电缆波纹管无切屑切割技术的研究

张立华， 吴银荣

（上海电缆研究所有限公司，上海200093）

0 引 言

随着我国高压电缆及特种电缆的发展，需要根据生产工艺对其制造装备进行改进［1］。波纹管通常在中高压电缆绝缘层外做护套使用，而在某些特种电缆中波纹管可作为气体或液体的载体［2］。在电缆做连接接头时需要对波纹管进行切割，目前常用的波纹管切割方法有：砂轮机切割、电锯切割、车床切割（短管件）和激光切割等。其中砂轮机切割、电锯切割以及车床切割的切割原理均是利用刀具对被切割材料进行小块材料的切除分离以达到切断的目的，这种方法产生的切割碎屑易迸溅残留在电缆波纹管内，可能对电缆的绝缘性能产生影响，也可能对为密封波纹管提供气体或液体的设备造成损伤。激光切割方法特别容易对被切割波纹管电缆内部的绝缘层及导电层造成损伤。因此本工作设计一种无切屑切割波纹管的设备，以保证现场切割波纹管时无切屑或切屑最少。

1 传统切割方法

1.1 车床切割

车床加工的原理为：电机带动被加工零件旋转使其获得旋转惯性力，车削刀具横向进给与被加工零件表面材料进行冲击而使被加工零件沿圆周面逐层实现材料切除，其加工质量与电机转速、切削厚度、刀具参数和切削液等有关［3］。车床加工时需要旋转工件达到相对较高转速才能实现，这种方法一般适用于长度及直径相对较小，且具有一定刚度的零部件的切割加工［4］。而电缆波纹管具有长度大、挠度大的特点，且车削加工时会产生大量的切屑（带状屑、卷屑和崩碎屑等），因此车床切割方法不适合电缆波纹管的无屑切割要求。

1.2 砂轮切割机切割

砂轮切割机是一种便携式的切割工具，其原理是利用砂轮的旋转与被切零件摩擦使被切割材料成碎屑或粉尘状脱落以达到切割的目的［5］。这种切割方法由于设备简单、易操作且方便携带而被广泛的应用于机械、建筑类和管道工程等现场安装工程。一般凭借操作人员的经验手动切割加工，其切割质量不能有效保证。砂轮切割机的切割碎屑一般呈碎屑或粉尘状喷溅，这种切割方法不适合有洁净要求的场所。

2 自动进给切割管件设备

自动进给切割管件设备属于管道切割的新型设备，其主要应用于管径特别大的管件或是需要在施工现场进行高精度管件切割加工的工况［6］。

图1 管道切割装置

其加工原理为：通过卡紧装置将设备安装在被切管件上；刀具及其安装盘在卡紧装置的导轨上运动；用电动、气动或液压为动力，通过齿轮机构带动刀具盘做旋转运动；用棘轮机构对刀具进行进给控制。

其优点为：结构简单，方便在施工现场对管道进行切割；可以对大直径管件进行较高精度的断面切割或利用刀具的形状及角度进行管道坡口加工。

其缺点为：其刀具进给是通过棘轮机构实现的，刀架每旋转一周，刀具进给一个固定尺寸，不能对进给尺寸做调节，因此在实际切割中如进给量太小会导致切割时间长，进给量太大又会造成刀头碰损。

该设备切割产生的切屑与车床切割切屑相同，不适合无屑切割的工况。

3 无切屑切割设备的设计

3.1 设备设计

鉴于市场上现有的几种传统切割方法都不能实现对电缆波纹管的无切屑切割，而激光切割方法易破坏波纹管内部线芯，因此设计了无切屑切割设备，见图2。

图2 无切屑切割设备

本设备主要包括：管件固定卡具组件、刀架旋转导轨组件、刀架及其稳定旋转组件以及刀具进给组件。

其工作原理为：利用管件固定卡具组件将切割装置与被切割管件进行固定；刀架旋转导轨组件与管件固定卡具组件固定连接，并保证导轨的尺寸精度与位置精度；刀架及其稳定旋转组件安装有多个带轴肩导轮在刀架旋转导轨组件的两侧导轨中运动，其轴肩保证整个装置不进行轴向的串动，同时防止整个结构的扭动，安装在刀架上的滚轮在导轨组件的外侧导轨中运动，保证刀具切割时在径向面内运动而不发生偏斜，同时这些导轮及滚轮也防止刀具在径向的串动。

本设计采用手动丝杠螺母原理使刀具进行切割深度的进给，可根据切割中的实际状况对切割深度及力度大小进行调节，且本设备采用的圆环型刀具对被切割管件或波纹管进行挤压式滚动切割，保证整个切割过程无切屑。

3.2 切割试验

根据设计图纸对该无切屑切割设备进行了加工制造，并对某一段直径120 mm的电缆波纹管进行了实物切割，其切割效果见图3。

由图3可以看出：所设计的无切屑切割设备可以很好地完成对电缆波纹管的无切屑切割。被切割管件未发生变形且切割端口较平整，切割过程无可见的切屑。

图3 切割试验

几种切割方案的效果比较见表1。

表1 几种切割方案切割效果的比较

4 结束语

无切屑波纹管切割设备采用手动切割方式，可根据切割状况实时调节切割深度。若能在刀具旋转切割的同时实现刀具在线径向进给，则可将手动切割方式改为电动或其他动力形式。无屑切割设备由于刀具材料的限制等原因其仅适用于波纹管或其他相对较薄的管件，对于厚度较大的管件，宜采用其他方法进行切割。