自承式光纜模具設(shè)計(jì)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(duì)該問(wèn)題，論述了一套完整的自承式光纜模具設(shè)計(jì)方法，用于改善該類型光纜的生產(chǎn)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)大量不同規(guī)格自承式光纜設(shè)計(jì)生產(chǎn)驗(yàn)證，該模具設(shè)計(jì)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(jì)；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(fù)荷由自承線承載，起固定保護(hù)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(guò)中間的護(hù)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(fù)荷對(duì)光纜線路的影響，解決了施工布放鋼絞線與吊板掛鉤帶來(lái)的安全隱患，危險(xiǎn)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?，F(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(huì)影響吊線、吊脖和線纜部分的出膠狀態(tài)，進(jìn)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(fèi)。針對(duì)上述問(wèn)題，本文依據(jù)大量的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和模具設(shè)計(jì)理論，論述了一套完整的自承式光纜模具設(shè)計(jì)方法，用于改善該類光纜的生產(chǎn)問(wèn)題。

1自承式光纜模具設(shè)計(jì)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(hù)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(hù)套厚度。承載部分、吊脖部分、線纜部分實(shí)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(jì)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(jì)

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(zhǎng)，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?；蛲庾o(hù)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(zhǎng)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(jì)采用了半擠壓式擠塑方式。為了加強(qiáng)光纜擠塑部分的纜芯和外護(hù)套塑料的解體性，線纜部分模具設(shè)計(jì)改進(jìn)采用了擠管式。

1．2模具結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)順序及結(jié)果

自承式光纜模具結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)順序?yàn)椋捍_認(rèn)需設(shè)計(jì)的各部分尺寸→計(jì)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(jì)算模套的鋼絞線部分內(nèi)徑E→計(jì)算模套的線纜部分內(nèi)徑F→計(jì)算吊脖部分高度和寬度G、H→計(jì)算模套其他尺寸K、L、Id、Nd、Pd→計(jì)算相對(duì)于模套的模芯偏心量Xn、Xp進(jìn)而計(jì)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(jì)結(jié)果。

1．3模具結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

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(fēng)險(xiǎn)，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(jì)模芯鋼絞線部分內(nèi)徑A時(shí)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(jì)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(jì)外徑。相關(guān)計(jì)算參數(shù)如圖3所示?？紤]到需同時(shí)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(huì)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(duì)模套的線纜部分內(nèi)徑F進(jìn)行了設(shè)計(jì)?？梢?jiàn)：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(shí)，模套內(nèi)徑和模芯外徑的間隙較小，主要原因?yàn)閿D塑過(guò)程中PE的流量在纜芯部分較鋼絞線部分有更大的趨勢(shì)；但當(dāng)截面比η較小時(shí)，趨勢(shì)更加顯著，此時(shí)有必要進(jìn)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(shí)，該流量的趨勢(shì)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(dāng)鋼絞線與線纜部分的外徑尺寸相對(duì)差異較小時(shí)，護(hù)套料的擠塑過(guò)程中存在流向纜芯部分趨勢(shì)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(xì)、吊脖高度較高等異常情況（如圖5（a）所示）。當(dāng)鋼絞線與線纜部分的外徑尺寸相對(duì)差異較大時(shí)，護(hù)套料的擠塑過(guò)程中存在流向纜芯部分趨勢(shì)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(guò)效果驗(yàn)證的相對(duì)于吊脖部分高度g設(shè)計(jì)值的增加量Xg和相對(duì)于吊脖部分寬度h設(shè)計(jì)值的增加量Xh和截面比η的關(guān)系曲線（如圖6所示）對(duì)吊脖部分高度G和寬度H進(jìn)行了設(shè)計(jì)，即當(dāng)截面比η較小時(shí)PE不容易流向線纜部分，容易發(fā)生吊脖寬度細(xì)、高度高的情況，宜增大Xh并減小Xg，當(dāng)η較大時(shí)，則情況相反，在設(shè)計(jì)過(guò)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(shí)際情況，進(jìn)一步優(yōu)化和選擇參數(shù)值。1．3．4相對(duì)于模套的模芯偏心量。Xn、Xp當(dāng)鋼絞線部分相對(duì)于線纜部分的外徑尺寸相對(duì)差異較小時(shí)，護(hù)套料的擠塑過(guò)程中存在流向纜芯部分趨勢(shì)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(dāng)鋼絞線部分相對(duì)于線纜部分的外徑尺寸相對(duì)差異較大時(shí)，護(hù)套料的擠塑過(guò)程中存在流向纜芯部分趨勢(shì)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(yán)重、兩部分結(jié)構(gòu)的壁厚尺寸差異較大、原材料浪費(fèi)等問(wèn)題，難以滿足光纜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)壁厚要求。因此，根據(jù)經(jīng)過(guò)效果驗(yàn)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(duì)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(duì)模芯結(jié)構(gòu)參數(shù)Ip、Np、Pp進(jìn)行了設(shè)計(jì)，即截面比η較小時(shí)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(shì)，應(yīng)對(duì)Xn＋Xp進(jìn)行適當(dāng)控制，當(dāng)η較大時(shí)，則狀況相反，在設(shè)計(jì)過(guò)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(shí)際情況，進(jìn)一步優(yōu)化和選擇參數(shù)值。

2結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)首先確認(rèn)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(jìn)而依據(jù)計(jì)算方式計(jì)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(jì)工作。經(jīng)過(guò)大量不同規(guī)格自承式光纜設(shè)計(jì)生產(chǎn)驗(yàn)證，本文所闡述的自承式光纜模具設(shè)計(jì)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(xiě)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(zhǔn)，希望借此與同行業(yè)內(nèi)技術(shù)人員交流學(xué)習(xí)，為同行業(yè)設(shè)計(jì)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(lè) 張義軍 宋靜靜 張彬 單位:西安西古光通信有限公司