電纜工業(yè)設(shè)計(jì)中的擠塑模具設(shè)計(jì)、配模關(guān)鍵環(huán)節(jié)探討

李澤琳

【摘 要】國(guó)產(chǎn)電纜行業(yè)中電纜絕緣、護(hù)套外觀品質(zhì)長(zhǎng)期存在著工藝粗放、精度寬裕度過(guò)大，增大成本，不注重工業(yè)設(shè)計(jì)美學(xué)的老問(wèn)題，與發(fā)達(dá)國(guó)家電纜產(chǎn)品相比，國(guó)產(chǎn)電纜質(zhì)量并不差多少，價(jià)格卻相去甚遠(yuǎn)。

本文作者在兩年多的兼職見(jiàn)習(xí)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的癥結(jié)主要是電纜絕緣、護(hù)套擠出時(shí)所涉及的擠塑模具設(shè)計(jì)和配模問(wèn)題。該問(wèn)題是保證線纜絕緣、護(hù)套質(zhì)量表面光潔、致密等的關(guān)鍵。

本文重點(diǎn)論述了塑料絕緣材料擠出擠壓式、擠管式模具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，特別是分析了工藝配模的方法，為更好地選擇擠塑工序、擠出模具提供了實(shí)踐獲得的參考數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)，從而生產(chǎn)出高品質(zhì)、工藝精美的電纜產(chǎn)品，也為初入電纜行業(yè)的技術(shù)人員、生產(chǎn)人員提供了普遍性的借鑒。

【關(guān)鍵詞】模具；設(shè)計(jì)；工藝配模

國(guó)產(chǎn)電纜行業(yè)中電纜絕緣、護(hù)套外觀品質(zhì)長(zhǎng)期存在著工藝粗放、精度寬裕度過(guò)大，增大成本，不注重工業(yè)設(shè)計(jì)美學(xué)的老問(wèn)題，與發(fā)達(dá)國(guó)家電纜產(chǎn)品相比，其內(nèi)芯材料相差不大，國(guó)產(chǎn)電纜質(zhì)量也并不差多少，但是價(jià)格卻相去甚遠(yuǎn)。在連年的實(shí)習(xí)過(guò)程中，我?guī)е@種疑問(wèn)和問(wèn)題，進(jìn)行了探索和探討。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的癥結(jié)主要是國(guó)內(nèi)廠家在需求高峰階段，注重規(guī)模效益，忽視精細(xì)化生產(chǎn)，忽視工業(yè)設(shè)計(jì)是主要問(wèn)題。除那種認(rèn)為電纜是埋在墻體，地道里，沒(méi)有必要多費(fèi)功夫的認(rèn)識(shí)障礙之外，具體到工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，電纜絕緣、護(hù)套擠出時(shí)所涉及的擠塑模具設(shè)計(jì)和配模問(wèn)題也是很值得探討的關(guān)鍵所在。

1 電纜絕緣、護(hù)套擠出的擠塑模具設(shè)計(jì)和配模的探討要點(diǎn)

1.1 模具材質(zhì)的選擇

在生產(chǎn)活動(dòng)中模具設(shè)計(jì)，首先是模具材質(zhì)的選擇。

第一是耐熱、耐磨、耐蝕性要好；

第二是易切削加工和材質(zhì)不生銹等；

第三用來(lái)做模具（模芯、模套）的材料主要有：碳素結(jié)構(gòu)合金鋼（45鋼應(yīng)用最廣泛）；

征對(duì)擠管式模芯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其管狀部分耐磨性要求較高，尤其是用于絕緣擠出的模芯，多選用耐磨的聚晶合金鋼加工而成。

1.2 模具設(shè)計(jì)的尺寸要求

第一，擠壓式模芯（如圖1）的尺寸設(shè)計(jì)最主要應(yīng)注意的問(wèn)題：

a.如圖1-9，對(duì)模芯外形錐角的確立，外錐角控制在45°以下，錐角度小，材料流道越平滑，突變小，對(duì)塑料層結(jié)構(gòu)有益。當(dāng)然也可以通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)頭的調(diào)模桿來(lái)解決擠出壓力等問(wèn)題。例如加工絕緣材料的熔融流動(dòng)較差的氟46材料等。設(shè)計(jì)時(shí)也必須結(jié)合模芯模套配合，角度過(guò)小擠出壓力不夠，擠出來(lái)的膠料密度小。角度的大小往往根據(jù)機(jī)頭內(nèi)部結(jié)果特點(diǎn)決定。

b.模芯內(nèi)徑圖1-1的參數(shù)選擇：須依據(jù)工藝參數(shù)和產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)。通情況下，單線芯取線芯直徑加上修正值（0.10～0.20）mm；絞合線芯取線芯外徑加上修正值（0.3～0.4）mm。選擇合適。取值過(guò)大，會(huì)形成線芯的上下左右擺動(dòng)，從而造成絕緣擠出偏芯，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)倒膠現(xiàn)象存在。取值過(guò)小，會(huì)出現(xiàn)線芯刮傷拉毛，影響產(chǎn)品質(zhì)量等。同時(shí)也降低了模具使用壽命，加上線芯彎曲造成阻力，使擠出相對(duì)頓挫造成不均勻，嚴(yán)重時(shí)有竹節(jié)現(xiàn)象產(chǎn)生；對(duì)絞合線芯而言，由于節(jié)距產(chǎn)生線徑問(wèn)題，模芯內(nèi)孔過(guò)小時(shí)，易產(chǎn)生芯線拉斷等現(xiàn)象的出現(xiàn)。通常為了管理的便利化，大都取模芯孔徑值為整數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中，也廣泛采用抽取芯線真空方式來(lái)補(bǔ)償加工中的配模誤差問(wèn)題。

c.模芯1-3定徑區(qū)取值：定徑區(qū)取值大小決定了線芯穩(wěn)定性，也設(shè)計(jì)的不易過(guò)長(zhǎng)，過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)給模具加工和生產(chǎn)工藝上帶來(lái)難度，通常取值為線芯直徑的0.5～1.5倍。在實(shí)際生產(chǎn)加工過(guò)程中，擠出穿導(dǎo)體線芯是個(gè)老大難問(wèn)題，通常采用用酒精燈燒結(jié)成形，以便于線芯穿過(guò)等方式。

第二，擠壓式模套（如圖2）的尺寸設(shè)計(jì)主要應(yīng)注意的問(wèn)題：

a.模套定徑區(qū)直徑圖2-1：須依據(jù)工藝參數(shù)和產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)要根據(jù)，一般模套定徑區(qū)直徑為成品直徑加上修正值（0.05～0.20）mm，但有些塑料擠出后膨脹，因此該直徑實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)擠出材料（聚氯乙烯和聚乙烯等）的種類適當(dāng)比產(chǎn)品標(biāo)稱絕緣直徑略小或略大。

b.模套圖2-9： 模套內(nèi)錐角度，是受致于模套定徑區(qū)直徑，及模套長(zhǎng)度制約的，該角必須大于模芯外錐角5～15°，就是這個(gè)設(shè)計(jì)的角度差，保證了擠出有足夠的壓力，當(dāng)然，擠出壓力也不能太大，因?yàn)檫@樣會(huì)影響擠出流速，影響產(chǎn)量。模套錐角度也不能設(shè)計(jì)得太大。三個(gè)尺寸必須同時(shí)配合協(xié)調(diào)，相互修正，并在生產(chǎn)過(guò)程中，前后調(diào)節(jié)調(diào)模桿位置等方式來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)和完善。

c.模套圖2-3：設(shè)計(jì)模套圓形定徑尺度，一般取工藝尺寸（3～6）d為宜，取值大點(diǎn)，對(duì)成品定型有利，越長(zhǎng)阻力會(huì)隨之加大，會(huì)影響擠出流速，影響出膠量。當(dāng)工藝尺寸d較大時(shí)，取值適中為好。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，選擇模套定徑區(qū)外徑宜比計(jì)算值略小為好，這樣便于調(diào)節(jié)偏芯和絕緣厚度。

第三，擠管式模芯（如圖3）的尺寸設(shè)計(jì)最主要應(yīng)注意的問(wèn)題：

擠管式模芯的結(jié)構(gòu)尺寸，除定徑區(qū)外，其余外形尺寸與擠壓式模芯設(shè)計(jì)基本相同。

a.模芯內(nèi)徑3-1：模芯內(nèi)孔直徑，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該選用適中模芯壁厚度，材料則選擇的耐磨性強(qiáng)的合金鋼材質(zhì)。依據(jù)產(chǎn)品工藝規(guī)定線芯（纜芯）尺寸大小，及塑料材質(zhì)等要求設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)模芯內(nèi)徑的原則為：線芯尺寸較小為宜，線芯直徑+（1～2）mm；纜芯直徑+（3～8）mm，通常將模芯內(nèi)孔徑設(shè)計(jì)加工取整數(shù)為宜，

b.模芯外圓柱直徑3-2：模芯定徑區(qū)外圓柱直徑，決定了模芯定徑尺寸及其壁厚。壁厚的選擇，既要考慮模芯使用的壽命，又得參考塑料的拉伸比特性，及保證線纜絕緣或護(hù)套層的擠包松緊程度。通常的設(shè)計(jì)原則為：模芯內(nèi)徑+2（1.0～2.5）mm，即模芯嘴壁厚為1.5～2.5mm。選擇的數(shù)值不能太大，拉伸比過(guò)大，按工藝選擇的絕緣料層，在加工時(shí)拉伸強(qiáng)度過(guò)大，而后的熱延伸率會(huì)下降，影響線纜的彎曲性能，影響使用壽命。

c.外圓柱長(zhǎng)度3-4：一般設(shè)計(jì)為模芯內(nèi)徑的（1.5～3）倍，模芯內(nèi)徑值大時(shí)宜取下限值，模芯內(nèi)徑值小時(shí)宜取上限；擠護(hù)套的模芯值取下限，擠絕緣模芯值時(shí)取上限。endprint

d.擠管式模套，其結(jié)構(gòu)型式與擠壓式模套基本相同。差異之處是，其結(jié)構(gòu)尺寸中的模套直徑及長(zhǎng)度，須與其配合的擠管式模芯同步來(lái)設(shè)計(jì)。

（1）設(shè)計(jì)思想是，在增加模具的壓力的前題下，材料從機(jī)筒進(jìn)入模具后，壓力適中大，材料流速均勻穩(wěn)定，增加塑料的塑化和致密性，提高產(chǎn)品的質(zhì)量；

（2）設(shè)計(jì)時(shí)注重間模具配合，確保塑料流動(dòng)暢通，從而提高塑料塑化的程度；

（3）設(shè)計(jì)時(shí)消除模具配合中產(chǎn)生的流動(dòng)死角，使流道形成流線型，利于塑化好的塑料擠出；

第四如圖C所示，半擠管式模具，在線纜行業(yè)中被廣泛采用的另一種模具形式。

內(nèi)模有管狀承徑部分，比較短。內(nèi)模承徑的端面縮進(jìn)外?？诙嗣娴臄D出方式為半擠管式。這是擠管式和擠壓式的另一種過(guò)渡形式，通過(guò)對(duì)調(diào)模桿的前后調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了另一種方便實(shí)用擠出方式。

它吸取了擠壓式模具不易調(diào)偏芯的缺點(diǎn)，適用于擠包大規(guī)格的絞合線絕緣，和要求擠包緊力大的護(hù)套，但對(duì)柔軟性較差的線芯或纜芯呈現(xiàn)出的各種形式的彎曲，宜會(huì)產(chǎn)生偏芯等現(xiàn)象出現(xiàn)。

2 電纜絕緣、護(hù)套擠出的工藝配模

除了設(shè)計(jì)問(wèn)題，工藝配模是否合理也是重要影響環(huán)節(jié)。

工藝配模首先是看是否遵守了工藝文件所提出相關(guān)參數(shù)要求；其二，由于塑料熔融流動(dòng)特性的變化特征，在造配模具時(shí)清楚認(rèn)識(shí)到，擠出線徑并不等于模套的直徑，擠塑機(jī)出膠量和牽引的速度相關(guān)連；另一方面，冷卻水槽水冷卻后，使得塑料擠包層截面收縮，外徑尺寸減少和變化；其三，加上由于線纜離開(kāi)模具后，擠出壓力降至為零，塑料有回彈性，線纜回復(fù)而脹大等因素，再加上擠出溫度及模具尺寸和擠出壓力等相關(guān)問(wèn)題，因此電纜生產(chǎn)過(guò)程遵循工藝配模變得十分重要。

2.1 模具的選配

擠壓式模具選配主要是用線芯選配模芯，用成品（擠包后）的外徑選配模套，并根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，決定模芯和模套結(jié)構(gòu)尺寸，使之配合得當(dāng)、擠管式模具配模的主要是看擠出速的拉伸比等因素，來(lái)合理配置管式擠出模具。

2.2 模具的選配方法

（1）生產(chǎn)前測(cè)量線芯（纜芯）直徑：對(duì)絕緣線芯，扇形或瓦形導(dǎo)電線芯要測(cè)量寬度；對(duì)護(hù)套纜芯，鎧裝電纜要測(cè)量纜芯的最大直徑。

（2）在加工生產(chǎn)選鎧裝電纜時(shí)，模芯模套的選擇，要十分關(guān)注鎧裝電纜有鋼帶接頭的存在，模芯模套選擇過(guò)小，容易造成模芯刮壞鋼帶，破壞電纜的絕緣塑料層。反之，模芯模套選擇過(guò)大，絕緣護(hù)套過(guò)松，嚴(yán)重影響線纜的內(nèi)在參數(shù)和外觀質(zhì)量。

（3）選配模具要依據(jù)工藝文件為準(zhǔn)，模芯模套選配原則上要按工藝文件的配模表為準(zhǔn)，實(shí)際生產(chǎn)中，線芯或纜芯的最大直徑加放大值；模套按模芯直徑加塑料層標(biāo)稱厚度加放大值。

（4）在線纜行業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，模具的選配，一般都會(huì)在遵守工藝文件的前題下，根據(jù)在日常生產(chǎn)中所總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)選配模具，

例如：以φ50擠塑為機(jī)為例，總結(jié)出的模具選配經(jīng)驗(yàn)公式：

ⅰ.△：為塑料擠包層的厚度（mm）

ⅱ. 擠壓式模具（單線），模芯（mm）的選配原則是：導(dǎo)線直徑+（0.05～0.15）；

模套（mm）的選配原則是：導(dǎo)線直徑+2△+（0.05～0.15）

擠壓式模具（絞線），模芯（mm）的選配原則是：絞線外徑+（0.10～0.25）

模套（mm）的選配原則是：絞線外徑+2△+（0.15～0.3）

ⅲ. 擠管式模具（絕緣）模芯（mm）的選配原則是：線芯外徑+（0.1～1.5）

模套（mm）的選配原則是：模芯外徑+2△+（0.05～0.25）

ⅳ. 擠管式模具（護(hù)套）模芯（mm）的選配原則是：纜芯最大外徑+（2～6）

模套（mm）的選配原則是：模套外徑+2△+（2.0～5.0）

（5）運(yùn)用實(shí)例：

a.φ50絕緣生產(chǎn)線生產(chǎn)227IEC（01）BV-450/750V φ1.77線芯，選內(nèi)模孔為φ2.0或φ2.2，擠壓式外模選擇為φ3.6，擠管式選擇外為φ4.0-6.4之間任意值均可能，一般選φ6.0：不論配為擠壓擠管或半擠壓等。內(nèi)模內(nèi)徑可以不變，但需調(diào)整內(nèi)外模間距離，擠出質(zhì)量合格，外觀良好。

b.φ70護(hù)套生產(chǎn)線生產(chǎn)BVVB-300/500V，2芯扁平行線，2*2.5平方護(hù)套，擠出護(hù)套厚度0.9mm，采用圓形模配為擠管式，拉伸后包覆為扁型護(hù)套，內(nèi)?？讖竭x擇為0.8mm，外?？讖?1.5mm，擠出質(zhì)量合格，外觀良好。

3 探討結(jié)論

綜合前述原則，對(duì)塑料擠塑模具擠壓式、擠管式模具和半擠管式模具等的有效合理的設(shè)計(jì)，特別是如何做好合理的工藝配模，對(duì)塑料擠出質(zhì)量、偏芯度、厚度等都是有較大的指導(dǎo)意義。擠壓式模具除重視模芯模套尺寸外，還要特別重視塑料的熔融流動(dòng)性和膨脹性。擠管式或半擠管式模具除重視模芯模套配置及拉伸比外，還應(yīng)避免使用模具的隨意性（跨規(guī)格）使用模具，否則，容易造成擠出的成品松管或絕緣熱收縮等能性能指標(biāo)達(dá)不到要求的問(wèn)題存在。

我實(shí)習(xí)的工廠，通過(guò)探討塑料絕緣材料擠出擠壓式、擠管式模具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，特別是分析了工藝配模的方法，為更好地選擇擠塑工序、擠出模具提供了實(shí)踐獲得的參考數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)，從而生產(chǎn)出高品質(zhì)、工藝精美的電纜產(chǎn)品。這些探討可以為初入電纜行業(yè)的技術(shù)人員、生產(chǎn)人員提供了普遍性的借鑒。

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