鋁護套連續擠壓包覆模腔中金屬流動分析

吳斌　王如見　杜春雷

摘 要：本文對鋁護套連續擠壓包覆模腔進行分區，分別分析了模腔中匯合室、轉角區和焊合室中金屬的流動狀態。通過分析模腔中各區域的金屬流動過程，提出了鋁護套連續擠壓包覆實際生產中出現的彎折、卷曲及未焊合等缺陷的產生原因，為其解決提供了理論依據。

關鍵詞：鋁護套 連續擠壓包覆 模腔 金屬流動

中圖分類號：TG302 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0097-02

經濟發展急劇增加電力的消耗，使高壓電纜的運用逐漸成為城市電網建設的發展趨勢。鋁護套起到靜電屏蔽、承受短路電流、防水及鎧裝保護層等作用，是高壓電纜的重要組成部分之一。連續擠壓包覆技術（Continuous Extrusion Cladding）是在連續擠壓技術基礎上發展而來的一種新型塑性加工技術，已廣泛應用于雙金屬復合導線、電纜及光纜護套等的生產上[1]。這種技術利用擠壓輪與原料之間的摩擦力作為驅動力實現了連續生產，具有高效和節能的優勢。因此，連續擠壓包覆技術是一種理想的電纜鋁護套生產技術。

鋁護套連續擠壓包覆技術的原理如圖1所示是利用摩擦力作為驅動力進行擠壓，擠壓靴被放置在擠壓輪的上方，芯線穿過擠壓型腔，從而使擠出的金屬可間接地擠壓包覆在芯線上，從模口同時擠出，得到包覆產品，鋁護套的生產采用的就是這種間接包覆工藝[2]。

由圖1可知，鋁護套連續擠壓包覆成形過程是一個受多種因素影響的復雜過程。首先，擠壓輪槽為擴展型，極易出現使坯料與輪槽脫離接觸的拱起現象，從而摩擦驅動力降低；另外，切向進料導致包覆模腔上下部位為非對稱結構，模腔中導流模上下部位金屬流動速度差別，在擠出模口處出現彎折和卷曲現象。

模腔內金屬流動狀態分析。

如圖2所示，兩股金屬坯料在擠壓輪槽側面的摩擦力作用下擠入包覆型腔中，連續擠壓包覆型腔由匯合室、轉角區和焊合室三部分組成，兩股金屬先在匯合室中進行匯合，然后經焊合室從模口擠出，形成鋁管，再通過后續的拉拔工藝形成鋁護套包覆在芯線上。在匯合室中，金屬將進行分流和體積分配，導流模上下不對稱結構造成了金屬流動的不均勻，降低了鋁護套的焊合強度和尺寸精度。因此，提高型腔中金屬流動均勻性是連續擠壓包覆工藝的核心，首先必須對連續擠壓包覆型腔內金屬流動過程進行分析。

匯合室金屬流動狀態分析。

如圖2所示，根據在匯合室中金屬流動特點，將匯合室分為7個變形區，g點為弧ig上的切線ag的切點，而ce線垂直于切線ag。Ⅰ區為錐形導流道，從模口進入Ⅰ區的金屬，一部分從Ⅲ區和Ⅳ區流過，進入Ⅴ區，然后被擠入焊合室；另一部分從Ⅱ區流過，進入Ⅵ區和Ⅶ區，并將Ⅵ區和Ⅶ區金屬擠入焊合室。這兩部分金屬的分流線為dfh，如圖所示，其中d點為ab線垂直平分線與ce線的交點，f點和h點分別為og線與弧fl和弧hk的交點。在Ⅰ區中，比鄰Ⅱ區這邊模腔內壁與豎直方向有6度的夾角，Ⅱ區中金屬流量多于Ⅰ區。

在Ⅲ、Ⅳ區中，當金屬坯料全部充滿時，由于受到匯合室側壁的限制金屬沿水平沒有移動，只沿著導流模徑向流動，因此可以被視為平面應變；在Ⅱ區中，金屬的流動方向發生了明顯轉折，大致與分流線df平行，可將Ⅱ區視為剛性塊，并沿分流線df滑動。

如圖2所示，在Ⅳ區底部兩股金屬交匯處會出現角度為θ的弧線區域，在這一區域內，由于已經流動很長距離，金屬流動速度遠慢于同區域金屬，則向Ⅴ區流動金屬往往不足，在Ⅴ區中金屬需要向下填充。因此在連續擠壓包覆過程中，由于Ⅱ區比Ⅰ區分得金屬多，再加上Ⅳ區出現難流動部位，則在連續擠壓包覆成形的前期以及過程中可能會出現未焊合的缺陷。

轉角區金屬流動狀態分析。

匯合室中Ⅴ區，Ⅵ區以及Ⅶ區流動的金屬繼續向前流動，在轉角區與瓶式導流模接觸，在它約束下該變流動方向，由徑向流動方向轉為沿著導流模的水平方向流動。圖3為鋁護套連續擠壓包覆瓶式導流模，由圖可知其為軸對稱結構，流動的金屬受其約束只能改變流動方向，而不能改變流速。因此，匯合室的Ⅴ區，Ⅵ區以及Ⅶ區金屬流動速度的不均勻會延續到轉角區金屬的流動，從而轉角區瓶式導流模上下部分流動不均勻。

焊合室金屬流動狀態分析。

在連續擠壓包覆型腔中，流動的金屬在匯合室匯合后受到瓶式導流模的約束改變流動的方向，沿著導流模的方向流入焊合室。圖4為連續包覆型腔焊合室示意圖，圖中箭頭的方向為金屬流動的方向，金屬在焊合室焊合經定徑帶流出模腔，得到成型的產品。在焊合室中，流動的金屬在凹模和型腔的底部形成一部分區域，此處金屬流動緩慢，稱為死區。如圖所示，鋁護套連續擠壓包覆焊合室為軸對稱結構，其上下部位金屬流動繼續流動不均勻，這也就造成了鋁護套連續擠壓包覆生產的彎折和卷曲等缺陷，實際生產中往往要通過后期的牽引等手段解決。

（1）對鋁護套連續擠壓包覆模腔進行分區，分別分析了模腔中匯合室、轉角區和焊合室中金屬的流動狀態。（2）通過分析模腔中各區域的金屬流動過程，提出了鋁護套連續擠壓包覆實際生產中出現的彎折、卷曲及未焊合等缺陷的產生原因，為其解決提供了理論依據。（3）根據分析結果，提出實際生產解決彎折、卷曲及未焊合等缺陷的實際方法。

參考文獻

[1] 宋寶韞，樊志新，劉元文.銅、鋁連續擠壓技術特點及工業應用[J].稀有金屬，2004（1）：257.

[2] 賀幼良.連續擠壓包覆成形過程的理論與實驗研究[D].沈陽：東北大學，1998.endprint

摘 要：本文對鋁護套連續擠壓包覆模腔進行分區，分別分析了模腔中匯合室、轉角區和焊合室中金屬的流動狀態。通過分析模腔中各區域的金屬流動過程，提出了鋁護套連續擠壓包覆實際生產中出現的彎折、卷曲及未焊合等缺陷的產生原因，為其解決提供了理論依據。

關鍵詞：鋁護套 連續擠壓包覆 模腔 金屬流動

中圖分類號：TG302 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0097-02

經濟發展急劇增加電力的消耗，使高壓電纜的運用逐漸成為城市電網建設的發展趨勢。鋁護套起到靜電屏蔽、承受短路電流、防水及鎧裝保護層等作用，是高壓電纜的重要組成部分之一。連續擠壓包覆技術（Continuous Extrusion Cladding）是在連續擠壓技術基礎上發展而來的一種新型塑性加工技術，已廣泛應用于雙金屬復合導線、電纜及光纜護套等的生產上[1]。這種技術利用擠壓輪與原料之間的摩擦力作為驅動力實現了連續生產，具有高效和節能的優勢。因此，連續擠壓包覆技術是一種理想的電纜鋁護套生產技術。

鋁護套連續擠壓包覆技術的原理如圖1所示是利用摩擦力作為驅動力進行擠壓，擠壓靴被放置在擠壓輪的上方，芯線穿過擠壓型腔，從而使擠出的金屬可間接地擠壓包覆在芯線上，從模口同時擠出，得到包覆產品，鋁護套的生產采用的就是這種間接包覆工藝[2]。

由圖1可知，鋁護套連續擠壓包覆成形過程是一個受多種因素影響的復雜過程。首先，擠壓輪槽為擴展型，極易出現使坯料與輪槽脫離接觸的拱起現象，從而摩擦驅動力降低；另外，切向進料導致包覆模腔上下部位為非對稱結構，模腔中導流模上下部位金屬流動速度差別，在擠出模口處出現彎折和卷曲現象。

模腔內金屬流動狀態分析。

如圖2所示，兩股金屬坯料在擠壓輪槽側面的摩擦力作用下擠入包覆型腔中，連續擠壓包覆型腔由匯合室、轉角區和焊合室三部分組成，兩股金屬先在匯合室中進行匯合，然后經焊合室從模口擠出，形成鋁管，再通過后續的拉拔工藝形成鋁護套包覆在芯線上。在匯合室中，金屬將進行分流和體積分配，導流模上下不對稱結構造成了金屬流動的不均勻，降低了鋁護套的焊合強度和尺寸精度。因此，提高型腔中金屬流動均勻性是連續擠壓包覆工藝的核心，首先必須對連續擠壓包覆型腔內金屬流動過程進行分析。

匯合室金屬流動狀態分析。

如圖2所示，根據在匯合室中金屬流動特點，將匯合室分為7個變形區，g點為弧ig上的切線ag的切點，而ce線垂直于切線ag。Ⅰ區為錐形導流道，從模口進入Ⅰ區的金屬，一部分從Ⅲ區和Ⅳ區流過，進入Ⅴ區，然后被擠入焊合室；另一部分從Ⅱ區流過，進入Ⅵ區和Ⅶ區，并將Ⅵ區和Ⅶ區金屬擠入焊合室。這兩部分金屬的分流線為dfh，如圖所示，其中d點為ab線垂直平分線與ce線的交點，f點和h點分別為og線與弧fl和弧hk的交點。在Ⅰ區中，比鄰Ⅱ區這邊模腔內壁與豎直方向有6度的夾角，Ⅱ區中金屬流量多于Ⅰ區。

在Ⅲ、Ⅳ區中，當金屬坯料全部充滿時，由于受到匯合室側壁的限制金屬沿水平沒有移動，只沿著導流模徑向流動，因此可以被視為平面應變；在Ⅱ區中，金屬的流動方向發生了明顯轉折，大致與分流線df平行，可將Ⅱ區視為剛性塊，并沿分流線df滑動。

如圖2所示，在Ⅳ區底部兩股金屬交匯處會出現角度為θ的弧線區域，在這一區域內，由于已經流動很長距離，金屬流動速度遠慢于同區域金屬，則向Ⅴ區流動金屬往往不足，在Ⅴ區中金屬需要向下填充。因此在連續擠壓包覆過程中，由于Ⅱ區比Ⅰ區分得金屬多，再加上Ⅳ區出現難流動部位，則在連續擠壓包覆成形的前期以及過程中可能會出現未焊合的缺陷。

轉角區金屬流動狀態分析。

匯合室中Ⅴ區，Ⅵ區以及Ⅶ區流動的金屬繼續向前流動，在轉角區與瓶式導流模接觸，在它約束下該變流動方向，由徑向流動方向轉為沿著導流模的水平方向流動。圖3為鋁護套連續擠壓包覆瓶式導流模，由圖可知其為軸對稱結構，流動的金屬受其約束只能改變流動方向，而不能改變流速。因此，匯合室的Ⅴ區，Ⅵ區以及Ⅶ區金屬流動速度的不均勻會延續到轉角區金屬的流動，從而轉角區瓶式導流模上下部分流動不均勻。

焊合室金屬流動狀態分析。

在連續擠壓包覆型腔中，流動的金屬在匯合室匯合后受到瓶式導流模的約束改變流動的方向，沿著導流模的方向流入焊合室。圖4為連續包覆型腔焊合室示意圖，圖中箭頭的方向為金屬流動的方向，金屬在焊合室焊合經定徑帶流出模腔，得到成型的產品。在焊合室中，流動的金屬在凹模和型腔的底部形成一部分區域，此處金屬流動緩慢，稱為死區。如圖所示，鋁護套連續擠壓包覆焊合室為軸對稱結構，其上下部位金屬流動繼續流動不均勻，這也就造成了鋁護套連續擠壓包覆生產的彎折和卷曲等缺陷，實際生產中往往要通過后期的牽引等手段解決。

（1）對鋁護套連續擠壓包覆模腔進行分區，分別分析了模腔中匯合室、轉角區和焊合室中金屬的流動狀態。（2）通過分析模腔中各區域的金屬流動過程，提出了鋁護套連續擠壓包覆實際生產中出現的彎折、卷曲及未焊合等缺陷的產生原因，為其解決提供了理論依據。（3）根據分析結果，提出實際生產解決彎折、卷曲及未焊合等缺陷的實際方法。

參考文獻

[1] 宋寶韞，樊志新，劉元文.銅、鋁連續擠壓技術特點及工業應用[J].稀有金屬，2004（1）：257.

[2] 賀幼良.連續擠壓包覆成形過程的理論與實驗研究[D].沈陽：東北大學，1998.endprint

摘 要：本文對鋁護套連續擠壓包覆模腔進行分區，分別分析了模腔中匯合室、轉角區和焊合室中金屬的流動狀態。通過分析模腔中各區域的金屬流動過程，提出了鋁護套連續擠壓包覆實際生產中出現的彎折、卷曲及未焊合等缺陷的產生原因，為其解決提供了理論依據。

關鍵詞：鋁護套 連續擠壓包覆 模腔 金屬流動

中圖分類號：TG302 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0097-02

經濟發展急劇增加電力的消耗，使高壓電纜的運用逐漸成為城市電網建設的發展趨勢。鋁護套起到靜電屏蔽、承受短路電流、防水及鎧裝保護層等作用，是高壓電纜的重要組成部分之一。連續擠壓包覆技術（Continuous Extrusion Cladding）是在連續擠壓技術基礎上發展而來的一種新型塑性加工技術，已廣泛應用于雙金屬復合導線、電纜及光纜護套等的生產上[1]。這種技術利用擠壓輪與原料之間的摩擦力作為驅動力實現了連續生產，具有高效和節能的優勢。因此，連續擠壓包覆技術是一種理想的電纜鋁護套生產技術。

鋁護套連續擠壓包覆技術的原理如圖1所示是利用摩擦力作為驅動力進行擠壓，擠壓靴被放置在擠壓輪的上方，芯線穿過擠壓型腔，從而使擠出的金屬可間接地擠壓包覆在芯線上，從模口同時擠出，得到包覆產品，鋁護套的生產采用的就是這種間接包覆工藝[2]。

由圖1可知，鋁護套連續擠壓包覆成形過程是一個受多種因素影響的復雜過程。首先，擠壓輪槽為擴展型，極易出現使坯料與輪槽脫離接觸的拱起現象，從而摩擦驅動力降低；另外，切向進料導致包覆模腔上下部位為非對稱結構，模腔中導流模上下部位金屬流動速度差別，在擠出模口處出現彎折和卷曲現象。

模腔內金屬流動狀態分析。

如圖2所示，兩股金屬坯料在擠壓輪槽側面的摩擦力作用下擠入包覆型腔中，連續擠壓包覆型腔由匯合室、轉角區和焊合室三部分組成，兩股金屬先在匯合室中進行匯合，然后經焊合室從模口擠出，形成鋁管，再通過后續的拉拔工藝形成鋁護套包覆在芯線上。在匯合室中，金屬將進行分流和體積分配，導流模上下不對稱結構造成了金屬流動的不均勻，降低了鋁護套的焊合強度和尺寸精度。因此，提高型腔中金屬流動均勻性是連續擠壓包覆工藝的核心，首先必須對連續擠壓包覆型腔內金屬流動過程進行分析。

匯合室金屬流動狀態分析。

如圖2所示，根據在匯合室中金屬流動特點，將匯合室分為7個變形區，g點為弧ig上的切線ag的切點，而ce線垂直于切線ag。Ⅰ區為錐形導流道，從模口進入Ⅰ區的金屬，一部分從Ⅲ區和Ⅳ區流過，進入Ⅴ區，然后被擠入焊合室；另一部分從Ⅱ區流過，進入Ⅵ區和Ⅶ區，并將Ⅵ區和Ⅶ區金屬擠入焊合室。這兩部分金屬的分流線為dfh，如圖所示，其中d點為ab線垂直平分線與ce線的交點，f點和h點分別為og線與弧fl和弧hk的交點。在Ⅰ區中，比鄰Ⅱ區這邊模腔內壁與豎直方向有6度的夾角，Ⅱ區中金屬流量多于Ⅰ區。

在Ⅲ、Ⅳ區中，當金屬坯料全部充滿時，由于受到匯合室側壁的限制金屬沿水平沒有移動，只沿著導流模徑向流動，因此可以被視為平面應變；在Ⅱ區中，金屬的流動方向發生了明顯轉折，大致與分流線df平行，可將Ⅱ區視為剛性塊，并沿分流線df滑動。

如圖2所示，在Ⅳ區底部兩股金屬交匯處會出現角度為θ的弧線區域，在這一區域內，由于已經流動很長距離，金屬流動速度遠慢于同區域金屬，則向Ⅴ區流動金屬往往不足，在Ⅴ區中金屬需要向下填充。因此在連續擠壓包覆過程中，由于Ⅱ區比Ⅰ區分得金屬多，再加上Ⅳ區出現難流動部位，則在連續擠壓包覆成形的前期以及過程中可能會出現未焊合的缺陷。

轉角區金屬流動狀態分析。

匯合室中Ⅴ區，Ⅵ區以及Ⅶ區流動的金屬繼續向前流動，在轉角區與瓶式導流模接觸，在它約束下該變流動方向，由徑向流動方向轉為沿著導流模的水平方向流動。圖3為鋁護套連續擠壓包覆瓶式導流模，由圖可知其為軸對稱結構，流動的金屬受其約束只能改變流動方向，而不能改變流速。因此，匯合室的Ⅴ區，Ⅵ區以及Ⅶ區金屬流動速度的不均勻會延續到轉角區金屬的流動，從而轉角區瓶式導流模上下部分流動不均勻。

焊合室金屬流動狀態分析。

在連續擠壓包覆型腔中，流動的金屬在匯合室匯合后受到瓶式導流模的約束改變流動的方向，沿著導流模的方向流入焊合室。圖4為連續包覆型腔焊合室示意圖，圖中箭頭的方向為金屬流動的方向，金屬在焊合室焊合經定徑帶流出模腔，得到成型的產品。在焊合室中，流動的金屬在凹模和型腔的底部形成一部分區域，此處金屬流動緩慢，稱為死區。如圖所示，鋁護套連續擠壓包覆焊合室為軸對稱結構，其上下部位金屬流動繼續流動不均勻，這也就造成了鋁護套連續擠壓包覆生產的彎折和卷曲等缺陷，實際生產中往往要通過后期的牽引等手段解決。

（1）對鋁護套連續擠壓包覆模腔進行分區，分別分析了模腔中匯合室、轉角區和焊合室中金屬的流動狀態。（2）通過分析模腔中各區域的金屬流動過程，提出了鋁護套連續擠壓包覆實際生產中出現的彎折、卷曲及未焊合等缺陷的產生原因，為其解決提供了理論依據。（3）根據分析結果，提出實際生產解決彎折、卷曲及未焊合等缺陷的實際方法。

參考文獻

[1] 宋寶韞，樊志新，劉元文.銅、鋁連續擠壓技術特點及工業應用[J].稀有金屬，2004（1）：257.

[2] 賀幼良.連續擠壓包覆成形過程的理論與實驗研究[D].沈陽：東北大學，1998.endprint