電動汽車市場呈指數(shù)級增長，預計到 2030 年將增長約 27.5%。這個新行業(yè)正在慢慢被引入現(xiàn)有的線束全球制造領域。

電動汽車的動力總成及其精密的電子設備在傳統(tǒng)的線束組合中引入了專門的電線要求，以及其他傳統(tǒng)加工的電線和電纜。

在本文中，我將重點介紹這些新型專用電線中的一種，以及它們?nèi)绾斡绊憘鹘y(tǒng)的制造方法。我稱這些電線為“重層電纜”（或簡稱HLC）。圖 1 是這些電線的描繪（扁平層圖形用于進一步說明）。

圖 1.重型分層電纜。

由于這些電線是分層結(jié)構(gòu)的，因此需要一種多功能的處理方法。我們目前的在線制造工藝足以處理傳統(tǒng)的基于燃料的汽車單層電纜。但是，隨著這些重型多層電纜的出現(xiàn)，在許多情況下，在線處理設備的能力已經(jīng)不堪重負。這是因為用于 HLC 的在線全流程機器需要將所有必要的處理模塊包含在圍繞這些電線的物理邊界構(gòu)建的通用多進程“工具箱”中。這可能是一個極端的挑戰(zhàn)（圖 2）。

圖2.HLC線的在線處理。

多功能加工也意味著勞動密集型的制造方法。然而，勞動密集型制造方法也包括協(xié)調(diào)性、精度、占地面積、操作員培訓等方面的挑戰(zhàn)。正因為如此，新的制造設備設計和進步正在開發(fā)中。與在線加工相比，這些機器基于橫向加工方法。這種自動處理系統(tǒng)允許設備具有單獨的處理模塊，這些模塊旨在分別和單獨地在HLC的每一層上工作。這降低了設計單個多功能處理模塊的復雜性。（圖 3）。

圖3.HLC線材的橫向加工。

制造挑戰(zhàn)。

到目前為止，電動汽車電線制造商面臨的主要挑戰(zhàn)之一是每一層的暴露和/或去除。每一層在材料和厚度上都存在差異;因此，用于暴露或刪除這些層的工具必須具有執(zhí)行此操作的設計能力。目前使用的工具是旋轉(zhuǎn)切片刀片。盡管有許多不同的 OEM 設計，但我們可以將它們分為圖 4 中所示的三種主要類型：

• 刺刀
• 切線
• 外設

圖4.從左上角順時針方向，外圍、卡口和切線切片器。

外圍切片切割和段塞去除

切片切割

卡口式和切線切片刀片是用于旋轉(zhuǎn)加工系統(tǒng)的設計，通過在設備的加工模塊上可編程調(diào)整參數(shù)，允許進行穿透可調(diào)。這樣可以在每一層上實現(xiàn)精確切割。另一方面，外圍切片刀片的圓形幾何形狀根據(jù)層的切割周長為特定層調(diào)整大小。因此，對于要移除或暴露的每一層，您都需要單獨尺寸的外圍切片刀片。

層移除

一旦你切入了每一層，下一個挑戰(zhàn)就是去除產(chǎn)生的鼻涕蟲。為此，您可以使用推送方法或拉取方法。目前絕大多數(shù)的剝離模塊都采用推力法來做到這一點。使用哪種方法很大程度上取決于材料的特性以及材料本身的尺寸。薄膜等材料非常難以去除，因為它們非常薄，而且推拉方法在100%的時間內(nèi)都不起作用。盾牌等編織材料也因其結(jié)構(gòu)松散和薄而難以去除。屏蔽層通常向后折疊，露出亞密絕緣層。

絕緣片去除

用于電動汽車動力總成的重型分層電纜需要足夠的靈活性，以便在車輛的可用空間中高效安裝。柔性絕緣材料具有“橡膠”特性。這轉(zhuǎn)化為彈性和可壓縮性特性。絕緣層的彈性屬性與導體芯結(jié)構(gòu)的結(jié)合使段塞去除操作復雜化，因為它們之間存在協(xié)同作用。這些電線的尺寸需要數(shù)百根細絲才能制成導體芯。眾所周知，與松散扭曲的芯材相比，緊密扭曲的芯材每英寸需要更多的材料。出于這個原因，這些電線包含“成束”的燈絲芯。眾所周知，成束的磁芯容易出現(xiàn)不均勻的同心度。它們的外圍細絲要么單獨位于一邊，要么成束地遠離明顯的核心外圍。為了避免切割或損壞這些“衛(wèi)星”細絲，操作員有時可能會限制切線旋轉(zhuǎn)葉片的穿透參數(shù)。這個動作在芯材周圍形成了一個很大的區(qū)域，這個區(qū)域沒有與絕緣材料的橫截面物理分離。即使允許操作員切割衛(wèi)星線，剩余的外圍線周圍仍然有一個未觸及的橫截面，該橫截面仍然連接到絕緣套管的其余部分（圖 5）。

圖5.特寫鏡頭，顯示連接的橫截面絕緣彈性股在剝離動作中被拉動。

彈性屬性，機械

一些彈性材料由隨機取向的交聯(lián)聚合物鏈制成，如圖 6 所示的模型。這些類型塑料的機械和熱特性本質(zhì)上不利于鼻涕蟲的去除過程。從機械角度來看，推動材料會壓縮聚合物分子。這個動作增加了施加在底層導體芯上的包裹力，從而使得干凈地脫落鼻塞變得更加困難。拉扯材料會“解開”聚合物分子并延長材料的長度，同時減小其橫截面。當彈性材料接近其失效點或破裂點時，聚合物鏈的阻力會增加到您需要施加額外力以克服分子分裂阻力的程度。材料的伸長極限取決于其成分，但在靜止長度處的伸長率為 115%（我自己用絕緣部分的物理樣品進行實驗）是非常可能的。

圖6.交聯(lián)聚合物鏈分子模型

彈性屬性，熱

橡膠材料對熱有特殊的反應。溫度升高導致聚合物分子壓縮，熱量損失使分子結(jié)構(gòu)松動。我不了解用于制造這些線材的確切方法，但我認為需要對原始塑料材料施加相當大的熱量，以使其具有足夠的流動性以進行擠出過程。我進一步假設（由于熱量）擠出過程在核心外圍沉積壓縮聚合物鏈，形成絕緣層。由此產(chǎn)生的產(chǎn)品是一根電線，該電線最終呈現(xiàn)出一個絕緣套管，該絕緣套管在磁芯的外圍區(qū)域施加一定程度的壓縮力。因此，鑒于絕緣材料與下層核心金屬之間固有的摩擦系數(shù)，這種壓縮力在絕緣塊移位的困難中起著重要作用。這在較長的蛞蝓上尤為明顯。

彈性材料的套筒壓縮系數(shù)

那么，您將如何測量或至少了解移位彈性絕緣彈頭的難度有多大？我設計的一種方法是比較已安裝的套筒和脫落的套筒之間的圓周尺寸（圖 7）。假設是已安裝的套筒材料正在圍繞下面的核心外圍拉伸。因此，它處于張力之下，但這種張力不足以破壞聚合物鏈。當您從核心（或底層）上移除段塞時，分子會放松并將套筒收縮到其自然靜止周長。將靜止長度與安裝的外圍長度進行比較，可以得到一個百分比因子，該因子表明絕緣層包裹底層的緊密程度。我已經(jīng)用一些電線樣品嘗試了這種方法，我知道這些樣品在處理過程中是有問題的。我發(fā)現(xiàn)這個“壓縮因子”在6%到14%之間波動。這些樣品之間的共同點是，它們都存在通過旋轉(zhuǎn)刀片“推”它們而脫落的問題。最成問題的是嘗試使用刺刀或切線式切片刀片將它們移開。外圍切片刀片更成功，但當正在處理的同一線材的不同批次之間存在同心度變化時，就會失敗。

此壓縮比 （CR） 的計算公式為

圖7.計算拉伸（安裝）絕緣層與移除和扁平的絕緣層之間的壓縮比。

在不久的將來，隨著原始設備制造商（OEMS）根據(jù)制造車間的實時經(jīng)驗，對現(xiàn)代設備的各個橫向加工模塊進行了改進，因此這些類型的電線將得到更成功和常規(guī)的自動處理。同時，另一種解決方案是采用體力勞動或臺式流程來解決這些有問題的問題。