自承式光纜模具設(shè)計淺析
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［摘要］自承式光纜目前已廣泛應(yīng)用于光通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中，該類型光纜由于結(jié)構(gòu)的特殊性，擠塑工藝方面具有一定難度。針對該問題，論述了一套完整的自承式光纜模具設(shè)計方法，用于改善該類型光纜的生產(chǎn)問題。經(jīng)過大量不同規(guī)格自承式光纜設(shè)計生產(chǎn)驗證，該模具設(shè)計方法解決了自承式系列光纜的生產(chǎn)工藝難題，有效提升了自承式系列光纜的擠塑工藝，滿足生產(chǎn)工藝擠塑成型要求，提升了產(chǎn)品的質(zhì)量。
［關(guān)鍵詞］自承式光纜；模具設(shè)計；模芯；模套；吊脖
0引言
自承式光纜主要是指自身具備承載元件的光纜，多呈“8”字型。自承式光纜上部為自承線，由鍍鋅鋼絲繩或其它繩索組成，光纜的負荷由自承線承載，起固定保護作用。自承式光纜下部為光纜單元，多為成束的纜芯，起傳輸作用。上、下兩部分通過中間的護套成型吊脖連接［1］。由于自承式光纜自身具備承載元件，因此不需要另外架設(shè)吊線和掛光纜掛鉤，降低了附加負荷對光纜線路的影響，解決了施工布放鋼絞線與吊板掛鉤帶來的安全隱患，危險源減少，施工安全系數(shù)高。目前該類光纜已經(jīng)廣泛應(yīng)用于FTTH（光纖到戶）、農(nóng)村光網(wǎng)絡(luò)改造、電力區(qū)域自承式敷設(shè)等領(lǐng)域。由于結(jié)構(gòu)的特殊性，自承式光纜的生產(chǎn)工藝，尤其是擠塑成型工藝難度較大。現(xiàn)有的自承式光纜模具的模芯和模套均采用分離式結(jié)構(gòu)，上／下部分結(jié)構(gòu)尺寸、中心距離、吊脖尺寸、模具形狀尺寸等均會影響吊線、吊脖和線纜部分的出膠狀態(tài)，進而影響光纜的成型狀態(tài)，造成生產(chǎn)質(zhì)量異常和生產(chǎn)浪費。針對上述問題，本文依據(jù)大量的生產(chǎn)經(jīng)驗和模具設(shè)計理論，論述了一套完整的自承式光纜模具設(shè)計方法，用于改善該類光纜的生產(chǎn)問題。
1自承式光纜模具設(shè)計方法
自承式光纜由承載部分、吊脖部分、線纜部分組成［2］，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中d1為承載部分鋼絲外徑，t1為承載部分護套厚度，g為吊脖部分高度，h為吊脖部分寬度，2為線纜部分纜芯外徑，t2為線纜部分護套厚度。承載部分、吊脖部分、線纜部分實際的擠塑狀態(tài)控制非常復(fù)雜和困難，因此在模具設(shè)計初期就必須要考慮各部分材料的流量比率，避免擠塑成型的異常。
1．1模具整體設(shè)計
自承式光纜生產(chǎn)所用的模芯和模套的結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中A為模芯鋼絞線部分內(nèi)徑，B為模芯鋼絞線部分外徑，C為模芯線纜部分內(nèi)徑，D為模芯線纜部分外徑，M為模芯端面外徑，Ip為模芯線纜部分與鋼絞線部分中心距，Np為模芯中心與線纜部分中心距，Pp為模芯中心與鋼絞線部分中心距，E為模套鋼絞線部分內(nèi)徑，F(xiàn)為模套線纜部分內(nèi)徑，G為模套吊脖部分高度，H為模套吊脖部分寬度，K為模套光纜高度，L為模套底面長，Id為模套線纜部分和鋼絞線部分中心距，Nd為模套中心與線纜部分中心距，Pd為模套中心與鋼絞線部分中心距。在圖2（a）模芯結(jié)構(gòu)中的一區(qū)位置，容易發(fā)生纜芯上涂覆的油膏或阻水帶上掉落的粉末在模芯本體內(nèi)堆積，溢出物又附著在鋼絞線后，造成了光纜鋼絞線部分外觀異常或外護套塑料脫膠的品質(zhì)異常。為了防止此現(xiàn)象，在鋼絞線通徑上安裝了長導(dǎo)管。在模芯結(jié)構(gòu)中的二區(qū)位置，容易發(fā)生纜芯上涂覆的油膏或阻水帶上掉落的粉末堵塞模具的異常，為了防止此現(xiàn)象以及使聚乙烯（PE）緊密結(jié)合在鋼絞線縫隙之間，設(shè)計采用了半擠壓式擠塑方式。為了加強光纜擠塑部分的纜芯和外護套塑料的解體性，線纜部分模具設(shè)計改進采用了擠管式。
1．2模具結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計順序及結(jié)果
自承式光纜模具結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計順序為：確認需設(shè)計的各部分尺寸→計算模芯的線纜部分和鋼絞線部分的內(nèi)徑和外徑A、B、C、D→計算模套的鋼絞線部分內(nèi)徑E→計算模套的線纜部分內(nèi)徑F→計算吊脖部分高度和寬度G、H→計算模套其他尺寸K、L、Id、Nd、Pd→計算相對于模套的模芯偏心量Xn、Xp進而計算模芯其他尺寸Ip、Np、Pp。表1示出了自承式光纜模具結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計結(jié)果。
1．3模具結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計的關(guān)鍵點
1．3．1模芯鋼絞線部分內(nèi)徑。A考慮到模芯和鋼絞線的間隙如果采用0．4mm以下規(guī)格，可能存在堵模具的風險，如果采用0．8mm規(guī)格，則高密度聚乙烯（HDPE）和中密度聚乙烯（MDPE）在生產(chǎn)中存在逆流到模芯的可能，因此在設(shè)計模芯鋼絞線部分內(nèi)徑A時間隙采用了0．6mm規(guī)格。1．3．2模套線纜部分內(nèi)徑。F截面拉伸比RDDR和截面比η的計算公式為：RDDR＝F2－D2d2－d22（1）η＝d2－d22（d1＋2t1）2－d21（2）式中：d為線纜部分設(shè)計外徑。相關(guān)計算參數(shù)如圖3所示。考慮到需同時擠出不同外徑的線纜和鋼絞線部分，模套的鋼絞線和線纜部分的PE流量比率也會不同，因此根據(jù)光纜部分端面的截面拉伸比（DDR）RDDR和截面比η的關(guān)系曲線（如圖4所示）對模套的線纜部分內(nèi)徑F進行了設(shè)計。可見：截面拉伸比RDDR越大，線纜部分的模套內(nèi)徑和模芯外徑的間隙也越大，截面比η較大時，模套內(nèi)徑和模芯外徑的間隙較小，主要原因為擠塑過程中PE的流量在纜芯部分較鋼絞線部分有更大的趨勢；但當截面比η較小時，趨勢更加顯著，此時有必要進一步增大模套內(nèi)徑和模芯外徑的間隙；但截面比η較大時，該流量的趨勢放緩，則有必要減小模套內(nèi)徑和模套外徑的間隙。1．3．3模套吊脖部分高度。G和寬度H當鋼絞線與線纜部分的外徑尺寸相對差異較小時，護套料的擠塑過程中存在流向纜芯部分趨勢減小的傾向，容易在脖頸處產(chǎn)生擠塑變形，出現(xiàn)吊脖寬度細、吊脖高度較高等異常情況（如圖5（a）所示）。當鋼絞線與線纜部分的外徑尺寸相對差異較大時，護套料的擠塑過程中存在流向纜芯部分趨勢變多的傾向，同樣容易在脖頸處產(chǎn)生擠塑變形，出現(xiàn)吊脖寬度變寬、吊脖高度變矮等異常情況（如圖5（b）所示）。因此，根據(jù)經(jīng)過效果驗證的相對于吊脖部分高度g設(shè)計值的增加量Xg和相對于吊脖部分寬度h設(shè)計值的增加量Xh和截面比η的關(guān)系曲線（如圖6所示）對吊脖部分高度G和寬度H進行了設(shè)計，即當截面比η較小時PE不容易流向線纜部分，容易發(fā)生吊脖寬度細、高度高的情況，宜增大Xh并減小Xg，當η較大時，則情況相反，在設(shè)計過程中應(yīng)該結(jié)合自承式光纜結(jié)構(gòu)和不同應(yīng)用環(huán)境的實際情況，進一步優(yōu)化和選擇參數(shù)值。1．3．4相對于模套的模芯偏心量。Xn、Xp當鋼絞線部分相對于線纜部分的外徑尺寸相對差異較小時，護套料的擠塑過程中存在流向纜芯部分趨勢減小的傾向，容易發(fā)生纜芯與鋼絞線距離變大的情況（如圖7（a）所示）。當鋼絞線部分相對于線纜部分的外徑尺寸相對差異較大時，護套料的擠塑過程中存在流向纜芯部分趨勢變多的傾向，容易發(fā)生纜芯同鋼絞線的距離變小的情況（如圖7（b）所示），造成線纜部分偏心嚴重、兩部分結(jié)構(gòu)的壁厚尺寸差異較大、原材料浪費等問題，難以滿足光纜結(jié)構(gòu)的設(shè)計壁厚要求。因此，根據(jù)經(jīng)過效果驗證的模芯線纜部分和鋼絞線部分中心距、模套線纜部分和鋼絞線部分中心距之差Xn＋Xp（相對于模套的模芯偏心量）和截面比η的關(guān)系曲線（如圖8所示）對模芯結(jié)構(gòu)參數(shù)Ip、Np、Pp進行了設(shè)計，即截面比η較小時PE不容易流向線纜部分，且存在纜芯部分和鋼絞線距離增大的趨勢，應(yīng)對Xn＋Xp進行適當控制，當η較大時，則狀況相反，在設(shè)計過程中應(yīng)該結(jié)合自承式光纜結(jié)構(gòu)和不同應(yīng)用環(huán)境的實際情況，進一步優(yōu)化和選擇參數(shù)值。
2結(jié)束語
通過首先確認模具的擠出方式，即考慮PE的擠塑要求在纜芯部分采用擠管方式，鋼絞線部分采用半擠壓式，進而依據(jù)計算方式計算各部分的尺寸（包括模芯處上／下部分尺寸、中心間距、模套處上／下部分尺寸），最終完成模具的設(shè)計工作。經(jīng)過大量不同規(guī)格自承式光纜設(shè)計生產(chǎn)驗證，本文所闡述的自承式光纜模具設(shè)計方法解決了自承式系列光纜的生產(chǎn)工藝難題，有效提升了自承式系列光纜的擠塑工藝，滿足生產(chǎn)工藝擠塑成型要求，提升了產(chǎn)品的質(zhì)量。本文的撰寫主要基于西安西古光通信有限公司在自承式系列光纜的生產(chǎn)技術(shù)方面具備行業(yè)內(nèi)較為領(lǐng)先的水準，希望借此與同行業(yè)內(nèi)技術(shù)人員交流學習，為同行業(yè)設(shè)計該類型光纜模具提供一種新的思路和方法。
作者:劉少鋒 張樂 張義軍 宋靜靜 張彬 單位:西安西古光通信有限公司