電纜工業設計中的擠塑模具設計、配模關鍵環節探討

李澤琳

【摘 要】國產電纜行業中電纜絕緣、護套外觀品質長期存在著工藝粗放、精度寬裕度過大，增大成本，不注重工業設計美學的老問題，與發達國家電纜產品相比，國產電纜質量并不差多少，價格卻相去甚遠。

本文作者在兩年多的兼職見習過程中，經過調研，發現問題的癥結主要是電纜絕緣、護套擠出時所涉及的擠塑模具設計和配模問題。該問題是保證線纜絕緣、護套質量表面光潔、致密等的關鍵。

本文重點論述了塑料絕緣材料擠出擠壓式、擠管式模具的設計要點，特別是分析了工藝配模的方法，為更好地選擇擠塑工序、擠出模具提供了實踐獲得的參考數據和理論基礎，從而生產出高品質、工藝精美的電纜產品，也為初入電纜行業的技術人員、生產人員提供了普遍性的借鑒。

【關鍵詞】模具；設計；工藝配模

國產電纜行業中電纜絕緣、護套外觀品質長期存在著工藝粗放、精度寬裕度過大，增大成本，不注重工業設計美學的老問題，與發達國家電纜產品相比，其內芯材料相差不大，國產電纜質量也并不差多少，但是價格卻相去甚遠。在連年的實習過程中，我帶著這種疑問和問題，進行了探索和探討。發現問題的癥結主要是國內廠家在需求高峰階段，注重規模效益，忽視精細化生產，忽視工業設計是主要問題。除那種認為電纜是埋在墻體，地道里，沒有必要多費功夫的認識障礙之外，具體到工業生產環節，電纜絕緣、護套擠出時所涉及的擠塑模具設計和配模問題也是很值得探討的關鍵所在。

1 電纜絕緣、護套擠出的擠塑模具設計和配模的探討要點

1.1 模具材質的選擇

在生產活動中模具設計，首先是模具材質的選擇。

第一是耐熱、耐磨、耐蝕性要好；

第二是易切削加工和材質不生銹等；

第三用來做模具（模芯、模套）的材料主要有：碳素結構合金鋼（45鋼應用最廣泛）；

征對擠管式模芯的結構特點，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 模具設計的尺寸要求

第一，擠壓式模芯（如圖1）的尺寸設計最主要應注意的問題：

a.如圖1-9，對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，對塑料層結構有益。當然也可以通過調節機頭的調模桿來解決擠出壓力等問題。例如加工絕緣材料的熔融流動較差的氟46材料等。設計時也必須結合模芯模套配合，角度過小擠出壓力不夠，擠出來的膠料密度小。角度的大小往往根據機頭內部結果特點決定。

b.模芯內徑圖1-1的參數選擇：須依據工藝參數和產品規格型號來設計。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。取值過大，會形成線芯的上下左右擺動，從而造成絕緣擠出偏芯，情況嚴重時會出現倒膠現象存在。取值過小，會出現線芯刮傷拉毛，影響產品質量等。同時也降低了模具使用壽命，加上線芯彎曲造成阻力，使擠出相對頓挫造成不均勻，嚴重時有竹節現象產生；對絞合線芯而言，由于節距產生線徑問題，模芯內孔過小時，易產生芯線拉斷等現象的出現。通常為了管理的便利化，大都取模芯孔徑值為整數。在實際生產活動中，也廣泛采用抽取芯線真空方式來補償加工中的配模誤差問題。

c.模芯1-3定徑區取值：定徑區取值大小決定了線芯穩定性，也設計的不易過長，過長，則會給模具加工和生產工藝上帶來難度，通常取值為線芯直徑的0.5～1.5倍。在實際生產加工過程中，擠出穿導體線芯是個老大難問題，通常采用用酒精燈燒結成形，以便于線芯穿過等方式。

第二，擠壓式模套（如圖2）的尺寸設計主要應注意的問題：

a.模套定徑區直徑圖2-1：須依據工藝參數和產品規格型號來設計要根據，一般模套定徑區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，因此該直徑實際設計時應根據擠出材料（聚氯乙烯和聚乙烯等）的種類適當比產品標稱絕緣直徑略小或略大。

b.模套圖2-9： 模套內錐角度，是受致于模套定徑區直徑，及模套長度制約的，該角必須大于模芯外錐角5～15°，就是這個設計的角度差，保證了擠出有足夠的壓力，當然，擠出壓力也不能太大，因為這樣會影響擠出流速，影響產量。模套錐角度也不能設計得太大。三個尺寸必須同時配合協調，相互修正，并在生產過程中，前后調節調模桿位置等方式來進行調節和完善。

c.模套圖2-3：設計模套圓形定徑尺度，一般取工藝尺寸（3～6）d為宜，取值大點，對成品定型有利，越長阻力會隨之加大，會影響擠出流速，影響出膠量。當工藝尺寸d較大時，取值適中為好。在實際生產過程中，選擇模套定徑區外徑宜比計算值略小為好，這樣便于調節偏芯和絕緣厚度。

第三，擠管式模芯（如圖3）的尺寸設計最主要應注意的問題：

擠管式模芯的結構尺寸，除定徑區外，其余外形尺寸與擠壓式模芯設計基本相同。

a.模芯內徑3-1：模芯內孔直徑，設計時應該選用適中模芯壁厚度，材料則選擇的耐磨性強的合金鋼材質。依據產品工藝規定線芯（纜芯）尺寸大小，及塑料材質等要求設計。設計模芯內徑的原則為：線芯尺寸較小為宜，線芯直徑+（1～2）mm；纜芯直徑+（3～8）mm，通常將模芯內孔徑設計加工取整數為宜，

b.模芯外圓柱直徑3-2：模芯定徑區外圓柱直徑，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套層的擠包松緊程度。通常的設計原則為：模芯內徑+2（1.0～2.5）mm，即模芯嘴壁厚為1.5～2.5mm。選擇的數值不能太大，拉伸比過大，按工藝選擇的絕緣料層，在加工時拉伸強度過大，而后的熱延伸率會下降，影響線纜的彎曲性能，影響使用壽命。

c.外圓柱長度3-4：一般設計為模芯內徑的（1.5～3）倍，模芯內徑值大時宜取下限值，模芯內徑值小時宜取上限；擠護套的模芯值取下限，擠絕緣模芯值時取上限。endprint

d.擠管式模套，其結構型式與擠壓式模套基本相同。差異之處是，其結構尺寸中的模套直徑及長度，須與其配合的擠管式模芯同步來設計。

（1）設計思想是，在增加模具的壓力的前題下，材料從機筒進入模具后，壓力適中大，材料流速均勻穩定，增加塑料的塑化和致密性，提高產品的質量；

（2）設計時注重間模具配合，確保塑料流動暢通，從而提高塑料塑化的程度；

（3）設計時消除模具配合中產生的流動死角，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，在線纜行業中被廣泛采用的另一種模具形式。

內模有管狀承徑部分，比較短。內模承徑的端面縮進外?？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渡形式，通過對調模桿的前后調節，實現了另一種方便實用擠出方式。

它吸取了擠壓式模具不易調偏芯的缺點，適用于擠包大規格的絞合線絕緣，和要求擠包緊力大的護套，但對柔軟性較差的線芯或纜芯呈現出的各種形式的彎曲，宜會產生偏芯等現象出現。

2 電纜絕緣、護套擠出的工藝配模

除了設計問題，工藝配模是否合理也是重要影響環節。

工藝配模首先是看是否遵守了工藝文件所提出相關參數要求；其二，由于塑料熔融流動特性的變化特征，在造配模具時清楚認識到，擠出線徑并不等于模套的直徑，擠塑機出膠量和牽引的速度相關連；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，加上由于線纜離開模具后，擠出壓力降至為零，塑料有回彈性，線纜回復而脹大等因素，再加上擠出溫度及模具尺寸和擠出壓力等相關問題，因此電纜生產過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，并根據生產工藝要求，決定模芯和模套結構尺寸，使之配合得當、擠管式模具配模的主要是看擠出速的拉伸比等因素，來合理配置管式擠出模具。

2.2 模具的選配方法

（1）生產前測量線芯（纜芯）直徑：對絕緣線芯，扇形或瓦形導電線芯要測量寬度；對護套纜芯，鎧裝電纜要測量纜芯的最大直徑。

（2）在加工生產選鎧裝電纜時，模芯模套的選擇，要十分關注鎧裝電纜有鋼帶接頭的存在，模芯模套選擇過小，容易造成模芯刮壞鋼帶，破壞電纜的絕緣塑料層。反之，模芯模套選擇過大，絕緣護套過松，嚴重影響線纜的內在參數和外觀質量。

（3）選配模具要依據工藝文件為準，模芯模套選配原則上要按工藝文件的配模表為準，實際生產中，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稱厚度加放大值。

（4）在線纜行業的實際生產過程中，模具的選配，一般都會在遵守工藝文件的前題下，根據在日常生產中所總結出一些經驗公式來選配模具，

例如：以φ50擠塑為機為例，總結出的模具選配經驗公式：

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：導線直徑+（0.05～0.15）；

模套（mm）的選配原則是：導線直徑+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）運用實例：

a.φ50絕緣生產線生產227IEC（01）BV-450/750V φ1.77線芯，選內模孔為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。內模內徑可以不變，但需調整內外模間距離，擠出質量合格，外觀良好。

b.φ70護套生產線生產BVVB-300/500V，2芯扁平行線，2*2.5平方護套，擠出護套厚度0.9mm，采用圓形模配為擠管式，拉伸后包覆為扁型護套，內模孔徑選擇為0.8mm，外?？讖?1.5mm，擠出質量合格，外觀良好。

3 探討結論

綜合前述原則，對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計，特別是如何做好合理的工藝配模，對塑料擠出質量、偏芯度、厚度等都是有較大的指導意義。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，還應避免使用模具的隨意性（跨規格）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達不到要求的問題存在。

我實習的工廠，通過探討塑料絕緣材料擠出擠壓式、擠管式模具的設計要點，特別是分析了工藝配模的方法，為更好地選擇擠塑工序、擠出模具提供了實踐獲得的參考數據和理論基礎，從而生產出高品質、工藝精美的電纜產品。這些探討可以為初入電纜行業的技術人員、生產人員提供了普遍性的借鑒。

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