同向绞制工艺在铝或铝合金导体中的应用

同向绞制工艺在铝或铝合金导体中的应用
 
摘要：将铝导体分别采用正规同心式绞合和正规同心式同向绞合两种生产工艺进行试制生产、取样后做相关的外观检查、导体称重、结构尺寸测量、电阻测量等试验，并将最终的试验数据通过计算来论证紧压圆形铝或铝合金导体采用同向绞制工艺可以提高导体的紧压系数，降低单丝电阻率，提高导体的导电性能并能较好地解决采用正规同心式绞制工艺时出现的断丝、表面毛刺、铝屑等问题。
关键词：电线电缆；铝导体；同向绞制
目前电线电缆用铝或铝合金导体采用的绞合紧压工艺与铜导体的绞合紧压工艺基本一致，特别是圆形紧压工艺，一般采用正规同心式单线绞合并运用圆形拉线模拉拔分层紧压工艺。这种紧压工艺，对于铜导体运用已非常成熟，绞制紧压后表面光亮、无毛刺、尺寸精确。但对于铝或者铝合金导体，其单丝的机械性能、表面光洁度比铜单丝差很多，再加上为保证导体的圆整度及表面质量，生产时更易产生表面毛刺、铝屑较多，甚至出现断丝现象，因此部分生产企业采用酒精点滴、降低生产速度的方法，但是该方法严重影响产品质量以及生产效率。本文研究的结果可以较好地解决这一问题。
1 定义与分析
1.1 定义
正规同心式绞合[1]，即采用同一直径的单线，按同心圆的方向，一层一层有规则地绞合，且每一层的绞向都相反，最外层绞向为左向。
正规同心式同向绞合，即采用同一直径的单线，按同心圆的方向，一层一层地有规则地绞合，每层方向相同，即均为左向。
1.2 分析
导体采用正规同心式绞合，相邻层的绞合方向相反。不仅提高了绞线的稳定性，使绞线不易松散变形，而且当绞线受到拉力时，各层产生的转动力矩相反，可以相互抵消，防止各层单线向同一方向转动而造成松股，同时还可避免绞线在未拉紧时产生打圈现象。因此铜导体的绞制紧压均采用正规同心式绞合。而铝或铝合金丝采用正规同心式绞合时，其表面会产生毛刺，且铝屑较多，容易堵塞模口，造成生产过程中出现断丝的现象，严重影响产品质量。
首先，铝或铝合金丝的强度远不如铜丝，铜丝的抗拉强度可以达到400 N/mm2[2]以上，铝丝的抗拉强度最大只能达到200 N/mm2[3]。其次，采用正规同心式绞合生产铝或铝合金导体时，由于每一层绞向都相反，这种方式会在一定程度加剧铝单丝相互间的挤压，使铝单丝不规则变形量增大，增加了铝导体过圆形紧压拉伸模的摩擦阻力，使其表面产生毛刺，且铝屑较多，甚至出现断丝现象。同时，在一定程度上也加剧了铝线内部晶粒破碎、晶格畸变，使其导电性能下降。铝线内部的晶格变化如图1。
 

图1 紧压前后金属晶格的形状变化
因此，对于铝或铝合金导体的绞制，推荐采用正规同心式同向绞合。然而正规同心式同向绞和每层的绞制方向完全相同，均为左向，导体在弯曲时容易松散，变形。为了保证铝或铝合金导体绞制后线芯的稳定性，不松散，易于弯曲，调整为绞制多层铝导体时，最外两层的方向相同，即最外两层的绞合方向为左向，内层的方向相邻层相反。
为了验证紧压圆形铝或铝合金导体采用同向绞制工艺可以提高导体的紧压系数，降低单丝电阻率，以下从正规同心式绞合和正规同心式同向绞合两种生产工艺分别用试制生产、数据计算来论证。
2 试制与数据计算
2.1 正规同心式绞合
2.1.1 样品试制
采用正规同心式绞合，生产一根标称截面积为150 mm2的紧压圆形铝导体。导体结构为37/2.32 mm，铝单丝体积电阻率为0.0282 Ω·mm2/m。导体绞制的排列结构为1＋6＋12＋18，各层绞合方向如图2所示。