电线电缆行业模具知识介绍

1、方程段11部分1电线电缆行业模具知识简介一、概述随着电缆行业发展需要、电缆产品种类的多样化以及客户对电缆 产品的特殊需求型，电缆类模具的种类及要求也逐渐增加。目前，电 缆行业涉及到的模具较多的有：拉丝、绞合模具；紧压成型模具、成 缆模具；挤出模具等。下面我们对电缆行业常用模具进行大概梳理， 并针对我们工作接触较多的模具进行解析。二、拉丝、绞合模具的种类、性能及应用2.1此类模具一般称为线模，可分圆模和型模，常用线模材料有钻石 模、硬质合金模、聚晶模等。a钻石模：钻石模也称金刚石，具有最高的硬度，耐磨，但价格较贵。 在拉丝中，一般用在拉小规格单丝，如0.40mm及以下规格。b硬质合金模：在拉伸生

2、产中，过去使用的钨钢模全为硬质合金模所代替的。因为硬质合金模拉伸模与钢模相比具有：耐磨性较好，抛光性好、对被加工金属的粘附性小，摩擦系数小，导热系数高和具有很 高的耐腐蚀性。c聚晶模：也称人造钻石，是目前最常用的模丝模，它具有耐磨性， 但也有不足之处就是生产出产品表面不光滑。d钨钢模：目前常用于铝拉，且使用寿命较短，一般用于过桥模，钨 钢模耐磨性一般、价格低廉，其强度不适合于铜拉，拉制线芯表面不 光滑。2.2模孔结构图如下（图1）221入口区和润滑区a入口区：一般有圆弧，便于拉制线材 进入工作区，不被模孔边缘所损伤；润滑液储蓄、并起到润滑拉制线材作用，在拉 伸模孔中靠 这部分来加大工作区的高一

3、般图1金属拉伸塑性变形是该区进行为模坯总高H的25%角度为60度。b工作区：是整个模孔的重要部分,的就是金属材料通过此区由尺寸的截面。此区的选择主要是高度和锥角，高度的选择原则是：a,拉制软金属线材应拉制硬金属线材为短， b，拉制小直径线材应拉制较大直径线材为短，c,湿法拉伸应干式润滑拉伸为短，d, 般为定径区d的1 1.4倍。工作锥角根据下列原 则选择：a,压缩率越小，工作锥角越小，b,拉制材料越硬，工作锥 角越小，c,拉制小直径的材料的材料为小，一般有金属及其合金拉伸 时，角度为1626°, 一般拉铜线圆锥角为1618°，拉铝线时圆锥 角为2024°。c定径区

4、：它的作用是使制品得到最终尺寸，其咼度的选择原则是: a拉制软金属材料较拉制金属材料要短，b拉制大直径材料应较拉制小 直径的炎短，c湿式拉伸较之干式润滑拉伸的为短， 一般选择h=0.5 -1.0dd出口区：出口区是拉制材料离开模孔的最后一部分，它能保护定径区不致于崩裂，出口锥角可避免金属线材被定径的出口处损伤和停 机时线倒退被括伤，一般为45°。金属的强度极限与拉伸应力之比称为拉伸的安全系数。它的制范围：1.4 2.0。三、紧压成型模具电缆行业紧压成型类模具最常见的是异型压轮，适用于多芯电缆 线芯的压制。按其用途及角度主要分：180°两芯电缆用、120°三芯 电缆

5、用、90°四芯或3+1芯电缆及3+2或4+1芯电缆用。也有将3+1 芯、3+2芯及4+1芯电缆用紧压成型模具细分为：90°、100°等。圆形线芯经异型压轮紧压后，可获得我们设计给定的形状，从而 较小电缆的外径，节省材料。压轮的设计面积S与线芯计算面积Si的关系为：S=S/k k 填充系数，等于紧压系数kiX延伸系数k2。根据 线芯截面大小，一般 70mm及以下，ki取0.84 , k2取1.03 ; 120 口吊2 2185 mm, ki 取 0.83 , k2取 1.03 ; 240 mm及以上，ki 取 0.85 , k2取 1.02。以上均为全国标线芯的经验

6、值，供大家可以参考，针对目前导体多元 化的情形，k值一定需经验证后才能知晓。影响S值的关键因素有大圆弧半径 R及扇高H。因R H值的计算公式较为烦琐，在此我就不详细说明，大家可以参考电线电缆手册第 一册P1133页相关资料。四、成缆模具此类模具（图2）的设计主要是根据 成缆模架的装配尺寸决定成缆压模的外形 尺寸，其孔径根据我们成缆缆芯的外径来 决定。注意的是，在模具的两端有圆弧过 渡，在进线端需取一个较大圆弧来保护线 芯，其主要计算方法可以采用下列方法（本方法是实践总结得出，仅供大家参考）角形计算出角度a,见图31、测出成缆绞笼的最大外径 D1,测出绞笼至压模架的距离 L,利用三2、将a角引入

7、到成缆模具中，从B点作a角线段BA与端面交于A点, 作AB垂直平分线CO作BO线与中心线垂直并相交 CO线与O点，得到 / COBa，设计时根据模架尺寸给定成缆压模的总长 Li，设计给定成 缆模定径区长度L2,出线区长度等于圆弧半径（一般 R取5或10）, 通过求三角函数关系得到我们需要的大圆弧半径 R=OB（见图4）:（L1-L2-L3）COS a =AB0.5X absin a =OB通过以上公式，可以计算得到大圆弧半径R=ob。五、挤出模具模具是产品定型的装置，是塑料挤出全过程中最后热压作用装置， 其几何形状、结构形式和尺寸，温度咼低、压力大小等直接决定电缆 加工的成败，因此任何挤塑产品

8、模具的设计、选配及其保温措施都受 到高度重视。在用塑料挤出机挤制电线电缆的绝缘层和护套层时，模 具是控制塑料挤包层厚度的关键。一般挤出模具按挤出方式可分为：挤压式、挤管式、半挤管（挤 压）式三种。其配合方式见图5:挤压式模具挤管式模具半挤管式模具图5 挤出模具类型5.1挤压式模具：模芯与模套定径区内侧有一定的距离， 利用压力实现 产品最后定型的，塑料通过挤压，直接挤包在线芯或缆芯上，挤出紧 密结实、表面平整光滑。但其易偏心，使用寿命不长，配模要求较高， 挤出线芯弯曲性能不好。适合用于小规格线芯的挤出；挤包要求紧密、外表要求圆整、均匀的线芯；以及塑料拉伸比较小者等。5.2挤管式模具：模芯有“长嘴

9、”配合时一般将模芯嘴与模套口持平, 这样就组成挤管式模具。其是利用塑料的可拉伸性，与挤压式模具相 比，具有高效率、易调偏、挤出线芯的弯曲性能好、使用寿命长、配 模互换性强等优点，但在挤出致密性、挤出质量等方面不如挤压式模 具。5.3半挤管式模具：又称半挤压式模具，模芯有“短嘴”，一般模芯模 嘴在模套定径区的1/2处。半挤管式模具与挤管式模具大体相同，只 是模嘴长度比挤管式短，模套定径区长度也比挤管式稍短，其吸取了 挤管式和挤压式的优点，改善了上面两种方式模具的缺点，适用性较 广，但线芯柔软性较差或线芯弯曲时，不宜采用此类模具挤出图6模芯尺寸5.4模具的尺寸设计挤压式模具541.1模芯（图6）1

10、）模芯外锥最大外径D:该尺寸是由 模芯座的尺寸决定的，要求严格吻合，不 得出现“前台”，也不可出现“后台”，否 则会造成存胶死角，直接影响塑料组织和 挤出表面质量。2）内锥最大外径D2:该尺寸决定于加工条件及模芯螺纹壁厚，在保 证螺纹壁厚的前提下，D2越大越好，便于穿线，也便于加工。3）连接螺纹M1:该尺寸必须与模芯座的螺纹尺寸一致， 保证螺纹连接 紧密。4）模芯孔径d仁此尺寸是影响挤出质量最大的结构尺寸，按线芯结 构特性及其几何尺寸设计。一般情况下，单线取d1二线芯直径+ （0.05 - 0.15 ） mm绞合线芯取d1=线芯外径+ （0.31.3 ） mm具体根据线芯 大小而定。5）模芯外

11、锥最小外径d2：实际上是模芯出线端口厚度的尺寸，端口厚度 =1/2 （d2-di）不能太薄，否则影响模具使用寿命；也不宜太厚， 否则塑料不能直接流到线芯上，且在结合处容易形成涡流区，引起挤 出压力的波动，挤出质量不稳定，一般壁厚控制在0.51mn为宜。6）模芯定径区长度I仁li决定了线芯通过模芯的稳定性，不能设计的 太长，否则造成加工困难，工艺要求的必要性也不大，一般取li = （0.5 1.5 ） di。但同时必须考虑加工制造的因素，太短或太长，都会引起加 工困难，在设计时需综合考虑，根据模芯总长度取一个合适的值。7） 模芯外锥角度B：这是设计给出的参考尺寸，从图6中不难看出， tg B /

12、2= （D-d2）/2* （Li-I 2），即（Li-I 2）= （D-d2）/2*tg （p /2 ） 所以，模芯外锥部分长度可以依据上述决定的尺寸确定，经计算如果 太长或太短，与机头内部结构配合不当，可回过头来修正锥角B,然 后在计算外锥长度，直至合适。设计时，一般模芯外锥角度p应不大于45°,与模套内锥角度丫的角度差应控制在310°，具体应根据机头实际结构尺寸及挤出材料的不同，选择一个合理角度。图7模套尺寸5.4.1.2 模套（图 7）1）模套最大外径D3:根据模套座（或机头内 筒直径）设计，一般小于筒径 23mm此间隙 工艺调整偏心、确保同心度的必须。2）内锥最大直

13、径D4:这是模套设计的精密尺 寸之一。其尺寸必须严格与模套座（或机头内锥） 末端内径一致，否则装配后将产生阶梯死角，这 是工艺设计不允许的。3）模套定径区直径d3 :这也是模套设计的精密尺寸之一。要根据产品外径、考虑挤出各工艺参数及塑料特性严格设计。一般d3=成品标称直径+ （0.10.3 ） mm根据材料的不同，有时则设计为d3=成品标称外径-（0.1 0.3 ） mm4）模套内锥角丫：角丫是由D4、d3及模套长度制约的，角丫同时又受到与其配套的模芯的外锥角的制约，需控制模套内锥角丫 -模芯外锥角B =3 10°。若角度差过小，保证不了挤出压力；角度差也不能 太大，太大则挤出压力过

14、大，减少挤出量，影响生产效率，可能会引 起生产时厚度不能满足我们的工艺要求。5）模套定径区长度丨3： 般取丨3二（0.51）d3为宜，定径区长些对 成型有利，但越长阻力越大，影响产量。所以当模套孔径 d3较大时， 不能取上限。6）模套压座厚度|4：按模套座深度（或机头内筒出口处深度）设计,一般要大0.5 1mm 7）模套总长L2：这是设计给出的参考尺寸，由模套内锥角丫、模套内 锥最大外径0及模套定径区长度l 3来决定。但还应考虑到，设计的 模套在装配时，模套最外端伸出机头部分的长度不宜过长，太长会影 响传热效果，导致模套口塑料的温度受到影响，从而影响挤出质量。挤管式模具挤管式模芯（图8）其结构

15、设计除定径区部分外，其余外形尺 寸与挤压式模芯基本相同，现对挤管式模芯定 径部分的尺寸设计进行说明。1）模芯定径区内径di:又叫模芯孔径。 该尺寸根据选用材料的耐磨性、半制品（线芯 或缆芯）尺寸的大小及其材质与外径规整程度等进行设计，一般设计 为：绝缘时，d 1=d 线芯+ （23） mm护套时，d 1=d线芯+ （3 7） mm 通常，在设计模具规格时，应考虑系列化，将模具尺寸调整成整数。2）模芯定径区外圆柱直径d2：从图8中，我们可以看出d2决定于d1 及其壁厚3,即d2=d1+2 5，这个壁厚的设计既要考虑到模芯的寿命，又要考虑塑料的拉伸特性及挤包紧密程度等因素，一般都设计为d2=d计2

16、 （0.51.5 ） mm即模芯壁厚为 0.51.5mm3）模芯定径区外圆柱长度1仁该尺寸依照尺寸d1考虑挤出塑料成型特性设计，一般设计为 l 1= （0.5 1） d1+ （1 2） mm4）定径区内圆柱长度 l 2：该尺寸由加工条件及半制品结构特性所决定。 无论如何I 2都必须比I 1长24mm主要是保证模芯模嘴部分的强度。5.4.2.2 挤管式模套（图 7） 挤管式模套的结构型式与挤压式模套基本相同，如图 7 所示。所不同之处是其结构尺寸中的模套定径区的直径d3及其长度丨3,必须按与其配合的挤管式模芯来设计。1）模套定径区直径d3：该尺寸按挤管式模芯模嘴外圆直径 d2、线芯或缆芯外径、挤

17、包塑料厚度等因素来设计。一般设计为d3=d2+2 8厚度+拉伸余量。挤管式模具应用理论基础是塑料的可拉伸性，我们在设计模 具时要了解塑料的拉伸特性，利用并控制它。拉伸比的定义：塑料模口的圆环面积 S与包覆于电缆的圆环面积S2之 比。（实际上，拉伸比就是面积转换）22Si= n /4 （d3 -d 2 ）22S2= n /4 （d 挤包后 -d 线芯 ）2 2 2 2拉伸比 K=S1/S2=（d32-d 22） /（d 挤包后 -d 线芯 ）一般设计时，聚氯乙烯（PVC的拉伸比取1.21.8，聚乙烯（PE及 交联聚乙烯（XLPE的拉伸比取1.32.0。则，模套定径区直径d3=d2+ （2+K8厚

18、度，K值根据绝缘和护套的不同， 适当调整。由此，可以看出，挤管式模具的适用范围较广。2）模套定径区长度 I 3：该尺寸往往根据塑料的成型特性和模芯定径区 外圆柱的长度I2而定。一般设计为l3= I 2- （16） mm同时应满足I 3= （0.51） d3 mm而且厚度小时取下限，否则，反之。5.4.3 半挤管式模具 半挤管式模具的设计与挤管式模具的设计基本是一样的，所不同 的是：模芯模嘴部分的长度没有挤管式长，且模嘴应在模套定径 区的 1/2 处；模套定径区的长度较挤管式模套的定径区稍短。其 他参数的设计与挤管式模具的设计是一样的。总之，设计模具时，除考虑材料、加工、使用寿命外，还应满足下列

19、条件：增加模具的压力，使塑料从机筒进入模具后的压力均匀 稳定增加，增加塑料的致密性；增长模具配合部分的塑料流动通道， 使流动中的塑料进一步塑化，从而提高塑料塑化的程度；消除模具 配合中产生的流动死角，防止塑料在死角中发生老化、产生老胶。 5.5模具装配尺寸的设计模具设计，可以先设计模芯再设计模套，也可以先设计模套再设 计模芯。为了较少设计验证次数，一般先设计模套再设计模芯。我们以65型挤出机机头来举例，已知机头装配尺寸，要求设计模 芯、模套。LTI经测绘，得65型挤出 机模头尺寸(见图9)。1、先设计模套，根据模 套拆装要求，其伸出模头的长度约10mm则得到模套的总长10+20=30mm2、确

20、定模套内锥最大外径二25mrp3、根据要求，确定模套 定径区直径D;4、取定径区长度=0.5D;图9经测绘65型模头5、计算模套内锥半角丫 /2二ATAN(25-D) / (2* (30-0.5D ) *180/PI(); 绘制模套的草图(见图10);6、 因采用挤压式，模芯与模套的模间距L=2S厚度；7、选模头右边平面为基准面 A,模芯口至基准面A的距离=10-2 3厚度;8、为模芯拆卸方便以及模芯强度， 选模芯伸出模头左边约10mm则可 以得到模芯总长=10+ (10-2 3厚度)+65;9、绘制模芯草图(图11);10、为便于调节偏芯，模芯螺纹长度一般取8 10mm即卩b=8mrp11、

21、根据模头尺寸结构，取d4=18mrp12、根据第8条，我们知道模芯伸出模头图10模套草图左侧 10mm 则 a+b=27+10=37mma=37-b=37-8=31mm13、为保证调偏螺钉能正面受力在模芯上，一般c取1215mm即 c=15mm14、 根据线芯大小，我们确定模芯定径区直径 d1=d线芯+（0.2 0.5 ） mm 取d1=d线芯+0.2 mm那么模芯外锥最小外径 d2=d1+0.5*2=d线芯+1.2 mm15、那么根据以上数据，我们可以得出模芯外锥部分的长度 =L-a-b-c=10+ （10-2 3 厚度）+65-31-8-15=31-2 3 厚度 mm16、根据锥角计算公式

22、，求的模芯外锥角B = ATAN（ 18- d线芯+ 1.2）/ （2* （31-2 3 厚度）*180/PI（）17、将计算出模芯的锥角B与计算的模套外锥角丫比较，看看其差值 是不是符合我们设计要求，若在设计范围内，设计成功，绘制零件图； 若有出入，再次循环以上内容，直至符合设计要求为止，但必须保证 在满足角度的前提下，还必须满足装配上的要求。图11模芯草图以上，我们是用最简单的65型挤出机模具设计来举的一个例子， 实际中比以上设计要复杂多，但万变不离其中，请大家在设计时，必 须根据机头的装配图及零件图的尺寸来合理设计。具体步骤大致如下:1、根据机头的零件图设计模套：1.1先根据给定一个角度

23、以及模套不要伸出机头太长的原则，将 模套的总长确定；1.2根据机头零件图，确定模套装配尺寸，包括模套内锥最大外径、模套外径等尺寸；1.3根据产品工艺要求，暂现确定模套孔径及定径区长度；1.4根据确定好的模套各数据，计算出模套的内锥角。2、根据机头装配图、模芯座零件图以及设计好的模套，来设计模芯:2.1首先确定挤出类型：挤压式、挤管式、半挤管式，确定好模芯 与模套的距离；2.2在机头装配图中，选择一个基准面，以基准面来计算相关长度；2.3得到模芯的长度后，根据模芯座的结构尺寸确定模芯装配尺寸；2.4根据线芯规格确定模芯孔径以及模芯外锥最小外径等尺寸；2.5根据获得的模芯的相关数据计算处模芯外锥锥角，并验证与模 套的角度差是否符合设计要求；3、根据模芯、模套的相关尺寸绘制零件图，加工使用验证。5.6下面，我们再简单介绍挤出机螺杆的压力及出胶量等方面的知 识，供大家参考：普通挤出机用等距不等深螺杆（渐变型螺杆）的出胶量计算公 式：2 2u x bx Ex h2 b x gx px Ex h2Q=h 1+h2bxnx L x（ h计 h2）3其中：Q:挤出量cm /minu :螺杆在推进方向的速度（即螺