同向絞制工藝在鋁或鋁合金導體中的應用

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。