工装设计和选择 - 简版

老二
楼主
2006-08-18 15:18:07
挤塑制品的生产质量除了与设备和材料有关外，很大程度上还取决与工装模具的设计。对于电缆绝缘或护套挤出工艺来说，其所用模具主要是挤塑模具，当用于特定类型生产时可能还有钢铝带纵包模等其他一些特殊工装模具。

第一节，挤塑模具设计和选配

挤塑本身质量的好坏与塑料本身的质量、挤出机性能、挤出温度、速度、挤出的冷却有关外，还与机头模具设计等多种因素有关。模具的几何形状、结构尺寸、流道设计等直接决定塑料的挤出质量。

一，挤出模具的组合类型

模芯、模套是挤塑成型模具。模芯固定在模芯座上，作用是固定和支撑线芯或缆芯，使塑料成环状，并按一定方向进入模套，通过调整模芯座螺栓以调整模芯模套的相对位置。模套借助于模套盖固定于机头上，模套的作用是使塑料通过它的内锥孔与模芯的外锥体所形成的间隙进入孔道成型。

模芯、模套的结构尺寸和几何形状选择的原则是：模芯模套之间形成的间隙应是逐渐缩小的，胶料通过间隙的速度逐渐加快，同时这一流程中，塑料不应遇到任何障碍，成流线形流动，保证塑料有足够的压力，达到挤出层紧密，表面质量良好。

挤出模具主要有挤压式、挤管式和半挤压式三种，如图4－1所示。

挤压式

半挤压式

挤管式

图4－1挤塑模具的三种形式

1，挤压式模具

挤压式模具的模芯没有管状承径部分，模芯缩在模套承径后面。熔融的塑料（以下简称料流）是靠压力通过模套实现最后定型的，挤出的塑料层结构紧密，外表平整。模芯与模套间的夹角大小决定料流压力的大小，影响塑料层质量和挤出制品的质量。模芯与模套尺寸及表面光洁度也直接决定挤出制品的几何形状尺寸和表面质量。模套孔径大小必须考虑解除压力后的塑料“膨胀”，以及冷却后的收缩等综合问题。由于压力式挤出，塑料在挤出模口处产生较大的反作用力，因此，出胶量较挤管式低得多。该模具调偏困难，尤其是当线芯和缆芯有弯曲时，容易造成塑料层偏心严重，厚薄不容易控制。产品质量对模具依赖性较大，挤塑对配模的正确性要求较高，且挤出线芯弯曲性能不好。因此，挤压式模具一般仅用于小截面线芯或要求挤包紧密，外表特别圆整的线芯，以及挤出塑料拉伸比过小者。

2，挤管式模具

模芯有管状承径部分，模芯口端面伸出模套口端面或与模套口端面持平的挤出方式，称为挤管式。挤管式挤出时由于模芯管状承径部分的存在，使塑料不是直接压在缆芯上，而是沿着管状承径部分向前移动，先形成管状，然后经拉伸再包覆在线芯或缆芯上。在电缆护套和绝缘挤出中主要采用这类模具。

挤管式模具具有以下优点：

（1） 挤出速度快。挤管式模具充分利用塑料可拉伸的特性，出胶量有模芯和模套之间的环形截面积来确定，它远远大于护套的厚度，所以线速度可根据拉伸比不同而有所提高。

（2） 生产时操作简单，偏芯调节容易。其径向厚度的均匀性只由模芯模套的同心度来决定。

（3） 配模方便。同一套模具可以利用调整拉伸比的办法，挤制不同尺寸的护套。

（4） 塑料经拉伸后发生“定向”作用，特别对结晶性高聚物，结果使塑料机械强度提高。

（5） 护套厚薄容易控制。通过调整牵引速度来调整拉伸比，从而改变护套厚度。

（6） 在某些特殊要求中可以挤包得很松，在缆芯外形成一个松包的空心管。

挤管式模具的缺点

（1） 塑料层的致密性差。因为模芯和模套之间的夹角很小，塑料在挤出时受到的压紧力较小。为了克服这一缺陷，可以在挤出中增加拉伸比，使分子排列整齐而提高塑料层的致密性。

（2） 塑料层与缆芯的结合力差。可通过抽真空或提高拉伸比的方法解决。

（3） 挤出外表不如挤压式圆整，缆芯的不均匀性都能在护套表面反映出来。

3，半挤压式模具

模芯有管状承径部分，但比较短。模芯承径的端面缩进模套口端面的挤出方式称为半挤压式，这是挤管式和挤压式的过渡形式。它吸取了挤压式和挤管式模具不易调偏芯的缺点，特别适用于挤包大规格的绞线绝缘和要求包紧力大的护套。但柔软性较差的线芯或缆芯不宜采用这种模具进行塑料层的挤包，因为当线芯或缆芯发生各种形式的弯曲时，将产生偏心。

二，模具尺寸的选用

模具的几何尺寸，模具的装配尺寸和外形尺寸以及模具的外锥角、内锥角属于设计问题，不属本次培训的内容。这里仅讨论影响护套尺寸的模具参数。

图4－2挤塑模具模芯、模套示意图

1，模芯内径选择

模芯内径就是模芯的承线孔的直径，一般稍大于缆芯外径。如果选择过大，对于挤压式模具来说，会使偏芯调整困难，还会使熔融的塑料倒流入模芯；对于挤管式模具，承线孔直径的过大会增大塑料拉伸比，影响护套外观。模芯承线孔径选择过小，会使缆芯擦伤，甚至使包带拉断，另外缆芯在模芯内受到阻力，使挤出外径不均匀，甚至出现竹节形。对于挤压式模芯的承线孔径，一般选择比缆芯外径大0.2~1.0mm；挤管式模芯承线孔径选比缆芯外径大0.5~3mm。

2，模芯外径

模芯外径尺寸决定于内径和模芯壁厚的尺寸。这个壁厚的设计既要考虑模具的寿命，又要考虑塑料的拉伸特性。壁厚太薄，模具容易损坏，壁厚太厚，使拉伸比增大，塑料表面光洁度差，甚至容易拉断料流。一般壁厚取0.8~1.5mm，具体根据模芯内径尺寸而定，大时取上限，小时取下限。

3，模芯承线长度

对挤管式模芯来说，其承线长度分为内承线和外承线，而挤压式模芯只有内承线。内承线过长，则缆芯受到的摩擦阻力大，易使缆芯擦伤，甚至拉断缆芯。内承线过短，则缆芯不稳定，调整偏芯困难。模芯的外承线长度应与模套定径长度相适宜，一般比模套定径长度长3~8mm。

4，模套内径

模套孔径是模套定径区孔的直径，它对护套外径和表面质量关系密切。在实际生产中应结合塑料的工艺性能、缆芯结构等多种因素综合考虑。挤压式模具，模套孔径选择太大，则塑料在定径区内受到的压力就小，挤出层疏松，有沙眼、脱节、毛糙等缺陷；如果选得过小，则挤出压力较大，外径不均匀，甚至出现麻花纹；一般挤压式摸套孔径等于护套外径，或比护套外径大0.2~0.5mm。对于挤管式模套孔径的选择应根据塑料的拉伸特性和配模系数来计算确定。

5，模套定径长度

模套定径长度是模套圆柱形孔的长度，它是护套的定径区，塑料在挤出时受到的阻力大则挤包层紧密、光滑，定径区长，护套外径稳定。但过长，则使塑料挤出压力增加，增加设备负荷，还会造成塑料表面不光、发毛，塑料易倒流入模芯。定径区过短则塑料受到的阻力小，流量大，挤包层不紧密，同时外径不稳定。定径长度的选择是以模套孔径为基础的，一般为模套孔径的0.5~1.5倍，但此值要小于模芯外承线长度。

6，模芯伸出模套的距离（限挤管式）

一般取0~3mm。当模芯向前伸时，则护套管内径变大，管壁厚度变薄。

7，模芯承径后部与模套定径后部之间的距离

在挤管式挤出中，要求模芯承径后部退后于模套定径后部有一定距离。如果此段距离过太短，轻则使挤出的护套管壁变薄，重则引起料流的阻力或反压力太大，造成设备负荷增大。

一般该段距离取：当护套厚度小于2mm时取2~3mm，护套厚度大于3mm时取4~6mm。

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老二
1 楼
2006-08-18 15:19:53
三，挤管模具配模系数和拉伸比

挤管式挤出可以看作在模芯模套出口处有一环状塑料层，经一定拉伸形成一个合适的空心塑料管套在缆芯上，因牵引速度大于料流挤出速度形成拉伸，料流出模口后形成一个圆锥。假定出胶量不变，根据线速度的不同圆锥锥度也不同，线速度慢，拉伸小，圆锥远离模口；线速度快，拉伸大，圆锥尖端就移向模口，在这个圆锥里，环状截面（即料流的内外径之比）是保持一定比例缩小的，由此可得出一个拉伸比的概念。

模具 电缆

图4－3挤管式挤出拉伸比示意图

拉伸比的定义：塑料离开挤出模口时圆环状截面积与冷却后所要求的护套管的圆环截面积之比，称为拉伸比。对于不同的塑料，根据其熔融状态下的粘度、流动特性、护套的厚度以及电缆结构要求等，其拉伸比也不相同。

电缆护套常用材料有PVC、PE、PU等，对于PE材料来说，其拉伸比一般取1：1.5~8；PVC为1：1.2~5，PU为1：1.5~3。

例：有一电缆缆芯外径为7.0mm，护套厚度要求为2.0mm，其配模的模芯8.0/9.5mm，模套是16.0mm。则其拉伸比为： S=S1/S2

S1=0.7854*（11.02-7.02）=56.55mm2

S2=0.7854*（16.02-9.52）= 130.18mm2

S=130.18/56.55=2.3 ；则拉伸比为1：2.3

从提高绝缘或护套挤出质量来看，希望拉伸比小一些为好。因为拉伸比大，即模套孔径大，塑料拉伸严重，护套表面粗糙无光泽；拉伸比小，表面质量好，还不会产生收缩现象。

配模的另一个计算是配模系数K，其体理论推导这里忽略，只告诉大家一个简单的计算公式，即：

模套内径 模芯外径

K= /

护套外径 缆芯外径

按上例：K=（16.0/11.0）/（9.5/7.0）=1.07

根据模具选择而计算，可以得出三种情况：

K>1 称为紧包

K=1 称为平衡拉伸

K〈1 称为松包

电缆护套挤出一般采用紧包或平衡拉伸，一般K=1.0~1.1。由配模计算公式及护套配模系数要求，就很方便地得出模套内径尺寸：

模芯外径×电缆外径

模套内径= ×K

缆芯外径

接上例：D=(（9.5*11.0）/7.0)*1.07=15.97mm

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老二
2 楼
2006-08-18 15:22:52
以上已简介了模具设计的要求和公式，下面讨论紧包过程，成型原理,以便进一步了解和熟悉配模的要求。

图4－4

在上图中。AB为模芯外径与模套之间的距离，即离开模口时料流的厚度。EF1是电缆所需的护套厚度，F1G为缆芯的半径。

假设，在挤出时选用的模套内径较大，即在图中A点移动到了A1点，而其余三项保持不变，这时K值就大于1，成为不平衡拉伸。若要继续保持K=1的平衡拉伸，由于缆芯外径和模芯外径在挤出过程中是不能改变的，只有增加护套的厚度使E点移动到E1点。也就是说，模套内径增大后，挤出电缆的外径变粗。如果用了大的模套后仍要求外径不变，即厚度保持在EF1位置，可通过提高牵引速度，使料流经一定拉伸来达到所需的外径。具体而言，料流A1B拉伸到E1F位置时，F点已经和缆芯表面接触，这时由于线速度的增加，F点随着缆芯移动到F2点，而E1点移动较慢，沿着斜线移动到了E2点。E2点和F2点不在垂直OG的同一平面上，发生层间错位，通过这个层间错位（拉伸），使护套厚度减薄，E2F2的厚度等于EF的厚度。因此，K大于1，则线缆生产速度快，塑料经一定拉伸与缆芯包得紧密，且机械强度高，同时由于紧包，使塑料层与纵包层能有较高的结合力。在一般电缆护套生产中，都有意将K设计成大于1。根据不同塑料其K的取值不同，通常K取1.05~1.2。

第二节，盘具选用

收线盘从一定程度上也影响护套质量。如当护套外径较大时，选用小筒径的收线盘，可能出现内层铠装钢带损伤护套、缆芯因弯曲变形严重等问题。另外如果生产大长度时，选用小规格线盘，会出现收线过满或收卷不下，被迫剪断缆芯。

一般要求收线盘筒径不小于护套外径的30倍。收线盘的尺寸要满足生产长度和设备允许的要求。上盘长度可通过下列公式计算：

L=π*P*N*（d2+PD）/1000

式中：P=（d1-d2-2t）/2D；

N=（0.96*L2）/D；

P——卷绕层数；

N——每层卷绕圈数；

D——缆芯外径；

d1——收线盘外径；

d2——收线盘内径；

L2——收线盘内宽；

t——盘边余量。

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十年磨剑
3 楼
2006-08-18 16:05:28

很好的经典论述。

发表点我的看法：我赞同楼主意见，工装是挤出工序重要的一环，大多时候，产品生产得不如意可以说都与模具息息相关；模具设计、选择、良好的装配会对生产效率、产品质量产生极大的影响。

拉伸比和拉伸平衡可适用于挤管和半挤管方式，最初的理论是从挤出F塑料发展来的，扩展到其他塑料也适用。

模具除挤管、挤压、半挤管外传统外，还可以增加第四类：半挤压方式；模具形式与挤压类似。

 

cuijiude
4 楼
2006-08-18 16:51:29
空格太多﹐是圖形傳不上來吧﹐可不可以用上傳的形式啊
老二
5 楼
2006-08-19 09:16:59
我也郁闷啊！格式不知道为什么就弄不好啊！？
小雨
6 楼
2006-08-19 09:50:48

经典，可惜没有图形，有图形更直观明了了。

经典帖子。

老二
7 楼
2006-08-19 11:05:20
我为什么不能帖图啊！？
cuikejf
8 楼
2006-09-08 15:21:51
顺便给我也发一个，我的邮箱是：cuikejf@hotmail.com谢谢了 ！
ccjzw
9 楼
2006-09-22 17:06:50

老二，能不能把你的这篇文章发到我信箱里，谢谢！

我的邮箱：ccjzw＠126.com

zzyygg
10 楼
2006-10-01 11:44:41

请这位同仁给我发一份

ZZYYGG00@163.com

zhengdb
11 楼
2006-10-31 10:44:01

麻烦给我一份,谢谢

zbd1983@tom.com

WONDERFUL
12 楼
2006-11-05 11:19:52
好文章,可否发一份给我?wonderful0704@126.com
stairway81
13 楼
2006-12-27 15:36:59
不错，挺有用的
cqwang1
14 楼
2006-12-31 11:33:10

很好，我非常需要，烦请发一份到　　ｃｏｎｇｑｉａｎｇ．ｗａｎｇ＠ａｎｄｒｅｗ．ｃｏｍ

ＱＱ５３２３５４１６７

明天要看到线
15 楼
2007-01-04 23:26:45

偶也想要一个: gooodcable@tom.com

谢谢

明天要看到线
16 楼
2007-01-04 23:27:46

我也想要一个: goodcable@tom.com

谢谢

yzliangqiu
17 楼
2007-01-08 12:10:46

老二，能不能把你的这篇文章发到我信箱里，谢谢！

我的邮箱：yzliangqiu＠126.com

itcat001
18 楼
2007-12-07 22:05:04

好贴，精华，长知识，有机会的话，希望老二也能为我发一份带图的，谢谢！

我的邮箱是：itcat001@126.com

taobingfa
19 楼
2007-12-08 11:38:59
老二，真是好帖，发一份给我，好？tbf@Onitl.com
pass3001
20 楼
2007-12-28 15:49:09

麻烦给我发一份，LINHAILONGSPFO@163.COM

wenxuandin
21 楼
2009-09-07 09:04:53
希望资料都以这种形式出现。
junxue
22 楼
2010-04-22 13:17:46
这个资料好,也发我一份啊.谢谢
- 本帖结束 -