2. Выбор конструкции элементов кабельного изделия

К основным элементам сталеалюминиевого провода относятся:

- сердечник

- токопроводящая часть

В качестве сердечника выступают стальные оцинкованные проволоки нормальной прочности. Сердечник выполняет механическую, несущую функцию, и необходим для придания проводнику прочности, гибкости и устойчивость к растяжению.

В свою очередь, токопроводящая часть состоит из алюминиевых проволок. По ним протекает основная доля тока нагрузки. Навивка производится послойно.

Для повива проволок используется правильная скрутка. Для большинства проводов АС выбирается именно первая форма правильной скрутки, т.к. она имеет наибольший коэффициент заполнения жилы [4].

Перечень конструктивных и геометрических параметров согласно ГОСТ 839—2019 приведен в таблице 1 [1].

В таблице 3 приведены основные характеристики использующихся в данном проводе.

Таблица 3 – Основные характеристики материалов провода АС

Параметры	Проволока алюминиевая	Проволока стальная
Удельное электрическое сопротивление постоянному току при 20°С, Ом·мм2/м не более	0,028264	-
Температурный коэффициент электросопротивления при неизменной массе, на 1°С	0,00403	-
Временное сопротивление разрыву, МПа (Н/мм2)	160-195	1290-1450
Напряжение при 1%-ном удлинении, МПа (Н/ мм2)	-	1100-1310

3. Технологическая цепочка и технологические операции изготовления изделия

Основой любого кабельного изделия является металлическая жила и поэтому технологический процесс производства кабельных изделий начинается с металлообработки, с процесса прокатки и волочения. В целом производственный процесс изготовления кабельных изделий включает ряд сложных технологических операций, которые можно разделить на основные и вспомогательные, и выстроить в следующей последовательности (рисунок 4).

Рисунок 4 – Перечень возможных операций для производства КИ

Количество и последовательность операций при изготовлении изделий определяется типом и конструкцией изделия. Таким образом, для каждой конструкции изделия существует своя технологическая цепочка. Производство неизолированных проводов марки АС включают в себя 1, 2 и 9 операции.

3.1. Производство катанки

Изготовление алюминиевых и стальных проволок для проводов АС выполняется из специальной заготовки – катанки. Процесс производства катанки начинается с прокатки заготовки. В качестве заготовки для катанки выступают слитки из соответствующего материала будущей катанки.

Традиционно в кабельной промышленности находит применение метод продольной прокатки слитков, при котором происходит уменьшение поперечного сечения и увеличение длины. Прокатка горячих слитков проводится в вытяжных калибрах валков.

В кабельной промышленности применяются проволочные непрерывные, полунепрерывные и линейные станы, из которых можно выделить полунепрерывный прокатный стан. Стан состоит из линейных и непрерывных групп прокатных клетей, в которых слиток вначале совершает возвратно-поступательное движение через линейные клети, расположенные по одной линии, и заканчивается прокатка в клетях, расположенных последовательно одна за другой. Таким образом, прокатный стан включает в себя комплекс механизмов, предназначенных для пластической деформации и перемещения металла в нагретом состоянии.

Пластическая деформация реализуется в следующих прокатных клетях:

- дуо, которые имеют два валка и используются в различных станах для деформации металла за один проход в одном направлении (рисунок 5, а);

- трио, имеющих три валка (рисунок 5, б), и металл деформируется в двух направлениях между верхними и средними, затем средним и нижним валками. Они служат для начальной черновой обработки слитка.

Валки имеют специально нарезанные кольцевые углубления - ручьи. При установке валков один над другим ручьи образуют калибр, профиль и размеры которого определяют форму раската и величину деформации заготовки [6].

Рисунок 5 – Клеть дуо (а), клеть трио (б).

Слитки собирают в пакеты по 5-6 шт. и перемещают в зону действия толкателей. Под действием толкателей пакеты продвигаются с определенной скоростью, которая связана со скоростью нагрева слитка через методические печи - многокамерные печи с газовым нагревом, где слитки нагреваются до определенной температуры.

При выходе из камеры печи слиток соскальзывает на рольганг, затем подается столом в верхний калибр первой или второй пары калибров клети трио. После прокатки раскат попадает на контующий желоб и поступает во второй калибр. После клети трио с помощью рольганга раскат через стрелку подается в один из 2-х калибров непрерывной группы клетей. Эта группа клетей можно делится на две подгруппы. Впервую промежуточную подгруппу входит 8 клетей и этой подгруппе прокатка ведется в две нитки. Во второй подгруппе имеется два ряда чистовыхклетей, в каждой из них прокатка ведется в одну нитку в четырех клетях.

После чистовой подгруппы катанка наматывается в бухты и сбрасывается в водяную ванну на пластинчатый конвейер. Прокатка таким образом ведется в 14 калибрах, форма которых меняется на овал-квадрат, квадрат-круг [6].Далее процесс подготовки изделий из алюминия и стали отличаются.

После процесса прокатки стальная проволока остужается, а затем с ее очищают от окалины. Удаляется окалина двумя методами: механическим, используя специальный инструмент – окалиноломатель, либо химическим, протравливая заготовку в серной кислоте. Причем нельзя использовать сильно концентрированный раствор, так как он способен разъедать металл и способствует его насыщению водородом. Подобное приводит к появлению травильной хрупкости. Чтобы избежать этого дефекта, в раствор вводят дополнительные ингибиторы – тринатрийфосфат, поваренную соль, лигнофосфат, И1В, И2В и ингибитор С5.

Для увеличения срока службы и прочностных характеристик стальной катанки производят ее оцинкование.

Существует несколько методов получения оцинкованной проволоки. При гальваническом методе изделие помещают в цинксодержащий раствор и пропускают по нему ток. Таким образом происходит осаждение Zn на обрабатываемой поверхности. Также оцинкованная проволока получается путем нанесения защитного слоя раскаленного металла с помощью специального пистолета. Весьма популярен и диффузионный метод. В этом случае оцинкованная поверхность получается после обработки в парах либо порошке Zn при воздействии высоких температур (800–900 °C и 290–450 °C, соответственно).

Оцинкованная по холодному методу катанка получается в результате простой покраски. Только расходные материалы были с большим количеством Zn. В случае с газодинамическим нанесением защитного покрытия оцинкованная поверхность выходит из-под сверхзвукового потока. Особенности этого способа – высокая адгезия и возможность обработать изделие любой формы. Самая долговечная оцинкованная стальная проволока получается в результате горячего цинкования. Это еще и экономичный способ. Изделие погружают в ванну с раскаленным Zn. После того как оцинкованная проволока извлекается, Zn реагирует с кислородом и образует оксид, который в дальнейшем взаимодействует с двуокисью углерода, в конечном итоге формируется карбонат Zn.

После всех обработок готовую оцинкованную катанку до 8 мм в диаметре формируют в бухты и отправляют на склад, в магазин либо завод в качестве заготовки для производства иных изделий. Прокат диаметром более 9 мм выпускается в виде прутков[7].

Алюминиевая катанка выпускается диаметром 9,12, 14, 15, 18, 20 мм, что в свою очередь является слишком большим для большинства кабельных изделий. Достижение необходимого диаметра алюминиевой заготовки выполняется с помощью процесса ее волочения.