模具设计要点

 

　　1.模具设计要点(1)模具材料的选择：模具型芯材料的选择以资源、成本、使用寿命为基本原则，具有良好的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性，易切削、易焊接、不生锈。制作模具所用的材料(模芯、模套)主要有：碳素结构钢(使用最广泛的是45钢)；合金结构钢(如12CrMo、38CrMoAl等。合金工具钢等。至于挤压模芯的结构特点，其长水口定径区为薄壁圆管，一般不易热处理，耐磨性要求严格，尤其是绝缘挤压模芯，多采用耐磨合金钢(如30CrMoAl)。可以降低模套材料的耐磨要求，但必须提高加工精度。模套常采用45钢，内表面镀铬抛光至7。2)挤压模芯(无喷嘴)的结构尺寸如下：1-D  2-D  3-L  4-L  5-D  6-M  7-B  8-D  9-10-材料确定后，各部分尺寸要设计得当，要有工艺的合理性和加工的可能性。需要注意的要点如下：1)外锥角：根据结构和挤出聚乙烯等结晶聚合物时，避免突变引起的预留内应力尤为重要。只有充分重视，才能有效提高产品的抗裂性。角度往往是根据鼻子的内部结果来确定的。

 

　　2)模芯外锥的最大直径d:这个尺寸是由模芯座(或模芯座)的尺寸决定的，要求严格一致，不能有“前景”或“背景”，否则会造成储胶死角，直接影响塑料层的结构和表面质量。3)内锥最大直径d:这个尺寸主要由工艺条件和芯柱壁厚决定。在保证螺纹强度和壁厚的前提下，d越大越好，便于攻丝。4)模芯孔径D:这是对挤压质量影响最大的结构尺寸，根据线芯的结构特点和尺寸设计。一般情况下，单线d=芯径(0.05 ~ 0.15)mm；D=绞合线芯外径(0.1 ~ 0.25) mm，不要太大也不要太小。由于过大，会形成线芯的摆动，导致挤压芯偏差，进而发生倒胶，不仅损害挤压涂层质量，还可能造成断丝。太小，容易划伤线芯，降低模具寿命；对于绞线，断丝的主要原因是线径不均匀，模孔D太小。通常由于加工方便，模芯孔径尺寸系列化，模芯孔径D取整数。5)模芯外锥的最小直径d实际上是决定模芯出口厚度的尺寸，出口厚度=1/2 (d-d)不宜过薄，否则会影响使用寿命；不宜过厚，否则塑料熔体通道会突然改变，形成涡流区，导致挤出压力波动，容易形成死角，影响塑料层质量。模芯出口的壁厚一般应控制在0.5 ~ 1毫米。

 

　　6)模芯定径区长度l: l决定线芯通过模芯的稳定性，但不能设计太长，否则会造成加工困难，工艺必要性不大。一般l=(0.5 ~ 1.5) d，当模芯孔径d较大时选择下限，反之亦然。7)芯锥长度l:这往往是设计给出的参考尺寸。从上图不难看出，Tg ∕2=(D-D) ∕2 L，即L=(D-D) ∕2 (Tg ∕2)]。所以l可以根据上面确定的大小来确定，l的长度可以通过计算来确定。如果太长或太短，与机头内部结构不匹配，可以反过来修正锥角，然后计算l，直到合适为止。3)挤压模套结构尺寸如下：1-D  2-D' 3-L  4-A  5-B  6-L  7-D  8-D' 9- 1)模套压座外径D:根据模套座(或模头结构内径)设计，一般比缸径内孔小0.5 ~ 1.5 mm，这个间隙是工艺调整，如果间隙太大就不行了，因为会影响模套的稳定性，甚至会造成挤压时的自偏转。2)内锥的最大直径D’这是模套设计的精确尺寸之一。其尺寸必须与模套座端部内径(或机头内锥)严格一致，否则在装配模套后会产生台阶的死角，这是工艺所不允许的。3)模套定径区直径d:这是模套设计的精确尺寸之一。应根据产品直径、挤出工艺参数和挤出塑料特性进行严格设计。

 

　　一般d=成品公称直径(0.05 ~ 0.15)mm  4)模套内锥角：受D、D和模套长度的限制，角也受配套模芯外锥角的限制。角度必须比模芯的外锥角大3 ~ 10。没有这个角度差，挤出压力就不能保证，当然挤出压力也不能太大，因为这样会影响挤出产量，所以角度差不能太大。角度和DD一样，不能根据基准尺寸设计，所以三个尺寸必须同时精确计算，互相修正，加工时根据尺寸l和l调整。5)模套定型区长度L: L=(1 ~ 3) d一般合适，长度越长有利于定型，但越长阻力越大，影响产量。因此，当d较大时，不能取上限。6)模套压座B厚度：根据模套座深度(或机头内筒出口处深度)设计，一般大0.3 ~ 0.5 mm。7)模套外径d:根据模套压盖内孔的设计，一般比压盖内孔小2 ~ 3 mm，但不宜过小，否则过大的间隙会造成散热不均匀。8)模套总长度L:这是设计给定的参考尺寸，由B和可调长度A确定.(4)挤压模芯(长水口)的结构尺寸如下图：1-D  2-D' 3- 4-L  5-L' 6-L  7-D  8-M  9-D  '长水口挤压模芯的结构尺寸除定径区外，与挤压模芯设计基本相同。现在，挤压模芯的定径部分设计完毕。1)模芯定径区内径d:也称模具芯孔径。

 

　　该尺寸根据选用材料的耐磨性、半制品尺寸大小及其材质与外径规整程度等设计，一般设计为d＝d ＋（0.5～2）mm或d＝d ＋（3～6）mm，主要因为线芯尺寸较小且规则，而缆芯较大且外径尺寸不规则的缘故。为了模具系列化，通常将模芯孔径加工成整数尺寸。2）模芯定径区外圆柱（长嘴）直径d′：从上图可看出d′决定于尺寸d及其壁厚δ，即d′＝d＋2δ。壁厚的设计既要考虑模芯的寿命，又要考虑塑料的拉伸特性及电线电缆塑料层的挤包紧密程度，一般设计为d′＝d＋2（0.5～1.5）mm，即模芯嘴壁厚为0.5～1.5mm。这个数值不能太大，否则拉伸比就大，塑料层拉伸后强度提高，而延伸率下降，影响电线电缆的弯曲性能；但也不能太小，太小因过薄使其使用寿命降低。3）定径区外圆柱（模芯嘴）长度l：该尺寸依据尺寸d考虑挤出塑料成型特性设计，一般设计为l＝（0.5～2）d，d值大取下限，d值小取上限，用于挤护套的模芯取下限，挤绝缘时取上限。4）定径区内圆柱（承线）长度l′：该尺寸由加工条件，半制品结构特性决定。无论如何l′必须比l长度大2～4mm，这是确保模芯强度的必需，所以l′实际是参考l决定的。（5）挤管式模套的结构型式与挤压式模套基本相同。所不同之处是其结构尺寸中的模套定径区的直径及其长度，必须按与其配合的挤管式模芯来设计。

 

　　1）模套定径区直径d ：该尺寸按挤管式模芯嘴外圆直径d′、线芯或缆芯外径、挤包绝缘或护套厚度等设计。一般设计为d ＝d′＋2倍挤包厚度，并视绝缘（护套）厚度、产品结构要求及塑料的拉伸特性而定。2）模套定径区长度l ：该尺寸往往根据塑料的成型特性和模芯定径区外圆柱（模芯嘴）的长度l 而定，一般设计为l ＝l －（1～6）mm，而且挤包绝缘（护套）厚度小时取下限（即减去值取上限）；否则，反之。总之设计模具时，除考虑材料、加工、使用寿命外，还应满足下列条件：1）增加模具的压力，使塑料从机筒进入模具后，压力增大且均匀稳定，从而增加塑料的塑化和致密性，提高产品的质量；2）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；3）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；4）抽真空挤塑的模具，模芯的承线径一般应在20～40mm，模套的承线径一般在15～30mm。二、工艺配模配模是否合理，直接影响挤塑的质量和产量，故配模是重要操作技能之一。由于塑料熔体离模后的变化，使得挤出线径并不等于模套的孔径，一方面由于牵引、冷却使制品挤包层截面收缩，外径减少；另一方面又由于离模后压力降至零，塑料弹性回复而胀大，离模后塑料层的形状尺寸的变化与物料性质、挤出温度及模具尺寸和挤出压力有关。

 

　　模具的具体尺寸是由制品的规格和挤塑工艺参数决定的，选配好适当的模具，是生产高质量、低消耗产品的关键。

 

　　1.模具的选配依据挤压式模具选配主要是依线芯选配模芯，依成品（挤包后）的外径选配模套，并根据塑料工艺特性，决定模芯和模套角度及角度差、定径区（即承线径）长度等模具的结构尺寸，使之配合得当、挤管式模具配模的依据主要是挤出速俩的拉伸比，所谓拉伸比就是塑料在模口处的圆环面积与包覆与电线电缆上的圆环面积之比，即模芯模套所形成的间隙截面积与制品标称厚度截面积之比值，拉伸比：K＝（D －D ）（d －d ）其中D ――为模套孔径（mm）；     D ――为模芯出口处外径（mm）；     d ――为挤包后制品外径（mm）；     d ――为挤包前制品直径（mm）。不同塑料的拉伸比K也不一样，如聚氯乙稀K＝1.2～1.8、聚乙烯K＝1.3～2.0，由此可确定模套孔径。但此方法计算较为繁琐，一般多用经验公式配模。

 

　　2.模具的选配方法（1）测量半制品直径：对绝缘线芯，圆形导电线芯要测量直径，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，对非铠装电缆要测量缆芯直径。（2）检查修正模具：检查模芯、模套内外表面是否光滑、圆整，尤其是出线处（承线）有无裂纹、缺口、划痕、碰伤、凹凸等现象。特别是模套的定径区和挤管式模芯的管状长嘴要圆整光滑，发现粗糙时可以用细纱布圆周式摩擦，直到光滑为止。（3）选配模具时，铠装电缆模具要大些，因为这里有钢带接头存在，模具太小，易造成模芯刮钢带，电缆会挤裂挤坏。绝缘线芯选配的模具不易过大，要适可而止，即导电线芯穿过时，不要过松或过紧。。（4）选配模具要以工艺规定的标称厚度为准，模芯选配要按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。

 

　　3.配模的理论公式（1）模芯D ＝d＋e （2）模套D ＝D ＋2δ＋2△＋e 式中：D ――模芯出线口内径（mm）；   D ――模套出线口内径（mm）；   d ――生产前半制品最大直径（mm）；   δ――模芯嘴壁厚（mm）；     △――工艺规定的产品塑料层厚度（mm）；     e ――模芯放大值（mm）； e ――模套放大值（mm）。（3）放大值e 或e 的说明。1）绝缘线芯模芯e 的放大值为0.5～3mm；2）绝缘线芯模套e 的放大值为1～3mm；3）生产外护套电缆用模芯e 的放大值、铠装电缆为2～6mm，非铠装为2～4mm；4）生产外护套电缆用模套e 的放大值为2～5mm。

 

　　4.举例说明模具的选配1）生产绝缘线芯3×185mm 的实心铝导体扇形电缆，其扇形（标称）宽度为21.97mm（其最大宽度允许值22.07mm），绝缘层标称厚度为2.0mm。（其最小厚度允许值为2.0×90%－0.1＝1.7mm,模芯嘴壁厚为1.0mm，选用模具。模芯D ＝d＋e ＝21.97+1.5＝23.47（mm）考虑到实体扇形及最大宽度，选取D ＝24mm。模套孔径D ＝D ＋2δ＋2△＋e ＝24＋2×1＋2×2＋3＝33（mm）2)生产电缆外护套，其型号为VLV，规格为1×240mm ，电压为0.6/1kV，选用模具。该电缆成缆后直径为23.6mm，护套标称厚度为2.0mm，取模芯嘴壁厚为1.5mm。模芯孔径D ＝d＋e ＝23.6＋3＝26.2≈27mm 模套孔径D ＝D ＋2δ＋2△＋e ＝27＋2×1.5＋2×2＋4＝38mm     3）在实际生产过程中，模具的选配往往在操作规程或生产工艺卡中给出一定的经验公式，如某厂φ65挤塑机给出的模具选配公式（△为塑料挤包层的标称厚度）。

 

　　挤压式    模芯（mm）    模套（mm）单线绞线    导线直径＋（0.05～0.10）绞线外径＋（0.10～0.15）    导线直径＋2△＋（0.05～0.10）绞线外径＋2△＋（0.05～0.10）挤管式    模芯（mm）    模套（mm）绝缘护套    线芯外径＋（0.1～1.0）缆芯最大外径＋（2～6）    模芯外径＋2△＋（0.05～0.10）模套外径＋2△＋（1.0～4.0）线芯或缆芯外径不均时，放大值取上限；反之取下限。在保证质量及工艺要求的前提下，要提高产量，一般模套放大值取上限。

 

　　5.选配模具的经验1）16mm 以下的绝缘线芯的配模，要用导线试验模芯，以导线通过模芯为宜。不要过大，否则将产生倒胶现象。2）抽真空挤塑时，选配模具要合适，不宜过大，若大，绝缘层或护套层容易产生耳朵、起棱、松套现象。3）挤塑过程中，实际上塑料均有拉伸现象存在，一般塑料的实际拉伸在2.0mm左右。根据拉伸考虑模套的放大值，拉伸比大的塑料模套放大值大于拉伸比小的塑料模套放大值，如聚乙烯大于聚氯乙稀。4）安装模具时要调整好模芯与模套间的距离，防止堵塞，造成设备事故。