電纜波紋管無(wú)切屑切割技術(shù)的研究

張立華， 吳銀榮

（上海電纜研究所有限公司，上海200093）

0 引 言

隨著我國(guó)高壓電纜及特種電纜的發(fā)展，需要根據(jù)生產(chǎn)工藝對(duì)其制造裝備進(jìn)行改進(jìn)［1］。波紋管通常在中高壓電纜絕緣層外做護(hù)套使用，而在某些特種電纜中波紋管可作為氣體或液體的載體［2］。在電纜做連接接頭時(shí)需要對(duì)波紋管進(jìn)行切割，目前常用的波紋管切割方法有：砂輪機(jī)切割、電鋸切割、車(chē)床切割（短管件）和激光切割等。其中砂輪機(jī)切割、電鋸切割以及車(chē)床切割的切割原理均是利用刀具對(duì)被切割材料進(jìn)行小塊材料的切除分離以達(dá)到切斷的目的，這種方法產(chǎn)生的切割碎屑易迸濺殘留在電纜波紋管內(nèi)，可能對(duì)電纜的絕緣性能產(chǎn)生影響，也可能對(duì)為密封波紋管提供氣體或液體的設(shè)備造成損傷。激光切割方法特別容易對(duì)被切割波紋管電纜內(nèi)部的絕緣層及導(dǎo)電層造成損傷。因此本工作設(shè)計(jì)一種無(wú)切屑切割波紋管的設(shè)備，以保證現(xiàn)場(chǎng)切割波紋管時(shí)無(wú)切屑或切屑最少。

1 傳統(tǒng)切割方法

1.1 車(chē)床切割

車(chē)床加工的原理為：電機(jī)帶動(dòng)被加工零件旋轉(zhuǎn)使其獲得旋轉(zhuǎn)慣性力，車(chē)削刀具橫向進(jìn)給與被加工零件表面材料進(jìn)行沖擊而使被加工零件沿圓周面逐層實(shí)現(xiàn)材料切除，其加工質(zhì)量與電機(jī)轉(zhuǎn)速、切削厚度、刀具參數(shù)和切削液等有關(guān)［3］。車(chē)床加工時(shí)需要旋轉(zhuǎn)工件達(dá)到相對(duì)較高轉(zhuǎn)速才能實(shí)現(xiàn)，這種方法一般適用于長(zhǎng)度及直徑相對(duì)較小，且具有一定剛度的零部件的切割加工［4］。而電纜波紋管具有長(zhǎng)度大、撓度大的特點(diǎn)，且車(chē)削加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的切屑（帶狀屑、卷屑和崩碎屑等），因此車(chē)床切割方法不適合電纜波紋管的無(wú)屑切割要求。

1.2 砂輪切割機(jī)切割

砂輪切割機(jī)是一種便攜式的切割工具，其原理是利用砂輪的旋轉(zhuǎn)與被切零件摩擦使被切割材料成碎屑或粉塵狀脫落以達(dá)到切割的目的［5］。這種切割方法由于設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作且方便攜帶而被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械、建筑類(lèi)和管道工程等現(xiàn)場(chǎng)安裝工程。一般憑借操作人員的經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)切割加工，其切割質(zhì)量不能有效保證。砂輪切割機(jī)的切割碎屑一般呈碎屑或粉塵狀噴濺，這種切割方法不適合有潔凈要求的場(chǎng)所。

2 自動(dòng)進(jìn)給切割管件設(shè)備

自動(dòng)進(jìn)給切割管件設(shè)備屬于管道切割的新型設(shè)備，其主要應(yīng)用于管徑特別大的管件或是需要在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高精度管件切割加工的工況［6］。

圖1 管道切割裝置

其加工原理為：通過(guò)卡緊裝置將設(shè)備安裝在被切管件上；刀具及其安裝盤(pán)在卡緊裝置的導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)；用電動(dòng)、氣動(dòng)或液壓為動(dòng)力，通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀具盤(pán)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；用棘輪機(jī)構(gòu)對(duì)刀具進(jìn)行進(jìn)給控制。

其優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)管道進(jìn)行切割；可以對(duì)大直徑管件進(jìn)行較高精度的斷面切割或利用刀具的形狀及角度進(jìn)行管道坡口加工。

其缺點(diǎn)為：其刀具進(jìn)給是通過(guò)棘輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，刀架每旋轉(zhuǎn)一周，刀具進(jìn)給一個(gè)固定尺寸，不能對(duì)進(jìn)給尺寸做調(diào)節(jié)，因此在實(shí)際切割中如進(jìn)給量太小會(huì)導(dǎo)致切割時(shí)間長(zhǎng)，進(jìn)給量太大又會(huì)造成刀頭碰損。

該設(shè)備切割產(chǎn)生的切屑與車(chē)床切割切屑相同，不適合無(wú)屑切割的工況。

3 無(wú)切屑切割設(shè)備的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)備設(shè)計(jì)

鑒于市場(chǎng)上現(xiàn)有的幾種傳統(tǒng)切割方法都不能實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜波紋管的無(wú)切屑切割，而激光切割方法易破壞波紋管內(nèi)部線芯，因此設(shè)計(jì)了無(wú)切屑切割設(shè)備，見(jiàn)圖2。

圖2 無(wú)切屑切割設(shè)備

本設(shè)備主要包括：管件固定卡具組件、刀架旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌組件、刀架及其穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)組件以及刀具進(jìn)給組件。

其工作原理為：利用管件固定卡具組件將切割裝置與被切割管件進(jìn)行固定；刀架旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌組件與管件固定卡具組件固定連接，并保證導(dǎo)軌的尺寸精度與位置精度；刀架及其穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)組件安裝有多個(gè)帶軸肩導(dǎo)輪在刀架旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌組件的兩側(cè)導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)，其軸肩保證整個(gè)裝置不進(jìn)行軸向的串動(dòng)，同時(shí)防止整個(gè)結(jié)構(gòu)的扭動(dòng)，安裝在刀架上的滾輪在導(dǎo)軌組件的外側(cè)導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)，保證刀具切割時(shí)在徑向面內(nèi)運(yùn)動(dòng)而不發(fā)生偏斜，同時(shí)這些導(dǎo)輪及滾輪也防止刀具在徑向的串動(dòng)。

本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)絲杠螺母原理使刀具進(jìn)行切割深度的進(jìn)給，可根據(jù)切割中的實(shí)際狀況對(duì)切割深度及力度大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，且本設(shè)備采用的圓環(huán)型刀具對(duì)被切割管件或波紋管進(jìn)行擠壓式滾動(dòng)切割，保證整個(gè)切割過(guò)程無(wú)切屑。

3.2 切割試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)該無(wú)切屑切割設(shè)備進(jìn)行了加工制造，并對(duì)某一段直徑120 mm的電纜波紋管進(jìn)行了實(shí)物切割，其切割效果見(jiàn)圖3。

由圖3可以看出：所設(shè)計(jì)的無(wú)切屑切割設(shè)備可以很好地完成對(duì)電纜波紋管的無(wú)切屑切割。被切割管件未發(fā)生變形且切割端口較平整，切割過(guò)程無(wú)可見(jiàn)的切屑。

圖3 切割試驗(yàn)

幾種切割方案的效果比較見(jiàn)表1。

表1 幾種切割方案切割效果的比較

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)切屑波紋管切割設(shè)備采用手動(dòng)切割方式，可根據(jù)切割狀況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)切割深度。若能在刀具旋轉(zhuǎn)切割的同時(shí)實(shí)現(xiàn)刀具在線徑向進(jìn)給，則可將手動(dòng)切割方式改為電動(dòng)或其他動(dòng)力形式。無(wú)屑切割設(shè)備由于刀具材料的限制等原因其僅適用于波紋管或其他相對(duì)較薄的管件，對(duì)于厚度較大的管件，宜采用其他方法進(jìn)行切割。