Металлы, обрабатываемые в кабельной промышленности

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Пермский государственный технический университет

Т.В. КОСТЫГОВА

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРОВОДОВ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве конспекта лекций для студентов специальности 180300

«Электроизоляционная, кабельная и конденсаторная техника»

очной и заочной форм обучения

Пермь 2006

УДК 621.315

К72

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор Пермского

государственного технического университета Л.А. Ковригин;

генеральный директор ОАО «Камкабель»

кандидат технических наук В.В. Смильгевич

Костыгова Т.В.

К72 Технология производства проводов: конспект лекций / Т.В. Костыгова; Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2006. – 96 с.

Рассмотрены особенности производства проволоки. Изложена теория производства эмалированных проводов и технология изготовления обмоточных проводов с другими видами изоляции.

УДК 625.768.5

Ó Пермский государственный

технический университет, 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение….…………………………………..…………………..…..	5
1. Производство проволоки ………………………………………...	6
1.1. Металлы, обрабатываемые в кабельной промышленности ....	6
1.2. Изготовление медной и алюминиевой катанки …..………….	10
1.3. Нагрев металла перед прокаткой ………………………………	13
1.4. Технология прокатки …………………………………………...	15
1.4.1. Калибровка валков ...……………………………………….	15
1.4.2. Рабочие клети прокатных станов …………………………	16
1.4.3. Прокатные станы …………………………………………...	17
1.5. Метод непрерывного литья и прокатки ……………………….	20
1.6. Метод «дип-форминг» ………………………………………….	21
1.7. Травление катанки ……………………………………………...	22
1.8. Скальпирование медной катанки ………………………………	25
1.9. Волочение проволоки …………………………………………..	27
1.10. Оборудование для волочения проволоки ……………………	30
1.11. Волочильный инструмент …………………………………….	34
1.12. Отжиг медной и алюминиевой проволоки …………………..	36
1.13. Качество продукции и виды брака …………………………...	38
2. Производство обмоточных проводов ……………………………	39
2.1. Классификация обмоточных проводов ……………………….	39
2.2. Проводниковые материалы, применяемые в производстве обмоточных проводов …………………………………………………	40
3. Производство эмалированных проводов ………………………..	42
3.1. Лаки для эмалирования проволоки ……………………………	42
3.2. Способы наложения эмалевой изоляции ……………………..	44
3.3. Удаление растворителя из эмаль-лака …………………….….	47
3.3.1. Расчет концентрации растворителя для случая, когда скорость процесса определяется диффузией растворителя внутри пленки (Bi > 1) …………………………………………………………	48
3.3.2. Расчет концентрации растворителя для случая, когда скорость процесса определяется внешним массообменом (Bi < 1) ..	51
3.3.3. Условия образования газообразных включений на стадии удаления растворителя ……………………………………………	54
3.4. Расчет процесса пленкообразования изоляции эмалированных проводов …………………………………………………………..	55
3.5. Условия возникновения газообразных включений на стадии пленкообразования .................................................................................	58
3.6. Расчет температуры эмалируемой проволоки ………………..	61
3.7. Агрегаты для эмалирования проволоки ……………………….	65
3.7.1. Агрегаты для эмалирования проволоки диаметром 0,015–0,05 мм …………………………………………………………..	68
3.7.2. Агрегаты для эмалирования проволоки диаметром 0,05–0,45 мм ………………………………………………………………….	70
3.7.3. Агрегаты для эмалирования проволоки диаметром 0,4–2,5 мм ……………………………………………………………………	71
3.7.4. Устройство катализаторов …………………………………	73
3.8. Особенности эмалирования проводов из расплава смол …….	74
4. Производство обмоточных проводов……………………………	76
4.1. Обмоточные провода с волокнистой, бумажной и пленочной изоляцией ……………………………………………………………….	76
4.1.1. Обмоточные машины для наложения изоляции из натуральных и синтетических волокон ……………………………………	78
4.1.2. Обмоточные машины для наложения бумажной и пленочной изоляции ……………………………………………………….	81
4.1.3. Обмоточные машины для наложения стекловолокнистой изоляции ………………………………………………………………..	84
4.2. Подразделенные и транспонированные обмоточные провода	87
4.3. Обмоточные провода со спекаемой пленочной изоляцией ….	89
4.4. Обмоточные провода с пластмассовой изоляцией …………..	90
4.5. Обмоточные провода со сплошной стеклянной изоляцией и оборудование для их производства …………………………………...	92
4.6. Обмоточные провода с гибкой керамической изоляцией ……	93
Список литературы ………………………………………………….	95

ВВЕДЕНИЕ

Кабельная продукция используется во многих отраслях промышленности – в электроэнергетике, машиностроении, строительстве, сельском хозяйстве и на транспорте.

Характер использования этой продукции определяет номенклатуру кабельных изделий, которая очень обширна и включает в себя более 20 000 изделий.

Технологию изготовления кабельного изделия можно условно разделить на три основных процесса:

– получение токопроводящей жилы (ТПЖ), обычно в виде проволоки необходимого сечения с требуемыми свойствами;

– изготовление изоляции;

– изготовление собственно изделия (наложение изоляционных и различных защитных покрытий на ТПЖ и соответствующий монтаж изделия).

Производственный цикл современных кабельных заводов начинается с металлообрабатывающих цехов: прокатного и волочильного.

Основными исходными материалами кабельной промышленности являются металлические слитки (медь, алюминий, свинец, сплавы) или катанка, изоляционные материалы (лаки, бумага, пластмасса, каучук и др.) и защитные материалы (битум, мел, стальная лента и др.).

Слитки поступают в прокатный цех, нагреваются в специальных печах до необходимой температуры и прокатываются за несколько проходов на прокатном стане. Продукция прокатного цеха – медная или алюминиевая катанка, подкат или заготовка для шин и коллекторной меди – передается в волочильный цех.

В волочильных цехах из катанки получают проволоку. Часть продукции волочильных цехов является готовой кабельной продукцией: троллейные провода, шины, коллекторная медь. Остальная проволока передается в цеха, где производятся наложение изоляции, скрутка и наложение защитных покрытий [2]. Расширение производства электрических машин, аппаратов и приборов требует увеличения выпуска обмоточных проводов. Особое место занимает производство эмалированных проводов, в основном нагревостойких.

Одним из важных направлений в этой области является развитие производства тончайших проводов, что связано с микроминиатюризацией радиотехнической и электронной аппаратуры.

Особое внимание на кабельных заводах уделяется совершенствованию технологии производства, применяемого технологического оборудования, внедрению методов испытаний, позволяющих прогнозировать надежность выпускаемой продукции.

ПРОИЗВОДСТВО ПРОВОЛОКИ

Металлы, обрабатываемые в кабельной промышленности

Металлы подразделяются на черные и цветные. К первым относятся железо и его сплавы с углеродом – сталь, чугун. Все остальные металлы – медь, олово, свинец, алюминий и др. – цветные.

Свойства некоторых цветных металлов, применяемых в кабельной промышленности, приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Свойства цветных металлов

Свойства	Медь	Алюминий	Константан	Манганин
Плотность, г/см³	8,9	2,7	8,9	8,4
Предел прочности при растяжении в мягком состоянии, кгс/мм²	22–24	8,0	40–50	50–55
Удельное электрическое сопротивление при 20 ºС, Ом·мм² /м	0,017	0,028	0,48	0,43
Температура плавления, ºС	1083	658,7	1260	1010

Основной проводниковый материал – медь. По электропроводности она превосходит все другие металлы (за исключением серебра), что позволяет обеспечивать минимальные габариты обмоток электрических машин, аппаратов и приборов.

Чистота применяемой меди имеет большое значение. Различные примеси даже в ничтожных количествах резко снижают проводимость меди и ухудшают ее технологические свойства.

Кислород находится в меди в виде закиси Cu₂O, которая снижает пластичность меди, создает хрупкость при перегибах и повышает предел прочности. Медь, содержащая больше 0,1 % кислорода, легко разрушается при горячей прокатке, плохо поддается пайке. При нагреве в восстановительной атмосфере медь, содержащая кислород, становится красноломкой, т.е. хрупкой, и растрескивается. Объясняется это «водородной болезнью» меди. При высокой температуре (800–970 ºС) водород, окись углерода и метан, которые входят в атмосферу печи, восстанавливают закись меди. Происходят реакции, при которых образуются водяные пары и углекислота:

Cu₂O + H₂ = 2Cu + H₂O,

Cu₂О + CO = 2Cu + CO₂.

Эти газы выходят на поверхность слитка и образуют микроскопические трещины в поверхностном слое металла. Через трещины восстановительные газы постепенно проникают в более глубокие слои слитка. Это в конечном итоге может привести к разрушению слитков.

Одной из вреднейших примесей в меди является висмут. Он вызывает красноломкость и хладноломкость. Для горячей прокатки допускается медь с содержанием висмута не более 0,005 %. При содержании висмута 0,25 % медь крошится в порошок.

Фосфор присутствует в меди как остаток фосфористого раскислителя. Он обладает значительным химическим сродством к кислороду и поэтому добавляется в медь только в качестве специальной присадки для раскисления. При присадке фосфора к меди в количестве, большем, чем необходимо для связывания кислорода, избыток фосфора образует твердый раствор с медью, что снижает ее проводимость.

Свинец также является вредной примесью. Он вызывает разрушение меди при горячей обработке, его содержание не должно превышать 0,005 %.

Железо понижает электропроводимость меди, его содержание в меди должно быть не более 0,005 %. При содержании в меди 0,05 % железа проводимость ее уменьшается на 15 %. Под влиянием железа измельчается структура, задерживается рекристаллизация, повышается прочность и ухудшаются антикоррозийные свойства меди.

Резко снижает пластичность меди при горячей и холодной прокатке сера. В меди, идущей для кабельной продукции, серы содержится не более 0,002 %.

Примеси оказывают неблагоприятное влияние на механические и электрические свойства меди, поэтому медь с содержанием примесей более 0,1 % в кабельном производстве вообще не применяется.

Лучшими параметрами с точки зрения применения в производстве обмоточных, в первую очередь эмалированных, проводов обладает бескислородная медь. Она превосходит обычную медь по пластичности и обеспечивает получение проволоки с лучшим качеством поверхности.

В соответствии с ГОСТ 859–78 медь по химическому составу разделяется на несколько марок. В кабельной промышленности используется только медь повышенной чистоты марок не ниже М1, М00к, М0к, М0ку, М00б, М0б, М1к, М1б, М1у. Не применяется медь марки М1ф с повышенным содержанием фосфора (0,012–0,06 %), а также М1р (раскисленная фосфором и содержащая его в количестве 0,002–0,012 %).

Индексы при марках имеют следующие значения: к, ку – катодная медь; б – бескислородная медь; у – катодная переплавленная; р, ф – раскисленная.

Цифры 00, 0 и 1 определяют содержание меди. Наибольшее содержание меди (99,9–99,99 %) имеют марки М00к, М00б.

На кабельные заводы медь поступает в слитках (вайербарсах) трапецеидальной формы со скошенными концами, а бескислородная – в слитках прямоугольной формы с закруглениями на углах. Формы медных слитков показаны на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Форма медных слитков (ГОСТ 193–79): типа СВ (а), CH и CC (б)

Трапецеидальные слитки отливаются в горизонтально расположенные изложницы, открытые сверху, так что поверхность меди не защищена сверху от окисления и контактирует с воздухом. В результате при кристаллизации поверхность слитка становится морщинистой, «рожистой». Это связано с тем, что насыщенный кислородом слой меди имеет большую усадку при остывании, чем основная масса слитка. Наличие «рожистой» поверхности затрудняет получение при последующих операциях прокатки и волочения медной проволоки с высококачественной поверхностью. Поэтому для получения эмалированных проводов используются строганные слитки, у которых верхний слой снимается на глубину 8–12 мм. По химическому составу медные слитки горизонтальной отливки должны соответствовать меди не ниже марки М1, причем содержание кислорода не должно превышать 0,06 %.

Бескислородная медь, поставляемая в слитках вертикального исполнения, не имеет сильно окисленной поверхности. По химическому составу она должна соответствовать меди не ниже марки М0б. Слитки вертикальной отливки более однородны по содержанию кислорода и пористости, по механическим свойствам.

В соответствии с ГОСТ 193–79 для кабельной промышленности выпускаются медные слитки следующих марок:

СВ – вертикальной непрерывной отливки;

СН – горизонтальной отливки, с неудаленной верхней поверхностью;

СС – горизонтальной отливки, с удаленной верхней поверхностью.

Размеры медных слитков приведены в табл. 1.2 [2].

Таблица 1.2

Размеры медных слитков, мм

Марка слитка	Длина L	Ширина В	Высота Н
СН	1372	98	92–102
СС	1360	110	100
СВ-I	1400	100	100
СВ	2800	100	100

Вторым по значению металлом в производстве обмоточных и эмалированных проводов является алюминий.

Алюминий – металл серебристо-белого цвета, обладает низким удельным весом, высокой проводимостью. В чистом виде алюминий имеет очень хорошие пластические свойства. Отличительной особенностью алюминия является хорошая коррозионная стойкость. Тонкая окисная пленка защищает металл от дальнейшего окисления. Железо и кремний снижают пластичность и проводимость алюминия (железо делает его хрупким и снижает его химическую стойкость, кремний упрочняет его).

Для производства обмоточных проводов применяется алюминий технической чистоты марок А5Е и А7Е по ГОСТ 11069–74. В нем содержание марганца не более 0,01 %, магния не более 0,02 %, мышьяка не более 0,015 %. В алюминии марки А5Е допускается содержание кремния не более 0,12 % и других примесей (титан, ванадий, марганец, хром) не более 0,01 %.

Удельное электрическое сопротивление алюминия в 1,62 раза выше, чем меди. Поэтому сечение алюминиевой проволоки с электрическим сопротивлением, равным сопротивлению медной проволоки, должно быть в 1,62 раза больше, а диаметр в 1,27 раза больше, чем сечение и диаметр медной проволоки. При этом алюминиевая проволока будет в два раза легче медной [1].

Алюминий поставляется в слитках с примерными размерами 100´100´2700 мм, весом до 76 кг. Однако в настоящее время для производства проводов в основном используется катанка, получаемая непосредственно из жидкого металла методом непрерывного литья и прокатки. Катанка поставляется в больших бухтах весом до 1500 кг.

Низкое удельное сопротивление меди, ее высокие механические характеристики, хорошая свариваемость, возможность пайки, способность подвергаться лужению, возможность покрытия ее серебром ставят медь на первое место в ряду других материалов. Но содержание меди в земной коре – около 0,1 %, а алюминия – 7,5 %, поэтому в связи с дефицитностью меди широко применяется алюминий.

Мягкие отожженные медь и алюминий идут на изготовление проволоки; полутвердые – на изготовление продукции, для которой необходима определенная механическая прочность; твердотянутые – на изготовление изделий, которым приходится выдерживать высокие механические нагрузки и которые не допускают никаких деформаций.

В кабельной промышленности находят также применение сплавы меди с элементами, позволяющими улучшить механические характеристики меди, сохранив удельную проводимость, близкую к проводимости чистой меди.

Медь с серебром (до 0,14 % Ag) используется при изготовлении коллекторных полос, медь с кадмием (0,7–1 %) – при изготовлении контактных проводов железных дорог, троллейбусных линий и т.д. [2].

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1014; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!