電線電纜行業(yè)模具知識(shí)介紹（.doc

電線電纜行業(yè)模具知識(shí)簡介一、概述隨著電纜行業(yè)發(fā)展需要、電纜產(chǎn)品種類的多樣化以及客戶對(duì)電纜產(chǎn)品的特殊需求型，電纜類模具的種類及要求也逐漸增加。目前，電纜行業(yè)涉及到的模具較多的有：拉絲、絞合模具；緊壓成型模具、成纜模具；擠出模具等。下面我們對(duì)電纜行業(yè)常用模具進(jìn)行大概梳理，并針對(duì)我們工作接觸較多的模具進(jìn)行解析。二、拉絲、絞合模具的種類、性能及應(yīng)用2.1 此類模具一般稱為線模，可分圓模和型模，常用線模材料有鉆石模、硬質(zhì)合金模、聚晶模等。a鉆石模：鉆石模也稱金剛石，具有最高的硬度，耐磨，但價(jià)格較貴。在拉絲中，一般用在拉小規(guī)格單絲，如0.40mm及以下規(guī)格。b硬質(zhì)合金模：在拉伸生產(chǎn)中，過去使用的鎢鋼模全為硬質(zhì)合金模所代替的。因?yàn)橛操|(zhì)合金模拉伸模與鋼模相比具有：耐磨性較好， 拋光性好、對(duì)被加工金屬的粘附性小，摩擦系數(shù)小，導(dǎo)熱系數(shù)高和具有很高的耐腐蝕性。c 聚晶模：也稱人造鉆石，是目前最常用的模絲模，它具有耐磨性，但也有不足之處就是生產(chǎn)出產(chǎn)品表面不光滑。d 鎢鋼模：目前常用于鋁拉，且使用壽命較短，一般用于過橋模，鎢鋼模耐磨性一般、價(jià)格低廉，其強(qiáng)度不適合于銅拉，拉制線芯表面不光滑。2.2 ?？捉Y(jié)構(gòu)圖如下（圖1）2.2.1入口區(qū)和潤滑區(qū)a入口區(qū)：一般有圓弧，便于拉制線材進(jìn)入工作區(qū)，不被模孔邊緣所損傷；潤滑液儲(chǔ)蓄、并起到潤滑拉制線材作用，在拉伸?？字锌?這部分來加大工作區(qū)的高一般圖1為模坯總高H的25%，角度為60度。b工作區(qū)：是整個(gè)?？椎闹匾糠郑饘倮焖苄宰冃问窃搮^(qū)進(jìn)行的就是金屬材料 通過此區(qū)由尺寸的截面。此區(qū)的選擇主要是高度和錐角，高度的選擇原則是：a，拉制軟金屬線材應(yīng)拉制硬金屬線材為短，b，拉制小直徑線材應(yīng)拉制較大直徑線材為短，c，濕法拉伸應(yīng)干式潤滑拉伸為短，d，一般為定徑區(qū)d的11.4倍。工作錐角根據(jù)下列原則選擇：a，壓縮率越小，工作錐角越小，b，拉制材料越硬，工作錐角越小，c，拉制小直徑的材料的材料為小，一般有金屬及其合金拉伸時(shí)，角度為1626，一般拉銅線圓錐角為1618，拉鋁線時(shí)圓錐角為2024。c定徑區(qū)：它的作用是使制品得到最終尺寸，其高度的選擇原則是：a拉制軟金屬材料較拉制金屬材料要短，b 拉制大直徑材料應(yīng)較拉制小直徑的炎短，c 濕式拉伸較之干式潤滑拉伸的為短，一般選擇h=0.51.0d。d出口區(qū)：出口區(qū)是拉制材料離開模孔的最后一部分，它能保護(hù)定徑區(qū)不致于崩裂，出口錐角可避免金屬線材被定徑的出口處損傷和停機(jī)時(shí)線倒退被括傷，一般為45。金屬的強(qiáng)度極限與拉伸應(yīng)力之比稱為拉伸的安全系數(shù)。它的制范圍：1.42.0。三、緊壓成型模具電纜行業(yè)緊壓成型類模具最常見的是異型壓輪，適用于多芯電纜線芯的壓制。按其用途及角度主要分：180兩芯電纜用、120三芯電纜用、90四芯或3+1芯電纜及3+2或4+1芯電纜用。也有將3+1芯、3+2芯及4+1芯電纜用緊壓成型模具細(xì)分為：90、100等。圓形線芯經(jīng)異型壓輪緊壓后，可獲得我們設(shè)計(jì)給定的形狀，從而較小電纜的外徑，節(jié)省材料。壓輪的設(shè)計(jì)面積S與線芯計(jì)算面積S1的關(guān)系為：S=S1/k k填充系數(shù)，等于緊壓系數(shù)k1延伸系數(shù)k2。根據(jù)線芯截面大小，一般70mm2及以下，k1取0.84，k2取1.03；120 mm2185 mm2，k1取0.83，k2取1.03；240 mm2及以上，k1取0.85，k2取1.02。以上均為全國標(biāo)線芯的經(jīng)驗(yàn)值，供大家可以參考，針對(duì)目前導(dǎo)體多元化的情形，k值一定需經(jīng)驗(yàn)證后才能知曉。影響S值的關(guān)鍵因素有大圓弧半徑R及扇高H。因R、H值的計(jì)算公式較為煩瑣，在此我就不詳細(xì)說明，大家可以參考電線電纜手冊第一冊P1133頁相關(guān)資料。四、成纜模具此類模具（圖2）的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)成纜模架的裝配尺寸決定成纜壓模的外形尺寸，其孔徑根據(jù)我們成纜纜芯的外徑來決定。注意的是，在模具的兩端有圓弧過渡，在進(jìn)線端需取一個(gè)較大圓弧來保護(hù)線芯，其主要計(jì)算方法可以采用下列方法圖2（本方法是實(shí)踐總結(jié)得出，僅供大家參考）：1、測出成纜絞籠的最大外徑D1，測出絞籠至壓模架的距離L，利用三角形計(jì)算出角度，見圖3。圖4圖32、將角引入到成纜模具中，從B點(diǎn)作角線段BA與端面交于A點(diǎn)，作AB垂直平分線CO，作BO線與中心線垂直并相交CO線與O點(diǎn)，得到COB=，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)模架尺寸給定成纜壓模的總長L1，設(shè)計(jì)給定成纜模定徑區(qū)長度L2，出線區(qū)長度等于圓弧半徑（一般R1取5或10），通過求三角函數(shù)關(guān)系得到我們需要的大圓弧半徑R=OB（見圖4）： （L1-L2-L3） cos= 0.5 sin= 通過以上公式，可以計(jì)算得到大圓弧半徑R=。五、擠出模具模具是產(chǎn)品定型的裝置，是塑料擠出全過程中最后熱壓作用裝置，其幾何形狀、結(jié)構(gòu)形式和尺寸，溫度高低、壓力大小等直接決定電纜加工的成敗，因此任何擠塑產(chǎn)品模具的設(shè)計(jì)、選配及其保溫措施都受到高度重視。在用塑料擠出機(jī)擠制電線電纜的絕緣層和護(hù)套層時(shí)，模具是控制塑料擠包層厚度的關(guān)鍵。一般擠出模具按擠出方式可分為：擠壓式、擠管式、半擠管（擠壓）式三種。其配合方式見圖5：擠壓式模具 擠管式模具 半擠管式模具圖5 擠出模具類型5.1擠壓式模具：模芯與模套定徑區(qū)內(nèi)側(cè)有一定的距離，利用壓力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品最后定型的，塑料通過擠壓，直接擠包在線芯或纜芯上，擠出緊密結(jié)實(shí)、表面平整光滑。但其易偏心，使用壽命不長，配模要求較高，擠出線芯彎曲性能不好。適合用于小規(guī)格線芯的擠出；擠包要求緊密、外表要求圓整、均勻的線芯；以及塑料拉伸比較小者等。5.2擠管式模具：模芯有“長嘴”，配合時(shí)一般將模芯嘴與模套口持平，這樣就組成擠管式模具。其是利用塑料的可拉伸性，與擠壓式模具相比，具有高效率、易調(diào)偏、擠出線芯的彎曲性能好、使用壽命長、配?；Q性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但在擠出致密性、擠出質(zhì)量等方面不如擠壓式模具。5.3半擠管式模具：又稱半擠壓式模具，模芯有“短嘴”，一般模芯模嘴在模套定徑區(qū)的1/2處。半擠管式模具與擠管式模具大體相同，只是模嘴長度比擠管式短，模套定徑區(qū)長度也比擠管式稍短，其吸取了擠管式和擠壓式的優(yōu)點(diǎn)，改善了上面兩種方式模具的缺點(diǎn)，適用性較廣，但線芯柔軟性較差或線芯彎曲時(shí)，不宜采用此類模具擠出。5.4模具的尺寸設(shè)計(jì)5.4.1擠壓式模具5.4.1.1模芯（圖6）1）模芯外錐最大外徑D1：該尺寸是由模芯座的尺寸決定的，要求嚴(yán)格吻合，不得出現(xiàn)“前臺(tái)”，也不可出現(xiàn)“后臺(tái)”，否圖6 模芯尺寸則會(huì)造成存膠死角，直接影響塑料組織和擠出表面質(zhì)量。2）內(nèi)錐最大外徑D2：該尺寸決定于加工條件及模芯螺紋壁厚，在保證螺紋壁厚的前提下，D2越大越好，便于穿線，也便于加工。3）連接螺紋M1：該尺寸必須與模芯座的螺紋尺寸一致，保證螺紋連接緊密。4）模芯孔徑d1：此尺寸是影響擠出質(zhì)量最大的結(jié)構(gòu)尺寸，按線芯結(jié)構(gòu)特性及其幾何尺寸設(shè)計(jì)。一般情況下，單線取d1=線芯直徑+（0.050.15）mm；絞合線芯取d1=線芯外徑+（0.31.3）mm，具體根據(jù)線芯大小而定。5）模芯外錐最小外徑d2：實(shí)際上是模芯出線端口厚度的尺寸，端口厚度=1/2（d2-d1）不能太薄，否則影響模具使用壽命；也不宜太厚，否則塑料不能直接流到線芯上，且在結(jié)合處容易形成渦流區(qū)，引起擠出壓力的波動(dòng)，擠出質(zhì)量不穩(wěn)定，一般壁厚控制在0.51mm為宜。6）模芯定徑區(qū)長度l1：l1決定了線芯通過模芯的穩(wěn)定性，不能設(shè)計(jì)的太長，否則造成加工困難，工藝要求的必要性也不大，一般取l1=（0.51.5）d1。但同時(shí)必須考慮加工制造的因素，太短或太長，都會(huì)引起加工困難，在設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮，根據(jù)模芯總長度取一個(gè)合適的值。7）模芯外錐角度：這是設(shè)計(jì)給出的參考尺寸，從圖6中不難看出，tg/2=（D1-d2）/2*（L1-l2），即（L1-l2）=（D1-d2）/2*tg（/2）。所以，模芯外錐部分長度可以依據(jù)上述決定的尺寸確定，經(jīng)計(jì)算如果太長或太短，與機(jī)頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)配合不當(dāng)，可回過頭來修正錐角，然后在計(jì)算外錐長度，直至合適。設(shè)計(jì)時(shí)，一般模芯外錐角度應(yīng)不大于45，與模套內(nèi)錐角度的角度差應(yīng)控制在310，具體應(yīng)根據(jù)機(jī)頭實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸及擠出材料的不同，選擇一個(gè)合理角度。5.4.1.2模套（圖7）1）模套最大外徑D3：根據(jù)模套座（或機(jī)頭內(nèi)筒直徑）設(shè)計(jì)，一般小于筒徑23mm，此間隙工藝調(diào)整偏心、確保同心度的必須。2）內(nèi)錐最大直徑D4：這是模套設(shè)計(jì)的精密尺寸之一。其尺寸必須嚴(yán)格與模套座（或機(jī)頭內(nèi)錐）圖7 模套尺寸末端內(nèi)徑一致，否則裝配后將產(chǎn)生階梯死角，這是工藝設(shè)計(jì)不允許的。3）模套定徑區(qū)直徑d3：這也是模套設(shè)計(jì)的精密尺寸之一。要根據(jù)產(chǎn)品外徑、考慮擠出各工藝參數(shù)及塑料特性嚴(yán)格設(shè)計(jì)。一般d3=成品標(biāo)稱直徑+（0.10.3）mm，根據(jù)材料的不同，有時(shí)則設(shè)計(jì)為d3=成品標(biāo)稱外徑-（0.10.3）mm。4）模套內(nèi)錐角：角是由D4、d3及模套長度制約的，角同時(shí)又受到與其配套的模芯的外錐角的制約，需控制模套內(nèi)錐角-模芯外錐角=310。若角度差過小，保證不了擠出壓力；角度差也不能太大，太大則擠出壓力過大，減少擠出量，影響生產(chǎn)效率，可能會(huì)引起生產(chǎn)時(shí)厚度不能滿足我們的工藝要求。5）模套定徑區(qū)長度l3：一般取l3=（0.51）d3為宜，定徑區(qū)長些對(duì)成型有利，但越長阻力越大，影響產(chǎn)量。所以當(dāng)模套孔徑d3較大時(shí)，不能取上限。6）模套壓座厚度l4：按模套座深度（或機(jī)頭內(nèi)筒出口處深度）設(shè)計(jì)，一般要大0.51mm。7）模套總長L2：這是設(shè)計(jì)給出的參考尺寸，由模套內(nèi)錐角、模套內(nèi)錐最大外徑D4及模套定徑區(qū)長度l3來決定。但還應(yīng)考慮到，設(shè)計(jì)的模套在裝配時(shí)，模套最外端伸出機(jī)頭部分的長度不宜過長，太長會(huì)影響傳熱效果，導(dǎo)致模套口塑料的溫度受到影響，從而影響擠出質(zhì)量。5.4.2 擠管式模具5.4.2.1擠管式模芯（圖8）其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除定徑區(qū)部分外，其余外形尺寸與擠壓式模芯基本相同，現(xiàn)對(duì)擠管式模芯定徑部分的尺寸設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。圖8 模芯尺寸1）模芯定徑區(qū)內(nèi)徑d1：又叫模芯孔徑。該尺寸根據(jù)選用材料的耐磨性、半制品（線芯或纜芯）尺寸的大小及其材質(zhì)與外徑規(guī)整程度等進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般設(shè)計(jì)為：絕緣時(shí)， d1=d線芯+（23）mm；護(hù)套時(shí)， d1=d線芯+（37）mm。通常，在設(shè)計(jì)模具規(guī)格時(shí)，應(yīng)考慮系列化，將模具尺寸調(diào)整成整數(shù)。2）模芯定徑區(qū)外圓柱直徑d2：從圖8中，我們可以看出d2決定于d1及其壁厚，即d2=d1+2 ，這個(gè)壁厚的設(shè)計(jì)既要考慮到模芯的壽命，又要考慮塑料的拉伸特性及擠包緊密程度等因素，一般都設(shè)計(jì)為d2=d1+2（0.51.5）mm，即模芯壁厚為0.51.5mm。3）模芯定徑區(qū)外圓柱長度l1：該尺寸依照尺寸d1考慮擠出塑料成型特性設(shè)計(jì)，一般設(shè)計(jì)為l1=（0.51）d1+（12）mm。4）定徑區(qū)內(nèi)圓柱長度l2：該尺寸由加工條件及半制品結(jié)構(gòu)特性所決定。無論如何l2都必須比l1長24mm，主要是保證模芯模嘴部分的強(qiáng)度。5.4.2.2擠管式模套（圖7）擠管式模套的結(jié)構(gòu)型式與擠壓式模套基本相同，如圖7所示。所不同之處是其結(jié)構(gòu)尺寸中的模套定徑區(qū)的直徑d3及其長度l3，必須按與其配合的擠管式模芯來設(shè)計(jì)。1）模套定徑區(qū)直徑d3：該尺寸按擠管式模芯模嘴外圓直徑d2、線芯或纜芯外徑、擠包塑料厚度等因素來設(shè)計(jì)。一般設(shè)計(jì)為d3=d2+2厚度+拉伸余量。擠管式模具應(yīng)用理論基礎(chǔ)是塑料的可拉伸性，我們在設(shè)計(jì)模具時(shí)要了解塑料的拉伸特性，利用并控制它。拉伸比的定義：塑料?？诘膱A環(huán)面積S1與包覆于電纜的圓環(huán)面積S2之比。（實(shí)際上，拉伸比就是面積轉(zhuǎn)換）S1=/4（d32-d22）S2=/4（d擠包后2-d線芯2）拉伸比K=S1/S2=（d32-d22）/（d擠包后2-d線芯2）一般設(shè)計(jì)時(shí)，聚氯乙烯（PVC）的拉伸比取1.21.8，聚乙烯（PE）及交聯(lián)聚乙烯（XLPE）的拉伸比取1.32.0。則，模套定徑區(qū)直徑d3=d2+（2+K）厚度，K值根據(jù)絕緣和護(hù)套的不同，適當(dāng)調(diào)整。由此，可以看出，擠管式模具的適用范圍較廣。2）模套定徑區(qū)長度l3：該尺寸往往根據(jù)塑料的成型特性和模芯定徑區(qū)外圓柱的長度l2而定。一般設(shè)計(jì)為l3= l2-（16）mm，同時(shí)應(yīng)滿足l3=（0.51）d3 mm，而且厚度小時(shí)取下限，否則，反之。5.4.3半擠管式模具半擠管式模具的設(shè)計(jì)與擠管式模具的設(shè)計(jì)基本是一樣的，所不同的是：模芯模嘴部分的長度沒有擠管式長，且模嘴應(yīng)在模套定徑區(qū)的1/2處；模套定徑區(qū)的長度較擠管式模套的定徑區(qū)稍短。其他參數(shù)的設(shè)計(jì)與擠管式模具的設(shè)計(jì)是一樣的。 總之，設(shè)計(jì)模具時(shí)，除考慮材料、加工、使用壽命外，還應(yīng)滿足下列條件：增加模具的壓力，使塑料從機(jī)筒進(jìn)入模具后的壓力均勻穩(wěn)定增加，增加塑料的致密性；增長模具配合部分的塑料流動(dòng)通道，使流動(dòng)中的塑料進(jìn)一步塑化，從而提高塑料塑化的程度；消除模具配合中產(chǎn)生的流動(dòng)死角，防止塑料在死角中發(fā)生老化、產(chǎn)生老膠。 5.5模具裝配尺寸的設(shè)計(jì)模具設(shè)計(jì)，可以先設(shè)計(jì)模芯再設(shè)計(jì)模套，也可以先設(shè)計(jì)模套再設(shè)計(jì)模芯。為了較少設(shè)計(jì)驗(yàn)證次數(shù)，一般先設(shè)計(jì)模套再設(shè)計(jì)模芯。我們以65型擠出機(jī)機(jī)頭來舉例，已知機(jī)頭裝配尺寸，要求設(shè)計(jì)模芯、模套。經(jīng)測繪，得65型擠出機(jī)模頭尺寸（見圖9）。1、先設(shè)計(jì)模套，根據(jù)模套拆裝要求，其伸出模頭的長度約10mm，則得到模套的總長10+20=30mm；2、確定模套內(nèi)錐最大外徑=25mm；3、根據(jù)要求，確定模套定徑區(qū)直徑D；圖9 經(jīng)測繪65型模頭4、取定徑區(qū)長度=0.5D；5、計(jì)算模套內(nèi)錐半角/2=ATAN（25-D）/（2*（30-0.5D）*180/PI()；繪制模套的草圖（見圖10）；6、因采用擠壓式，模芯與模套的模間距L=2厚度；7、選模頭右邊平面為基準(zhǔn)面A，模芯口至基準(zhǔn)面A的距離=10-2厚度；8、為模芯拆卸方便以及模芯強(qiáng)度，選模芯伸出模頭左邊約10mm，則可以得到模芯總長=10+（10-2厚度）+65；9、繪制模芯草圖（圖11）；10、為便于調(diào)節(jié)偏芯，模芯螺紋長度一般取810mm，即b=8mm；11、根據(jù)模頭尺寸結(jié)構(gòu)，取d4=18mm；圖10 模套草圖12、根據(jù)第8條，我們知道模芯伸出模頭左側(cè)10mm，則a+b=27+10=37mm，a=37-b=37-8=31mm；13、為保證調(diào)偏螺釘能正面受力在模芯上，一般c取1215mm，即c=15mm；14、根據(jù)線芯大小，我們確定模芯定徑區(qū)直徑d1=d線芯+（0.20.5） mm，取d1=d線芯+0.2 mm，那么模芯外錐最小外徑d2=d1+0.5*2=d線芯+1.2 mm；15、那么根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我們可以得出模芯外錐部分的長度=L-a-b-c=10+（10-2厚度）+65-31-8-15=31-2厚度 mm；16、根據(jù)錐角計(jì)算公式，求的模芯外錐角= ATAN（18- d線芯+1.2）/（2*（31-2厚度）*180/PI()17、將計(jì)算出模芯的錐角與計(jì)算的模套外錐角比較，看看其差值是不是符合我們設(shè)計(jì)要求，若在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)成功，繪制零件圖；若有出入，再次循環(huán)以上內(nèi)容，直至符合設(shè)計(jì)要求為止，但必須保證在滿足角度的前提下，還必須滿足裝配上的要求。圖11 模芯草圖以上，我們是用最簡單的65型擠出機(jī)模具設(shè)計(jì)來舉的一個(gè)例子，實(shí)際中比以上設(shè)計(jì)要復(fù)雜多，但萬變不離其中，請大家在設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)機(jī)頭的裝配圖及零件圖的尺寸來合理設(shè)計(jì)。具體步驟大致如下：1、根據(jù)機(jī)頭的零件圖設(shè)計(jì)模套：1.1 先根據(jù)給定一個(gè)角度以及模套不要伸出機(jī)頭太長的原則，將模套的總長確定；1.2 根據(jù)機(jī)頭零件圖，確定模套裝配尺寸，包括模套內(nèi)錐最大外徑、模套外徑等尺寸；1.3 根據(jù)產(chǎn)品工藝要求，暫現(xiàn)確定模套孔徑及定徑區(qū)長度；1.4 根據(jù)確定好的模套各數(shù)據(jù)，計(jì)算出模套的內(nèi)錐角。2、根據(jù)機(jī)頭裝配圖、模芯座零件圖以及設(shè)計(jì)好的模套，來設(shè)計(jì)模芯：2.1 首先確定擠出類型：擠壓式、擠管式、半擠管式，確定好模芯與模套的距離；2.2 在機(jī)頭裝配圖中，選擇一個(gè)基準(zhǔn)面，以基準(zhǔn)面來計(jì)算相關(guān)長度；2.3 得到模芯的長度后，根據(jù)模芯座的結(jié)構(gòu)尺寸確定模芯裝配尺寸；2.4 根據(jù)線芯規(guī)格確定模芯孔徑以及模芯外錐最小外徑等尺寸；2.5 根據(jù)獲得的模芯的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算處模芯外錐錐角，并驗(yàn)證與模套的角度差是否符合設(shè)計(jì)要求；3、根據(jù)模芯、模套的相關(guān)尺寸繪制零件圖，加工使用驗(yàn)證。5.6 下面，我們再簡單介紹擠出機(jī)螺桿的壓力及出膠量等方面的知識(shí)，供大家參考：5.6.1普通擠出機(jī)用等距不等深螺桿（漸變型螺桿）的出膠量計(jì)算公式： ubh1h2 bgph12h22Q= - h1+h2 bL（h1+h2）其中：Q：擠出量 cm3/min u：螺桿在推進(jìn)方向的速度（即螺桿轉(zhuǎn)速）cm/mi