Разработка конструкции и технологии изготовления монтажного провода с уплотненной жилой

1. Литературный обзор монтажных проводов

1.1 Общие сведения

1.2 Материалы для токопроводящих жил

1.3 Защитные покровы

1.4 Конструкция токопроводящих жил

1.5 Изоляция монтажных проводов

1.5.1 Резиновые смеси

1.5.2 Поливинилхлоридные пластикаты

1.5.3 Полиэтилен

1.5.4 Фторопласты

1.6 Конструкция изоляции

2. Требования, предъявляемые ЗАО «Атлант» к проводу

2.1 Общие сведения

2.2 Свойства и характеристики провода

2.3 Требования, предъявляемые к монтажному проводу

2.4 Требования, предъявляемые ЗАО «Атлант» к проводу

3. Уплотнение токопроводящей жилы, достоинства, недостатки

3.1 Общие сведения

3.2 Уплотнение токопроводящей жилы на провода МПФХ сечением 0,60

4. Расчет конструктивного расхода материала

4.1 Расчет

5. Выбор технологического оборудования, технологической цепочки изготовления

5.1 Волочение медной проволоки на волочильной машине ВСК-13

5.1.1 Технические характеристики машины

5.1.2 Технологический режим волочения медной проволоки на волочильной машине ВСК-13

5.2 Волочение медной проволоки на волочильной машине UDZWG 40/22

5.2.1 Технические характеристики машины

5.2.2 Технологический режим волочения медной проволоки на волочильной машине UDZWG 40/22

5.3 Скрутка токопроводящей жилы на крутильной машине D-401

5.4 Изолирование токопроводящей жилы на экструзионной линии HTR фирмы Cerrini

6. Расчет норм выработки и трудоемкости изготовления

6.1 Норма выработки

6.2 Трудоемкость изготовления

7. Разработка проекта технических условий

7.1 Технические требования

7.1.1 Основные параметры и размеры

7.2 Требования к конструкции

7.3 Требования к электрическим параметрам

7.4 Требования по стойкости к внешним воздействующим факторам

7.5 Требования по надежности

7.6 Правила приемки

7.7 Методы контроля

7.8 Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение

7.9 Указания по эксплуатации

7.10 Гарантия изготовителя

8. Экономическая часть

8.1 Расчет необходимой массы исходного сырья и стоимости материалов

8.2 Расчет скорости технологической операции

8.3 Расчет номинального фонда времени рабочего оборудования

8.4 Расчет стоимости материалов и возвратных отходов

8.5 Калькуляция

8.6 Заключение

9. Безопасность и экологичность производства

9.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

9.2 Выбор средств защиты и разработка мероприятий при эксплуатации

9.2.1 Опасный производственный фактор — электрический ток

9.2.1.1 Организационные мероприятия

9.2.1.2 Технические мероприятия

9.2.2 Вредные производственные факторы — шум и вибрации

9.2.3 Вредные вещества в воздухе рабочей зоны

9.2.3.1 Технические мероприятия. Вентиляция

9.3 Производственное освещение

9.4 Противопожарная безопасность

9.5 Экологичность производства

9.6 Заключение Заключение дипломной работы Список используемой литературы

Монтажные провода предназначены для передачи электроэнергии. Специальным же назначением этой группы проводов можно назвать монтаж внутриприборного и межприборного соединения, а также соединения электронной и электрической аппаратуры.

На ОАО «Завод «Чувашкабель» изготавливают монтажный провод с уплотненной токопроводящей жилой и изоляцией из фторопласта — МПФХ сечением 0,60 .

Производство этого изделия на заводе обусловлено имеющимися заказами со стороны потребителя — ЗАО «Атлант» БСЗ (Барановичский Станкостроительный Завод) — производителя качественных и надежных холодильников и морозильников, стиральных автоматических машин, встраиваемых конфорочных панелей, электрочайников и газовых, газоэлектрических и электрических плит АТЛАНТ.

ЗАО «Атлант» предъявляет к проводу требования. Такие как:

— токопроводящая жила должна быть уплотненной, чтобы при запрессовке провода в контакты не происходило подрезания медных жил;

— должна обеспечиваться требуемая гибкость;

— провод должен выдерживать предельные температуры при эксплуатации от минус 80 до плюс 180 ;

— провод должен быть химически стойким к хладонам R134a, R600a и к синтетическим и минеральным холодильным маслам.

Особенностью конструкции этого провода является уплотненная токопроводящая жила. Уплотненная жила исключает ряд дефектов, присущих обычной конструкции жилы: жила становиться более гладкой и при запрессовке данного провода в контакты не происходит подрезания медных жил. Кроме того, при применении уплотненных жил достигается уменьшение расхода изоляционного материала на 5 — 9%.

Целью данной работы является организация производства провода, требующая решения следующих задач — разработка конструкции провода, технологии его изготовления, выбор технологического оборудования, разработка проекта технических условий.

В первом разделе данной дипломной работы проведен литературный обзор монтажных проводов.

Во втором разделе представлены требования, предъявляемые ЗАО «Атлант» к проводу.

В третьем разделе произведен анализ достоинств и недостатков уплотненной токопроводящей жилы.

В четвертом разделе представлен расчет конструктивного расхода материала.

В пятом разделе описывается выбранное технологическое оборудование, а также технологическая цепочка изготовления провода.

В шестом разделе представлен расчет норм выработки и трудоемкости изготовления.

В седьмом разделе представлен черновой вариант проекта технических условий.

В работе также рассмотрены вопросы экономического характера (раздел 8) и вопросы безопасности и экологичности производства (раздел 9).

1. Литературный обзор монтажных проводов

1.1 Общие сведения

Кабели и провода низкого напряжения являются одной из наиболее массовых групп кабельных изделий. Распределение электрической энергии во вторичных цепях, силовое питание электрических машин, аппаратов и приборов, электрическое освещение, обмотки электрических двигателей, генераторов и трансформаторов — таков не полный перечень применения кабелей и проводов этой группы.

К настоящему времени по количеству марок и маркоразмеров, а также по разнообразию применяемых материалов и конструкций кабели и провода этой группы опередили все остальные виды кабельной продукции.

Кабели и провода низкого напряжения можно разделить на два вида — кабели и провода питания и монтажные провода и кабели.

В отличие от кабелей и проводов питания монтажные провода и кабели характеризуются весьма малым значением пропускаемого тока. Это отличие определяет их разницу в их назначении.

Монтажные провода, как и другие виды проводов, предназначены для передачи электроэнергии. Специальным же назначением этой группы проводов можно назвать монтаж внутриприборного и межприборного соединения, а также соединение электронной и электрической аппаратуры. Потребность в этих проводах различных конструкций особенно резко возросла в связи с бурным развитием радиоэлектроники, вычислительной техники, автоматики, телемеханики и других отраслей техники. Во всех указанных устройствах монтажные провода применяются в весьма значительных количествах: от них зависит надежная работа многих ответственных агрегатов, и поэтому монтажные провода являются существенной частью этих устройств.

В результате огромного роста ассортимента и объема производства монтажные провода представляют собой самостоятельную группу кабельных изделий.

Для лучшего распознавания монтажных проводов их внешние изоляционные оболочки обычно окрашивают в различные цвета.

Номенклатура марок проводов и кабелей, выпускаемых отечественной промышленностью для внутриприборного и межприборного монтажа, превышает 110 наименований и различается, прежде всего, видом изоляции. Кроме того, внутри каждого вида имеется несколько типоразмеров по количеству токоведущих жил и их общей площади поперечного сечения.

К определяющим характеристикам монтажного провода относятся: число токопроводящих жил, материал и форма сечения жил, количество проволок в жиле, тип изоляции, рабочее напряжение, теплостойкость. Выбирается монтажный провод исходя из назначения и условий эксплуатации.

Материалы, используемые для токопроводящих жил, имеют большое значение, так как от свойств материала зависят дальнейшие свойства провода. Рассмотрим материалы в пункте 1.2.

1.2 Материалы для токопроводящих жил

Основными требованиями к материалам для токопроводящих жил являются: высокая электропроводность, высокие механические характеристики и коррозионная стойкость, технологичность, экономичность и недефицитность. Кроме того, при монтаже эти провода часто подвергаются многократным перегибам, а в эксплуатации возможны и вибрационные нагрузки, это также вызывает необходимость применения медной проволоки.

Величина электропроводности металлов играет определяющую роль при выборе сечений токопроводящих жил кабельных изделий сильного и слабого токов. Высокие механические характеристики проводниковых материалов обеспечивают работоспособность кабельных изделий при изгибах, кручениях, вибрациях и растягивающих нагрузках, а коррозионная стойкость — их сохранность при воздействии климатических и химических факторов. Под технологичностью проводниковых материалов надо понимать возможность получения больших строительных длин проволок, а также их надежного соединения (пайка или сварка). И, наконец, экономичность и недефицитность проводниковых материалов имеет важное значение, так как кабельная промышленность является одним из основных потребителей цветных металлов. В качестве базового материала для токопроводящих жил монтажных проводов применяется только медь. Это объясняется тем, что при конструировании монтажных проводов важно получение минимальных наружных размеров, что достигается применением медной проволоки, обладающей большей, чем у алюминия, проводимостью.

Для придания нужных свойств токопроводящей жиле, в ряде случаев применяют следующие методы:

— для предохранения от коррозии медную проволоку покрывают защитными покрытиями (лужение оловом или свинцово-оловянистыми сплавами);

— при высокой температуре используется медная посеребренная и никелированная проволока.

Широкое применение меди в кабельной технике вызвано способностью ее к прокатке и волочению, что обеспечивает получение больших длин проволоки, практически любых размеров.

Медная проволока для кабельной промышленности выпускается из меди марок М0 или М1, содержащих наименьшее количество примесей. Медная круглая проволока выпускается марок: МТ — медная твердая (неотожженная), ММ — медная мягкая (отожженная). Медная твердая проволока обладает большей разрывной прочностью, но меньшей пластичностью, чем мягкая, поэтому в большинстве кабельных изделий применяется медная мягкая проволока. Но иногда, когда разрывная прочность токопроводящих жил имеет решающее значение (например, провода для воздушных линий электропередачи), применяется МТ. На воздухе в присутствии влаги медная проволока темнеет, покрываясь пленкой основной соли зеленого цвета. С чистым кислородом медь соединяется при комнатной температуре, с кислородом воздуха — при нагреве выше 220. Медь также реагирует с некоторыми компонентами изоляционных или защитных материалов (например, с серой).

1.3 Защитные покровы

Токопроводящие жилы монтажных проводов выполняются из медных проволок с защитными покрытиями. Конструктивно защитные покровы монтажных проводов могут быть в виде лакированной оплетки из нитей и в идее монолитного слоя. В качестве волокнистых материалов для защитных оплеток применяется хлопчатобумажная пряжа, полиамидные, полиэфирные и другие синтетические нити и стекловолокно. Монолитные защитные оболочки выполняются из резин, поливинилхлорида, капрона и фторопласта.

Защитные покрытия делаются для того, чтобы исключить следующее:

а) при монтаже аппаратуры количество паек, приходящееся на каждый метр провода, очень велико. Поэтому с точки зрения надежности паек, являющихся наиболее уязвимым местом всякого монтажа, и облегчения их технологии, всю проволоку в жиле надо покрывать металлом или сплавом, обеспечивающим легкую и надежную припайку жилы к различным элементам схем.

б) в процессе хранения и эксплуатации происходит окисление медной проволоки, которое особенно усиливается при высокой температуре.

Для токопроводящих жил монтажных проводов, имеющих нагревостойкость до плюс 200, в качестве защитного покрытия применяют олово или свинцово-оловянистые сплавы, выше плюс 200 — серебро и никель.

1.4 Конструкция токопроводящих жил

Провода монтажные изготавливаются в широком диапазоне сечений. Сечение монтажных проводов выбирают для длительного режима работы в зависимости от значения проходящего тока и допустимого нагрева.

В пределах выбранного сечения конструкция жилы должна обеспечивать минимальные габариты провода, а также оптимальные значения таких важных монтажных и эксплуатационных характеристик, как гибкость, стойкость к перегибам и вибропрочность. Разумеется, наиболее экономичной, с точки зрения стоимости и обеспечения минимальных габаритов провода, является однопроволочная конструкция жилы. Однако она может быть рекомендована только для проводов сравнительно малых сечений, где по условиям монтажа и эксплуатации отсутствуют жесткие требования по стойкости и перегибам и вибропрочности. Что касается проводов больших сечений, то их токопроводящие жилы имеют многопроволочную конструкцию.

Основным критерием для выбора конструкций токопроводящих жил является величина гибкости и стойкости к перегибам. Гибкость характеризуется усилием, необходимым для изгиба ее на определенный радиус. Для однопроволочной жилы гибкость F может быть определена по формуле 1.1

(1.1)

где В — жесткость проволоки, Н/м;

Е — модуль упругости при изгибе, Па;

I — момент инерции сечения, кг/.

Для круглой проволоки гибкость вычисляется по формуле 1.2

(1.2)

где d — диаметр проволоки, м.

Определение гибкости многопроволочных жил сложнее, так как эта величина, кроме количества проволок, входящих в жилу, зависит также от коэффициента скрутки, плотности калибров и других факторов.

Зависимость величины гибкости от количества проволок, входящих в жилу, приведена на рисунке 1.1, аналогичная зависимость величины стойкости к перегибам (количества двойных перегибов до полного разрушения жилы) — на рисунке 1.2.

Рисунок 1.1 — Типичная зависимость гибкости от числа проволок, входящих в жилу Рисунок 1.2 — Зависимость стойкости к перегибам от диаметра и числа проволок в жиле

Однако следует отметить, что гибкость и стойкость к перегибам проводов зависят не только от конструкции жилы, но и от материала изоляции. Зависимость величин гибкости проводов с разными видами изоляции от числа проволок, входящих в жилу, приведены на рисунке 1.3.

а — неизолированная жила;

б — изоляция из резин и поливинилхлорида;

в — изоляция из полиэтилена низкой плотности;

г — изоляция из фторопласта и полиэтилена высокой плотности Рисунок 1.3 — Зависимость гибкости проводов разных типов от конструкции токопроводящей жилы Анализ данных, приведенных на этом рисунке, позволяет сделать некоторые выводы:

— суммарная гибкость провода с однопроволочной токопроводящей жилой в основном определяется величиной гибкости жилы, независимо о материала и толщины изоляции;

— с многопроволочной жилой и изоляцией из резины и поливинилхлоридного пластиката суммарная гибкость провода в основном зависит от гибкости токопроводящих жил;

— с изоляцией из полиэтилена и фторопласта суммарная гибкость провода в основном определяется гибкостью изоляционного слоя (т.е. увеличение количества проволок, входящих в жилу, не приводит к существенному увеличению гибкости провода).

1.5 Изоляция монтажных проводов

Изоляция проводов низкого напряжения может выполняться из резиновых смесей нормальной нагревостойкости, поливинилхлоридных пластикатов, полиэтиленов, кремнийорганической резины и фторопластов.

Все эти материалы (а, следовательно, и провода) можно условно разбить на две группы: провода нормальной и повышенной нагревостойкости. К первой группе относятся провода с изоляцией из резиновых смесей нормальной нагревостойкости, поливинилхлоридных пластикатов и полиэтиленов, ко второй — с изоляцией из кремнийорганической резины и фторопластов. Наиболее широко используются провода первой группы. Это объясняется сравнительной дешевизной и недефицитностью указанных материалов. Провода второй группы выпускаются в ограниченных количествах и применяются только там, глее по условиям эксплуатации требуется высокая нагревостойкость электрооборудования.

1.5.1 Резиновые смеси

Резиновые смеси применялись в кабельной промышленности еще в прошлом веке. Основное достоинство этих материалов — их исключительная гибкость, технологичность и сравнительно небольшая стоимость, хотя резиновая изоляция и требует конструирования специальных защитных покровов из-за недостаточной механической прочности и влагостойкости изоляционных резин.

Резиновые смеси представляют собой композиции, состоящие из каучука (или смеси каучуков) и различных ингредиентов. Наложенные на кабельные изделия резиновые смеси вулканизуются, т. е. переходят из пластического в эластическое состояние, приобретая при этом механическую прочность, упругость и т. д.

1.5.2 Поливинилхлоридные пластикаты

Поливинилхлоридные пластикаты представляют собой смеси поливинилхлорида с пластификаторами, стабилизаторами и другими добавками.

Поливинилхлорид, являющийся продуктом полимеризации хлористого винила, в чистом виде представляет собой жесткий, не эластичный материал. Чтобы придать материалу технологические свойства, в него вводят пластификаторы — совол, диоктилфталат или полимерные материалы на основе себациновой, адипиновой и фталевой кислот. С целью повышения долговечности изоляции пластификаторы вводят в сочетании с антиоксидантом — дефинилпропаном.

При температуре выше 140 поливинилхлорид разлагается с выделением хлористого водорода, который каталитически ускоряет процесс разложения полимера. Повышение температуры разложения поливинилхлорида достигается путем введения в пластикат стабилизаторов, способных связывать выделяющийся хлористый водород. Кроме того, стабилизаторы поглощают кислород, проникающий внутрь изоляции. Наиболее распространенными стабилизаторами для поливинилхлоридных пластикатов являются углекислый свинец, соли стеариновой кислоты, а также стеараты металлов, главным образом свинца, в композиции с эпоксидными смолами. С целью удешевления поливинилхлоридных пластикатов и придания им ряда специфических свойств в них вводят наполнители (некоторые сорта каолина, карбонат кальция, тальк, шиферная и кварцевая мука, двуокись кремния, основной карбонат свинца и т. д.) в количестве не более 20% от веса поливинилхлорида. Для получения цветных композиций в поливинилхлоридные пластикаты добавляются красители.

Основные достоинства пластикатов — высокая технологичность, гибкость, негорючесть и химическая стойкость. Так как их электрические характеристики существенно уступают электрическим свойствам многих других пластмасс, то это и определяет область применения изоляционных поливинилхлоридных пластикатов — изоляция низкочастотных кабелей и проводов низкого напряжения. Надо отметить и сравнительно низкую морозостойкость большинства этих пластикатов, что ограничивает возможность применения кабелей с такой изоляцией в районах Крайнего Севера.

1.5.3 Полиэтилен

Полиэтилен — продукт полимеризации этилена — является одним из самых распространенных изоляционных материалов в кабельной технике. Для изолирования кабелей и проводов в настоящее время используют следующие виды полиэтиленов.

Полиэтилен низкой плотности, получаемый путем полимеризации при высоком давлении, обладает хорошими электроизоляционными свойствами, что и определяет его использование в качестве изоляции высоковольтных, радиочастотных кабелей и кабелей связи. Этот полиэтилен весьма технологичен, влагостоек, механически прочен и инертен по отношению к большинству агрессивных сред. Однако нестабилизированный полиэтилен быстро теряет эти характеристики под воздействием тепла и атмосферных условий. Для повышения стойкости полиэтилена к тепловому старению в него вводят стабилизаторы.

К числу существенных недостатков полиэтилена низкой плотности относятся резкое размягчение при кратковременных перегревах (возникающих, например, в силовых кабелях при токах короткого замыкания), склонность к растрескиванию при соприкосновении с поверхностно-активными средами (толуол, бензол, растительные и минеральные масла, металлические мыла, кремнийорганические жидкости и т. д.) и горючесть.

Более высокой длительной нагревостойкостью обладает полиэтилен высокой плотности, получаемый полимеризацией при низком давлении. Он также более прочен механически (особенно по твердости и стойкости к продавливанию). Однако по технологичности этот материал существенно уступает полиэтилену низкой плотности и практически может использоваться только для проводов и кабелей с тонкостенной изоляцией (монтажные и обмоточные провода, кабели управления и т. д.).

В последние годы в кабельной промышленности широко применяется вулканизующийся (или сшитый) полиэтилен, представляющий собой композицию из полиэтилена низкой плотности, стабилизаторов, наполнителей и вулканизующих агентов. В процессе переработки на кабельном оборудовании эта композиция вулканизуется, т. е. производится поперечная сшивка молекул полиэтилена (химическая вулканизация). Наполнители (органические или неорганические сажи) придают свулканизованной смеси большую стойкость к продавливанию при высоких температурах. Сшивку молекулярных цепей полиэтилена можно производить и радиационным способом пропуская изолированные полиэтиленом жилы через облучатель (например, ускоритель электронов). Сшитая изоляция при сохранении уровня основных электрических характеристик полиэтилена приобретает принципиально новые свойства, важнейшим из которых является стойкость к кратковременным перегревам (до 150 — 200), что позволяет использовать кабели с такой изоляцией в сильноточных цепях в режимах коротких замыканий.

Для получения пористой изоляции при изолировании кабелей связи применяется композиция, состоящая из полиэтилена и порообразователя (порофора). Поры в изоляции образуются превращением порофора в газообразное вещество в процессе изолирования (температура в головке шприц-пресса при переработке полиэтилена составляет 180 — 225).

Для изолирования некоторых кабелей и проводов специального применения (шахтные кабели, авиационные провода и т. д.) используется негорючий полиэтилен, который может быть получен прививкой в молекулы полиэтилена атомов хлора или фтора, или созданием композиций с различными добавками (трехокись сурьмы и хлорированные углеводороды, выделяющие хлор при повышенных температурах). По электрическим и механическим характеристикам негорючий полиэтилен уступает чистому полиэтилену.

И, наконец, для экранирования высоковольтных и антивибрационных кабелей используют полупроводящий полиэтилен, представляющий собой композицию полиэтилена, полиизобутилена и ацетиленовой сажи (в пропорции 1: 1: 1,3). В качестве пластификатора добавляют стеариновую кислоту.

1.5.4 Фторопласты

Фторопластами называют пластмассы на основе производных этилена, в которых атомы водорода замещены фтором, а также сополимеры тетрафторэтилена с другими мономерами.

В настоящее время в кабельной технике применяются следующие фторопласты.

Политетрафторэтилен (фторопласт-4Д) — продукт полимеризации тетрафторэтилена — обладает хорошими электрическими и механическими характеристиками и исключительной нагревостойкостью. Этот материал стоек к различным агрессивным средам, влагонепроницаем и морозостоек.

Фторопласт-4 применяют для изготовления конденсаторных и электроизоляционных пленок, антифрикционных материалов, самосмазывающихся вкладышей подшипников, уплотнительных деталей — прокладок, набивок, работающих в агрессивных средах; труб, гибких шлангов, кранов, тары пищевых продуктов; его используют в восстановительной хирургии. Фторопласты также нашли применение для зашиты металла от воздействия агрессивных сред. Покрытие производится из суспензий или эмульсий с последующим спеканием.

Фторопласт-4 не перерабатывается в изделие обычными для термопластов методами, так как не переходит в вязкотекучее состояние. Изделия из фторопласта-4 получают спеканием при температуре 350 — 370 порошка, спрессованного по форме детали.

Физиологическая и биологическая безвредность фторопласта обуславливает его широкое применение в медицинской и фармакологической промышленности. Из него изготавливают протезы кровеносных сосудов, сердечных сосудов, сердечных клапанов, ёмкости для хранения крови и сыворотки, упаковку для лекарств и многое другое.

В пищевой промышленности и бытовой технике фторопласт используется для изготовления облицовки валов для раскатки текста, антиадгезионных и антипригарных покрытий, для изготовления уплотнений молочных насосов и насосов для пищевых жидкостей и т. д.

Фторопласт-4 хорошо обрабатывается точением, сверлением, фрезерованием и шлифованием.

Фторопласт-4 — уникальный материал, полученный химическим путём. Он отличается высокой химической стойкостью, не изменяется даже при кипячении в «царской водке». Вместе с феноменальной инертностью фторопласт-4 характеризуется малой пористостью, отличными электрическими и механическими свойствами. Хорошая механическая прочность сохраняется в области температур от минус 190 до плюс 250 .

Он обладает низким, почти не зависящим от температуры коэффициентом трения, совершенно гидрофобен, физиологически инертен. Диэлектрические свойства его не изменяются до 200, а химические — до 300. Эти свойства материала делают изделия из него незаменимыми в химической, электротехнической промышленности, приборостроении, машиностроении, атомно-энергетической, пищевой, лёгкой и медицинской промышленности.

Для повышения твёрдости, теплопроводности, стойкости и истиранию, снижения деформации под нагрузкой и коэффициента термического расширения к фторопласту-4 добавляют различные наполнители.

Разработаны различные его модификации — фторопласт-4Д, фторопласт-4М (-4МБ, -4МБ-2, -4МД), фторопласт-4НА и другие. Они более технологичны в переработке, допускают возможности изготовления изделий литьем под давлением.

Фторопласт-4Д (фторплан-4Д) — модификация фторопласта-4, отличающаяся повышенной пластичностью, позволяющей производить его переработку прессованием и экструзией. Из его порошков изготавливают водные суспензии для получения защитных покрытий, специальных лаков, пропиточных составов и свободных плёнок.

Фторопласты 4, -4Д стойки ко всем минеральным и органическим кислотам, щелочам, органическим растворителям, окислителям и другим агрессивным средам. Не стойки к расплавленным щелочным металлам или растворам их в аммиаке, элементарному фтору и трёхфтористому хлору при повышенных температурах.

К недостаткам политетрафторэтилена относятся повышенная жесткость, малая короностойкость и, главное, низкая технологичность (изоляция кабелей и проводов из этого материала выпрессовывается в основном на малопроизводительных прессах плунжерного типа и требует дополнительной термообработки).

Перспективным является применение в качестве изоляции теплостойких кабелей и проводов фторопласта-4М — продукта сополимеризации тетрафторэтилена с гексафторпропиленом. Фторопласт-4М и его разновидности 4МБ, 4МБ-2, 4МД и 4МП являются модификацией фторопласта-4. По свойствам фторопласт-4М и его разновидности мало отличаются от фторопласта-4. При этом они обладают важным преимуществом-способностью к переработке и изделия всеми обычными методами, и в первую очередь экструзией и литьем под давлением. Этот материал может перерабатываться на червячных прессах и мало уступает политетрафторэтилену по основным, электрическим характеристикам и нагревостойкости.

Способность перерабатываться обычными методами обусловлена тем, что вязкость расплава фторопласта-4М в миллион раз меньше вязкости расплава фторопласта-4.

Фторопласт-4М имеет кристаллическую структуру, его степень кристалличности 40−55%. В отличие от фторопласта-4 кристаллическая структура фторопласта-4М относительно нечувствительна к условиям формования, главным образом к скорости охлаждения. При температуре переработки из него получается истинно-текучий расплав, при охлаждении которого не образуется пустот, вследствие чего изделия из него практически непористы.

Фторопласт-4М можно сваривать без применения повышенного давления, он более радиационно-стоек, чем фторопласт-4, под действием радиации и ультрафиолетовых лучей при повышенной температуре происходит его сшивание.

Фторопласт-4М более прозрачен и менее хладотекуч, чем фторопласт-4, но имеет более низкую температуру эксплуатации (на 50 °С) вследствие более низкой температуры плавления (265 — 285 °С) и разложения (выше 380 °С), а также несколько большие тангенс угла диэлектрических потерь в области высоких частот (Гц) и удельное объемное электрическое сопротивление в области высоких температур (200 °С).

Фторопласт-4М выпускают в виде тонкого некомкующегося порошки, гранул и концентрированной водной суспензии. Порошкообразный фторопласт-4М выпускают для получения пленок методом экструзии. Порошок фторопласта-4МП выпускают для получения покрытий методами порошкового напыления.

Фторопласт-4МБ выпускают в виде гранул или порошка для получения свободных пленок повышенной прочности (марка А), для изоляции проводов (марка Б) и для литья под давлением. Фторопласт-4МБ отличается от фторопласта-4М более высокой термостабильностью, лучшими и более стабильными диэлектрическими характеристиками, большей прозрачностью, бесцветностью, более высокой механической прочностью.

Фторопласт-4МБ-2 выпускают в виде порошка и гранул для тонкой конденсаторной пленки, для изоляции проводов и кабеля и для получения порообразующего полимера.

Фторопласт-4МБ-2 отличается от фторопласта-4МБ лучшими электроизоляционными характеристиками в области высоких температур (200 °С) и частот.

Фторопласт-4МД выпускают в виде 50 — 60%-ной водной суспензии, применяющейся для покрытия металлических поверхностей и полимерных пленок, для пропитки стеклоткани с целью придания ей антиадгезионных свойств, для получения свободных пленок, стеклотекстолитов.

1.6 Конструкция изоляции

По конструкции изоляция проводов низкого напряжения может быть однородной и комбинированной. Однородная выполняется в виде монолитного слоя из резины или пластмассы. Такую изоляцию имеют провода питания и большинство монтажных проводов. К преимуществам монолитных оболочек относятся высокая производительность технологического процесса их наложения, а также герметичность и повышенная механическая прочность. В отдельных случаях, когда по условиям эксплуатации к монтажным проводам предъявляются требования, которые не могут быть удовлетворены одним слоем изоляции (например, сочетание повышенной нагревостойкости и стойкости к придавливающим нагрузкам и т. д.) применяется комбинированная изоляция, сочетающая обмотку из нагревостойких и механических прочных нитей с наружным слоем из пластмассы (например, натуральный или синтетический шелк и поливинилхлоридный пластикат, стекловолокно и фторопласт и т. д.). Это сочетание, хотя и несколько увеличивает габариты проводов, обеспечивает повышенную стойкость к продавливанию и разовым перегревам.

В отличие от высоковольтных проводов, где толщина изоляции выбирается по допустимой напряженности электрического поля, для проводов низкого напряжения выбор толщины изоляции производится из условий достаточной механической прочности и из технологических соображений. Для современных пластмасс, обладающих высокой механической прочностью, последнее обстоятельство имеет решающее значение. Под технологичностью понимается достижение максимальной однородности изоляции. Исследование этого вопроса показало, что для каждого изоляционного материала, независимо от способа его переработки, существует оптимальная с точки зрения однородности толщина изоляции, величина которой зависит от однородности исходного сырья, и степени освоения технологического процесса изолирования.

При этом наиболее действенным критерием технологической стабильности (однородности) изоляции проводов низкого напряжения являются значения статистических параметров распределений пробивных напряжений образцов проводов разных конструкций. Указанные распределения в большинстве случаев весьма близки к нормальному распределению и полностью определяются двумя статистическими параметрами:

— средним значением пробивного напряжения, вычисляемым по формуле 1.3

(1.3)

— стандартным отклонением, которое вычисляется по формуле 1.4

(1.4)

где — пробивное напряжение i-го образца;

n — общее количество испытанных образцов.

Для серийных изоляционных материалов при одной и той же толщине изоляции величина среднего значения пробивного напряжения обычно весьма стабильна. Поэтому однородность изоляции можно оценивать величиной стандартного отклонения, характеризующей разброс значений пробивного напряжения. Более удобно для этой цели пользоваться безразмерной величиной, которая в математической статистике называется коэффициентом вариации С, которую определяют по формуле 1.5

. (1.5)

На рисунке 1.4 показана зависимость величины коэффициента вариаций от толщины изоляции для проводов разных типов.

1 — провода с изоляцией из полиэтилена;

2 — фторопласта-4;

3 — поливинилхлорида;

4 — кремнийорганической резины Рисунок 1.4 — Зависимость коэффициента вариации значений пробивных напряжений проводов разных типов от толщины изоляции

Провода для монтажа радиоэлектронной аппаратуры и приборов изготовляют с полиэтиленовой, поливинилхлоридной, стекловолокнистой, резиновой и фторопластовой изоляцией (рисунок 1.5).

а — гибкий многопроволочный с резиновой изоляцией;

б — гибкий многопроволочный с двойной обмоткой из полиамидного шелка, лакированный;

в — с резиновой изоляцией в оплетке, покрытой лаком, одножильный;

г — монтажный провод с поливинилхлоридной изоляцией;

д — гибкий многопроволочный в обмотке и оплетке из стекловолокна лакированный Рисунок 1.5 — Монтажные провода

2. Требования, предъявляемые ЗАО " Атлант" к проводу

2.1 Общие сведения

Провод МПФХ 0,60 изготавливают на ОАО «Завод «Чувашкабель» по заказу ЗАО «Атлант» БСЗ, г. Барановичи, Республики Беларусь.

В 2009 году начата работа по отработке технологии изготовления провода с изоляцией из фторопласта. Также в 2009 году была отправлена первая опытная партия провода. Результаты технологических испытаний данной партии провода оказались отрицательными. Причина заключается в том, что в процессе запрессовки данного провода в контакты обнаружились подрезания медных жил, из-за недостаточной плотности скручиваемых медных жил. Устранить причину сразу не получилось, так как на имеющемся, на тот момент парке крутильного оборудования изготовить провод с более уплотненной жилой не могли. И работы были прекращены.

В связи с заинтересованностью ЗАО «Атлант» БСЗ и поступлением нового крутильного оборудования, ОАО «Завод «Чувашкабель» возобновили работы по отработке технологии изготовления провода с изоляцией из фторопласта.

В настоящее время ОАО «Завод «Чувашкабель» изготовили и отправили пробную партию провода с уплотненной жилой, изготовленную на новом оборудовании, для проведения технологических испытаний на ЗАО «Атлант» БСЗ. Результаты испытаний положительны.

Дополнительные исследования срезов провода показали, что устранение указанного дефекта, можно обеспечить:

— снижением эксцентриситета изоляции относительно токопроводящей жилы;

— компактированием жилы;

— применением твердой (неотожженой) проволоки.

2.2 Свойства и характеристики провода

Качество провода — гарантированное сохранение проводом своих свойств в предназначенной для этого области эксплуатации при условии правильного (с учетом указаний и рекомендацией производителя) монтажа-прокладки. Все свойства и характеристики провода по своему происхождению можно разделить на три группы: свойства провода, связанные с природой диэлектрика; свойства провода, приобретаемые на стадии технологической обработки и изготовления; поведение провода, связанное с условиями монтажа. Рассмотрим каждую из групп:

а) свойства провода, связанные с природой диэлектрика.

Существует множество диэлектрических материалов, применяемых в кабельной промышленности. Все они различаются по своему физико-молекулярному строению (полярность — неполярность молекул, тип кристаллической решетки, прочность связи противоположно заряженных частиц и т. д.). В зависимости от условий, в которых приходится эксплуатировать провод, становится экономически целесообразным использовать тот или иной конкретный тип диэлектрика.

Пример 1. Неполярные диэлектрики типа полистирол, полиэтилен чрезвычайно выгодны для использования в области высокочастотных проводов. Но ввиду их жесткости эти провода ограниченны в применении в тех областях, где требуются монтажные изгибы, криволинейные участки прокладки.

Пример 2. Поливинилхлорид, обладая высоким удельным электрическим сопротивлением, выгоден в применении в проводах низкого напряжения и в проводах постоянного напряжения.

Пример 3. Лучший диэлектрик для высоких и сверхвысоких частот, высокой температуры (до 300 °C) — фторопласт-4. Чрезвычайно сложен в изготовлении и соответственно дорог. Применяется в атомной энергетике и других ответственных областях.

Пример 4. Кремнийорганическая резина, обладая свойством высокой короностойкостью (способность сопротивляться разрушающим ионизационным процессам) сохраняет это свойство в диапазоне от минус 60 до плюс 250 °C, является по существу единственным нагревостойким изоляционным материалом, пригодным для изготовления монтажных высоковольтных проводов. Также обладает присущей всем резинам эластичностью.

б) свойства провода, приобретаемые на стадии технологической обработки и изготовления.

Производитель провода может влиять на первоначальные свойства диэлектрического материала, ухудшая или улучшая их, следующими мерами:

1) подбор рецептуры смеси предпринимается для придания диэлектрику недостающих свойств, введением различных добавок. Однако зачастую улучшая одни свойства, ухудшаются другие.

Например, в поливинилхлорид для увеличения морозостойкости и эластичности вводятся сильно полярные пластификаторы, ухудшающие диэлектрические свойства провода и делающие невозможным их применение для напряжения высокой частоты.

2) конструкционные изменения, предполагающие многослойность провода. Это может быть повышающая механическую прочность броня из твердого диэлектрика или металла, снижающий радиопомехи экранирующий слой и т. д.

3) обеспечение однородности изоляции — избежание попадания случайных примесей, смешение разнотипных смесей.

4) обеспечение технологической точности оборудования, гарантирующей постоянно требуемых режимов изготовления.

в) поведение провода, связанное с условиями монтажа.

Каждый провод изготавливается для определенной области эксплуатации, в пределах которой он надежно работает в течение гарантированного срока эксплуатации. К выходу провода могут привести такие действия монтажника, как:

1) Превышение предельных для данного провода параметров сети (напряжение, частота тока), несоблюдение минимальных расстояний между проводами, между проводом и заземленной поверхностью, подвержение ударам острыми или тяжелыми предметами механически незащищенных проводов.

2) Несоблюдение условий прокладки таких, как — вентилируемость зоны прокладки для нагреваемых в процессе эксплуатации проводов, — исключение попадания влаги, солнечных лучей, агрессивных жидкостей (кислота, щелочь, масло, бензин). Например, попадание влаги на провода с ПВХ изоляцией приводит к потере пластификаторов, а солнечная радиация способствует повышению температуры, хрупкости, что приводит к образованию трещин в зимних условиях.

2.3 Требования, предъявляемые к монтажному проводу

Можно назвать следующие требования к изоляции:

— электрическая прочность;

— механическая прочность;

— огнестойкость;

— морозостойкость;

— теплостойкость;

— стойкость к озоновому разрушению;

— стойкость к солнечной радиации;

— влагостойкость;

— долговечность.

Требования к токопроводящей жиле включают в себя:

— допустимый нагрев;

— допустимые потери напряжения.

2.4 Требования, предъявляемые ЗАО " Атлант" к проводу

1. Провод должен состоять из 19 проводников диаметром 0,20 мм, общей площадью поперечного сечения проводников 0,60 .

2. Материал проводников — медь.

3. Шаг скрутки — 8 мм.

4. Наружный диаметр провода с изоляцией — диаметр .

5. Температурный индекс провода — 180.

1) Предельные температуры при эксплуатации от — 80 до + 180 .

2) При подвижном соединении от минус 55 до плюс 180 .

6. Электрическое сопротивление изоляции при 20 1 км провода не менее 500 МОм.

7. Изоляция провода должна выдерживать испытание электрическим напряжением переменного тока 2500 В в течение 1 мин.

8. Минимальный предел прочности на разрыв 450 Н/.

9. Удлинение пучка — не более 3%.

10. Эксплуатационные предельные нагрузки, выдерживаемые проводом:

— при монтаже 80 Н/;

— в рабочем режиме 25 Н/.

11. Минимальный радиус искривления провода:

— при подвижном соединении — не менее 6d;

— при неподвижном соединении — не менее 3d (d — наружный диаметр провода с изоляцией — 1,48 мм).

12. Провод должен быть химически стойким к хладонам R134a, R600a и к синтетическим и минеральным холодильным маслам. Величина экстрагируемости изоляции в хладономасляной среде в течение 6 часов не более 1%.

3. Уплотнение токопроводящей жилы, достоинства, недостатки

3.1 Общие сведения

Коэффициент заполнения круглых неуплотненных жил колеблется в пределах 74 — 76%. Повышение этого коэффициента достигается уплотнением жил. Уплотнение производится путем обжатия жилы во вращающихся вальцах, размещающихся непосредственно в крутильных машинах. Если обжатие жилы производить по каждому повиву, то можно получить коэффициент заполнения, близкий к 0,9.

Уплотненные жилы позволяют уменьшить наружные размеры проводов, при этом экономия на материалах достигает 5 — 10%. Кроме того, поверхность уплотненных жил становится более гладкой, за счет чего уменьшается эффект проволочности и достигается более плотное прилегание электропроводящего экрана к жиле, что особенно важно для проводов и кабелей с пластмассовой изоляцией. На рисунке 3.1 показана схема неуплотненной и уплотненной круглой токопроводящей жилы.

а — неуплотненная; б — уплотненная Рисунок 3.1 — Схема круглой токопроводящей жилы Однако уплотнение жил приводит к явлению нагартовки проволок, при этом несколько увеличивается их электрическое сопротивление. Кроме того, в процессе уплотнения происходит значительная вытяжка проволок. В жилах больших сечений вытяжка проволоки может достигать 10% и более. Это приводит к уменьшению сечения жилы после обжатия, что нужно учитывать при конструировании уплотненных жил.

Уплотнение круглых медных жил производится по повивам с помощью трех пар последовательно установленных уплотняющих вальцов (рисунке 3.2).

Рисунок 3.2 — Вальцы для уплотнения круглых жил.

Первая пара вальцов производит предварительное обжатие, придавая жиле форму эллипса, вторая пара вальцов доводит жилу до нужного размера и третья предназначена для чистовой обработки поверхности жилы. Такая система уплотнения позволяет получить коэффициент заполнения 0,9 — 0,91.

3.2 Уплотнение токопроводящей жилы для провода МПФХ сечением 0,60

Уплотнение токопроводящей жилы провода МПФХ сечением 0,60 производится для того, чтобы жила стала более гладкой и при запрессовке данного провода в контакты не происходило подрезание медных жил.

На ОАО «Завод «Чувашкабель» проведен подбор технологических режимов скрутки уплотненной токопроводящей жилы на крутильной машине D-401. В качестве уплотняющего калибра использовались различные калибры. Оптимальным для уплотнения жилы принят следующий маршрут:

— на входе калибр диаметром 0,98 мм;

— перед дугой калибр диаметром 1,50 мм (выполняет функцию только как направляющий калибр);

— после дуги калибр не устанавливался.

Схема заправки — все 19 проволок после направляющей розетки заправлены сразу в калибр диаметром 0,98 мм без использования промежуточного калибра для семи проволок. Розетка установлена на расстоянии 5 — 10 см от калибра. Натяжение семи центральных проволок выставлено примерно в 1,5 раза больше, чем у остальных 12 проволок.

4. Расчет конструктивного расхода материала

Конструкция провода и используемые материалы для изготовления провода указаны в таблице 4.1.

Таблица 4.1 — Конструктивный расход материала

4.1 Расчет

Расчет производился следующим образом:

а) вычислим сечение одной проволоки S, по формуле 4.1

(4.1)

где d — диаметр одной проволоки, мм.

б) рассчитаем массу одной проволоки m, кг по формуле 4.2

(4.2)

где V — объем одной проволоки, ;

— плотность меди, кг/ (= 8890 кг/).

Чтобы рассчитать объем одной проволоки V, воспользуемся формулой 4.3

(4.3)

l — длина проволоки (l = 1000 м).

;

.

в) вычислим диаметр по скрутке, мм по формуле 4.4

(4.4)

— диаметр одной проволоки, мм;

К — коэффициент, учитывающий количество проволок в жиле (К = 5).

За счет уплотнения мм.

г) для определения коэффициента укрутки отобразим развернутый вид проволоки (рисунок 4.1) и по нему определим величину а.

Рисунок 4.1 — Сечение скрученной проволоки По теореме Пифагора найдем величину а, мм:

;

;

a = 8,594 мм.

д) теперь найдем коэффициент укрутки по формуле 4.5

(4.5)

где h — шаг скрутки, мм (h = 8 мм).

е) по формуле 4.6 вычислим массу 1 км жилы М, кг/км

(4.6)

где — количество проволок в жиле.

ж) рассчитаем сечение провода по формуле 4.7

(4.7)

где — диаметр по изоляции, мм

и) вычислим массу изоляции, кг по формуле 4.8

(4.8)

где V — объем изоляции, ;

— плотность фторопласта, кг/ (= 2200 кг/).

Объем рассчитываем по формуле 4.3:

Тогда получим

5. Выбор технологического оборудования, технологической цепочки изготовления

Чтобы изготовить провод МПФХ сечением 0,60 я выбрала следующее оборудование: волочильную машину ВСК-13, волочильную машину UDZWG 40/22, крутильную машину D-401, экструзионную линию HTR 45+30 фирмы Cerrini, переточный станок ПКС-3. Выбор производился исходя из технических данных машин.

Тогда, цепочка изготовления провода будет следующая:

— волочение медной проволоки на волочильной машине ВСК-13;

— волочение медной проволоки на волочильной машине UDZWG 40/22;

— скрутка токопроводящей жилы на крутильной машине D-401;

— изолирование токопроводящей жилы на экструзионной линии HTR 45+30 фирмы Cerrini;

— перемотка готового провода на перемоточном станке ПКС-3;

— приемо-сдаточные испытания.

5.1 Волочение медной проволоки на волочильной машине ВСК-13

5.1.1 Технические характеристики машины

1. Максимальный диаметр медной катанки, мм — 8,00.

2. Диаметр готовой медной проволоки, мм — 1,80.

3. Количество волок — 13.

4. Скорость волочения, м/с — 5−30.

5. Количество тяговых роликов — 7.

6. Количество ступеней на ролике — 3.

7. Объем потребляемой эмульсии, /ч — 16,2−33,0.

8. Расход воды, л/мин — 50−80.

5.1.2 Технологический режим волочения медной проволоки на волочильной машине ВСК-13

Технологический режим волочения медной проволоки на волочильной машине ВСК-13 представлен в таблице 5.1.

Таблица 5.1 — Технологический режим волочения на волочильной машине ВСК-13

5.2 Волочение медной проволоки на волочильной машине UDZWG 40/22

5.2.1 Технические характеристики машины

1. Максимальный диаметр медной катанки, мм — 2,50.

2. Диаметр готовой медной проволоки, мм — 0,20.

3. Количество волок — 22.

4. Скорость волочения, м/с — 8,0 — 40,0.

5. Количество тяговых роликов — 6.

6. Количество ступеней на ролике — 4.

7. Объем эмульсионного бака, л — 800.

5.2.2 Технологический режим волочения медной проволоки на волочильной машине UDZWG 40/22

Технологический режим волочения медной проволоки на волочильной машине UDZWG 40/22 представлен в таблице 5.2.

Таблица 5.2 — Технологический режим волочения на волочильной машине UDZWG 40/22

5.3 Скрутка токопроводящей жилы на крутильной машине D-401

Технические характеристики крутильной машины D-401 представлены в таблице 5.3.

Таблица 5.3-Технические характеристики крутильной машины D-401

Процесс скрутки представлен на рисунке 5.2

Рис. 5.2 — Процесс скрутки Расправленные веером проволоки идут с одного или нескольких выпусков и поодиночке пропускаются через отверстия на плетельной плитке 1. Оттуда они вместе в виде пучка проволок пропускаются через ниппель свивки 2 и через вал ротора 3 заходят внутрь машины. Здесь происходит первое отведение литцы ротором. По роторному бугелю 4 литца заводится внутрь через направляющий ролик 5. В этом месте литца отводится второй раз. Направление скрутки можно выбирать: «налево» (S-плетение) и «направо» (Z-плетение).