03.02.2020
Лазерные технологии для изготовления жгутов проводов

Использование лазерных технологии получило широкое применение в самых различных отраслях промышленности. Не стала исключением и такая достаточно консервативная сфера производства как изготовление жгутов проводов. Как оказалось, применение лазера на некоторых технологических операциях по обработке провода позволяет получать изделия гораздо более высокого качества чем при использовании принципиально другого оборудования.

В отечественной промышленности применяется целый ряд проводов и кабелей со сложной конструкцией, механическая зачистка которых вызывает серьезные затруднения и высокую вероятность повреждения рабочих элементов кабеля. Среди регулярно встречающихся проблем, возникающих при зачистке таких проводов, можно назвать следующие:

  • Изоляция в виде фторопластовой ленты, намотанной на жилу провода. При прорезании всех слоев изоляции, возникает высокая вероятность подрезки токоведущей жилы. Примеры: монтажные провода типа МГТФ, некоторые типы коаксиальных кабелей.
  • Элементы изоляции в виде волокон, ткани, нитей и т.д.  Эти материалы сложно, а иногда и невозможно, прорезать ножами полностью, поэтому часть изоляции остается рядом с токоведущей жилой после зачистки. Еще один недостаток – изоляция такого типа часто разлохмачивается на концах заготовки. Все это мешает дальнейшей обработке проводов. Примеры: монтажные провода типа МГШВ, ПТЛ, бортовые авиационные кабели БПВЛ.
  • Изоляция из полиамидно-фторопластовых пленок. Сложность ее удаления заключается в том, что она очень плотно фиксируется на нижележащих элементах кабеля.  У некруглых проводов типа «витая пара» данная изоляция повторяет все изменения в геометрии провода. При механическом прорезании такой облегающей изоляции риск повредить нижние элементы возрастает многократно.  Кроме того, после поперечного прорезания изоляции, она очень плохо стягивается с конца заготовки. Примеры: бортовой провод БИФ и его модификации.

Именно для качественной зачистки таких или аналогичных по конструкции проводов и кабелей уместно использование оборудования для лазерной зачистки провода.

При выборе конкретной модели машины для зачистки провода лазером очень важно учитывать особенности конструкции проводов и кабелей и возможности оборудования, так как основная операция, выполняемая большинством машин такого типа, это поперечное прорезание изоляции провода на заданной расстоянии от конца заготовки. Затем, в большинстве случаев, изоляция удаляется вручную. Соответственно, планируя использование данного оборудования на своем производстве, надо убедиться в возможности свободного стягивания изоляции со своих проводов.

Еще одной особенностью некоторых моделей полуавтоматов лазерной зачистки является то, что используемые в них лазеры прорезают только интенсивно окрашенную изоляцию. Но если изоляция является полупрозрачной, как например у провода МГТФ, лазер ее не замечает и процесс прорезания изоляции не производится.  

Поэтому наиболее оптимальным способом выбора подходящей модели полуавтомата является предварительное тестирование образцов проводов на рассматриваемом оборудовании.

Одним из наиболее универсальных решений по зачистке, на котором действительно стоит протестировать свои образцы, является линейка полуавтоматов для лазерной зачистки Mercury. Производитель этих машин, британская компания Laser Wire Solutions много лет успешно полуавтоматы, способные зачищать самые сложные по конструкции кабели, в том числе включая провода и кабели, используемые в нашей стране (рис. 1).

Рисунок 1 - Отечественные провода после зачистки на машинах лазерной зачистки Mercury

В 2016 году компания Laser Wire Solutions заключила договор о сотрудничестве ведущим мировым производителем оборудования обработки провода, компанией Schleuniger AG Швейцария. Одним из первых результатов их совместной деятельности стало появление на рынке полуавтомата лазерной зачистки провода Mercury 4. Это компактная электрическая модель, не требующая подключения сжатого воздуха.

Несколько конструктивных решений, реализованных в данной модели, позволяют говорить о Mercury 4 как об одной из самых универсальных машин для зачистки:

Лазер прорезает все виды изоляции, включая изоляцию проводов МГТФ.

Лазер перемещается в двух плоскостях X и Y и, в зависимости от программы обработки, производит поперечные, продольные или криволинейные надрезы изоляции проводов, причем делает это как на конце, так и в центральной части заготовки. Так же лазер может выжигать изоляцию на заданном участке, совершая множество поперечных резов изоляции, одновременно постепенно перемещаясь вдоль заготовки. Такие возможности движения лазера позволяют легко удалять самую сложно снимаемую изоляцию.

На установке Mercury 4 оператор может поочередно зачищать одиночные провода, кабели или плоские шлейфы. При наличии специальной оснастки, возможна подача на обработку нескольких заготовок одновременно.

Процесс зачистки заготовки фиксирует видеокамера, изображение с которой передается на экран, расположенный на передней панели устройства.

Все настройки машины и программы обработки проводов производятся на ЖК дисплее с удобным интерфейсом.

Лазер способен обрабатывать провода диаметром от 0,025 до 6 мм. Максимальная длина зачистки 50 мм. Скорость перемещения лазера до 2000 мм/сек. Точность 0,1 мм.   

Для крупносерийного или массового производства монтажных проводов предусмотрена интеграция полуавтомата Mercury 4 c автоматами резки и зачистки провода Schleuniger (рис. 2). В этом случае процесс прорезания и удаления изоляции производится полностью в автоматическом режиме. Mercury 4 надрезает изоляцию а автомат резки и зачистки сдвигает изоляцию с концов провода и нарезает заготовки в размер. Автомат резки и зачистки программируется так, чтобы исполнительные механизмы имели минимальный контакт с изоляцией провода и тем самым гарантировалась целостность токоведущей жилы. В результате мы получаем автоматическую линию резки и зачистки провода, способную производить несколько тысяч заготовок в смену, управляемую одним оператором.

Рисунок 2 - Автоматическая линия обработки провода на базе Mercury 4

Модифицированный полуавтомат Mercury 4-E (рис. 3) имеет такие же возможности и характеристики, как и Mercury 4, но способен зачищать провода и кабели на длину до 100 мм.

Рисунок 3 - Машина лазерной зачистки Mercury 4-E

Еще одной машиной от компании Laser Wire Solutions, заслуживающей самого пристального внимания, является модель Mercury 2. Установка имеет рабочий стол размером 127х178 мм и предназначена в первую очередь для групповой обработки кабелей с многослойной конструкцией.

Стандартные направляющие рабочего стола позволяют одновременно разместить до 10 заготовок проводов. Возможно использование специальных направляющих, разработанных под провода заказчика.

Сдвоенный лазер перемещается в двух плоскостях X и Y, что позволяет делать продольные или криволинейные разрезы изоляции как сверху, так и снизу заготовки и поперечные разрезы на 360°.

Особо хочется отметить эффективность использования Mercury 2 (рис. 4) при зачистке экранированных проводов и кабелей. При наличии на кабеле экрана в виде оплетения с плотностью свыше 80% или металлической фольги, применяемый в устройстве лазер будет полностью отражаться от нее, что позволит сначала без повреждения внутренних проводов прорезать и удалить внешнюю оболочку кабеля, а потом зачистить внутренние провода. Такой способ зачистки наиболее эффективен при работе с авиационными бортовыми проводами типа БИФ.    

Полуавтомат обрабатывает провода диаметром от 0,025 до 5 мм. Длина зачистки до 125 мм. Скорость перемещения лазера до 250 мм/сек.

Mercury 2 так же может быть использована совместно с автоматами резки и зачистки провода Schleuniger в составе автоматической линии обработки провода.

Рисунок 4 - Машина лазерной зачистки Mercury 2 (а); Варианты прорезания изоляции (б); Результаты зачистки витой пары (в)

Для работы с проводами больших диаметров компания Laser Wire Solutions предлагает две установки, фактически не имеющие аналогов: Mercury-5 (рис. 5) и Mercury-6 (рис. 6). Обе машины предназначены для зачистки одиночных проводов и кабелей цилиндрической и нецилиндрической формы.

Mercury – 5 зачищает кабели диаметром от 6 до 20 мм, длина зачистки до 280 мм.

Рисунок 5 - Машина лазерной зачистки Mercury 5 (а); Варианты прорезания изоляции (б); Результат обработки на машине лазерной зачистки Mercury 5 (в)

Рисунок 6 - Машина лазерной зачистки Mercury 5 (а); Варианты прорезания изоляции (б); Результат обработки на машине лазерной зачистки Mercury 6 (в)

В конструкции полуавтоматов используется уникальная система автоматической фокусировки, обеспечивающая высокую точность и повторяемость обработки каждой заготовки.

Ряд рабочих настроек производятся без участия оператора, поэтому подготовка машин к работе и время обработки одной заготовки занимает короткое время. Используемый лазер обеспечивает гладкий и ровный срез любого вида изоляции.

В начале своей статьи я провел параллель между лазерной и механической зачисткой проводов. Но есть еще один способ, о котором так же хотелось бы упомянуть в данной статье и сравнить его с зачисткой провода лазером. Это использование ручного инструмента для термической зачистки, обычно называемого «обжигалка».  На первый взгляд этот инструмент является отличной альтернативой лазеру, так как:

  1. Изоляция надрезается с использованием нагревательных элементов, соответственно механическое воздействие на жилу провода невозможно.
  2. Стоимость нескольких десятков установок термозачистки в значительно дешевле чем стоимость одной установки лазерной зачистки провода.  

Но и здесь сохраняется возможность негативного воздействия на заготовку провода. Прежде всего обжигалка это ручной инструмент, и значит влияние человеческого фактора на механическое воздействие при обработке провода не исключается полностью. В процессе зачистки обжигалкой, жила подвергается краткосрочному высокотемпературному нагреву, который может негативно повлиять на физико-химические свойства проводника. Остатки расплавленной изоляции могут проникать внутрь и оставаться на поверхности жилы после удаления изоляции.

И еще один немаловажный аспект - экономический. Необходимость изготовления на предприятии большого количества заготовок провода и кабеля с использованием обжигалок требует организации большого количества специально оборудованных рабочих мест, привлечение большого количества персонала или, если возможности предприятия ограничены, организации работы в несколько смен. В случае периодического изменения планов производства возникает регулярная необходимость перераспределения производственных задач между структурными подразделениями предприятия.

При обработке провода лазером механическое и существенное температурное воздействие на жилу провода не производится. Применение полуавтомата для лазерной зачистки провода позволяет заметно увеличить номенклатуру обрабатываемых проводов и кабелей на одном рабочем месте и тем самым повысить его производительность. И как было сказано выше, при использовании на производстве автоматической линии резки и зачистки провода, с включенным в состав полуавтоматом лазерной зачистки, один человек в течение одной смены может производить до 4000 перемычек с неповрежденной токоведущей жилой.

Еще одной областью обработки проводов, в которой применение лазера принесло очень хорошие результаты, является маркировка жгутов проводов. В целом ряде отраслей промышленности, например производство специальной и военной техники, кораблестроение, авиастроение, космическую и нефтегазодобывающую промышленность и пр., применяются высокие требования к стойкости маркировки кабельных изделий и жгутов проводов. Очень часто продукция, производимая предприятиями вышеназванных отраслей, эксплуатируется в экстремальных условиях и подвергается воздействию различных внешних агрессивных сред.  И очень важно, чтобы при последующем обслуживании этого оборудования маркировка внутренних узлов, включая жгуты проводов, была четкой и читаемой. 

Большое количество тестов, проводимых в том числе и нашими специалистами, подтверждает то, что именно лазерная маркировка изоляции проводов и кабелей является наиболее стойкой к любым внешним воздействиям. Это объясняется тем, что при использовании других видов маркировки, таких как каплеструйная, термотрансферная, маркировка этикеткой и т.д., маркируемые символы наносятся на поверхность изоляции и в процессе эксплуатации изделия они могут быть так или иначе удалены с нее. А основной принцип лазерной маркировки — это изменение цвета самой изоляции под воздействием лазера. При этом защитные свойства изоляции не ухудшаются.

Швейцарская компания Schleuniger AG Швейцария, много лет занимающаяся поставкой качественного и эффективного оборудования обработки провода, совместно с одним из ведущих производителей оборудования для лазерной маркировки жгутовых изделий, компанией Tri-Star Technologies США разработали автоматическую линию для лазерной маркировки, резки и зачистки проводов и кабелей на базе автомата резки и зачистки провода MultiStrip9480 Schleuniger и лазерного маркировщика M100LFG-TT-S Tri-Star Technologies (рис. 7а).

На линии производится автоматическая обработка проводов и кабелей диаметром от 0,75 до 10 мм и сечением от 0,13 до 13 мм². Маркировка наносится ультрафиолетовым твердотельным лазером с длиной волны 355 нм. Система позволяет наносить надписи на изоляцию любым шрифтом и размером, на любом языке. Возможна вертикальная и горизонтальная ориентацию текста, а также программируемый интервал между сообщениями. Установка M100LFG-TT-S поставляется с удобным программным обеспечением, которое позволяет также печатать штрих-коды и логотипы (рис. 7б).

Качество получаемой маркировки соответствует международным аэрокосмическим стандартам MIL-W-5088, AS-5088L, BAC5152 и SAE ARP5607.

Рисунок 7 - Линия мерной резки, зачистки и маркировки провода и кабеля Schleuniger MultiStrip9480 и лазерного маркировщика Tri-Star Technologies M100LFG-TT-S (а); Образцы лазерной маркировки (б)

Подводя итог вышесказанному, хочется акцентировать внимание читателей на следующем. При наличии одного, весьма существенного недостатка, а именно достаточно высокой стоимости, оборудование для лазерной обработки провода и кабеля имеет целый ряд возможностей и преимуществ, которые невозможно получить при использовании аналогичного, более бюджетного оборудования с другим принципом работы.  Основным критерием выбора той или иной машины лазерной обработки является предварительное тестирование образцов заказчика на рассматриваемом оборудовании.

Я уверен, что при таком подходе к выбору оборудования, в процессе его дальнейшей эксплуатации, вы получите как существенное повышение качества и надежности своей продукции, так и хороший экономический эффект. А обратившись за консультацией по выбору оборудования в нашу компанию, вы также получите квалифицированную помощь, оптимальное ценовое предложение и качественную техническую и сервисную поддержку.