铝护套连续挤压包覆模腔中金属流动分析

摘 要：本文对铝护套连续挤压包覆模腔进行分区，分别分析了模腔中汇合室、转角区和焊合室中金属的流动状态。通过分析模腔中各区域的金属流动过程，提出了铝护套连续挤压包覆实际生产中出现的弯折、卷曲及未焊合等缺陷的产生原因，为其解决提供了理论依据。

关键词：铝护套 连续挤压包覆 模腔 金属流动

中图分类号：TG302 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0097-02

经济发展急剧增加电力的消耗，使高压电缆的运用逐渐成为城市电网建设的发展趋势。铝护套起到静电屏蔽、承受短路电流、防水及铠装保护层等作用，是高压电缆的重要组成部分之一。连续挤压包覆技术（Continuous Extrusion Cladding）是在连续挤压技术基础上发展而来的一种新型塑性加工技术，已广泛应用于双金属复合导线、电缆及光缆护套等的生产上[1]。这种技术利用挤压轮与原料之间的摩擦力作为驱动力实现了连续生产，具有高效和节能的优势。因此，连续挤压包覆技术是一种理想的电缆铝护套生产技术。

铝护套连续挤压包覆技术的原理如图1所示是利用摩擦力作为驱动力进行挤压，挤压靴被放置在挤压轮的上方，芯线穿过挤压型腔，从而使挤出的金属可间接地挤压包覆在芯线上，从模口同时挤出，得到包覆产品，铝护套的生产采用的就是这种间接包覆工艺[2]。

由图1可知，铝护套连续挤压包覆成形过程是一个受多种因素影响的复杂过程。首先，挤压轮槽为扩展型，极易出现使坯料与轮槽脱离接触的拱起现象，从而摩擦驱动力降低；另外，切向进料导致包覆模腔上下部位为非对称结构，模腔中导流模上下部位金属流动速度差别，在挤出模口处出现弯折和卷曲现象。

模腔内金属流动状态分析。

如图2所示，两股金属坯料在挤压轮槽侧面的摩擦力作用下挤入包覆型腔中，连续挤压包覆型腔由汇合室、转角区和焊合室三部分组成，两股金属先在汇合室中进行汇合，然后经焊合室从模口挤出，形成铝管，再通过后续的拉拔工艺形成铝护套包覆在芯线上。在汇合室中，金属将进行分流和体积分配，导流模上下不对称结构造成了金属流动的不均匀，降低了铝护套的焊合强度和尺寸精度。因此，提高型腔中金属流动均匀性是连续挤压包覆工艺的核心，首先必须对连续挤压包覆型腔内金属流动过程进行分析。

汇合室金属流动状态分析。

如图2所示，根据在汇合室中金属流动特点，将汇合室分为7个变形区，为弧ig上的切线ag的切点，而ce线垂直于切线ag。Ⅰ区为锥形导流道，从模口进入Ⅰ区的金属，一部分从Ⅲ区和Ⅳ区流过，进入Ⅴ区，然后被挤入焊合室；另一部分从Ⅱ区流过，进入Ⅵ区和Ⅶ区，并将Ⅵ区和Ⅶ区金属挤入焊合室。这两部分金属的分流线为dfh，如图所示，其中d点为ab线垂直平分线与ce线的交点，f点和h点分别为og线与弧fl和弧hk的交点。在Ⅰ区中，比邻Ⅱ区这边模腔内壁与竖直方向有6度的夹角，Ⅱ区中金属流量多于Ⅰ区。

在Ⅲ、Ⅳ区中，当金属坯料全部充满时，由于受到汇合室侧壁的限制金属沿水平没有移动，只沿着导流模径向流动，因此可以被视为平面应变；在Ⅱ区中，金属的流动方向发生了明显转折，大致与分流线df平行，可将Ⅱ区视为刚性块，并沿分流线df滑动。

如图2所示，在Ⅳ区底部两股金属交汇处会出现角度为θ的弧线区域，在这一区域内，由于已经流动很长距离，金属流动速度远慢于同区域金属，则向Ⅴ区流动金属往往不足，在Ⅴ区中金属需要向下填充。因此在连续挤压包覆过程中，由于Ⅱ区比Ⅰ区分得金属多，再加上Ⅳ区出现难流动部位，则在连续挤压包覆成形的前期以及过程中可能会出现未焊合的缺陷。

转角区金属流动状态分析。

汇合室中Ⅴ区，Ⅵ区以及Ⅶ区流动的金属继续向前流动，在转角区与瓶式导流模接触，在它约束下该变流动方向，由径向流动方向转为沿着导流模的水平方向流动。图3为铝护套连续挤压包覆瓶式导流模，由图可知其为轴对称结构，流动的金属受其约束只能改变流动方向，而不能改变流速。因此，汇合室的Ⅴ区，Ⅵ区以及Ⅶ区金属流动速度的不均匀会延续到转角区金属的流动，从而转角区瓶式导流模上下部分流动不均匀。

焊合室金属流动状态分析。

在连续挤压包覆型腔中，流动的金属在汇合室汇合后受到瓶式导流模的约束改变流动的方向，沿着导流模的方向流入焊合室。图4为连续包覆型腔焊合室示意图，图中箭头的方向为金属流动的方向，金属在焊合室焊合经定径带流出模腔，得到成型的产品。在焊合室中，流动的金属在凹模和型腔的底部形成一部分区域，此处金属流动缓慢，称为死区。如图所示，铝护套连续挤压包覆焊合室为轴对称结构，其上下部位金属流动继续流动不均匀，这也就造成了铝护套连续挤压包覆生产的弯折和卷曲等缺陷，实际生产中往往要通过后期的牵引等手段解决。

（1）对铝护套连续挤压包覆模腔进行分区，分别分析了模腔中汇合室、转角区和焊合室中金属的流动状态。（2）通过分析模腔中各区域的金属流动过程，提出了铝护套连续挤压包覆实际生产中出现的弯折、卷曲及未焊合等缺陷的产生原因，为其解决提供了理论依据。（3）根据分析结果，提出实际生产解决弯折、卷曲及未焊合等缺陷的实际方法。

参考文献

[1] 宋宝韫，樊志新，刘元文.铜、铝连续挤压技术特点及工业应用[J].稀有金属，2004（1）：257.

[2] 贺幼良.连续挤压包覆成形过程的理论与实验研究[D].沈阳：东北大学，1998.