型填芯在成纜過程中需要實(shí)時(shí)地退扭。成纜時(shí)應(yīng)在分線板(見圖6)的穿線孔上安裝孔形與異型填芯相同、尺寸與異型填芯相當(dāng)?shù)漠愋痛┚€模用作固定，防止異型填芯在制造過程中翻轉(zhuǎn)。雖然成纜的工藝難度有所增加，但是可控和可操作程度遠(yuǎn)高于護(hù)套連硫，盤絞過程中可以隨時(shí)停車檢查。纜芯通過并線模后，繞包適當(dāng)?shù)膸Р?，將纜芯扎緊，從纜芯的外觀質(zhì)量和圓整度來看，大大優(yōu)于圓形填芯填充的纜芯。這一步的改進(jìn)對(duì)成品電纜外觀質(zhì)量的提高，起到了很好的作用。

圖6 分線板實(shí)物圖

2.6 護(hù)套擠包外觀

纜芯圓整，護(hù)套擠包后外觀質(zhì)量有了明顯的改進(jìn)，但是也存在問題。例如由于線芯與填芯結(jié)合過于密實(shí)、緊湊，纜芯就像一個(gè)整體，擠包外護(hù)套時(shí)，集聚在纜芯中的氣體無法沿著原來松散纜芯的縫隙通道及時(shí)排出。生產(chǎn)一定的長度之后，護(hù)套上會(huì)產(chǎn)生局部氣泡。通過反復(fù)驗(yàn)證，在機(jī)頭前采用抽真空的方式，排出纜芯中集聚的氣體，解決了氣泡問題。

3 結(jié)束語

橡套電纜的護(hù)套外觀質(zhì)量問題，與填芯的設(shè)計(jì)有很大關(guān)系，以上是對(duì)四芯電纜用異型填芯的設(shè)計(jì)和工藝探索過程。通過制造跟蹤，發(fā)現(xiàn)其他多芯電纜制造時(shí)，均可采用類似的結(jié)構(gòu)來提高外觀質(zhì)量。但也有一些例外，如多芯小規(guī)格電纜的邊緣分割過小，成纜過于復(fù)雜，邊緣不建議采用類似結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。但可以考慮在其中心采用硫化異型填芯，邊緣采用圓形填芯，也可以大大提高產(chǎn)品的圓整度。