自承式光缆模具设计浅析

［摘要］自承式光缆目前已广泛应用于光通信网络的建设中，该类型光缆由于结构的特殊性，挤塑工艺方面具有一定难度。针对该问题，论述了一套完整的自承式光缆模具设计方法，用于改善该类型光缆的生产问题。经过大量不同规格自承式光缆设计生产验证，该模具设计方法解决了自承式系列光缆的生产工艺难题，有效提升了自承式系列光缆的挤塑工艺，满足生产工艺挤塑成型要求，提升了产品的质量。

［关键词］自承式光缆；模具设计；模芯；模套；吊脖

0引言

自承式光缆主要是指自身具备承载元件的光缆，多呈“8”字型。自承式光缆上部为自承线，由镀锌钢丝绳或其它绳索组成，光缆的负荷由自承线承载，起固定保护作用。自承式光缆下部为光缆单元，多为成束的缆芯，起传输作用。上、下两部分通过中间的护套成型吊脖连接［1］。由于自承式光缆自身具备承载元件，因此不需要另外架设吊线和挂光缆挂钩，降低了附加负荷对光缆线路的影响，解决了施工布放钢绞线与吊板挂钩带来的安全隐患，危险源减少，施工安全系数高。目前该类光缆已经广泛应用于FTTH（光纤到户）、农村光网络改造、电力区域自承式敷设等领域。由于结构的特殊性，自承式光缆的生产工艺，尤其是挤塑成型工艺难度较大。现有的自承式光缆模具的模芯和模套均采用分离式结构，上／下部分结构尺寸、中心距离、吊脖尺寸、模具形状尺寸等均会影响吊线、吊脖和线缆部分的出胶状态，进而影响光缆的成型状态，造成生产质量异常和生产浪费。针对上述问题，本文依据大量的生产经验和模具设计理论，论述了一套完整的自承式光缆模具设计方法，用于改善该类光缆的生产问题。

1自承式光缆模具设计方法

自承式光缆由承载部分、吊脖部分、线缆部分组成［2］，具体结构如图1所示。图中d1为承载部分钢丝外径，t1为承载部分护套厚度，g为吊脖部分高度，h为吊脖部分宽度，2为线缆部分缆芯外径，t2为线缆部分护套厚度。承载部分、吊脖部分、线缆部分实际的挤塑状态控制非常复杂和困难，因此在模具设计初期就必须要考虑各部分材料的流量比率，避免挤塑成型的异常。

1．1模具整体设计

自承式光缆生产所用的模芯和模套的结构如图2所示。图中A为模芯钢绞线部分内径，B为模芯钢绞线部分外径，C为模芯线缆部分内径，D为模芯线缆部分外径，M为模芯端面外径，Ip为模芯线缆部分与钢绞线部分中心距，Np为模芯中心与线缆部分中心距，Pp为模芯中心与钢绞线部分中心距，E为模套钢绞线部分内径，F为模套线缆部分内径，G为模套吊脖部分高度，H为模套吊脖部分宽度，K为模套光缆高度，L为模套底面长，Id为模套线缆部分和钢绞线部分中心距，Nd为模套中心与线缆部分中心距，Pd为模套中心与钢绞线部分中心距。在图2（a）模芯结构中的一区位置，容易发生缆芯上涂覆的油膏或阻水带上掉落的粉末在模芯本体内堆积，溢出物又附着在钢绞线后，造成了光缆钢绞线部分外观异常或外护套塑料脱胶的品质异常。为了防止此现象，在钢绞线通径上安装了长导管。在模芯结构中的二区位置，容易发生缆芯上涂覆的油膏或阻水带上掉落的粉末堵塞模具的异常，为了防止此现象以及使聚乙烯（PE）紧密结合在钢绞线缝隙之间，设计采用了半挤压式挤塑方式。为了加强光缆挤塑部分的缆芯和外护套塑料的解体性，线缆部分模具设计改进采用了挤管式。

1．2模具结构参数设计顺序及结果

自承式光缆模具结构参数设计顺序为：确认需设计的各部分尺寸→计算模芯的线缆部分和钢绞线部分的内径和外径A、B、C、D→计算模套的钢绞线部分内径E→计算模套的线缆部分内径F→计算吊脖部分高度和宽度G、H→计算模套其他尺寸K、L、Id、Nd、Pd→计算相对于模套的模芯偏心量Xn、Xp进而计算模芯其他尺寸Ip、Np、Pp。表1示出了自承式光缆模具结构参数的设计结果。

1．3模具结构参数设计的关键点

1．3．1模芯钢绞线部分内径。A考虑到模芯和钢绞线的间隙如果采用0．4mm以下规格，可能存在堵模具的风险，如果采用0．8mm规格，则高密度聚乙烯（HDPE）和中密度聚乙烯（MDPE）在生产中存在逆流到模芯的可能，因此在设计模芯钢绞线部分内径A时间隙采用了0．6mm规格。1．3．2模套线缆部分内径。F截面拉伸比RDDR和截面比η的计算公式为：RDDR＝F2－D2d2－d22（1）η＝d2－d22（d1＋2t1）2－d21（2）式中：d为线缆部分设计外径。相关计算参数如图3所示。考虑到需同时挤出不同外径的线缆和钢绞线部分，模套的钢绞线和线缆部分的PE流量比率也会不同，因此根据光缆部分端面的截面拉伸比（DDR）RDDR和截面比η的关系曲线（如图4所示）对模套的线缆部分内径F进行了设计。可见：截面拉伸比RDDR越大，线缆部分的模套内径和模芯外径的间隙也越大，截面比η较大时，模套内径和模芯外径的间隙较小，主要原因为挤塑过程中PE的流量在缆芯部分较钢绞线部分有更大的趋势；但当截面比η较小时，趋势更加显著，此时有必要进一步增大模套内径和模芯外径的间隙；但截面比η较大时，该流量的趋势放缓，则有必要减小模套内径和模套外径的间隙。1．3．3模套吊脖部分高度。G和宽度H当钢绞线与线缆部分的外径尺寸相对差异较小时，护套料的挤塑过程中存在流向缆芯部分趋势减小的倾向，容易在脖颈处产生挤塑变形，出现吊脖宽度细、吊脖高度较高等异常情况（如图5（a）所示）。当钢绞线与线缆部分的外径尺寸相对差异较大时，护套料的挤塑过程中存在流向缆芯部分趋势变多的倾向，同样容易在脖颈处产生挤塑变形，出现吊脖宽度变宽、吊脖高度变矮等异常情况（如图5（b）所示）。因此，根据经过效果验证的相对于吊脖部分高度g设计值的增加量Xg和相对于吊脖部分宽度h设计值的增加量Xh和截面比η的关系曲线（如图6所示）对吊脖部分高度G和宽度H进行了设计，即当截面比η较小时PE不容易流向线缆部分，容易发生吊脖宽度细、高度高的情况，宜增大Xh并减小Xg，当η较大时，则情况相反，在设计过程中应该结合自承式光缆结构和不同应用环境的实际情况，进一步优化和选择参数值。1．3．4相对于模套的模芯偏心量。Xn、Xp当钢绞线部分相对于线缆部分的外径尺寸相对差异较小时，护套料的挤塑过程中存在流向缆芯部分趋势减小的倾向，容易发生缆芯与钢绞线距离变大的情况（如图7（a）所示）。当钢绞线部分相对于线缆部分的外径尺寸相对差异较大时，护套料的挤塑过程中存在流向缆芯部分趋势变多的倾向，容易发生缆芯同钢绞线的距离变小的情况（如图7（b）所示），造成线缆部分偏心严重、两部分结构的壁厚尺寸差异较大、原材料浪费等问题，难以满足光缆结构的设计壁厚要求。因此，根据经过效果验证的模芯线缆部分和钢绞线部分中心距、模套线缆部分和钢绞线部分中心距之差Xn＋Xp（相对于模套的模芯偏心量）和截面比η的关系曲线（如图8所示）对模芯结构参数Ip、Np、Pp进行了设计，即截面比η较小时PE不容易流向线缆部分，且存在缆芯部分和钢绞线距离增大的趋势，应对Xn＋Xp进行适当控制，当η较大时，则状况相反，在设计过程中应该结合自承式光缆结构和不同应用环境的实际情况，进一步优化和选择参数值。

2结束语

通过首先确认模具的挤出方式，即考虑PE的挤塑要求在缆芯部分采用挤管方式，钢绞线部分采用半挤压式，进而依据计算方式计算各部分的尺寸（包括模芯处上／下部分尺寸、中心间距、模套处上／下部分尺寸），最终完成模具的设计工作。经过大量不同规格自承式光缆设计生产验证，本文所阐述的自承式光缆模具设计方法解决了自承式系列光缆的生产工艺难题，有效提升了自承式系列光缆的挤塑工艺，满足生产工艺挤塑成型要求，提升了产品的质量。本文的撰写主要基于西安西古光通信有限公司在自承式系列光缆的生产技术方面具备行业内较为领先的水准，希望借此与同行业内技术人员交流学习，为同行业设计该类型光缆模具提供一种新的思路和方法。

作者:刘少锋 张乐 张义军 宋静静 张彬 单位:西安西古光通信有限公司