电线电缆制造的工艺特征流程和专用设备.docx
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电线电缆制造的工艺特征流程和专用设备
线缆制造的工艺特征、流程和专用设备
第一节电线电缆制造的工艺特征
一.大长度连续叠加组合生产方式
1.所有的电线电缆产品按照其本身的结构要求，在制作过程中总是从导体加工开始，在导线的外围、一层一层地加上绝缘、屏蔽、护层等构件而制成的。
产品的结构愈复杂，叠加的层次愈多。
图4－1是电线电缆制造的总工艺流程图。
轧制
铸造
圆杆、板材
连铸连轧
有色金属熔炼
（铜、铝及合金）
→
上引法、浸涂法
铠装
屏蔽
屏蔽
外护套
内护套、内衬套
成缆、填充
绝缘
导线绞、束
拉制、退火
成品检测
验收、包装、入库
图4－1电线电缆制造的总工艺流程图
同时，电线电缆产品是以长度为基本的计算单位的。
一次投产的批量总是几百、几千米，甚至像海底通信电缆、海底光缆等产品，制造长度可以从几十公里到几百公里以上。
所以，电线电缆的制造与大多数机电产品的生产方式是完全不同的。
机电产品通常采用将零件装配成部件、多个部件再装配成单台产品的生产方式；成品易台数或件数计量。
即使组成连续生产线，也主要是装配生产线；所有的另部件、部件分别装配然后向总装配线集中、制造出一台台的产品。
因此，作者将电线电缆产品的生产方式称为“大长度连续叠加组合生产方式”。
这是电线电缆制造最根本的工艺特征。
2.电线电缆制造这一特殊的生产方式对线缆制造企业的影响是全局性的、带有控制性的。
举例说明如下：
（1）决定了生产厂房的设计与生产设备的布置
每一生产车间的各种生产设备必须按产品要求的工艺流程合理排放，使各阶段的半成品，顺次而流转。
同时，由于各工序的设备生产速率不同，有的工艺设备必须配备2台及以上才能使生产线上各个环节的生产能力平衡。
加上、同一系列的产品规格大小相差很大，则同一工艺必须配备大小不同的2～3台或更多的同类设备。
因此，设备的合理组合和生产场地的布置、厂房设计都必须根据生产的产品方案和生产能力的平衡来考虑。
（2）决定了生产组织体系
以制造一条长度为1公里，2400对的市内通信电缆缆芯为例：
2400对绝缘线芯有4800芯（暂不计规定的备用线对），没2根绝缘线芯要绞成“线对”，每25个线对绞成一个“基本单位”；每4个基本单位再绞成一个“单位”；2400对绝缘线芯构成24个“单位”，再一起绞合成“缆芯”。
在25个线对的“基本单位”中，应能明确区别每一个线对以便编号，因此单根绝缘线芯应分别采用10种颜色来组成25对不同颜色搭配的线对。
在组织和实施生产的过程中，如要搞错了一个线对的颜色组合，就会使一个基本单位成为废品。
假如不能及时查出而继续生产、即绞成“单位”、成缆，然后包上屏蔽，加上内、外护层，就会造成巨大的损失。
此外，4800根绝缘线芯的长度都必须保证经过一道道工序的叠加式加工、考虑到必要的工艺增量（如每次的绞入率）后，最终的电缆产品应是1000米加上一定的余量（例如10米）。
任何一个环节中，某一线对或基本单位、单位短了，则整条电缆就会随之而短、不能按合同交货。
反之，任何一个元件长度过长，则必须锯去造成浪费。
可见，电线电缆制造的生产计划必须科学合理；生产组织必须周密准确；生产管理必须严格细致；而操作者必须充分认真、一丝不苟。
此外，在制造过程中，各个环节中物料或半成品的供应，各工序的衔接和生产能力的平衡；以及工艺流程中所有设备的完好性，都应科学地安排和准确地运转。
任何一个环节出现一些小问题，就会使工艺流程不畅而造成延误。
（3）决定了质量管理模式
由于电线电缆制造是大长度连续地叠加组合生产方式，如果在生产过程任何一个环节出现一些小问题，瞬时发生一点差错；如在一条1000米长的电力电缆中有一处绝缘太薄，那么就会影响整条电缆。
而且质量缺陷愈是产生在内层、并且没有及时发现而终止生产，那么造成的损失也愈大。
因为它不同于组装式的单台产品，如果成品检测时查出问题可以拆开重装及更换另部件。
电线电缆产品如果查出质量问题，对于那条成品来说，几乎是无法挽回的。
事后的处理都是十分消极的，如锯短等，等待别的用户来购买；降级使用（如10kv电缆当6kv销售）等；关键是无法拆开重装。
这就决定了在电线电缆制造过程中检查部门对各生产过程巡回检查，以及生产工人自检、上下工序互检的必要性。
这些检查措施对保证产品的质量、提高企业的经济效益是至关紧要的。
二.生产工艺门类众多，物流量大
1.电线电缆制造从基本质上讲是材料的精加工并加以合理组合的一个行业。
电线电缆制造中涉及到工艺技术从学科和工艺类型来说非常广泛，例如有色金属的熔炼和电力加工，塑料、橡胶、油漆等化工行业的专门技术，纤维材料的绕包、编织等纺织行业的工艺技术；以及将众多绝缘线芯合理并合起来的成缆技术等。
从下面的列举的工艺门类就说明了线缆产品制造过程中工艺技术的多样化。
（1）有色金属的熔炼工艺如铜、铝及其合金的精炼技术；以及上引法、浸涂法等低氧、无氧铜的制造技术等。
（2）有色金属的压力加工工艺如铜、铝锭的热轧杆、制板连铸连轧；圆线、扁线和型材的拉制；导线的绞合、束合及成型技术等；此外还有金属的镀制、双金属单线的制造技术、以及铅、铝的热压挤出成型等。
（3）塑料、橡皮复合物的配方、混炼加工工艺；橡料的挤包与硫化工艺；塑料的挤包、并加以发泡、化学交联、辐照交联等工艺技术。
（4）绝缘纸、绝缘油的处理，以及形成油浸纸组合绝缘的工艺。
（5）漆包线漆、浸涂漆的配制；涂漆、浸漆和固化（也是一种化学交联）工艺。
（6）各种纤维的并合、绕包、编织工艺技术。
还有粉状无机材料制成绝缘的灌注技术，液态玻璃涂膜技术，同轴电缆的间隔式支撑绝缘等特殊的绝缘工艺技术等。
（7）金属和非金属带状材料的绕包工艺；以及金属带材的纵包、焊缝以及轧制螺旋状或环状凸性（轧纹）等工艺技术。
（8）其他如铜、铝导线的连接，铜、铝导线的软化（韧炼）；各种模具的制作和修理；从很细到很粗，从几根到几千根导线和绝缘线芯的绞制，成缆技术；以及对很重却很娇嫩的电缆进行牵引等技术。
2.线缆制造企业用的各种材料，不但类别、品种、规格多，而且用量巨大。
中、小型企业的年用量达几千吨，而大型企业达几万顿。
因此，各种材料每月的当月用量、库存的备用量、进料周期与批量必须科学地核定，制定周密计划、严格地实施。
这对企业正常生产组织和经济效益密切相关。
同时，对废品的分解处理、回收重复利用以及废料的最后处理等，必须作为企业管理中的一个重要内容；管理的好坏，对企业的经济效益关系很大。
至于生产中的材料定额管理，重视增产节约工作等更是非常重要。
3.在线缆制造企业中，物流量特别巨大。
从原材料及各种辅料的进厂、储存，各工序间半成品的流转，直至成品的存放和出厂，构成了一个巨大而复杂的物流体系。
因此，必需对物流的路线、周期和存放点（材料库、半成品存放地、成品库）等科学地规划设计、合理布局、动态管理、线缆企业可从科学合理、严格实施的物流管理中获得客观的经济效益。
三.对专用的设备依赖性强
1.在电线电缆产品的制造中，有许多是本行业特有的工艺技术；如塑料、橡皮绝缘的三层连续挤出，漆包线的涂漆和固化，油浸纸绝缘电缆的干燥、浸油，铅、铝套的热压挤包，导体的多次拉制，多根绝缘线芯的成缆，上引法和浸涂法制造低氧铜杆，光纤光缆的许多加工工艺等等。
为此必须针对性的研究设计出许多专用设备来实现相关的工艺过程，制造出各种电线电缆的产品。
还有许多工艺方法，虽与其他行业有相近性，但为了要适应线缆产品的结构、性能要求，满足大长度连续并尽可能高速的生产方式；也必须不断地改进设计，发展并建立起线缆产品制造的专用设备系列。
如线缆制造中使用最多的挤塑机系列、拉线机系列、绞线机系列都比其他使用类似设备的行业中的通用设备、在设备功能、品种规格等方面变化要多得多。
电线电缆制造用的专用设备早已自成体系，建立了多家专用设备制造厂。
并不断随着线缆产品和工艺的发展、继续研究和开发出新的专用设备以满足电线电缆企业的需要。
2.制造工艺与专用设备的密切关联、互相推动性
在电线电缆产品经过结构设计、材料选用、研究试用而定型后，在具体的制造过程中、工艺与设备是相互关联的“两个轮子”，它们互相制约、互相推动；保证着产品的制造，又推动着产品的更新发展。
说明如下：
（1）工艺技术上的所有要求都必须通过设备上的各种措施才能实现。
例如需要导电率更高的钢、一直是线缆产品的目标，研制采用了上引法、浸涂法的工艺和设备，就能提高导电率达101～102％IACS的低氧、无氧铜杆；产生了巨大的社会经济效益。
（2）专用设备针对试验制造中的需要不断地改进和开发，推动了新工艺在线缆产品制造中的应用，促使线缆产品的性能提高和开发出新的品种。
例如，有了康仿（Comform）设备——可称为“有色金属热压挤出成型机”，就可以方便地制造铜包铝、铝包钢线和铝护套。
有了物理发泡装置的挤出机，就能生产出高频电性能更优的高发泡聚烯烃绝缘层，为宽带电子线缆的制造打下了基础。
（3）专用设备的不断改进、开发既保证了实施工艺的有效性和稳定性，又推动着线缆产品的制造向多快好省的方向前进；在提高整个线缆制造技术水平中发挥着重要作用。
如立塔式交联电缆生产系统保证了厚度达16～28mm厚的绝缘层，在圆周方向的均匀性，使高压及超高压交联电力电缆的电绝缘性能够保证。
又如薄绝缘层的精密挤出机可以制造0.1～0.2mm厚度的绝缘，为微小型电子线缆的发展创造了条件。
采用挤出速度达2000米/分以上的高速挤出机来制造市内通信电缆的绝缘线芯，大大提高了该类产品的生产能力。
（4）充分利用线缆制造是大长度连续地叠加组合生产方式这一特征；是二十多年来，线缆制造中的连续生产线日益增多的原因。
他们不但去了每一个机组所必须的收放线、牵引等辅助设备，还可以生厂房面积、减少工序间的物流以及操作工人；因此是线缆制造中的发展方向。
现在已大量采用的连续生产线有：
铜、铝连铸连轧生产线；市内通信电缆用拉丝、退火、挤出及在线性能检测高速生产线；管道式三层连续挤出的交联聚乙烯绝缘电力电缆生产线和三层橡皮挤出连续硫化生产线；拉丝、退火、漆包连续生产线等等，已成为国内线缆制造中的主流设备体系。
第二节几类电线电缆的制造工艺流程
电线电缆产品制造的工艺流程是根据每一种产品的结构、按照制造产品中涉及的工艺、所需用的设备按顺序排列而成的工艺路线图。
它对制造企业从工厂设计、场地布置、生产组织安排以及生产管理都是纲领性的。
原则上讲，每一个品种都应有一个制造工艺流程图，但在实用中，通常是将结构相近似的品种制成一个工艺流程图。
本节将列出几种结构较复杂，而又是量大面广的系列产品的工艺流程图，以供参考。
一.塑料绝缘电力电缆
导线拉制
挤护套
绝缘挤包
●
●
成品检验
●●
金属屏蔽
退回软化
聚氯
内衬层或内护套
成缆
填充
包带
交联
●电力
电缆
外护套
铠装层
●
●●●●
●
局部放电测试
绞
制紧压
绝缘和半导电挤包
交联聚
乙烯电
力电缆
挤护套
●
●——自检与巡检点，虚线框——生产线。
偶有发生
图4－2塑料绝缘电力电缆制造工艺流程
二.橡套电缆
护套挤出硫化
硫化
绝缘挤包
单线拉制及退火
●
●
●
铠装
●
成
品
检
验
绝缘挤包硫化
成缆、
填充
通用橡套
外护套挤出硫化
●●●电线电缆
内护套挤出硫化
●
●●
镀锡
●●
●●●船用电缆
绝缘芯金属屏蔽
●
●●
束绞
●●
●
绝缘、内屏蔽或外屏蔽连续挤出，硫化
矿用电缆
浸水耐压
●●矿用屏蔽
加强层
●●●加强型电缆
复绞
（3.6，6kv级）
●——自检、巡检点
图4－3橡套电缆制造工艺流程
三.市内通信电缆
内护层
导线拉制退火
成
品
检
验
绞成单位
成缆
挡
潮
层
无填充电缆
外护层
铠装
油膏填充
有填充电缆
绝缘挤包发泡
绞成单元
各种铠装电缆
有内屏蔽的电缆
成缆内屏
护套
自承式电缆
承拉钢索
性能在线检测
线芯绞对
——自检与巡检点，虚线框——连续生产线
图4－4市内通信全塑电缆制造工艺流程
四.室外光缆
含加强件的骨架挤制
光纤并带
光纤着色
成
品
检
验
钢塑粘结护套或钢塑粘结护套挤制
光纤带嵌入骨架
骨架式室外
光纤带光缆
光纤带套塑
检
验
光纤套塑料二次被覆
铝塑粘结内护套机制
成缆并入加强件
外购光纤
钢塑粘结护套挤制
层绞式室外
光纤带光缆
层绞式光缆
聚乙烯内护套挤制
——自检与巡检点
图4－5几种室外光缆的制造工艺流程
第三节线缆产品制造的专用设备
一.以电线电缆产品制造为目标而设计、制成的机械设备称为电线电缆专用设备。
（一）专用设备的类型
1.线缆专用设备由主机和多项辅助设备构成。
主机的类别是根据电线电缆产品的制造工艺特征和主机的主要功能划分；行业标准JB/T5824—91中规定了线缆专用设备分为17类（光纤光缆设备尚未编入）。
表4－1是专用设备的类别和代号。
表4－1电线电缆专用设备的分类、代号
主机
序号
类别
代号
序号
类别
代号
1
熔铸
U
10
压制
Y
2
轧制
Z
11
铠装
K
3
拉制
L
12
漆包
Q
4
金属包制
B
13
丝包
R
5
镀制
D
14
纸包
T
6
导体绞制
J
15
编织
P
7
缆芯绞制（成缆）
C
16
制模
M
8
元件绞制
E
17
复绕
F
9
挤制
S
2.主机和辅助装置组成了能完成某一工序加工过程的机组。
辅助装置应根据该机组的功能要求而定。
但有三种辅助装置是必要的，即放线装置、牵引装置、收（排）线装置。
机组的传动系统和控制系统是必要的组成部分，体系极为复杂，此处将不作介绍。
其他的辅助设备装置还很多，如计米器、打印装置、冷却水槽、交联管、储线装置、以及近来迅速发展起来的在线检测装置，外径自动测控仪等等。
虽然相对于主机称为辅助装置，但对机组的正常运行和保证产品的质量而言，其重要性是相同的。
3.除了上述的主机和辅助设备装置以外，电线电缆制造过程中还需要许多配套的辅助设备，如导线连接用的焊接或压接机、轧头穿模机、韧炼退火设备，金属和非金属切割机，纤维并先机、以及处理废电缆的切断、剥离、破碎机等。
这些辅助设备不属于线缆专用设备范围。
此外，作者认为表4－1中的制模设备既不是主机，也非辅助装置，而应是辅助设备。
4.近三十年来，随着设备制造技术的提高，在线缆制造中将二台或三台、四台等相同或不同工艺特性的主机串列起来，组合成连续生产线。
如连铸连轧生产线；拉制、退火、挤塑生产线或漆包生产线；对绞成缆（单位绞）生产线；挤制铠装生产线；拉制绞制（束）生产线以及交联电力电缆的三层连续挤出的交联生产线等。
连续生产线充分体现了“大长度连续叠加组合生产方式”的特点，有巨大的技术经济效益，代表线缆专用设备发展中的一个重要方向。
由于电线电缆专用设备极为繁多，本节仅介绍通用性最强的集中设备系列。
（二）专用设备的型号
1.主机
（1）主机型号组成表示方法
规格代号
改进或改型代号
设计序号
派生代号（有派生时加）
型式代号
系列代号
类别代号
（2）示例
1滑动式拉线机，塔轮形，定径轮直径120mm，拉伸道数21，进线头数1或4，第次设计，表示为：
1头者：
LHT－1120/21（1头进线的1省略）
4头者：
LHT－1120/21/4
第一次设计后有改进或改型时，分别表示为：
LHT-1/1120/21；LHT-1/1120/21/4
2塑料挤出机，低温螺杆型，螺杆直径65mm，长径比25，第1次设计，表示为：
单一机头：
SPV-165/25
与30/25挤出机共模挤出：
SPV-165/25-30/25
与90/25挤出机分模挤出：
SPV-165/25+90/25
第一次设计后有改进或改型时，分别表示为：
SPV-1/165/25；SPV-1/165/25-30/25；SPV-1/165/25+90/25。
2.机组
（1）机组型号组成表示方法
组合代号
主机型号
（2）示例
1主机为LHT-/120/21，有收、放线，储线装置，表示为：
带连续退火装置者：
LHT-1120/（A）
不带连续退火装置者：
LHT-1120/21（B）
其他辅助装置的组合变化，按（C）、（D）……类推。
2主机为SPV-165/25，有收、放线装置、水槽、牵引装置，表示为：
带火花检验装置者：
SPV-165/25（A）
不带火花检验装置者：
SPV-165/25（B）
其他辅助装置的组合变化，按（C）、（D）……类推。
3主机为SPV-165/25+120/20-90/20，有蒸汽交联装置和其它必须的辅助装置，表示为：
L型牵引装置者：
SPV-165/25+120/20-90/20（A）
D型牵引装置者：
SPV-165/25+120/20-90/20（B）
其它辅助设备的组合变化，按（C）、（D）……类推。
3.生产线
（1）生产线型号组成表示方法
+-+
组合代号
第二主机规格
第一主机规格
设计序号
第二主机类别代号
第一主机类别代号
（2）示例
1第一主机为LHT250/17，第二主机为SPV65/25，表示为：
L+S250/17+65/25
2第一主机为SPV150/25，第二主机为KRB800/2，表示为：
S+K150/25+800/2
3设计序号，设计改进或改型，以及不同组合的代号及其位置，与主机规定相同。
二.拉线设备
将金属线材通过一个或数个拉线模加工到所需形状和尺寸的机器，称为拉线设备、简称拉线机。
1.拉线机的分类方法很多，如根据线材速度同拉线机轮速度之间的关系分为滑动式（代号LH）和非滑动式（代号LF）；以及具有拉轧综合功能的拉轧混合型拉线机（LZ）。
根据拉线鼓轮的构造形状，滑动式拉线机又可分为塔轮型（LHT）和等径轮型（LFD），非滑动式拉线机又可分为单层轮型（LFD）和双层轮型（LFS）。
另外还有以拉线轮直径大小和拉线横的数量作为规格列于型号后。
表4－2是拉线机的系列和型式。
表4－2拉线机的系列和型式
系列
型式
规格例
单模拉线机
立式单模拉线机
卧式单模拉线机
多模滑动式拉线机
多模滑动式等径轮拉线机
70/5，630/5，630/2，450/15/2，450/11，450/9，400/13，25/17/4，250/17，200/21/8，200/21，200/17，80/20
多模滑动式塔轮拉线机
多模滑动式综合拉线机
多模非滑动式拉线机
710/1，560/10，560/6，500/1，450/10，450/8
拉轧混合拉线机
450/5+200/2，710/5+250/2
注、规格中表示顺序为：
轮径/模子数/进线头数
2.在线缆制造企业中还习惯按线材的进线直径和拉线后的出线直径范围，把拉线机分为大、中、小、微型的分类方法。
由于此种分类是考虑制造中上下工序的衔接性，因此具有实用性。
例如制造固定敷设用的电线电缆主要用大拉（线）机和中拉（线）机，而制造移动式使用的产品多用中、小型拉线机，制造仪器仪表安装线常用小、微型拉线机。
企业可根据产品范围选配各种拉线机的种类、台数合理配置。
也可外购规格单丝（如Φ3.00mm的铜线）进厂而不必配置大拉机。
近年来，由于上引法制铜杆的设备大量普及，有发展了巨拉机。
表4－3中列出了拉线机的进线和出线的直径范围。
表4－3各种拉线机的加工范围mm
拉线机
进线范围（直径）
出线范围（直径）
铜线
铝线
铜线
铝线
巨拉机
12～19
20
3.2～12.0
5.0～15.0
大拉机
8.0
12.5
1.0～4.0
1.6～5.0
中拉机
1.6～3.5
2.0～4.0
0.10～1.5
0.30～1.6
小拉机
0.5～0.7
－
0.05～0.12
－
微拉机
0.1～0.12
－
0.01～0.05
－
三.绞制设备
（一）绞制运动方式
绞制设备是电线电缆制造中应用极其广泛一类设备；不仅用于导体绞合、束合；而且用于绝缘线芯的绞合，其中还包括缆芯元件（线对、单元、单位）的绞合。
将多根单线以规定的组合方式合成一根导线或缆芯需要有两种运动的组合。
组合运动的方式有三种：
一是被绞制的单线（或股线、绝缘线芯）围绕着设备的中心轴作旋转运动，到并线模绞合在一起，而绞合的制品作均匀直线运动前进，下述的绞笼、叉绞、框绞等都是此种运动方式。
二是被绞制的单线被引至外围一个作着旋转运动的回转体上，然后再经过并线模处绞合；胶制品作直线运动。
管绞、弓式绞等采用此种运动方式。
图4－10是弓式绞线机外形图，被绞的单线放线盘和收线盘均不绕机组中心线旋转而仅有放线和收线的运动，而回转弓带着被绞单线绕中心轴线转动。
三是将被绞单线（绝缘线芯或单元）分开排放，通过导轮引向并线模，基本上是直线运动；而由收线盘作绕机组中心轴线的旋转运动来进行绞合；收线盘还必须同时沿自身轴线转动进行收线。
盘式成缆机和收线盘转动式束线机采用了这种运动组合方式。
（二）绞线机
1.绞线设备的组成基本相同，除主机以外均有放线（中心单线和分组、外层单线）、牵引、收线、传动系统及控制系统组成。
按主机的结构特点——即被绞单体的放线盘安装方式，分为如下型式，括号中为各自的型号。
摇篮式绞线机（JLY）
叉式绞线机（JLC）
笼绞机
筒式绞线机（JLT）
柜式绞线机（JLK）
管式绞线机（JGG）
管绞机
弓式绞线机（JGB）
绞线机的规格以机组中放置被绞单线的放线盘数量和放线盘的外缘直径来表示的。
如500/12型管绞机表示可装12个500mm直径的放线盘。
对于各种笼式绞线机来说，绞笼通常分成若干段，串联排列。
按正绞绞合的原者，后段比前端可多装6个收线盘，例如6+12+18的三段式可装36个放线盘。
因此各种笼式绞线机的规格表示为如400/6+12+18，即放线盘直径为400mm的三段式、工装36个放线盘。
2.现将各种绞线机简要介绍如下：
（1）摇篮式绞线机，放线部分是一种笼形结构件，统称笼体。
放线架安装在笼体盘（绞盘上）。
这是最早和使用最广的一种主机。
其最大优点是可具有退扭功能。
如果装放线盘的支架固定在绞盘上，当绞笼旋转一周时，放线盘围绕设备中心与翻转一周，而放出的单线在压线模处被压住，因此单线被自扭了3600；这称为无退扭绞合。
但摇篮式绞线机上的摇篮架可以通过退扭机构，使装有放线盘的摇篮架、能在绞笼旋转时作反向转动，形成退扭绞合。
即被绞单线只有公转而没有自转。
用退扭方式绞合的成品中单线的变形较小。
但摇篮式绞线机机架位置大，拆装线盘较麻烦可，而且因转动关量大而转速较慢。
（2）叉式绞线机笼体为查型结构，每组放线架连成
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