电缆工业设计中的挤塑模具设计、配模关键环节探讨

【摘 要】国产电缆行业中电缆绝缘、护套外观品质长期存在着工艺粗放、精度宽裕度过大，增大成本，不注重工业设计美学的老问题，与发达国家电缆产品相比，国产电缆质量并不差多少，价格却相去甚远。

本文作者在两年多的兼职见习过程中，经过调研，发现问题的症结主要是电缆绝缘、护套挤出时所涉及的挤塑模具设计和配模问题。该问题是保证线缆绝缘、护套质量表面光洁、致密等的关键。

本文重點论述了塑料绝缘材料挤出挤压式、挤管式模具的设计要点，特别是分析了工艺配模的方法，为更好地选择挤塑工序、挤出模具提供了实践获得的参考数据和理论基础，从而生产出高品质、工艺精美的电缆产品，也为初入电缆行业的技术人员、生产人员提供了普遍性的借鉴。

【关键词】模具；设计；工艺配模

国产电缆行业中电缆绝缘、护套外观品质长期存在着工艺粗放、精度宽裕度过大，增大成本，不注重工业设计美学的老问题，与发达国家电缆产品相比，其内芯材料相差不大，国产电缆质量也并不差多少，但是价格却相去甚远。在连年的实习过程中，我带着这种疑问和问题，进行了探索和探讨。发现问题的症结主要是国内厂家在需求高峰阶段，注重规模效益，忽视精细化生产，忽视工业设计是主要问题。除那种认为电缆是埋在墙体，地道里，没有必要多费功夫的认识障碍之外，具体到工业生产环节，电缆绝缘、护套挤出时所涉及的挤塑模具设计和配模问题也是很值得探讨的关键所在。

1 电缆绝缘、护套挤出的挤塑模具设计和配模的探讨要点

1.1 模具材质的选择

在生产活动中模具设计，首先是模具材质的选择。

第一是耐热、耐磨、耐蚀性要好；

第二是易切削加工和材质不生锈等；

第三用来做模具（模芯、模套）的材料主要有：碳素结构合金钢（45钢应用最广泛）；

征对挤管式模芯的结构特点，其管状部分耐磨性要求较高，尤其是用于绝缘挤出的模芯，多选用耐磨的聚晶合金钢加工而成。

1.2 模具设计的尺寸要求

第一，挤压式模芯（如图1）的尺寸设计最主要应注意的问题：

a.如图1-9，对模芯外形锥角的确立，外锥角控制在45°以下，锥角度小，材料流道越平滑，突变小，对塑料层结构有益。当然也可以通过调节机头的调模杆来解决挤出压力等问题。例如加工绝缘材料的熔融流动较差的氟46材料等。设计时也必须结合模芯模套配合，角度过小挤出压力不够，挤出来的胶料密度小。角度的大小往往根据机头内部结果特点决定。

b.模芯内径图1-1的参数选择：须依据工艺参数和产品规格型号来设计。通情况下，单线芯取线芯直径加上修正值（0.10～0.20）mm；绞合线芯取线芯外径加上修正值（0.3～0.4）mm。选择合适。取值过大，会形成线芯的上下左右摆动，从而造成绝缘挤出偏芯，情况严重时会出现倒胶现象存在。取值过小，会出现线芯刮伤拉毛，影响产品质量等。同时也降低了模具使用寿命，加上线芯弯曲造成阻力，使挤出相对顿挫造成不均匀，严重时有竹节现象产生；对绞合线芯而言，由于节距产生线径问题，模芯内孔过小时，易产生芯线拉断等现象的出现。通常为了管理的便利化，大都取模芯孔径值为整数。在实际生产活动中，也广泛采用抽取芯线真空方式来补偿加工中的配模误差问题。

c.模芯1-3定径区取值：定径区取值大小决定了线芯稳定性，也设计的不易过长，过长，则会给模具加工和生产工艺上带来难度，通常取值为线芯直径的0.5～1.5倍。在实际生产加工过程中，挤出穿导体线芯是个老大难问题，通常采用用酒精灯烧结成形，以便于线芯穿过等方式。

第二，挤压式模套（如图2）的尺寸设计主要应注意的问题：

a.模套定径区直径图2-1：须依据工艺参数和产品规格型号来设计要根据，一般模套定径区直径为成品直径加上修正值（0.05～0.20）mm，但有些塑料挤出后膨胀，因此该直径实际设计时应根据挤出材料（聚氯乙烯和聚乙烯等）的种类适当比产品标称绝缘直径略小或略大。

b.模套图2-9： 模套内锥角度，是受致于模套定径区直径，及模套长度制约的，该角必须大于模芯外锥角5～15°，就是这个设计的角度差，保证了挤出有足够的压力，当然，挤出压力也不能太大，因为这样会影响挤出流速，影响产量。模套锥角度也不能设计得太大。三个尺寸必须同时配合协调，相互修正，并在生产过程中，前后调节调模杆位置等方式来进行调节和完善。

c.模套图2-3：设计模套圆形定径尺度，一般取工艺尺寸（3～6）d为宜，取值大点，对成品定型有利，越长阻力会随之加大，会影响挤出流速，影响出胶量。当工艺尺寸d较大时，取值适中为好。在实际生产过程中，选择模套定径区外径宜比计算值略小为好，这样便于调节偏芯和绝缘厚度。

第三，挤管式模芯（如图3）的尺寸设计最主要应注意的问题：

挤管式模芯的结构尺寸，除定径区外，其余外形尺寸与挤压式模芯设计基本相同。

a.模芯内径3-1：模芯内孔直径，设计时应该选用适中模芯壁厚度，材料则选择的耐磨性强的合金钢材质。依据产品工艺规定线芯（缆芯）尺寸大小，及塑料材质等要求设计。设计模芯内径的原则为：线芯尺寸较小为宜，线芯直径+（1～2）mm；缆芯直径+（3～8）mm，通常将模芯内孔径设计加工取整数为宜，

b.模芯外圆柱直径3-2：模芯定径区外圆柱直径，决定了模芯定径尺寸及其壁厚。壁厚的选择，既要考虑模芯使用的寿命，又得参考塑料的拉伸比特性，及保证线缆绝缘或护套层的挤包松紧程度。通常的设计原则为：模芯内径+2（1.0～2.5）mm，即模芯嘴壁厚为1.5～2.5mm。选择的数值不能太大，拉伸比过大，按工艺选择的绝缘料层，在加工时拉伸强度过大，而后的热延伸率会下降，影响线缆的弯曲性能，影响使用寿命。

c.外圆柱长度3-4：一般设计为模芯内径的（1.5～3）倍，模芯内径值大时宜取下限值，模芯内径值小时宜取上限；挤护套的模芯值取下限，挤绝缘模芯值时取上限。

d.挤管式模套，其结构型式与挤压式模套基本相同。差异之处是，其结构尺寸中的模套直径及长度，须与其配合的挤管式模芯同步来设计。

（1）设计思想是，在增加模具的压力的前题下，材料从机筒进入模具后，压力适中大，材料流速均匀稳定，增加塑料的塑化和致密性，提高产品的质量；

（2）设计时注重间模具配合，确保塑料流动畅通，从而提高塑料塑化的程度；

（3）设计时消除模具配合中产生的流动死角，使流道形成流线型，利于塑化好的塑料挤出；

第四如图C所示，半挤管式模具，在线缆行业中被广泛采用的另一种模具形式。

内模有管状承径部分，比较短。内模承径的端面缩进外模口端面的挤出方式为半挤管式。这是挤管式和挤压式的另一种过渡形式，通过对调模杆的前后调节，实现了另一种方便实用挤出方式。

它吸取了挤压式模具不易调偏芯的缺点，适用于挤包大规格的绞合线绝缘，和要求挤包紧力大的护套，但对柔软性较差的线芯或缆芯呈现出的各种形式的弯曲，宜会产生偏芯等现象出现。

2 电缆绝缘、护套挤出的工艺配模

除了设计问题，工艺配模是否合理也是重要影响环节。

工艺配模首先是看是否遵守了工艺文件所提出相关参数要求；其二，由于塑料熔融流动特性的变化特征，在造配模具时清楚认识到，挤出线径并不等于模套的直径，挤塑机出胶量和牵引的速度相关连；另一方面，冷却水槽水冷却后，使得塑料挤包层截面收缩，外径尺寸减少和变化；其三，加上由于线缆离开模具后，挤出压力降至为零，塑料有回弹性，线缆回复而胀大等因素，再加上挤出温度及模具尺寸和挤出压力等相关问题，因此电缆生产过程遵循工艺配模变得十分重要。

2.1 模具的选配

挤压式模具选配主要是用线芯选配模芯，用成品（挤包后）的外径选配模套，并根据生产工艺要求，决定模芯和模套结构尺寸，使之配合得当、挤管式模具配模的主要是看挤出速的拉伸比等因素，来合理配置管式挤出模具。

2.2 模具的选配方法

（1）生产前测量线芯（缆芯）直径：对绝缘线芯，扇形或瓦形导电线芯要测量宽度；对护套缆芯，铠装电缆要测量缆芯的最大直径。

（2）在加工生产选铠装电缆时，模芯模套的选择，要十分关注铠装电缆有钢带接头的存在，模芯模套选择过小，容易造成模芯刮坏钢带，破坏电缆的绝缘塑料层。反之，模芯模套选择过大，绝缘护套过松，严重影响线缆的内在参数和外观质量。

（3）选配模具要依据工艺文件为准，模芯模套选配原则上要按工艺文件的配模表为准，实际生产中，线芯或缆芯的最大直径加放大值；模套按模芯直径加塑料层标称厚度加放大值。

（4）在线缆行业的实际生产过程中，模具的选配，一般都会在遵守工艺文件的前题下，根据在日常生产中所总结出一些经验公式来选配模具，

例如：以φ50挤塑为机为例，总结出的模具选配经验公式：

ⅰ.△：为塑料挤包层的厚度（mm）

ⅱ. 挤压式模具（单线），模芯（mm）的选配原则是：导线直径+（0.05～0.15）；

模套（mm）的选配原则是：导线直径+2△+（0.05～0.15）

挤压式模具（绞线），模芯（mm）的选配原则是：绞线外径+（0.10～0.25）

模套（mm）的选配原则是：绞线外径+2△+（0.15～0.3）

ⅲ. 挤管式模具（绝缘）模芯（mm）的选配原则是：线芯外径+（0.1～1.5）

模套（mm）的选配原则是：模芯外径+2△+（0.05～0.25）

ⅳ. 挤管式模具（护套）模芯（mm）的选配原则是：缆芯最大外径+（2～6）

模套（mm）的选配原则是：模套外径+2△+（2.0～5.0）

（5）运用实例：

a.φ50绝缘生产线生产227IEC（01）BV-450/750V φ1.77线芯，选内模孔为φ2.0或φ2.2，挤压式外模选择为φ3.6，挤管式选择外为φ4.0-6.4之间任意值均可能，一般选φ6.0：不论配为挤压挤管或半挤压等。内模内径可以不变，但需调整内外模间距离，挤出质量合格，外观良好。

b.φ70护套生产线生产BVVB-300/500V，2芯扁平行线，2*2.5平方护套，挤出护套厚度0.9mm，采用圆形模配为挤管式，拉伸后包覆为扁型护套，内模孔径选择为0.8mm，外模孔径11.5mm，挤出质量合格，外观良好。

3 探讨结论

综合前述原则，对塑料挤塑模具挤压式、挤管式模具和半挤管式模具等的有效合理的设计，特别是如何做好合理的工艺配模，对塑料挤出质量、偏芯度、厚度等都是有较大的指导意义。挤压式模具除重视模芯模套尺寸外，还要特别重视塑料的熔融流动性和膨胀性。挤管式或半挤管式模具除重视模芯模套配置及拉伸比外，还应避免使用模具的随意性（跨规格）使用模具，否则，容易造成挤出的成品松管或绝缘热收缩等能性能指标达不到要求的问题存在。

我实习的工厂，通过探讨塑料绝缘材料挤出挤压式、挤管式模具的设计要点，特别是分析了工艺配模的方法，为更好地选择挤塑工序、挤出模具提供了实践获得的参考数据和理论基础，从而生产出高品质、工艺精美的电缆产品。这些探讨可以为初入电缆行业的技术人员、生产人员提供了普遍性的借鉴。

【参考文献】

[1]黄振阳，等.再次编写油印版《电缆工艺原理》哈尔滨电工学院（教材），1985.07.

[2]洪永華编著.《塑料电线挤出模具设计》（书）光电线缆行业协会电子线缆科技情报网.

[3]沈阳电缆厂编写.《电线电缆制造》（第一册）（书）1986.

[4]上海电缆厂编写.《电线电缆工艺学》（书）1986.12.

[5]赵翠琴主编将佩南主审.机械工业出版社，《交联工艺学》（书）1987.03.

[6]作者未知.电缆资料集《10KV架空绝缘电缆挤管式模具的设计》（论文）2006.

[7]《塑料绝缘电线电缆》哈尔滨电工学院（讲义）1985.12，油印版.

[8]郑玉东主编.机械工业出版社.《通信电缆》（书）1982.12.

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